KR101920120B1 - 폴리머 차수재 및 폴리머 차수재를 이용하는 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법 - Google Patents

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Abstract

폴리머 차수재를 이용하여 콘크리트 댐 구조물의 수직 이음부에서 발생하는 누수를 보수하는 방법 및 폴리머 차수재를 이용하는 콘크리트 댐 구조물이 개시된다. 개시된 누수 보수 방법은, 콘크리트 댐의 수직 이음부 상에 천공을 수행하여 제1수직홀을 형성하는 단계; 상기 제1수직홀로 원기둥 형상의 폴리머 차수재를 삽입하는 단계; 및 수직홀 커버를 이용하여, 상기 제1수직홀을 밀폐시키는 단계를 포함하며, 상기 제1수직홀은 지수판과 상기 콘크리트 댐의 하류면 사이에 형성된다.

Description

폴리머 차수재 및 폴리머 차수재를 이용하는 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법{POLYMER WATERPROOF MATERIAL AND METHOD FOR PREVENTING LEAKAGE OF CONCRETE DAM STRUCTURE USING POLYMER WATERPROOF MATERIAL}
본 발명은 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법 및 이에 이용되는 폴리머 차수재에 관한 것으로서, 폴리머 차수재를 이용하여 콘크리트 댐 구조물의 수직 이음부에서 발생하는 누수를 보수하는 방법 및 폴리머 차수재를 이용하는 콘크리트 댐 구조물에 관한 것이다.
콘크리트 댐 구조물은 그 규모가 매우 클뿐만 아니라, 주변온도에 따른 콘크리트의 수축, 팽창에 따른 인장력으로 발생할 수 있는 변형 및 균열을 방지할 필요가 있기 때문에, 블록(리프트) 단위로 콘크리트를 타설하는 신축 이음부(Construction Joints) 시공이 이루어진다. 그리고 신축 이음부는 수평 이음부와 수직 이음부로 나뉜다.
댐의 수직 이음부에는 지수판(Water Stop)과 조인트 필러(Joint Filler) 등을 복합하여 시공하며, 이것을 통해서 구조물의 수축에 따른 수직 이음부의 벌어짐 현상으로 통해서 유입될 수 있는 물을 차수하고 있다.
수직 이음부의 지수판으로 사용되는 PVC, 동판, 모르타르 패드 등은 영구적 수명을 보장할 수 없기 때문에, 댐의 노후화와 최초 설계시보다 더 큰 외부변수가 작용할 경우, 수직 이음부의 과다 변형으로 인해 지수판의 파손, 유실까지 초래하며 이는 댐 구조물 자체의 유입누수의 원인으로 작용한다.
도 1은 콘크리트 댐 구조물의 수직 이음부에서 발생하는 누수 현상을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에서 화살표는 누수되는 물의 흐름을 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 콘크리트 댐 구조물의 수직 이음부(100)에는, 수직 이음부(100)와 수직으로 지수판(110)이 형성되며, 지수판(110)을 통해 콘크리트 댐 구조물의 상류면으로부터 유입되는 물이 차수될 수 있다.
하지만 전술된 바와 같이, 지수판(110)이 파손 또는 노후화되고 수직 이음부에 공극이 발생할 경우, 수직 이음부(100)가 오히려 누수의 이동 통로 역할을 하며, 누수로 인해 댐의 하류면에 물비침 현상이 나타날 수 있다. 더 나아가 댐 구조물의 노후화로 인한 재료 분리 또는 시공당시 불량 등으로 콘크리트 댐 구조물의 리프트 간에 공극이 발생할 경우, 수직 이음부를 교차점으로 각층의 리프트 간의 누수가 연결되어 복합적인 누수로 악화될 수 있다.
수직 이음부(100)로 유입된 물은 콘크리트 댐 구조물의 집수공을 통해 갤러리로 배수되도록 설계되기는 하지만, 지수판(110)의 손상 등으로 인해 수직 이음부(100)를 통해 누수되는 물의 양이 예측치를 초과하는 경우, 콘크리트 댐 구조물 전체에 걸쳐 물비침 현상이 나타날 수 있다.
수직 이음부(100)에서 발생하는 누수 현상을 보수하기 위해, 아크릴 지수재 등을 수직 이음부(100)에 주입하는 방법이 많이 이용되고 있으나, 아크릴 수지재는 0.3mm 이하의 미세공극에서 최대의 성능을 발휘하기 때문에 사용에 제한이 있다. 그리고 누수에 의해 아크릴 지수재가 유실될 수 있기 때문에, 차수 성능이 반감되고 반복적으로 아크릴 지수재를 재시공해야 하는 단점이 있다.
