KR102107098B1 - 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 수행에 의해 1차 화학적 치유방법으로 해결되지 않은 화재손상 콘크리트 구조물의 알칼리 특성, 잔존강도 특성, 내구 특성 등 주요 재료적 성능 및 구조적 성능을 화재 피해 이전 수준으로 회복시킴으로써, 화재피해로 연약해진 콘크리트 구조물의 잔존수명 저하를 방지할 수 있고, 또한, 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 수행시 주입재료를 연속 시공함으로써 화재에 의한 균열과 기존에 발생한 균열 등 모든 균열 공간을 충전할 수 있으며, 또한, 화재손상 콘크리트 구조물의 화학적 치유 및 물리적 복구에 의해 화재가 다시 발생할 경우에도 콘크리트 구조물의 내화성능 및 내구성능을 확보할 수 있는, 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템 및 그 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 화재손상 콘크리트 구조물의 복구에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 화재손상 콘크리트 구조물에 대한 화학적 치유를 진행한 이후 후속적으로 물리적 복구(Physical Rehabilitation)를 수행하여 콘크리트 구조물의 알칼리 특성 및 주요 성능 회복을 수행하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트 구조물이 화재 등과 같은 고온에 장시간 노출될 경우, 시멘트 경화체 및 골재는 각각 다른 팽창 및 수축 거동을 함으로써 균열이 발생하거나 수화물의 화학적 분해에 의하여 조직이 약화됨으로써 물리적 성질이 크게 저하하여 콘크리트가 열화 및 박락될 수 있다.
화재손상 콘크리트 구조물의 경우, 거의 모든 영역에서 다발성 균열이 발생하며, 잔존수명의 급격하게 저하된다. 이때, 균열이 발생하지 않았더라도, 수화물의 붕괴에 기인한 공극 증가로 외부의 해로운 이온 침투가 용이하여 결국 수명저하가 급속히 진행되는데, 복구시기가 늦어질수록 구조물의 잔존 성능은 지속적으로 떨어진다. 또한, 화재손상 콘크리트 구조물은 외부보다 오히려 내부에서 발생한 균열이 더욱 심각하다.
구체적으로, 화재손상 콘크리트 구조물에서 발생하는 균열의 원인은 크게 두 가지로 설명할 수 있다. 먼저, 골재와 시멘트 매트릭스의 선팽창계수 차이에 의해 발생하는 계면간의 균열을 나타내는 온도 불화합성(thermal incompatibility), 그리고 콘크리트의 낮은 열전도율에 기인하여 구조물 외곽은 온도가 급격히 상승하지만 내부는 상온의 온도를 유지하는 상태에서 내부에 발생하는 균열을 나타내는 온도 구배(thermal gradient)가 있다.
도 1은 화재손상 콘크리트에 대해 시멘트와 골재의 팽창계(Dilatometer) 시험 결과에 따른 온도 불화합성(Thermal incompatibility)을 설명하기 위한 도면이다.
콘크리트를 구성하고 있는 시멘트, 골재 등은 고유한 재료적 특성에 따라 선팽창계수가 다른데, 도 1은 시멘트와 다양한 골재, 예를 들면, 화강암(granite), 안산암limestone), 현무암(basalt))을 대상으로 이러한 현상을 증명하기 위해 실험한 결과를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 콘크리트 내부 온도가 증가할수록 시멘트는 수축하고, 골재는 팽창함에 따라 시멘트 매트릭스와 골재의 계면 사이에 미스매치(mismatch) 현상에 기인하여 천이지대(interfacial transition zones)에 엄청난 양의 균열이 발생된다.
도 2는 화재손상 콘크리트 내부 깊이변화에 따른 피해온도 결과로서 온도구배(Thermal Gradient)를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 고온에 노출된 시멘트 페이스트의 X-ray CT 촬영 결과를 나타내는 도면이다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 콘크리트 내부 깊이변화에 따른 피해온도 결과로서, 콘크리트 외부와 내부의 심각한 온도차가 발생한다. 구체적으로, 화재발생 초기 콘크리트 구조물 외부와 내부에는 높은 수준의 온도구배(thermal gradient)가 발생하는데, 내부의 콘크리트와 달리 외부는 급속히 팽창함에 따라 그 크기의 차에 의해, 도 3의 a) 내지 c)에 도시된 바와 같이, 내부에 심각한 균열이 발생될 수 있다.
한편, 도 4는 고온에 노출된 콘크리트 샘플의 모니터링 결과로서 균열이 발생된 것을 나타내는 사진이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고온에 노출된 콘크리트 샘플 1개를 대상으로 동일한 샘플을 180일까지 지속적으로 모니터링한 결과 균열이 점점 커지는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 이것은 DEF(delayed ettringite formation) 또는 재수화(rehydration)와 같은 팽창성 반응에 의한 팽창 파괴가 원인이 된다.
