KR102025779B1

KR102025779B1 - 고강도 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 표면의 친환경 보수 방법

Info

Publication number: KR102025779B1
Application number: KR1020170006402A
Authority: KR
Inventors: 이명준
Original assignee: 엠에스테크건설(주)
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2019-09-26
Also published as: KR20180083749A

Abstract

본 발명은 고강도 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 표면의 친환경 보수 방법에 대한 것으로서, 보수할 콘크리트 표면을 정리하고, 정리된 콘크리트 표면에 표면침투제를 도포한 후, 전기화학적 처리를 위하여 철근에 전선을 연결하여 외부로 노출시키고, 콘크리트 표면에 초고강도 콘크리트를 시공하여 표면을 충진시키고, 초고강도 콘크리트가 시공된 상태에서 통전을 하여 콘크리트 표면을 전기화학적으로 처리한 후, 표면을 정리하여 시공한다.

Description

고강도 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 표면의 친환경 보수 방법{ECO-FRIENDLY REPAIR METHOD OF CONCRETE STRUCTURE SURFACE USING HIGH STRENGTH CONCRETE}

본 발명은 고강도 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 표면의 친환경 보수 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 구조물의 보수 표면으로부터 알칼리 이온이 침출되는 것을 방지하기 위하여 전기화학적 처리를 하고 고강도 콘크리트를 이용하여 수밀성을 향상시킬 수 있는 고강도 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 표면의 친환경 보수 방법에 관한 것이다.

토목과 건축분야에서 주로 사용되는 철근 콘크리트 구조물은 여러 가지 영향으로 인해 부식되거나, 동해, 염해 등과 같은 열화 현상에 의해 구조물 자체의 내하력 및 내구성이 저하되고 안전성이 저하되는 문제점이 있다.

이러한 열화현상을 방지하기 위해서 열화된 콘크리트의 단면에 보수공정을 수행하거나 복구를 위한 적절한 공법이 적용되고 있다.

종래, 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 등에 널리 사용되는 보수재는 주로 아크릴 또는 에폭시 모르타르, 폴리머 시멘트 모르타르 또는 아질산계 부식방지제를 이용한 철근부식 공법 등을 사용하고 있다.

이 중 아크릴 또는 에폭시 모르타르는 표면에 아크릴 또는 에폭시 수지 도막을 형성시켜 열화현상을 억제하는 기능이 있으나, 경화시 온도 의존성이 높아 저온시에는 경화가 어렵고 철근 콘크리트 모체와의 물리화학적 이질성으로 인해 외부 환경에 의해 박리나 탈락 등의 문제가 발생하기 쉽고 이로 인해 내구성 저하 현상이 발생한다.

그리고, 폴리머 시멘트 모르타르는 황산염이나 염화물 침투방지로 내화학성과 보수 단면과의 일체성은 우수하나, 폴리머의 종류나 첨가량에 따라 작업성 특성이 다르고, 시공 두께가 얇아서 반복시공이 필요하며, 아크릴 또는 에폭시 모르타르에 의해 점착강도가 낮아 증점제를 추가해야 하는 문제가 있다.

아질산계 부식방지제의 경우, 모르타르에 첨가하거나 철근에 직접 도포하여 철근부식 억제 효과가 우수하나, 첨가량이 과다하고 초기 특성에 영향을 주어 부착성이 저하될 우려가 있으며 염소이온을 직접적으로 고정시키지 못해 부동태 피막이 파괴되어 부식을 완전히 억제하지 못하는 한계가 있다.

상술한 바와 같이 종래의 모르타르 조성물은 콘크리트 구조물에 손상을 주는 열화요인에 대한 영향인자를 고려하여 재료의 구성비율을 중량으로 결정하여 제조한 것이므로 다양한 외부 환경 인자에 노출된 콘크리트 구조물에 적합하지 못하는 단점이 있으며, 외부로부터 가해지는 외부 요인으로부터 보수한 콘크리트 단면의 모르타르가 조기에 탈락할 가능성이 있다.

그리고, 기존의 콘크리트 보수면과 그 표면에 시공되는 모르타르 사이의 재료 이질성은 경계면에서 이탈 내지 탈락을 유도할 수 밖에 없으며, 이로 인해 재시공을 지속적으로 반복해야 하는 문제점이 있다.