관련 선행문헌으로 대한민국 등록특허 제10-1432453호, 제10-1594576호가 있다.
본 발명은 폴리머 차수재를 이용하여 콘크리트 댐 구조물의 수직 이음부에서 발생하는 누수를 보수하는 방법 및 폴리머 차수재를 이용하는 콘크리트 댐 구조물을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 콘크리트 댐의 수직 이음부 상에 천공을 수행하여 제1수직홀을 형성하는 단계; 상기 제1수직홀로 원기둥 형상의 폴리머 차수재를 삽입하는 단계; 및 수직홀 커버를 이용하여, 상기 제1수직홀을 밀폐시키는 단계를 포함하며, 상기 제1수직홀은 지수판과 상기 콘크리트 댐의 하류면 사이에 형성되는 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법을 제공한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 콘크리트 댐의 수직 이음부 상에 천공을 수행하여 수직홀을 생성하는 단계; 상기 수직홀로 삽입된 폴리머 차수재를 들어올리는 차수재 제거 장치를 상기 수직홀에 삽입하는 단계; 상기 수직홀로 원기둥 형상의 상기 폴리머 차수재를 삽입하는 단계; 및 수직홀 커버를 이용하여, 상기 수직홀을 밀폐시키는 단계를 포함하는 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법을 제공한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 콘크리트 댐의 수직 이음부 상에 천공을 수행하여 수직홀을 형성하는 단계; 단량체인 아크릴아마이드 및 가교제인 PEGDA가 용해된 수용액과 개시제인 APS를 상기 수직홀로 주입하는 단계; 및 수직홀 커버를 이용하여, 상기 수직홀을 밀폐시키는 단계를 포함하는 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법을 제공한다..
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 콘크리트 댐 구조물의 수직이음부 상에 위치하는 수직홀; 상기 수직홀에 삽입되는 원기둥 형상의 폴리머 차수재; 상기 수직홀을 밀폐시키는 수직홀 커버; 및 상기 폴리머 차수재와 상기 수직홀 커버 사이에 위치하는 단열재를 포함하는 폴리머 차수재를 이용하는 콘크리트 댐 구조물을 제공한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 단량체인 아크릴아마이드, 가교제인 PEGDA 및 개시제인 APS를 포함하며, 상기 가교제의 몰수와, 상기 단량체 및 상기 가교제의 몰수 합의 비율은 1 내지 2%이며, 상기 단량체 및 상기 가교제의 질량 합과, 상기 단량체, 가교제 및 개시제가 수용액에 용해된 용액의 질량의 비율은 25 내지 35%인 폴리머 차수재를 제공한다.
본 발명에 따르면, 차수 기능을 상실한 지수판 및 조인트 필러의 기능을 폴리머 차수재를 이용하여 대체함으로써, 누수 보수 효과를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 누수 보수를 위해, 특별한 장비나 기구없이 천공 후 폴리머 차수재를 수직홀에 삽입함으로써, 시공이 간단한 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, 폴리머 차수재와 그라우팅 공법을 복합적으로 시공함으로써, 누수 보수 효과를 극대화할 수 있다.
도 1은 콘크리트 댐 구조물의 수직 이음부에서 발생하는 누수 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법을 설명하기 위한 콘크리트 댐 구조물의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 폴리머 차수재의 삽입 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수직홀을 천공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 수직 이음부의 절단면을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 또 다른 실시예에 따른 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리머 차수재 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리머 차수재 제조 결과물을 도시하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법을 설명하기 위한 콘크리트 댐 구조물의 단면을 나타내는 도면이며, 도 3은 폴리머 차수재의 삽입 위치를 설명하기 위한 도면으로서, 콘크리트 댐 구조물의 내부 구조를 나타낸다. 이하 도면에서 화살표는 물의 흐름 방향을 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 콘크리트 댐 구조물은 복수의 리프트(240)가 적층된 형태이며, 집수공(220), 갤러리(230) 외에 본 발명에 따른 수직홀(210)을 포함한다.
본 발명에 따른 누수 보수 방법은 콘크리트 댐 구조물의 수직 이음부 상(310)에 수직홀(210)을 천공하고, 수직홀(210)에 폴리머 차수재(320)를 삽입한다. 수직홀(210)은 콘크리트 댐 구조물의 상부(250)에 위치한 수직이음부 상에서 콘크리트 댐 구조물의 하부 방향으로 형성된다.