이러한 화재손상 콘크리트 구조물에 대한 복구는 크게 화학적 치유와 물리적 복구로 구분할 수 있다. 화재손상 콘크리트 구조물은 고열에 의해 다양한 화학성분의 분해가 일어나는데, 특히, 수산화칼슘의 분해는 중성화에 직접적인 영향으로 수명을 단축시킬 수 있다. 또한, 화재손상 콘크리트 구조물 내부에 발생한 균열공극은 추가적으로 중성화를 급속하게 진행시킴에 따라 역시 수명을 단축시키는 심각한 문제점이 있다. 즉, 콘크리트 구조물이 화재손상을 입은 후 3일 이내에 조속한 대응이 이루어지지 않을 경우, 2차 균열이 발생하고 급속하게 잔존 수명이 단축될 수 있다.
한편, 관련 기술로서, 본 발명의 출원인 및 발명자에 의해 출원되어 특허등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1554165호에는 "화재손상 콘크리트 구조물의 잔존수명 예측 시스템 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있고, 또한, 대한민국 등록특허번호 제10-1920886호에는 "화재손상 콘크리트 구조물의 2차 피해 방지를 위한 화학적 치유 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.
대한민국 등록특허번호 제10-1554165호의 경우, 화재손상 콘크리트 구조물의 열적 피해규모를 평가하고, 균열량을 산출할 수 있으며, 또한, 대한민국 등록특허번호 제10-1920886호의 경우, 화학적 치유 가스를 주입함에 따라 화재손상 콘크리트 구조물을 1차적으로 치유할 수 있는데, 이때, 고온피해를 입은 콘크리트 구조물의 대기 중 2차 팽창반응을 차단하기 위해 손상제어가스(Damage Control Gas: DCG)를 주입하여 화학적으로 안정한 상태를 만들어 줄 수 있지만, 이러한 화학적 치유 방법으로는 콘크리트 내부의 중성화 문제를 해결하기 어렵다는 문제점이 있다. 이때, 화재손상 콘크리트 구조물에 대해 화학적 치유를 진행하지 않으면 연속적인 팽창반응으로 심각한 추가 균열이 발생될 수 있으므로, 화학적 치유와 물리적 복구가 병행될 필요가 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 수행에 의해 1차 화학적 치유방법으로 해결되지 않은 화재손상 콘크리트 구조물의 알칼리 특성, 잔존강도 특성, 내구 특성 등 주요 재료적 성능 및 구조적 성능을 화재 피해 이전 수준으로 회복시킬 수 있는, 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 수행시 주입재료를 연속 시공함으로써 화재에 의한 균열과 기존에 발생한 균열 등 모든 균열 공간을 충전할 수 있는, 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 화재손상 콘크리트 구조물의 화학적 치유 및 물리적 복구에 의해 화재가 다시 발생할 경우에도 콘크리트 구조물의 내화성능 및 내구성능을 확보할 수 있는, 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템은, 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 분석을 통해 화재손상 콘크리트 구조물에 대한 화재피해를 진단하고, 화재피해온도, 균열깊이 및 균열 발생량을 평가하는 콘크리트 구조물 샘플 분석부; 상기 콘크리트 구조물 샘플 분석부에서 실시한 화학 분석 샘플 데이터와 비교할 수 있도록, 실험을 통해 획득된 데이터를 저장하여 구축되는 표준화 DB; 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 복구 계획 및 범위를 설정하고, 화학적 치유 유지기간을 설정하며, 물리적 복구를 위한 복구재료의 주입량을 설정하는 콘크리트 구조물 복구계획 수립부; 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 화학적 치유를 수행하는 화학적 치유 수행부; 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 화학적 치유가 기설정된 치유 수준을 만족하지 않는 경우, 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구를 후속 수행하는 물리적 복구 수행부; 및 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 화학적 치유가 기설정된 치유 수준을 만족하는지 및 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구가 기설정된 복구 수준을 만족하는지 평가하는 복구 수준 평가부를 포함하되. 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 알칼리 특성, 잔존강도 특성 및 내구 특성을 포함하는 주요 재료적 성능 및 구조적 성능을 화재 피해 전 수준으로 회복시키는 것을 특징으로 한다.