또한, 기존의 콘크리트 표면에서는 시공 이후 장시간이 경과하여 수산화이온(OH^-)의 침출이 미비하지만, 새롭게 시공된 모르타르 보수면에서는 다시 수산화이온이 침출되어 생활환경이나 생태환경에 악영향을 미칠 수 있는 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-0879882호

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 외부 환경요소에 의해서도 콘크리트 보수면의 조기탈락을 방지하고 기존 콘크리트와의 경계면과도 우수한 점착성을 가질 수 있는 콘크리트 표면 보수 공법을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명의 고강도 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 표면의 친환경 보수 방법은 콘크리트 구조물의 손상된 표면을 보수하는 보수방법에 있어서, 보수할 콘크리트 표면을 정리하는 표면정리단계(S100); 상기 표면정리단계에 의해 정리된 콘크리트 표면에 표면침투제를 도포하는 콘크리트 표면처리단계(S200); 상기 표면처리된 콘크리트 표면에 전기화학적 처리를 위한 전처리를 하는 전기화학적 처리준비단계(S300); 상기 표면처리된 콘크리트 표면에 초고강도 콘크리트를 시공하는 표면 충진 단계(S400); 상기 초고강도 콘크리트가 시공된 상태에서 통전을 하여 콘크리트 표면을 전기화학적으로 처리하는 전기화학적 처리단계(S500);및 상기 초고강도 콘크리트 표면을 정리하고 양생시키는 표면 마감단계(S600)를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 콘크리트 표면처리단계(S200)는 상기 표면침투제로서 소듐 알루미나 실리케이트를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 전기화학적 처리준비단계(S300)는 철근에 별도의 전선을 연결하여 외부로 노출되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 표면 충진 단계(S400)는 결합재, 속경성 팽창제, 고로슬래그 분말, 규사, 실리카퓸, 강섬유, 및 황토를 포함하는 초고강도 콘크리트를 사용하여 표면을 충진시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 전기화학적 처리단계(S500)는 상기 초고강도 콘크리트에 전기를 가하여 상기 초고강도 콘크리트 표면에 수산화칼슘막을 형성하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에 의한 고강도 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 표면의 친환경 보수 방법에 의하면, 콘크리트 표면에 전기화학적 처리로 인한 수산화칼슘막이 형성되어 표면 균열을 저감시키고 알칼리 이온의 침출을 억제하여 친환경적인 보수가 가능한 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 고강도 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 표면의 친환경 보수 방법을 순차적으로 보인 순서도.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

본 발명에 의한 고강도 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 표면의 친환경 보수 방법은 보수할 콘크리트 표면을 정리하는 표면 정리 단계(S100)와; 정리된 콘크리트 표면에 기존 콘크리트와 보수용 초고강도 콘크리트 사이의 계면 공간을 기밀하게 형성하기 위한 표면침투제를 도포하는 콘크리트 표면처리단계(S200)와; 보수용 초고강도 콘크리트에 전기화학적 처리를 하기 위한 전기화학적 처리준비 단계(S300)와; 기존 콘크리트 표면에 초고강도 콘크리트를 시공하는 표면 충진 단계(S400)와; 충진된 초고강도 콘크리트에 전기를 가하여 콘크리트 표면에 수산화칼슘막을 형성하는 전기화학적 처리단계(S500)와; 표면 마감단계(S600)를 포함한다.

먼저, 표면 정리 단계(S100)는 철근의 부식으로 인해 균열이 발생한 콘크리트 구조물의 표면을 정리하기 위한 단계로서, 균열이 발생한 콘크리트 표면과 노출된 철근을 제거하여 열화되지 않은 콘크리트가 드러날 때까지 기계를 이용하여 파쇄하고 다듬는 과정이다.

표면 정리 단계(S100)는 콘크리트 표면을 파쇄할 수 있는 기존의 장비를 이용하여 콘크리트 표면의 일부를 깎아낸 다음, 고압의 세척수를 콘크리트 표면에 분사하여 이물질을 제거한다.

기존 콘크리트의 표면이 정리되면, 기존 콘크리트와 보수용 초고강도 콘크리트 사이의 계면 공간을 기밀하게 형성하기 위한 표면침투제를 도포하는 콘크리트 표면처리단계(S200)를 실시한다.

콘크리트 표면처리단계(S200)에서 콘크리트 공극 내부로 표면침투제를 침투하게 되면, 콘크리트 내부에 잔존하는 수산화칼슘과 반응하여 추가적인 수화물을 생성하게 되어 모세관 공극을 치밀하게 형성하게 되고, 그 표면에 시공되는 초고강도 콘크리트와의 계면 공간을 치밀하게 형성되어 계면 사이의 불연속성을 저감시킬 수 있다.