본 발명에 따른 폴리머 차수재(320)는 물과 반응하여 팽윤하는 소재로 제조될 수 있으며, 예를 들어, 물과 반응하여 팽윤하는 고흡수성 수지 SAP(Super Absorbent Polymer)로 제조될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 폴리머 차수재(320)는 수직홀(210)에 용이하게 삽입될 수 있도록, 원기둥 형상일 수 있으며, 폴리머 차수재(320)의 지름은 수직홀의 지름보다 작을 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 폴리머 차수재(320)의 조성물은 단량체(monomer)인 아크릴아마이드(acrylamide), 가교제(cross linker)인 PEGDA(Polyethylene glycol diacrylate) 및 개시제(initiator)인 APS(Ammonium persulfate)를 포함하며, 일실시예로서 PEGDA의 분자량(g/mol)은 400 내지 700일 수 있다.
이 때, [수학식 1]과 같이 정의되는 C%, 즉 가교제의 몰수와, 단량체 및 가교제의 몰수 합의 비율은 1 내지 2%, [수학식 2]와 같이 정의되는 T%, 즉 단량체 및 가교제의 질량 합과, 단량체, 가교제 및 개시제가 수용액(물)에 용해된 전체 용액의 질량의 비율은 25 내지 35%일 수 있다. 그리고 개시제의 비율은 [수학식 3]에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112016104621746-pat00001
Figure 112016104621746-pat00002
Figure 112016104621746-pat00003
제시된 C% 및 T%는 폴리머 차수재(320)에 크랙이나 기포가 없고, 폴리머 차수재(320)가 수직홀(210)에 삽입될 수 있도록 원통형 형상의 젤(gel) 상태로 유지될 수 있는 조건으로서, 폴리머 차수재의 용도나 형상 등에 따라서 C% 및 T%는 다양하게 결정될 수 있다.
폴리머 차수재(320)의 지름이 수직홀(210)의 지름보다 작더라도, 폴리머 차수재(320)는 누수를 흡수하여 수직홀(210)의 지름만큼 팽창할 수 있다. 전술된 C% 및 T% 조건 하에서, 폴리머 차수재(320)는 누수를 흡수하여, 삽입된 이후 115~132% 정도 부피가 증가할 수 있다.
따라서 수직 이음부(310)에 누수가 발생할 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 상류면(260) 및 파손된 지수판(330)을 통해 유입된 누수가 공극 및 수직 이음부(310)를 통해 이동하는 것을 팽창한 폴리머 차수재(320)가 차단함으로써 수직 이음부(310)에서 발생하는 누수가 차단될 수 있다.
특히, 폴리머 차수재는 차수에 필요한 지속적인 탄성과 공극에 대한 밀폐 성능을 제공하기 때문에, 콘크리트 댐 구조물의 수축 및 팽창에 따라 적응적으로 수축 및 팽창할 수 있으므로, 폴리머 차수재에 의해 콘크리트 댐 구조물이 파손됨이 없이 차수 성능을 제공할 수 있다.
도 2 및 3을 참조하면, 수직홀(210)은 지수판(330)과 콘크리트 댐의 하류면(270) 사이에 형성될 수 있으며, 지수판(330)과 집수공(또는 내부 배수공, 220) 사이에 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 수직홀(210)의 길이는 콘크리트 댐 구조물의 갤러리(230)의 하단 지점보다 긴 것이 바람직하다. 즉, 수직홀(210)의 종단은 갤러리(230)의 하단 지점이 위치하는 리프트(240) 또는 갤러리의 하단 지점이 위치하는 리프트(240)의 아래 리프트에 형성될 수 있다. 다만, 도 2에 도시된 수직홀(210)의 길이는 일실시예이며, 콘크리트 댐 구조물이 건설된 환경, 누수 양에 따라 수직홀(210)의 길이는 다양하게 설계될 수 있다.
폴리머 차수재(320)는 수직홀(210)의 길이에 대응되는 길이로 제조되어 수직홀(210)에 삽입될 수도 있으나, 시공의 간편함을 위해 폴리머 차수재(320)는 복수개로 분리되어 수직홀(210)에 삽입되어 적층될 수 있다.
한편, 외부로부터 수직홀(210)로 이물질이 침투하여 폴리머 차수재(320)가 오염 또는 손상될 수 있기 때문에, 수직홀 커버(뚜껑)를 이용하여 수직홀(210)을 밀폐시키는 것이 바람직하다. 이 때, 누수를 흡수한 폴리머 차수재(320)가 동파되는 것을 방지하기 위해, 수직홀 커버와 폴리머 차수재(320) 사이에는 단열재가 삽입될 수 있다.