삭제
여기서, 상기 물리적 복구 수행부는, 상기 화학적 치유 수행부에 의한 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 1차 복구 이후에 수행되며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 2차 복구를 위해 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 하중을 담당하고 있는 주철근 내측 영역까지 2차 주입재료인 유기계 재료를 주입하는 유기계 재료 주입부; 및 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 2차 복구 이후에 수행되며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 3차 복구를 위해 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 피복에 해당하는 깊이까지만 3차 주입재료인 기능성 유무기 복합체를 주입하는 3차 기능성 유무기 복합체 주입부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 유기계 재료는 에폭시, 아크릴, 우레탄 또는 폴리에스터를 포함하며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 하중을 담당하고 있는 주철근 내측 영역까지 주입되어 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 강도를 회복하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 3차 주입재료인 기능성 유무기 복합체는 화재손상 콘크리트 구조물의 복구 이외에도, 배합을 조정하면 화재피해를 입지 않은 일반 건설구조물에서 발생한 균열을 보수할 때 사용하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 기능성 유무기 복합체는, 보통포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 인산시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 또는 실리카퓸을 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 시멘트계 무기재료; 일반모래, 규사, PE가루 중 최대치수가 2㎜ 이하의 미세한 골재를 혼입하지 않거나 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 잔골재; 및 생석회, 알칼리 회복제, 탄산마그네슘, 탄산수소나트륨, 나노포러스 실리카 또는 유기계 접착제를 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 특수 혼화재료를 포함하는 복합체로서, 불연성능, 내화성능, 자기치유성능, 알칼리 회복성능, 열흡수 및 열전달 지연성능을 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 기능성 유무기 복합체는 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 잔존수명을 회복시키고, 2차 화재가 발생할 경우에 물리적 복구가 수행된 화재손상 콘크리트 구조물의 내화성능을 적어도 1~3시간 이상 확보하는 재료일 수 있다.
여기서, 상기 기능성 유무기 복합체에 포함되는 특수혼화재료 중에서 탄산마그네슘, 탄산나트륨 및 나노포러스 실리카는 콘크리트 피복두께에 해당되는 부위에 주입되어 화재가 다시 발생하더라도 고온의 열전달을 현저히 떨어뜨려 주근 내측에 먼저 주입된 유기계 재료가 1~3시간 녹는점 이하로 유지시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 기능성 유무기 복합체에 포함되는 특수혼화재료 중에서 나노포러스 실리카는 에어로겔의 한 종류로 소수성(hydrophobic) 성질을 갖고 있는 경우, 표면개질을 위한 특수 화학처리를 통해 물이 포함된 유무기 복합체 내부에서 용이하게 확산될 수 있도록 선행처리를 실시할 수 있다.
여기서, 상기 기능성 유무기 복합체에 포함되는 특수혼화재료 중에서 유기계 접착제는 2차 주입재료에 사용한 에폭시, 아크릴, 우레탄 또는 폴리에스터 중 적어도 하나 이상 부피비 1%~99% 비율로 혼입하여 유무기 복합체의 접착성능 및 주입성능을 증진하도록 사용되며, 일정 수준의 접착성능과 주입성능을 확보하는 조건에서 내화성능을 가장 최대로 확보하기 위해서 가능한 소량 사용하는 것이 바람직하다.
삭제
여기서, 상기 2차 주입재료 및 3차 주입재료는 복구주입 장비에 의해 연속 주입되어 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 화재에 의한 균열과 기존에 발생한 균열을 포함하는 모든 균열 공간을 충전할 수 있다.
삭제
삭제
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법은, a) 화재손상 콘크리트 구조물 샘플을 분석하여 화재손상 콘크리트 구조물의 화재피해온도, 균열 깊이 및 균열 발생량을 파악하는 단계; b) 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플에 대한 화재피해온도, 균열 깊이 및 균열 발생량이 기준값 미만인지 판단하는 단계; c) 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플에 대한 화재피해온도, 균열 깊이 및 균열 발생량이 기준값 미만인 경우, 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 복구계획을 수립하는 단계; d) 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 1차적인 화학적 치유를 수행하는 단계; e) 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 화학적 치유가 기설정된 치유 수준을 만족하는지 판단하는 단계; 및 f) 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 화학적 치유가 기설정된 치유 수준을 만족하지 않는 경우, 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구를 후속 수행하는 단계를 포함하되, 상기 f) 단계는 복구주입 장비를 사용하여 알칼리 특성, 잔존강도 특성 및 내구 특성을 포함하는 주요 재료적 성능 및 구조적 성능을 화재 피해 전 수준으로 회복시키며, 상기 f) 단계에서, 콘크리트 구조물 내측까지 주입하기 어려운 재료는 콘크리트의 피복에만 주입하고, 콘크리트 구조물의 잔존강도와 구조성능과 밀접한 주철근 내측 위치에 유기계 재료를 주입함으로써, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 내화성능과 잔존강도를 모두 회복시키는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법.
