KR101937876B1 - 내화학성, 내구성이 우수한 폴리아미드 수지와 내진성능 향상을 위한 섬유보강재를 이용한 친환경적인 콘크리트 구조물의 보강 공법 - Google Patents

내화학성, 내구성이 우수한 폴리아미드 수지와 내진성능 향상을 위한 섬유보강재를 이용한 친환경적인 콘크리트 구조물의 보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 보강 공법으로서, 본 발명의 여러 구현예에 따르면, 콘크리트 구조물의 보강 작업 시, 친환경적이면서도 내화학성과 물질적 특성을 향상시켜 박리박락 현상을 크게 저감시키고 내진성능도 크게 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

내화학성, 내구성이 우수한 폴리아미드 수지와 내진성능 향상을 위한 섬유보강재를 이용한 친환경적인 콘크리트 구조물의 보강 공법{Eco-friendly process for enhancing concrete structure by using polyamide resin for chemical resistance and weatherability and fiber enhancer for seismic performance}
본 발명은 콘크리트 구조물의 보강 공법에 관한 것이다.
콘크리트 구조물을 유지하고 또 건축물에 새롭게 기능을 부과하거나 기능을 개선시키는 것이 현재의 토목건축 분야에서 가장 이슈화되는 것 중에 하나이다. 특히, 기존 건축물의 노후화 및 요구되는 내진성능의 증가로 인해 구조물의 보강이 필요하다.
이를 해결하기 위하여 기존에는 보강이 필요한 면에 철판을 부착하는 철판 압착 공법이 많이 이용되었지만, 최근 토목건축 재료 분야에서는 유리 섬유 강화 플라스틱 성형체에 많은 연구가 이루어지고 있다.
교량 거더용 빔, 바닥슬래브 및 기둥구조물 등은 보편적으로 철근콘크리트를 사용하기 때문에 시간의 경과에 따라 콘크리트의 노후화에 따른 균열, 처짐 등이 발생하게 되고, 균열의 경우 허용치를 넘으면 구조물의 안전에 심각한 영향을 주게 된다.
따라서 이러한 구조물의 균열 및 처짐 등에 의한 안정성의 문제 및 강성 저하를 방지하기 위해 섬유 보강 시트를 구조물의 보강 부위에 부착시키는 공법이 많이 사용되고 있다. 그러나 이러한 공법의 가장 큰 문제점 중의 하나가 섬유 보강 시트와 구조물의 부착 강도를 확보하는 것이다.
그러나, 유리 섬유 시트의 부착 후, 다시 에폭시 수지를 도포하고 이에 롤러로 밀면서 압착하는 경우, 유리 섬유 시트가 절단되는 물성으로 인해서, 유리 섬유 시트의 일부가 부스러지는 박리 현상이 발생하고, 롤러에 에폭시 수지가 묻어 면을 정리하는데 어려움이 있었으며, 양생 시에 설치하는 비닐시트가 에폭시 수지에 닿지 않도록 설치함에 있어서도 어려움이 있었다.
또한, 콘크리트 구조물에 정착판을 앵커 볼트를 이용하여 설치하고, 상기 정착판의 노출면에 섬유 보강 시트 또는 섬유 보강판을 에폭시 수지와 같은 접착제를 이용하여 부착시키는 기술을 기술하고 있다. 그러나 이러한 기술은 별도의 정착판을 앵커 볼트를 이용하여 설치하는 공법이 제안된 바가 있다.
그러나, 이 공법 역시 공정이 복잡하고, 정착판이 평탄하지 않은 면에서는 그 효과를 기대하기 어려우며, 앵커 볼트 크기의 구멍을 구조물에 천공할 경우 오히려 구조물의 강도 저하를 나타낼 수 있는 문제점이 있다.
한국 등록특허 제10-1082863호 한국 등록특허 제10-1455628호 한국 등록특허 제10-0675603호 한국 공개특허 제2011-0044687호
본 발명은 콘크리트 구조물의 보강 작업 시, 내화학성과 물질적 특성을 향상시켜 박리박락 현상을 크게 저감시키고 내진성능을 크게 증진시킬 수 있는 콘크리트 구조물의 보강 공법을 제공하고자 한다.