결국, 본 발명에 따르면, 차수 기능을 상실한 지수판 및 조인트 필러의 기능을 폴리머 차수재를 이용하여 대체함으로써, 누수 보수 효과를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 누수 보수를 위해, 특별한 장비나 기구없이 천공 후 폴리머 차수재를 수직홀에 삽입함으로써, 시공이 간단한 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수직홀을 천공하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 콘크리트 댐 구조물의 상부 중 수직 이음부를 포함하는 일부를 나타낸다.
전술된 바와 같이, 수직홀(210)은 수직 이음부(310) 상에 형성될 수 있다. 천공은 콘크리트 댐 구조물의 상부(250)에 위치한 수직 이음부(310) 상에서, 콘크리트 댐 구조물의 하부 방향으로 수행된다. 이 때, 본 발명은 타겟 수직홀(410)의 지름보다 작은 예비 수직홀(420)을 먼저 천공하고, 타겟 수직홀(410)의 지름에 가깝도록 천공을 수행할 수 있다.
따라서, 예비 수직홀(420)이 형성된 지점이 계획된 타겟 수직홀(410)의 형성 지점과 차이가 있거나 또는 천공 중에 타겟 수직홀(410)의 위치가 변경되는 경우에도, 천공의 위치를 조절하며 원하는 위치에 타겟 수직홀(410)을 형성할 수 있다. 다만, 이 경우에도 수직홀(410, 420)의 중심은 수직 이음부(310) 상에 위치하는 것이 바람직하다.
수직홀의 개수나 지름 역시 수직홀의 길이와 마찬가지로 콘크리트 댐 구조물이 건설된 환경, 누수 양 등에 따라 다양하게 설계 될 수 있으며, 일예로서, 직경 100mm 이상의 1 개의 수직홀이나 직경 100mm 이하의 2개의 수직홀이 수직 이음부 상에 천공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 수직 이음부의 절단면을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 누수 보수 방법은 수직 이음부(510, 520) 상에 형성된 제1수직홀(530, 540)에 폴리머 차수재(빗금 영역)를 삽입하는 것 이외에, 수직 이음부(510, 520) 사이에 적어도 하나 이상의 제2수직홀(550 내지 553)을 추가적으로 천공하고, 제2수직홀(550 내지 553)로 그라우트재를 삽입하여 차수 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
제2수직홀(550 내지 553)로 삽입된 그라우트재는 제2수직홀(550 내지 553) 주변에 위치한 미세 공극으로 스며들며, 그라우팅(grouting, 610)에 의해 미세 공극이 제거될 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 미세 공극을 통한 누수까지 차단될 수 있다.
일실시예로서, 제2수직홀(550 내지 553)은 제1수직홀(510, 520)보다 작은 직경으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 직경 50mm로 형성될 수 있다. 그리고 그라우트재로 예를 들어, 마이크로 시멘트와 물이 혼합된 시멘트 밀크가 사용될 수 있다.
제2수직홀의 개수 및 위치 그리고 깊이 등은 콘크리트 댐 구조물이 건설된 환경, 누수 양 등에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 그리고 제2수직홀 역시 제1수직홀과 같이, 지수판(560, 570)과 콘크리트 댐의 하류면 사이에 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 수직홀 커버에 의해 밀폐된 수직홀을 도시하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 전술된 바와 같이 수직홀(750)에는 복수개의 폴리머 차수재(710 내지 715) 및 단열재(720)가 삽입되며, 수직홀 커버(730)에 의해 수직홀(750)은 밀폐된다. 이 때, 수직홀(750)에는 삽입된 폴리머 차수재(710 내지 715)를 들어올리는 차수재 제거 장치(740, 741, 742)가 더 삽입될 수 있다.
차수재 제거 장치는 폴리머 차수재(710 내지 715)가 위치하는 받침판(740) 및 받침판(740)에 연결되며 수직홀(750) 외부에서 받침판(740)을 들어올리기 위한 받침판 이동부(741, 742)를 포함한다.
폴리머 차수재(710 내지 715)가 손상되거나 노후화된 경우 폴리머 차수재(710 내지 715)를 교체하여야 하는데, 수직홀(750) 깊이 위치한 폴리머 차수재(710 내지 715)의 경우 수직홀(750) 외부로 꺼내기 번거로운 어려움이 있다.
본 발명에 따른 누수 보수 방법은 수직홀(750)에 차수재 제거 장치(740, 741, 742)를 삽입하고, 받침판(740) 상에 폴리머 차수재(710 내지 715)를 위치시킴으로써, 수직홀(750) 외부에서 받침판 이동부(741, 742)를 잡아 당겨 받침판(740)을 들어올림으로써, 수직홀(750) 깊이 위치한 폴리머 차수재(710 내지 716)도 용이하게 수직홀(750) 외부로 꺼낼 수 있다.