본 발명에 따르면, 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 수행에 의해 1차 화학적 치유방법으로 해결되지 않은 화재손상 콘크리트 구조물의 알칼리 특성, 잔존강도 특성, 내구 특성 등 주요 재료적 성능 및 구조적 성능을 화재 피해 이전 수준으로 회복시킴으로써, 화재피해로 연약해진 콘크리트 구조물의 잔존수명 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 수행시 주입재료를 연속 시공함으로써 화재에 의한 균열과 기존에 발생한 균열 등 모든 균열 공간을 충전할 수 있다.
본 발명에 따르면, 화재손상 콘크리트 구조물의 화학적 치유 및 물리적 복구에 의해 화재가 다시 발생할 경우에도 콘크리트 구조물의 내화성능 및 내구성능을 확보할 수 있다.
도 1은 화재손상 콘크리트에 대해 시멘트와 골재의 팽창계(Dilatometer) 시험 결과에 따른 온도 불화합성(Thermal incompatibility)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 화재손상 콘크리트 내부 깊이변화에 따른 피해온도 결과로서 온도구배(Thermal Gradient)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 고온에 노출된 시멘트 페이스트의 X-ray CT 촬영 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 고온에 노출된 콘크리트 샘플의 모니터링 결과로서 균열이 발생된 것을 나타내는 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서 화재손상 콘크리트 구조물 샘플 분석부의 구체적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서 화재손상 콘크리트 구조물의 화학적 치유를 위한 손상제어가스(DCG)의 주입을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서 2차 및 3차 물리적 복구를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 동작흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 화학적 치유 과정의 구체적인 동작흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 물리적 복구 과정의 구체적인 동작흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 물리적 복구 과정에 복구 주입장비를 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 물리적 복구를 위한 주입복구 과정의 구체적인 동작흐름도이다.
도 2는 화재손상 콘크리트 내부 깊이변화에 따른 피해온도 결과로서 온도구배(Thermal Gradient)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 고온에 노출된 시멘트 페이스트의 X-ray CT 촬영 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 고온에 노출된 콘크리트 샘플의 모니터링 결과로서 균열이 발생된 것을 나타내는 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서 화재손상 콘크리트 구조물 샘플 분석부의 구체적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서 화재손상 콘크리트 구조물의 화학적 치유를 위한 손상제어가스(DCG)의 주입을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서 2차 및 3차 물리적 복구를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 동작흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 화학적 치유 과정의 구체적인 동작흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 물리적 복구 과정의 구체적인 동작흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 물리적 복구 과정에 복구 주입장비를 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 물리적 복구를 위한 주입복구 과정의 구체적인 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
먼저, 화재손상 콘크리트 구조물에 대한 물리적 복구 기술에 요구되는 주요성능은 구조물의 잔존강도와 잔존수명을 화재발생 이전 수준으로 회복시킬 수 있어야 하고, 화재가 재발하더라고 1~3시간을 견딜 수 있는 내화성능이다. 이때, 잔존강도는 주철근 내측에서 담당하고, 잔존수명은 콘크리트 피복에서 담당하는데, 각각에 요구되는 성능이 다르므로 적용되는 재료도 달라져야 한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서, 주철근 내측 영역까지 복구재료가 주입되기 위해 점성이 약하고, 경화 후 강도는 높은 유기계를 핵심으로 하는 재료가 사용되고, 콘크리트 피복은 주입 성능은 다소 떨어지더라도 1~3시간의 내화성능과 모재인 콘크리트와 사계절 변화에 함께 거동할 수 있어 내구성능이 확보되는 무기계 재료가 핵심으로 사용된다.
[화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템(100)]
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템의 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템(100)은, 콘크리트 구조물 샘플 분석부(110), 표준화 DB(120), 콘크리트 구조물 복구계획 수립부(130), 화학적 치유 수행부(140), 복구 수준 평가부(150) 및 물리적 복구 수행부(160)를 포함할 수 있다.
콘크리트 구조물 샘플 분석부(110)는 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(210)의 분석을 통해 화재손상 콘크리트 구조물(200)에 대한 화재피해를 진단하고, 화재피해온도, 균열깊이 및 균열 발생량을 평가한다. 또한, 표준화 DB(120)는 상기 콘크리트 구조물 샘플 분석부(110)에서 실시한 화학 분석 샘플 데이터와 비교할 수 있도록, 실험을 통해 획득된 데이터를 저장하여 구축된다.
따라서 상기 콘크리트 구조물 샘플 분석부(110)는 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)로부터 채취되어 화학 분석용 시료로 가공된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(210)에 대해 화학 분석을 실시하여 샘플 데이터를 획득하고, 상기 샘플 데이터를 표준화 DB(120)에 기저장된 데이터와 비교하여 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)에 대한 화재피해를 진단하고, 화재피해온도, 균열깊이 및 균열 발생량을 평가할 수 있다.