이러한 과제 해결을 위하여, 본 발명은 (A) 보강할 콘크리트 구조물의 표면에 대해 평탄화 작업을 수행하는 평탄화 단계, (B) 상기 평탄화 작업이 수행된 콘크리트 구조물 표면에 프라이머를 도포하는 프라이머 도포 단계, 및 (C) 상기 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 보강재를 적용하는 보강재 적용 단계를 포함하는 콘크리트 구조물 보강 공법을 제공한다.
본 발명의 여러 구현예에 따르면, 콘크리트 구조물의 보강 작업 시, 내화학성과 물질적 특성을 향상시켜 박리박락 현상을 크게 저감시키고 내진성능을 크게 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 콘크리트 구조물의 보강 공법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명에 일 구현예에 따른 콘크리트 구조물의 보강 공법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명에 다른 구현예에 따른 콘크리트 구조물의 보강 공법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
이하, 본 발명의 여러 측면 및 구현예에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면은 (A) 보강할 콘크리트 구조물의 표면에 대해 평탄화 작업을 수행하는 평탄화 단계, (B) 상기 평탄화 작업이 수행된 콘크리트 구조물 표면에 프라이머를 도포하는 프라이머 도포 단계, 및 (C) 상기 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 보강재를 적용하는 보강재 적용 단계를 포함하는 콘크리트 구조물 보강 공법에 관한 것이다.
일 구현예에 따르면, 상기 (C) 보강재 적용 단계는 (C1) 상기 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 함침용 에폭시를 도포하는 함침용 에폭시 도포 단계, (C2) 유리 섬유 시트를 부착하고 상기 함침용 에폭시에 상기 유리 섬유 시트를 함침시키는 유리 섬유 시트 부착 단계, 및 (C3) 상기 부착된 유리 섬유 시트 위에 상도용 에폭시를 도포하는 상도용 에폭시 도포 단계로 구성된다.
다른 구현예에 따르면, 상기 (C) 보강재 적용 단계는 (C1') 유리 섬유 시트를 함침용 에폭시에 함침시켜 에폭시 함침형 유리 섬유 시트를 수득하는 에폭시 함침형 유리 섬유 시트 제조 단계, (C2') 상기 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 상기 에폭시 함침형 유리 섬유 시트를 부착하는 에폭시 함침형 유리 섬유 시트 부착 단계, 및 (C3') 상기 부착된 에폭시 함침형 유리 섬유 시트 위에 상도용 에폭시를 도포하는 상도용 에폭시 도포 단계로 구성된다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 각 단계를 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 여러 구현예에 따른 콘크리트 구조물의 보강 공법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 보강 공법은 (A) 보강할 콘크리트 구조물의 표면에 대해 평탄화 작업을 수행하는 평탄화 단계, (B) 상기 평탄화 작업이 수행된 콘크리트 구조물 표면에 프라이머를 도포하는 프라이머 도포 단계, 및 (C) 상기 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 보강재를 적용하는 보강재 적용 단계로 구성된다.
상기 평탄화 단계(A)에서는, 보강할 콘크리트 표면의 돌출 부위는 제거하고 오목한 부위는 퍼티로 메우는 등의 평탄화 작업을 하게 된다. 상기 프라이머 도포 단계(B)에서는 상기 평탄화 작업을 거친 콘크리트 구조물 표면에 대해 프라이머를 도포하여 양생하는 과정을 거친다. 상기 보강재 적용 단계(C)에서는 상기 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 보강재를 적용하게 된다.
위 보강재 적용 단계(C)는, 도 2에 제시한 바와 같이, (C1) 상기 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 함침용 에폭시를 도포하는 함침용 에폭시 도포 단계, (C2) 유리 섬유 시트를 부착하고 상기 함침용 에폭시에 상기 유리 섬유 시트를 함침시키는 유리 섬유 시트 부착 단계, 및 (C3) 상기 부착된 유리 섬유 시트 위에 상도용 에폭시를 도포하는 상도용 에폭시 도포 단계를 거쳐 수행될 수 있다.