받침판 이동부(740, 741, 742)는 받침판(740)이 위치한 수직홀(750) 하부에서 수직홀(750) 상부에 이르는 길이의 기둥 또는 로프 형태일 수 있으며, 받침판(740)은 수직홀(750)에 삽입되어야 하므로 원형 형상인 것이 바람직하다.
그리고 받침판 이동부(740, 741, 742) 및 받침판(740)은 폴리머 차수재(710 내지 715)의 하중을 견뎌야 하므로 인장 강도가 우수한 재료로 제작되는 것이 바람직하며, 일실시예로서 탄소 섬유 등으로 제조될 수 있다. 받침판 이동부(740, 741, 742)가 유연한 재질로 제작될 경우, 받침판 이동부(740, 741, 742)를 고정시킬 수 있는 고정 수단이 수직홀(750) 상부에 마련될 수 있다.
또한 받침판 및 받침판 이동부(740, 741, 742)는 일체형으로 제작될 수 있다.
도 8은 본 발명에 또 다른 실시예에 따른 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법을 설명하기 위한 도면이다.
누수 보수를 위한 폴리머 차수재는 전술된 바와 같이, 별도로 제조된 후 수직홀에 삽입되거나 또는 도 8과 같이, 폴리머 차수재의 제조에 필요한 물질을 수직홀에 주입함으로써, 수직홀에서 폴리머 차수재를 제조할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 누수 보수 방법은, 단량체인 아크릴아마이드 및 가교제인 PEGDA가 용해된 수용액과 개시제인 APS를 수직홀(810)로 주입할 수 있다.
이 때, 수직 이음부 상에 형성된 수직홀(810)을 통해 누수가 진행되고 있을 수 있으므로, 폴리머 차수재 생성 과정에 누수의 유입을 차단하기 위해, 도 8(a)와 같이, 수직홀(810)로 튜브(820)를 삽입하고, 수용액 및 개시제를 튜브(820)로 주입할 수 있다. 튜브(820)는 유연한 플라스틱 재질일 수 있으며, 따라서 수용액 및 개시제의 무게에 의해 튜브(820)가 수직홀(810)에 밀착될 수 있으며, 수직홀(810)의 형상과 같은 원통형 형상으로 폴리머 차수재가 생성될 수 있다.
또는 수직홀(810)의 경계면에 방수제(830)를 도포함으로써, 폴리머 차수재 생성 과정에 누수가 유입되는 것을 차단할 수 있다. 방수제(830)로서 콘크리트 방수제 등이 사용될 수 있다.
수직홀(810)에서 폴리머 차수재가 완성된 이후, 폴리머 차수재가 누수를 흡수할 수 있도록 튜브(820)의 높이는 수직홀(810)의 높이보다 낮거나, 또는 방수제(830)가 오랜 시간동안 누수를 차단하지 않을 정도로 수직홀(810)에 방수제(830)를 도포하는 것이 바람직하다.
실시예에 따라서, 수용액과 개시제가 혼합된 형태로 수직홀(810)로 주입될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 누수 보수 방법은 콘크리트 댐의 수직 이음부 상에 천공을 수행하여 제1수직홀을 형성하는 단계(S910), 제1수직홀로 원기둥 형상의 폴리머 차수재를 삽입하는 단계(S920) 및 수직홀 커버를 이용하여, 제1수직홀을 밀폐시키는 단계(S930)를 포함한다.
제1수직홀은 지수판과 콘크리트 댐의 하류면 사이에 형성될 수 있으며, 콘크리트 댐 구조물의 상부에서 콘크리트 댐 구조물의 상부와 수직 방향으로 천공하여 제1수직홀을 형성할 수 있다. 그리고 제1수직홀은 콘크리트 댐 구조물의 갤러리의 하단 지점보다 길도록 형성될 수 있다.
한편 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 누수 보수 방법은 폴리머 차수재를 삽입 전에 제1수직홀로 차수재 제거 장치를 먼저 삽입하거나, 폴리머 차수재와 수직홀 커버 사이에 단열재를 삽입하거나 또는 수직 이음부 사이에 적어도 하나 이상의 제2수직홀을 더 형성할 수 있다. 이 때, 제2수직홀로는 그라우트재가 주입될 수 있다.