콘크리트 구조물 복구계획 수립부(130)는 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 복구 계획 및 범위를 설정하고, 화학적 치유 유지기간을 설정하며, 물리적 복구를 위한 복구재료의 주입량을 설정한다.
화학적 치유 수행부(140)는 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화학적 치유를 수행한다. 구체적으로, 상기 화학적 치유 수행부(140)는, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200) 내부에서 DEF(delayed ettringite formation) 또는 재수화(rehydration) 등 팽창성 반응이 일어나기 전에 제거하도록 손상제어가스(Damage Control Gas: DCG)를 강제 침투시켜 화학적 수축반응을 유도하며, 동시에 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200) 내의 미세공극을 충전하도록 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200) 내의 균열부에 침투시킴으로써, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)을 화학적으로 치유하여 보수할 수 있다.
물리적 복구 수행부(160)는 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화학적 치유가 기설정된 치유 수준을 만족하지 않는 경우, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 물리적 복구를 후속 수행한다. 이에 따라, 상기 물리적 복구 수행부(160)는 복구주입 장비(170)를 사용하여 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200) 내에 알칼리 회복제를 주입함으로써, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 중성화를 방지할 수 있다. 여기서, 상기 복구주입 장비(170)에 의해 연속 주입된 상기 2차 주입재료 및 3차 주입재료는 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화재에 의한 균열과 기존에 발생한 균열을 포함하는 모든 균열 공간을 충전할 수 있다.
따라서 상기 물리적 복구 수행부(160)는, 불연성능이 강하지만 콘크리트 구조물 내측까지 주입하기 어려운 재료는 콘크리트의 피복에만 주입하고, 콘크리트 구조물의 잔존강도와 구조성능과 밀접한 주철근 내측 위치에 주입성능이 우수하고 경화했을 때 강도가 우수한 유기계 재료를 주입함으로써, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 내화성능과 잔존강도를 모두 회복시킬 수 있다. 또한, 상기 3차 주입재료인 기능성 유무기 복합체는 화재손상 콘크리트 구조물의 복구 이외에도, 배합을 조정하면 화재피해를 입지 않은 일반 건설구조물에서 발생한 균열을 보수할 때 사용할 수 있고, 콘크리트 구조물의 내부와 외부에서 발생한 모든 균열공간을 효율적으로 채워줌으로써 화재저항성이 우수한 보수재료로 폭넓게 사용될 수 있다.
복구 수준 평가부(150)는 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화학적 치유가 기설정된 치유 수준을 만족하는지 및 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 물리적 복구가 기설정된 복구 수준을 만족하는지 평가한다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서 화재손상 콘크리트 구조물 샘플 분석부의 구체적인 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서 화재손상 콘크리트 구조물 샘플 분석부(110)는, 화학 분석부(111), 데이터 분석부(112) 및 화재피해 진단 및 잔존수명 평가부(113)를 포함할 수 있다.
화학 분석부(111)는 화학 분석용 시료로 가공된 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(210)에 대해 화학 분석을 실시하여 샘플 데이터를 획득한다.
데이터 분석부(112)는 상기 화학 분석부(111)에 의해 획득된 샘플 데이터를 표준화 DB(120)에 기저장된 데이터와 비교하여 화재피해온도, 공극구조 및 중성화깊이를 각각 예측한다. 이때, 상기 데이터 분석부(112)는, 상기 화학 분석부(111)에 의해 획득된 샘플 데이터를 상기 표준화 DB(300)에 기저장된 피해온도 데이터와 비교하여 화재피해 온도를 예측하는 화재피해 온도 예측부; 상기 표준화 DB(120)에 기저장된 온도별 공극구조 데이터와 비교하여 온도별 공극구조를 예측하는 공극구조 예측부; 및 상기 표준화 DB(120)에 기저장된 공극구조별 중성화깊이 데이터와 비교하여 내구특성 변화를 파악하는 중성화깊이 예측부를 포함할 수 있다.
화재피해 진단 및 잔존수명 평가부(113)는 상기 데이터 분석부(112)에 의해 분석된 화재피해 온도, 공극구조 및 중성화깊이에 따라 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(210)의 화재피해를 진단하고, 화재피해온도, 균열깊이 및 균열 발생량을 평가할 수 있다.