또는, 상기 (C) 보강재 적용 단계는, 도 3에 제시한 바와 같이, (C1') 유리 섬유 시트를 함침용 에폭시에 함침시켜 에폭시 함침형 유리 섬유 시트를 수득하는 에폭시 함침형 유리 섬유 시트 제조 단계, (C2') 상기 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 상기 에폭시 함침형 유리 섬유 시트를 부착하는 에폭시 함침형 유리 섬유 시트 부착 단계, 및 (C3') 상기 부착된 에폭시 함침형 유리 섬유 시트 위에 상도용 에폭시를 도포하는 상도용 에폭시 도포 단계를 거쳐 수행될 수도 있다.
이렇게 에폭시 함침형 또는 비함침형 유리 섬유 시트에 상도용 에폭시 수지를 도포한 후에는, 롤러 등으로 시트를 밀어 기포를 제거하고 나서, 비닐 시트 등을 시공면에 직접 닿지 않게 덮어, 양생을 거치는 동안 물이나 먼지로부터 보호할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 프라이머는 주재 100 중량부, 상기 주재 100 중량부를 기준으로 10 내지 30 중량부로 첨가되는 제1 첨가제, 및 상기 주재 100 중량부를 기준으로 5 내지 15 중량부로 첨가되는 제2 첨가제로 구성된다.
이때, 상기 주재는 에폭시 수지 20 내지 40 중량%, 변성 에폭시 수지 10 내지 40 중량%, 에틸렌글리콜 5 내지 10 중량%, 용제 10 내지 60 중량%로 구성된다.
또한, 상기 제1 첨가제는 폴리아미드 수지 5 내지 30 중량%, 아민 변성 폴리에스테르 수지 5 내지 30 중량%, 아크릴 수지 분말 5 내지 13 중량%, 용제 30 내지 70 중량%로 구성된다.
또한, 상기 제2 첨가제는 에틸렌글리콜 20 내지 40 중량%, 폴리메틸실세스키옥산 10 내지 40 중량%, 나프텐 5 내지 10 중량%, 오가노폴리실록산 10 내지 60 중량%로 구성된다.
위 주재와 제1 첨가제 및 제2 첨가제의 각 성분과 이들의 함량은 콘크리트 표면의 내화학성과 내구성을 크게 향상시킬 수 있는 구성이며, 특히 주재의 에틸렌글리콜과 제1 첨가재의 아크릴 수지 분말 및 제2 첨가제의 모든 성분, 그리고 이들 각각의 함량은 특히 방청 효과를 극대화시킬 수 있도록 하는 구성으로서, 어느 한 성분이 누락되거나 또는 그 함량이 벗어나는 경우 방청 효과를 거의 기대하기 어려움을 확인하였다.
또 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 여러 구현예에 따른 보강 공법을 실시함에 있어서, 상기 (A) 평탄화 단계를 거치기 전에 보강하려고 하는 터널 또는 지하차도 등 콘크리트 구조물의 표면을 세척하는 단계가 추가로 수행될 수 있다.
상기 세척단계에서는 다양한 세제가 포함된 세척수로 이루어지는 고압수가 제공될 수 있다.
바람직하게는 상기 세척제는 상기 세척제 전체 중량을 기준으로 물 73 내지 77 중량%, 계면활성제 4.5 내지 6.5 중량%, 혼합제제 13 내지 17 중량%, 증점제 0.4 내지 0.6 중량%, 에틸렌글리콜 3.5 내지 4.5 중량%로 구성된다. 예컨대, 상기 세척수는 세척제와 중화제로 구성될 수 있다. 상기 세척제는 물 75.0 kg, 계면활성제 5.5 kg, 혼합제제 15.g, 증점제 0.5kg, 에틸렌글리콜 4.0kg로 조성되어 있다.
상기 혼합제제는 아크릴 분말 수지 : 폴리비닐알코올 : 물의 중량비가 1 : 2 내지 4 : 10 내지 12로 구성된다. 상기와 같은 혼합제제를 사용하는 경우, 기존 불산을 사용한 세척제와 달리 불산의 독성과 환경오염을 방지하면서, 대등한 수준의 세척 효과를 보임을 확인하였다.