또한 폴리머 차수재는 공기 중에 노출될 경우, 폴리머 차수재에 포함된 수분 성분이 증발하여 부피가 줄어드는데, 폴리머 차수재의 부피가 줄어들 경우 시공이 용이하므로, 본 발명에 따른 누수 보수 방법은 폴리머 차수재를 공기 중에 기 설정된 시간동안 노출시킨 후, 제1수직홀로 폴리머 차수재를 삽입할 수 있다.
또는 도 8에서 설명된 바와 같이, 단계 S920에서 폴리머 차수재 대신, 폴리머 차수재의 제조에 필요한 물질을 제1수직홀에 주입할 수도 있다. 이 경우, 튜브 또는 방수제를 이용하여, 누수와 폴리머 차수재 재료의 접촉을 차단할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리머 차수재 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 10에서는 전술된 누수 보수 방법에 이용되는 원통형 형상의 폴리머 차수재 제조 방법이 일실시예로서 설명된다.
본 발명에 따른 폴리머 차수재 제조 방법은 단량체인 아크릴아마이드와 가교제인 PEGDA를 수용액인 물에 혼합하여 원통형 탱크에서 믹싱(S1010)한다. 이 때, 단량체, 가교제 및 물의 비율은, 전술된 C% 및 T%에 따라 결정된다.
1시간에서 2시간 정도 믹싱 후 개시제인 APS를 원통형 탱크에 주입하여 다시 믹싱(S1020)한다. 이 때, 개시제의 양은 전술된 [수학식 3]에 따라 결정된다.
한편, 믹싱 과정에서 발생하는 열에 의해 폴리머 차수재에 크랙 등이 발생할 수 있으므로, 원통형 탱크의 온도를 일정 온도 이하로 유지시키는 것이 바람직하며, 일실시예로서 25도 이하인 물이 담긴 수조에 원통형 탱크를 담근 후 믹싱을 수행할 수 있다.
특히, 개시제는 단량체와 가교제의 연쇄 중합반응이 시작되도록 하는 물질로서, 개시제 투입후 보다 많은 열이 발생하므로, 단계 S1020이후 기 설정된 시간 동안 상온보다 낮은 저온 상태를 유지(S1030)한다. 일실시예로서 저온은 16 내지 19도일 수 있으며, 원통형 탱크를 16 내지 19도 온도의 물이 담긴 수조에 넣어 1 내지 6시간 동안 저온 상태를 유지함으로써, 젤 상태의 원통형 폴리머 차수재를 제조할 수 있다.
또한 실시예에 따라서, 연쇄 중합반응 속도를 높이기 위해 촉매(catalyst)가 원통형 탱크에 첨가될 수 있다. 많은 양의 촉매가 첨가될 경우, 반응 속도가 너무 빨라져 높은 열이 발생하고, 높은 열에 의해 폴리머 차수재에 크랙 및 기포가 생성되는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 첨가되는 촉매 양(g)은 [수학식 4]와 같이 결정되는 것이 바람직하다. 촉매로서, TEMED(Tetramethylethylenediamine)가 이용될 수 있다.
Figure 112016104621746-pat00004
촉매는 단계 S1020 이후 첨가될 수 있으며, 촉매가 첨가된 경우, 16 내지 19도 온도 하에서 원통형 탱크를 1 내지 6시간 동안 배치시켜, 원통형 탱크의 온도를 낮춰주는 것이 바람직하다.
한편, 공기중 산소와 혼합물이 접촉하여 원치 않는 반응이 일어날 수 있는데, 단계 S1010, S1020 및 S1030에서 원통형 탱크로 질소를 지속적으로 주입(purging)함으로써, 산소와의 접촉을 차단할 수 있다.
제조된 폴리머 차수재는 공기 중에 노출될 경우 수분이 증발하여 부피가 줄어들 수 있으므로, 공기와 접촉을 차단하여 보관하는 것이 바람직하다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리머 차수재 제조 결과물을 도시하는 도면이다.
전술된 바와 같이, 폴리머 차수재를 위한 단량체, 가교제 및 개시제는 1~2 C%, 30~40 T% 조건을 만족하도록 혼합되는 것이 바람직하다.
C%가 지나치게 높은 경우, 즉 단량체 대비 가교제가 지나치게 많은 경우 폴리머 차수재의 경도가 증가하기 때문에, 폴리머 차수재에 크랙이 발생하고 심지어 폴리머 차수재가 깨질 수도 있다. 반대로 C%가 지나치게 낮은 경우, 즉 단량체 대비 가교제가 지나치게 적은 경우, 폴리머 차수재의 경도가 감소하기 때문에 원통형 형상의 젤(gel) 상태로 유지되기 어렵고, 따라서 콘크리트 댐에 형성된 수직홀에 폴리머 차수재를 삽입하기 어렵다.