또한, 표준화 DB(120)는, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 XRD(X-ray diffraction), XRF(X-ray fluorescence), FT-IR(Fourier transform infrared spectroscopy), NMR(Nuclear magnetic resonance), TGA(Thermogravimetric analyzer) 등 다양한 화학분석 장비에 의해 획득되는 화재피해 온도에 따른 실시간 화학특성 변화 데이터가 저장된 피해온도 DB(121); 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 기체흡착법(Brunauer-E㎜ett-Teller: BET), 수은압입법(Mecury intrusion porosimetry) 등에 의해 획득되는 화재피해 온도에 따른 공극구조특성 변화 데이터가 저장된 온도별 공극구조 DB(122); 및 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 중성화 분석에 의해 획득되는 공극구조 변화에 따른 중성화깊이 데이터가 저장된 공극구조별 중성화깊이 DB(123)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서 화재손상 콘크리트 구조물 샘플 분석부(110)는 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(210)의 화학 분석을 실시하여 샘플 데이터를 획득하고, 표준화 DB에 기저장된 데이터와 비교하여 화재손상 콘크리트 구조물의 잔존수명을 신속하게 예측할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서 화재손상 콘크리트 구조물의 화학적 치유를 위한 손상제어가스(DCG)의 주입을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서 화학적 치유 수행부(140)는 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 균열부(220)에 손상제어가스(DCG: 141)를 고농도로 주입하기 위해 별도의 제작된 DCG 주입기이거나 또는 복구 주입장비(170)일 수 있다.
구체적으로, 상기 화학적 치유 수행부(140)인 DCG 주입기는, DCG 탱크(142), 압력게이지(143), DCG 주입기 본체(144) 및 니들(145)을 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 예를 들면, DCG 탱크(142)는 DCG(141)가 저장되며, 압력 게이지(143)는 상기 DCG소 탱크(142) 내의 DCG(141)를 소정 압력으로 공급한다. DCG 주입기 본체(144)는 상기 DCG 탱크(142)로부터 공급되는 DCG(141)를 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 균열부(220)에 고압으로 주입할 수 있도록 제어한다. 니들(145)은 상기 DCG 주입기 본체(144)로부터 공급되는 DCG(141)를 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 균열부(220)에 주입할 수 있도록 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 균열부(220)에 가능한 깊게 삽입되어 DCG(141)를 주입할 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서 2차 및 3차 물리적 복구를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템에서 2차 및 3차 물리적 복구를 위한 물리적 복구 수행부(160)는, 유기계 재료 주입부(161) 및 기능성 유무기 복합체 주입부(162)를 포함한다.
유기계 재료 주입부(161)는 상기 화학적 치유 수행부(140)에 의한 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 1차 복구 이후에 수행되며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 2차 복구를 위해 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 하중을 담당하고 있는 주철근 내측 영역까지 2차 주입재료인 유기계 재료를 주입한다.
여기서, 상기 유기계 재료는 에폭시, 아크릴, 우레탄 또는 폴리에스터를 포함하며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 하중을 담당하고 있는 주철근 내측 영역까지 주입되어 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 강도를 보강할 수 있다.
기능성 유무기 복합체 주입부(162)는 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 2차 복구 이후에 수행되며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 3차 복구를 위해 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 피복에 해당하는 깊이까지만 3차 주입재료인 기능성 유무기 복합체를 주입한다.
구체적으로, 상기 기능성 유무기 복합체는, 보통포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 인산시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 또는 실리카퓸을 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 시멘트계 무기재료; 일반모래, 규사, PE가루 중 최대치수가 2㎜ 이하의 미세한 골재를 현장상황에 따라 혼입하지 않거나 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 잔골재; 및 생석회, 알칼리 회복제, 탄산마그네슘, 탄산수소나트륨, 나노포러스 실리카(nano-porous silica), 유기계 접착제 등을 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 특수 혼화재료를 포함하는 복합체로서, 불연성능, 내화성능, 자기치유성능, 알칼리 회복성능, 열흡수 및 열전달 지연성능을 갖는다.
또한, 상기 기능성 유무기 복합체는 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 잔존수명을 회복시키고, 2차 화재가 발생할 경우에 물리적 복구가 수행된 화재손상 콘크리트 구조물의 내화성능을 적어도 1~3시간 이상 확보하는 재료일 수 있다. 특히, 탄산마그네슘, 탄산나트륨, 나노포러스 실리카, 유기계 접착제 등은 3차 주입재료인 유무기 복합체에 포함된 특수 혼화재료로서, 콘크리트 피복두께에 해당되는 부위에 주입되어 화재가 다시 발생하더라도 고온의 열전달을 현저히 떨어뜨려 주근 내측에 먼저 주입된 유기계 재료가 1~3시간 동안 녹는점 이하로 유지될 수 있다.