또한, 상기 중화제는 물 88 내지 92 중량%, 비이온성 계면활성제 1 내지 2 중량%, 탄산나트륨 1.3 내지 1.7 중량%, 증점제 1.4 내지 1.6 중량%, 에틸렌글리콜 4.5 내지 5.5 중량%, 소포제 0.4 내지 0.6 중량%로 구성된 주재 100 중량부와 보조재 1 내지 3 중량부로 구성된다. 예컨대, 상기 중화제는 물 90.0kg, 비이온성 계면활성제 1.5kg, 탄산나트륨 1.5kg, 증점제 1.5kg, 에틸렌글리콜 5.0kg, 소포제 0.5kg로 구성된 주재와 보조재 2kg으로 조성될 수 있다.
상기 보조재는 폴리메틸실세스키옥산 : 나프텐 : 오가노폴리실록산이 중량비 1 : 6 내지 8 : 11 내지 13으로 구성된다. 이와 같은 보조재를 추가로 첨가함으로써, 기존 콘크리트면과 새로이 적용되는 콘크리트면 모두에 대해 더욱 강한 접착력을 유발시키고, 결과적으로 기존의 공법에 따르는 경우 장기간 후 신구 콘크리트면 사이에 발생할 수 있는 미세한 들뜸 현상까지도 완벽하게 방지하는 효과를 확인하였다.
또한, 상기 고압수는 상기 세척제 100 중량부를 기준으로 상기 중화제 90 내지 100 중량부를 포함하는 것이 바람직하고, 특히 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체 1 내지 2 중량부를 추가로 포함하는 것이 바람직하며, 상기 함량 범위로 추가된 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌 공중합체는 세척 후 도포될 신구접착제가 기존 콘크리트면과 새로이 적용되는 콘크리트면 모두에 대해 더욱 강한 접착력을 유발시켜 신구 콘크리트면 간의 들뜸 현상을 방지하는데 도움을 줄 뿐만 아니라, 특히 두 계면간 접착력 저하가 유발될 수 있는 높은 수분 함량의 분위기 하에서도 장기간 계면 접착력이 유지되도록 하는데 큰 역할을 수행함을 확인하였다.
여기서, 상기 계면활성제는 라우릴 알코올계 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제로 선형 알킬벤젠술폰산 또는 그의 나트륨염 중에서 선택된 어느 하나의 화합물을 사용하며, 상기 증점제는 천연소금, 가용성 녹말, 과당, 잔탄검 중에서 선택된 어느 하나의 화합물을 사용할 수 있다.
그리고 소포제는 실리콘계 화합물, 폴리카르복실산 나트륨염, 폴리카르복실산 나트륨염의 수분산액 중에서 선택된 어느 하나의 화합물 또는 둘이상의 화합물이 사용될 수 있다.
즉, 상기 세척제는 다음과 같이 조성될 수 있다.
유효성분(AI) 함유량(kg)
물 75.0(ㅁ2.0)
계면활성제 5.5(ㅁ1.0)
아크릴 분말 수지 1(ㅁ0.1)
폴리비닐알코올 3(ㅁ0.2)
물 11(ㅁ0.5)
증점제 0.5(ㅁ0.1)
에틸렌글리콜 4.0(ㅁ0.5)
계 100kg
그리고 상기 중화제는 다음과 같이 조성될 수 있다.
유효성분(AI) 함유량(kg)
물 90.0(ㅁ2.0)
계면활성제 1.5(ㅁ0.5)
탄산나트륨 1.5(ㅁ2.0)
증점제 1.5(ㅁ0.1)
에틸렌글리콜 또는 글리세롤 5.0(ㅁ0.5)
소포제 0.5(ㅁ0.1)
폴리메틸실세스키옥산 0.1(ㅁ0.01)
나프텐 0.7(ㅁ0.04)
오가노폴리실록산 1.2(ㅁ0.1)
계 102kg
이러한 세척수를 이용한 세척단계(S1)에서는 콘크리트 구조물에서 박리된 콘크리트와, 콘크리트 구조물의 마감재로 사용된 타일 및 이물질들이 함께 제거된다. 즉, 상기 콘크리트 구조물 상에 정상적으로 부착되어 있는 타일은 고압수의 수압을 견디면서 부착된 상태가 유지되고, 콘크리트 구조물로부터 들뜬 상태의 비정상적인 타일 및 이물질들은 고압수의 수압에 의해 탈락되면서 제거된다.