또한 T%가 지나치게 높은 경우, 즉, 전체 용액 대비 단량체 및 가교제가 지나치게 많은 경우 높은 반응열이 발생하고 폴리머 차수재의 경도가 증가하기 때문에, 폴리머 차수재에 크랙 및 기포가 발생하고 심지어 폴리머 차수재가 깨질 수도 있다. 반대로 T%가 지나치게 낮은 경우, 즉, 전체 용액 대비 단량체 및 가교제가 지나치게 적은 경우 폴리머 차수재의 경도가 감소하기 때문에 원통형 형상의 젤(gel) 상태로 유지되기 어렵다. 또한 폴리머 차수재의 수분 함량이 높아서, 콘크리트 댐의 누수를 많이 흡수하여 부피가 팽창하기 어렵다.
[표 1]은 다양한 C% 조건에서의 실험 결과를 나타내며, [표 2]는 다양한 T% 조건에서의 실험 결과를 나타낸다.
[표 1] 및 [표 2]에서 실험 결과는 각각 상, 중, 하로 표시되어 있는데, '상'은 10회 실험시 크랙이 발생하지 않고 원통형 형상의 젤 상태로 폴리머 차수재가 제조된 경우를 나타내며, '중'은 10회 실험시 크랙이 발생하거나 원통형 형상의 젤 상태가 유지되지 않는 경우가 1 내지 5회 발생한 경우를 나타낸다. 마지막으로, '하'는 10회 실험시 크랙이 발생하거나 원통형 형상의 젤 상태가 유지되지 않는 경우가 6회 이상인 경우를 나타낸다.
C% 0~0.5% 0.5~1% 1~2% 2~3% 3~3.5%
실험 결과 하 중 상 중 하
T% 15~20% 20~25% 25~35% 35~40% 40~45%
실험 결과 하 중 상 중 하
[표 1] 및 [표 2]와 같이, C%가 1 내지 2%이고, T%가 25 내지 35%일 때, 폴리머 차수재에 크랙이 발생하지 않고, 원통형 형상의 젤 상태로 폴리머 차수재가 유지될 수 있음을 알 수 있다.
도 11 내지 도 13은 각각 [표 3]과 같은 C% 및 T% 조건에서 생성된 결과물을 도시한다.
도 11 도 12 도 13
C% 1.5% 2% 3%
T% 30% 40% 50%
도 11의 폴리머 차수재에는 기포나 크랙이 없지만, 도 12 및 도 13의 폴리머 차수재에는 기포 및 크랙이 다수 발생하였음을 확인할 수 있다. 특히, 도 12와 비교하여 C% 및 T%가 더 높은 도 13의 경우, 보다 많은 기포 및 크랙이 발생하였음을 확인할 수 있다.
도 11과 같은 C% 및 T% 조건을 만족하는 폴리머 차수재에 포함되는 단량체, 가교제, 개시제, 물(수용액) 및 촉매의 분자량, 질량 및 몰수는 [표 4]와 같다.
분자량(g/mol) 질량(g) 몰수
단량체(Acrylamide) 71.08 260.786 3.669
가교제(PEGDA) 700 39.110 0.056
개시제(APS) 228.18 21.567 0.095
물(수용액) 18.02 678.192 37.636
촉매(TEMED) 116.20 0.345 0.003
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (20)

  1. 콘크리트 댐의 수직 이음부 상에 천공을 수행하여 제1수직홀을 형성하는 단계;
    상기 제1수직홀로 원기둥 형상의 폴리머 차수재를 삽입하는 단계; 및
    수직홀 커버를 이용하여, 상기 제1수직홀을 밀폐시키는 단계를 포함하며,
    상기 제1수직홀은, 지수판과 상기 콘크리트 댐의 하류면 사이에 형성되며,
    상기 폴리머 차수재는
    단량체인 아크릴아마이드, 가교제인 PEGDA 및 개시제인 APS를 포함하며,
    상기 가교제의 몰수와, 상기 단량체 및 상기 가교제의 몰수 합의 비율은 1 내지 2%이며,
    상기 단량체 및 상기 가교제의 질량 합과, 상기 단량체, 가교제 및 개시제가 수용액에 용해된 용액의 질량의 비율은 25 내지 35%이며,
    상기 개시제의 몰수는 하기 수학식에 따라 결정되는
    콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법.