또한, 상기 기능성 유무기 복합체에 포함되는 특수혼화재료 중에서 나노포러스 실리카는 에어로겔의 한 종류로 소수성(hydrophobic) 성질을 갖고 있는 경우, 표면개질을 위한 특수 화학처리를 통해 물이 포함된 유무기 복합체 내부에서 용이하게 확산될 수 있도록 선행처리를 실시한다. 또한, 상기 기능성 유무기 복합체에 포함되는 특수혼화재료 중에서 유기계 접착제는 2차 주입재료에 사용한 에폭시, 아크릴, 우레탄 또는 폴리에스터 중 적어도 하나 이상 부피비 1%~99% 비율로 혼입하여 유무기 복합체의 접착성능 및 주입성능을 증진하도록 사용되며, 일정 수준의 접착성능과 주입성능을 확보하는 조건에서 내화성능을 가장 최대로 확보하기 위해서 가능한 소량 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기능성 유무기 복합체의 경우, 화재손상 구조물의 피해 등급이 높아 주입이 필요하지 않은 현장 상황에서는 목적에 따라 일부 재료를 사용하지 않거나 하나 이상을 조합하여 단면복구용 재료로 사용될 수 있는 있고, 피해등급이 높지 않더라도 1차 DCG 가스 투입, 2차 유기계 보수재 주입, 3차 유무기 복합체 주입 이후 일부 단면손실이 일어난 부위에는 3차 유무기 복합체의 배합비율을 조정하여 단면복구용 재료로 사용할 수 있다.
또한, 복구주입 장비에 의해 연속 주입된 상기 2차 유기계 주입재료 및 3차 유무기 복합 주입재료는 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 화재에 의한 균열과 기존에 발생한 균열을 포함하는 모든 균열 공간을 충전할 수 있다.
한편, 일반적으로 화재손상을 입은 콘크리트 구조물은 외부뿐만 아니라 내부에 그 보다 많은 균열이 발생하기 때문에 이를 모두 채워야 하는데, 불연재료의 경우는 시멘트계 무기재료로 구조물 내측에 있는 균열을 채울 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 예를 들면, 화재손상 구조물뿐만 아니라 일반 구조물 보수시에도 국내 모든 현장에서 발생되는 문제에 해당된다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템은, 불연성능이 강하지만 콘크리트 내측까지 주입하기 어려운 재료는 콘크리트의 피복에만 주입하고, 건설구조물의 잔존강도와 구조성능과 밀접한 주철근 내측 위치에 주입성능이 우수하고 기존에 많이 사용되어 오던 에폭시 등 유기계를 혼입하여 내화성능(콘크리트 피복)과 잔존강도(주철근 내측 영역)를 모두 회복시킬 수 있다. 이러한 경우, 건설구조물의 안전성을 위해 구조해석을 진행할 때, 콘크리트 기둥의 경우, 피복 두께는 구조해석 대상에서 벗어나는 요소이므로, 주철근 내측까지만 구조해석 대상에 포함되기 때문이다.
[화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법]
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 동작흐름도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 화학적 치유 과정의 구체적인 동작흐름도이며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 물리적 복구 과정의 구체적인 동작흐름도이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법은, 먼저, 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(210)을 분석하여 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화재피해온도, 균열 깊이 및 균열 발생량을 파악한다(S110).
다음으로, 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(210)에 대한 화재피해온도, 균열 깊이 및 균열 발생량이 기준값 미만인지 판단한다(S120).
다음으로, 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(210)에 대한 화재피해온도, 균열 깊이 및 균열 발생량이 기준값 이상인 경우, 복구 불가 위치 선정, 단면복구 또는 건물 해체와 재시공 여부를 판단할 수 있는 근거 데이터를 제공한다(S130).
다음으로, 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(210)에 대한 화재피해온도, 균열 깊이 및 균열 발생량이 기준값 미만인 경우, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 복구계획을 수립한다(S140). 즉, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 복구 계획 및 범위를 설정하고, 화학적 치유 유지기간을 설정하며, 물리적 복구를 위한 복구재료의 주입량을 설정한다.
다음으로, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 1차적인 화학적 치유를 수행한다(S150). 구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 균열을 확인하고(S151), 이후, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 균열부에 DCG를 고농도로 주입하기 위한 DCG 주입기를 준비하며(S152), 이후, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 균열부의 균열 크기와 기준값을 비교하고(S153), DCG 주입기를 사용하여 균열부에 고농도 DCG를 주입하거나(S154) 또는 상기 균열부의 균열 크기가 기준값보다 작은 미세 균열인 경우, 상기 DCG 주입기를 사용하여 상기 균열부에 고농도 DCG를 주입한다(S155).
이에 따라, 상기 화학적 치유 수행부(140)는, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200) 내부에서 DEF(delayed ettringite formation) 또는 재수화(rehydration) 등 팽창성 반응이 일어나기 전에 제거하도록 손상제어가스(Damage Control Gas: DCG)를 강제 침투시켜 화학적 수축반응을 유도하며, 이와 동시에 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200) 내의 미세공극을 충전하도록 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200) 내의 균열부에 침투시킴으로써, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)을 화학적으로 치유하여 보수할 수 있다. 여기서, 상기 고농도 DCG는 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200) 내부에서 DEF(delayed ettringite formation) 또는 재수화(rehydration) 등 팽창성 반응이 일어나기 전에 화학적 방식으로 제거함으로써 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 2차 피해를 방지할 수 있다.