콘크리트 표면처리단계(S200)에서 사용되는 표면침투제는 소듐 알루미나 실리케이트로서 중량 성분비가 SiO₂ 30%, Na₂O 7.5%, Al₂O₃ 2.5%, Fe₂O₃ 0.05%, H₂O 60.0%로 구성되는 것이 바람직하다.

표면침투제인 소듐 알루미나 실리케이트는 Na₂O Al₂O₃ SiO₂ xH₂O 형태의 화합물로 안정성이 있어 콘크리트 면의 공극을 조밀하게 함으로써 표면강도를 증진시켜 고밀도 표면층을 형성하여 뛰어난 발수성을 가진다.

표면침투제가 도포된 이후, 철근 표면에 별도의 방청제나 접착제를 도포할 수도 있다.

콘크리트 표면처리단계(S200)가 완료되면, 보수될 초고강도 콘크리트 내에 전기화학적 처리를 위한 전기화학적 처리준비단계(S300)가 실시된다. 전기화학적 처리는 철근을 음극재로 하고, 금속판을 양극재로 하여 통전을 하기 위한 처리방법이므로, 철근을 음극재로 사용하기 위하여 철근에 별도의 전선을 연결하는 작업이 수행된다. 철근에 연결된 전선은 외부로 노출되어 추후 전기화학적 처리단계(S500)에서 외부 전원이 연결될 수 있다.

전기화학적 처리준비단계(S300)가 완료되면, 기존 콘크리트 표면에 초고강도 콘크리트를 시공하기 위한 표면 충진 단계(S400)를 실시한다.

표면 충진 단계(S400)에서 사용되는 초고강도 콘크리트는 결합재 30~50 중량부에 대하여, 속경성 팽창제 3~8 중량부, 고로슬래그 분말 5~8 중량부, 규사 2~4 중량부, 실리카퓸 1~3 중량부, 철함유 알루미노 실리케이트 0.1~1 중량부, 형상계수가 50~80인 강섬유 1~2 중량부, 및 황토 2~4 중량부를 포함할 수 있다.

결합재는 시멘트 100 중량부를 기준으로 비표면적이 다른 실리카질 미분말을 40 중량부, 석영질 분말인 충전재를 30 중량부, 석영질 모래를 60 중량부로 구성하여 제조된 모르타르로 구성될 수 있다.

속경성 팽창제는 모르타르의 경화를 촉진하고 초기 강도를 유지시켜 빠른 경화 및 부착성능을 발휘하도록 하기 위한 것으로서, 3~8 중량부 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.

고로슬래그 분말은 모르타르의 두께를 형성하고 콘크리트의 고강도 특성을 발휘하도록 하기 위한 것으로서 5~8 중량부 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.

규사는 모르타르 조성물의 유동성 및 치밀성을 향상시키기 위한 것으로서 평균 입경이 0.1~0.5mm인 세사를 사용하는 것이 바람직하며, 2~4 중량부 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.

실리카퓸은 구형에 가까운 입자로서 비정질의 활성 실리카이며 수산화칼슘과 반응하여 상온에서 함수 규산 칼슘으로 변화하여 수퍼 포졸란 성질을 나타낸다. 실리카퓸은 구상 입자에 의한 볼 베어링 효과로 분산성 및 감수 효과를 향상시키고 시멘트 입자 사이에 충전효과로 수밀성 향상 및 고강도화 특성을 나타낸다. 실리카퓸은 1~3 중량부 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.

철함유 알루미노 실리케이트는 철 원소를 포함하는 결정성 알루미노 실리케이트로서 수열 합성 공정에 의해 합성되고, 평균입경이 0.25 ~ 1.0㎛의 범위로 제조되는 것을 0.1~1 중량부 범위 내에서 사용할 수 있다. 철함유 알루미노 실리케이트는 모르타르의 소결을 촉진시켜 소상강도를 증대시키고 압송시 원료의 마찰을 감소시켜 분산성을 향상시키는 기능을 한다.

특히, 철함유 알루미노 실리케이트 내의 철성분은 이후 진행되는 전기화학적 처리단계(S500)에서 모르타르 내의 전자 이동을 원활하게 하는 기능을 함으로써 전기화학적 처리가 효과적으로 진행되도록 서포트할 수 있다.