    [수학식]
    Figure 112018032319731-pat00018

  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1수직홀의 길이는
    상기 콘크리트 댐 구조물의 갤러리의 하단 지점보다 긴
    콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 차수재와 상기 수직홀 커버 사이에 단열재를 삽입하는 단계
    를 더 포함하는 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    수직 이음부 사이에 천공을 수행하여, 적어도 하나 이상의 제2수직홀을 형성하는 단계; 및
    상기 제2수직홀로 그라우트재를 주입하는 단계
    를 더 포함하는 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 차수재를 삽입하는 단계는
    상기 폴리머 차수재를 공기 중에 기 설정된 시간동안 노출시킨 후, 상기 제1수직홀로 상기 폴리머 차수재를 삽입하는
    콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법.
  8. 콘크리트 댐의 수직 이음부 상에 천공을 수행하여 수직홀을 생성하는 단계;
    상기 수직홀로 삽입된 폴리머 차수재를 들어올리는 차수재 제거 장치를 상기 수직홀에 삽입하는 단계;
    상기 수직홀로 원기둥 형상의 상기 폴리머 차수재를 삽입하는 단계; 및
    수직홀 커버를 이용하여, 상기 수직홀을 밀폐시키는 단계를 포함하며,
    상기 차수재 제거 장치는
    상기 폴리머 차수재가 위치하는 받침판; 및
    상기 받침판에 연결되며, 상기 수직홀 외부에서 상기 받침판을 들어올리기 위한 받침판 이동부
    를 포함하는 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법.
  9. 삭제
  10. 콘크리트 댐의 수직 이음부 상에 천공을 수행하여 수직홀을 형성하는 단계;
    단량체인 아크릴아마이드 및 가교제인 PEGDA가 용해된 수용액과 개시제인 APS를 상기 수직홀로 주입하는 단계; 및
    수직홀 커버를 이용하여, 상기 수직홀을 밀폐시키는 단계를 포함하며,
    상기 가교제의 몰수와, 상기 단량체 및 상기 가교제의 몰수 합의 비율은 1 내지 2%이며,
    상기 단량체 및 상기 가교제의 질량 합과, 상기 단량체, 가교제 및 개시제가 수용액에 용해된 용액의 질량의 비율은 25 내지 35%이며,
    상기 개시제의 몰수는 하기 수학식에 따라 결정되는
    콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법.
    [수학식]
    Figure 112018032319731-pat00019

  11. 제 10항에 있어서,
    상기 수직홀은
    지수판과 상기 콘크리트 댐의 하류면 사이에 형성되는
    콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법.
  12. 삭제
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 수직홀로 튜브를 삽입하는 단계를 더 포함하며,
    상기 수직홀로 주입하는 단계는
    상기 수용액 및 상기 개시제를 상기 튜브로 주입하는
    콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 수직홀의 경계면에 방수제를 도포하는 단계
    를 더 포함하는 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법.
  15. 콘크리트 댐 구조물의 수직이음부 상에 위치하는 수직홀;
    상기 수직홀에 삽입되는 원기둥 형상의 폴리머 차수재;
    상기 수직홀을 밀폐시키는 수직홀 커버;
    상기 폴리머 차수재와 상기 수직홀 커버 사이에 위치하는 단열재; 및
    상기 수직홀에 삽입되는 차수재 제거 장치를 포함하며,
    상기 차수재 제거 장치는
    상기 폴리머 차수재가 위치하는 받침판; 및
    상기 받침판에 연결되며, 상기 수직홀 외부에서 상기 받침판을 들어올리기 위한 받침판 이동부
    를 포함하는 폴리머 차수재를 이용하는 콘크리트 댐 구조물.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 수직홀은
    지수판과 상기 콘크리트 댐 구조물의 하류면 사이에 생성되는
    폴리머 차수재를 이용하는 콘크리트 댐 구조물.
  17. 삭제
  18. 단량체인 아크릴아마이드, 가교제인 PEGDA 및 개시제인 APS를 포함하며,
    상기 가교제의 몰수와, 상기 단량체 및 상기 가교제의 몰수 합의 비율은 1 내지 2%이며,
    상기 단량체 및 상기 가교제의 질량 합과, 상기 단량체, 가교제 및 개시제가 수용액에 용해된 용액의 질량의 비율은 25 내지 35%이며,
    상기 개시제의 몰수는 하기 수학식에 따라 결정되는
    폴리머 차수재.
    [수학식]
    Figure 112018032319731-pat00020

  19. 삭제
  20. 제 18항에서,
    상기 폴리머 차수재는
    원기둥 형상인
    폴리머 차수재.
KR1020160140801A 2016-04-18 2016-10-27 폴리머 차수재 및 폴리머 차수재를 이용하는 콘크리트 댐 구조물의 누수 보수 방법 KR101920120B1 (ko)

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