이러한 고압수를 이용한 세척단계(S1)에 의하면, 고압수를 통해 박리가 발생된 콘크리트, 타일 및 이물질들이 동시에 함께 제거됨에 따라, 종래기술에서 보수가 요구되는 부분에 별도로 시행되던 치핑 등을 통한 철거작업을 생략할 수 있다. 이에 따라서, 콘크리트 구조물의 보강 작업에 따른 전체적인 작업시간이 단축되고, 차량 및 보행을 통제하는 시간이 단축되어 불편함을 최소화시킬 수 있다. 특히, 종래기술에서 시행되던 철거작업이 생략되고, 고압수를 통한 세척과 철거작업이 동시에 수행됨에 따라 먼지와 소음발생이 억제되어 콘크리트 구조물의 보강 작업이 친환경적으로 진행될 수 있다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (4)

  1. (A) 보강할 콘크리트 구조물의 표면에 대해 평탄화 작업을 수행하는 평탄화 단계,
    (B) 상기 평탄화 작업이 수행된 콘크리트 구조물 표면에 프라이머를 도포하는 프라이머 도포 단계, 및
    (C) 상기 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 보강재를 적용하는 보강재 적용 단계를 포함하는 콘크리트 구조물 보강 공법으로서,
    상기 프라이머는 주재 100 중량부, 상기 주재 100 중량부를 기준으로 10 내지 30 중량부로 첨가되는 제1 첨가제, 및 상기 주재 100 중량부를 기준으로 5 내지 15 중량부로 첨가되는 제2 첨가제로 구성되고,
    상기 주재는 에폭시 수지 20 내지 40 중량%, 변성 에폭시 수지 10 내지 40 중량%, 에틸렌글리콜 5 내지 10 중량%, 용제 10 내지 60 중량%로 구성되며,
    상기 제1 첨가제는 폴리아미드 수지 5 내지 30 중량%, 아민 변성 폴리에스테르 수지 5 내지 30 중량%, 아크릴 수지 분말 5 내지 13 중량%, 용제 30 내지 70 중량%로 구성되고,
    상기 제2 첨가제는 에틸렌글리콜 20 내지 40 중량%, 폴리메틸실세스키옥산 10 내지 40 중량%, 나프텐 5 내지 10 중량%, 오가노폴리실록산 10 내지 60 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강 공법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (C) 보강재 적용 단계는
    (C1) 상기 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 함침용 에폭시를 도포하는 함침용 에폭시 도포 단계,
    (C2) 유리 섬유 시트를 부착하고 상기 함침용 에폭시에 상기 유리 섬유 시트를 함침시키는 유리 섬유 시트 부착 단계, 및
    (C3) 상기 부착된 유리 섬유 시트 위에 상도용 에폭시를 도포하는 상도용 에폭시 도포 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강 공법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (C) 보강재 적용 단계는
    (C1') 유리 섬유 시트를 함침용 에폭시에 함침시켜 에폭시 함침형 유리 섬유 시트를 수득하는 에폭시 함침형 유리 섬유 시트 제조 단계,
    (C2') 상기 프라이머가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 상기 에폭시 함침형 유리 섬유 시트를 부착하는 에폭시 함침형 유리 섬유 시트 부착 단계, 및
    (C3') 상기 부착된 에폭시 함침형 유리 섬유 시트 위에 상도용 에폭시를 도포하는 상도용 에폭시 도포 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강 공법.
  4. 삭제
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KR100876225B1 (ko) * 2008-03-20 2008-12-26 김의연 지하구조물의 내화학성 시공방법
JP2015161039A (ja) * 2014-02-27 2015-09-07 東洋紡株式会社 耐震補強用繊維シート

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