강섬유는 형상계수가 50~80인 것으로서, 인장강도를 증진시키고 표면 균열을 감소시키기 위해 사용된다. 강섬유는 1~2 중량부 범위 내에서 포함될 수 있다.

황토는 시멘트의 독성을 분해 제거하고 모르타르 경화과정에서 섬유와 규사 간의 결합력을 증진시켜 조직을 치밀하게 하는 기능을 하는 것으로서, 2~4 중량부 범위 내에서 포함될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 초고강도 콘크리트에 의해 표면이 충진되면, 충진된 초고강도 콘크리트에 전기를 가하여 콘크리트 표면에 수산화칼슘막을 형성하는 전기화학적 처리단계(S500)를 실시한다.

전기화학적 처리단계(S500)는 콘크리트 표면에 수산화칼슘막을 형성함으로써 수산화이온의 침출을 억제시키고 보수된 콘크리트 표면 강도를 향상시킴으로써 콘크리트 표면에 발생할 수 있는 크랙을 저감시키는 효과가 있다.

전기화학적 처리단계(S500)는 표면에 충진된 초고강도 콘크리트 표면에 금속판을 밀착시켜 양극재로 사용하고, 전기화학적 처리 준비 단계(S300)에서 외부로 노출시킨 전선을 음극재로 사용하여 통전을 실시함으로써 실시될 수 있다.

금속판 및 전선에 가해지는 전원은 DC 전원을 공급하는 별도의 전원공급장치에 의해 공급할 수 있으며, 1000~2000mA의 전류와 30~50V의 전압의 전원을 24시간 동안 공급하는 것이 바람직하다.

이와 같이 금속판과 전선을 이용하여 통전을 실시하게 되면, 철근 주변부로 이동한 칼슘이온이 철근 콘크리트 계면에서 발생된 수산화 이온과의 반응에 의해 콘크리트 표면에 수산화 칼슘막을 형성시킬 수 있다.

콘크리트 표면에 형성된 수산화 칼슘막은 알칼리이온의 침출을 억제할 수 있으며, 콘크리트 표면의 강도를 증진시켜 보수면의 크랙 발생율을 저하시킬 수 있다.

상기와 같이 전기화학적 처리단계(S500)에 의해 콘크리트 표면 처리가 완료되면, 보수면을 정리하고 마감하여 콘크리트 양생을 실시하는 표면 마감단계(S600)를 실시한다.

상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

콘크리트 구조물의 손상된 표면을 보수하는 보수방법에 있어서,
보수할 콘크리트 표면을 정리하는 표면정리단계(S100);
상기 표면정리단계에 의해 정리된 콘크리트 표면에 표면침투제로 산화철을 포함하는 소듐 알루미나 실리케이트를 도포하는 콘크리트 표면처리단계(S200);
상기 표면처리된 콘크리트 표면에 전기화학적 처리를 위한 전처리를 하는 전기화학적 처리준비단계(S300);
상기 표면처리된 콘크리트 표면에 결합재 30~50 중량부에 대하여, 속경성 팽창제 3~8 중량부, 고로슬래그 분말 5~8 중량부, 규사 2~4 중량부, 실리카퓸 1~3 중량부, 철함유 알루미노 실리케이트 0.1~1 중량부, 형상계수가 50~80인 강섬유 1~2 중량부, 및 황토 2~4 중량부를 포함하는 초고강도 콘크리트를 시공하는 표면 충진 단계(S400);
상기 초고강도 콘크리트가 시공된 상태에서 통전을 하여 상기 초고강도 콘크리트 표면에 수산화칼슘막을 형성하는 전기화학적 처리단계(S500); 및
상기 초고강도 콘크리트 표면을 정리하고 양생시키는 표면 마감단계(S600)를 포함하는
고강도 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 표면의 친환경 보수 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 전기화학적 처리준비단계(S300)는
철근에 별도의 전선을 연결하여 외부로 노출되도록 하는
고강도 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 표면의 친환경 보수 방법.
제1항에 있어서,
상기 표면 충진 단계(S400)에서
상기 결합재는 시멘트 100 중량부를 기준으로 비표면적이 다른 실리카질 미분말을 40 중량부, 석영질 분말인 충전재를 30 중량부, 석영질 모래를 60 중량부로 구성하여 제조된 모르타르로 구성되는
고강도 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 표면의 친환경 보수 방법.
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