다음으로, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화학적 치유가 기설정된 치유 수준을 만족하는지 판단한다(S160).
다음으로, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화학적 치유가 기설정된 치유 수준을 만족하지 않는 경우, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 물리적 복구를 후속 수행한다(S170). 구체적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 기계식 복구 주입장비(170)를 설치하고(S171), 이후, 손상부위 표면의 외부 공기를 차단하며(S172), 이후, 상기 복구 주입장비(170)를 사용하여 물리적 복구를 위한 2차 유기계 재료를 주입하고(173), 상기 복구 주입장비(170)를 사용하여 물리적 복구를 위한 3차 기능성 유무기 복합체를 주입한다.
상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 1차 복구 이후에 수행되며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 2차 복구를 위해 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 하중을 담당하고 있는 주철근 내측 영역까지 2차 주입재료인 유기계 재료를 주입하되, 상기 유기계 재료는 에폭시, 아크릴, 우레탄 또는 폴리에스터를 포함하며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 하중을 담당하고 있는 주철근 내측 영역까지 주입되어 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 강도를 회복할 수 있다.
또한, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 2차 복구 이후에 수행되며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 3차 복구를 위해 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 피복에 해당하는 깊이까지만 3차 주입재료인 기능성 유무기 복합체를 주입하되, 상기 기능성 유무기 복합체는, 보통포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 인산시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 또는 실리카퓸을 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 시멘트계 무기재료; 일반모래, 규사, PE가루 중 최대치수가 2㎜ 이하의 미세한 골재를 현장상황에 따라 혼입하지 않거나 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 잔골재; 및 생석회, 알칼리 회복제, 탄산마그네슘, 탄산수소나트륨, 나노포러스 실리카(nano-porous silica), 유기계 접착제 등을 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 특수 혼화재료를 포함하는 복합체로서, 불연성능, 내화성능, 자기치유성능, 알칼리 회복성능, 열흡수 및 열전달 지연성능을 갖는다.
또한, 상기 기능성 유무기 복합체는 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 잔존수명을 회복시키고, 2차 화재가 발생할 경우에 물리적 복구가 수행된 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 내화성능을 적어도 1~3시간 이상 확보하는 재료인 것이 바람직하다. 즉, 탄산마그네슘, 탄산나트륨, 나노포러스 실리카, 유기계 접착제 등은 3차 주입재료인 유무기 복합체에 포함된 특수 혼화재료로써 콘크리트 피복두께에 해당되는 부위에 주입되어 화재가 다시 발생하더라도 고온의 열전달을 현저히 떨어뜨려 주근 내측에 먼저 주입된 유기계 재료가 1~3시간 녹는점 이하로 유지될 수 있다.
다음으로, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 물리적 복구 수준을 만족하는지 판단하여, 물리적 복구 수준을 만족할 때까지 전술한 S170 단계를 수행한다(S180).
한편, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 물리적 복구 과정에 복구 주입장비를 예시하는 도면이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 물리적 복구를 위한 주입복구 과정의 구체적인 동작흐름도이다.
본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 물리적 복구 과정에 복구 주입장비(170)는, 도 12에 도시된 바와 같이 동작하는 장비를 사용할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 도 12에 도시된 복구 주입장비(170)의 경우, 보수액 주입할 때 균열 내부의 공기는 외부로 배출시키고, 보수액은 역류하지 않게 자동으로 제어해주기 때문에 0.1㎜ 이하의 미세균열까지 정밀하게 주입할 수 있다.
구체적으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법의 물리적 복구를 위한 주입복구 과정은, 먼저, 균열상태, 폭, 깊이, 길이 등을 사전에 충분히 조사하여 주입을 위한 포트설치 간격을 결정한다(S210). 이때, 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 균열 주위를 실링 및 주입이 잘 될 수 있도록 오물과 먼지를 제거하고 주입을 위한 포트를 설치할 곳을 확보한다.
다음으로, 물리적 복구를 위한 주입재료를 혼합한 후 복구 주입장비(170)를 사용하여 주입하고, 내부의 주입재가 경화되기 전에 확인창을 이용 주입완료 여부를 판단하여 튜브내 저장량 부족 시 재차 주입한다(S220). 이때, 2차로 주입한 유기계 주입액은 주철근 내측에만 채워져야 하는데, 피복까지 침범한 경우, 3차 유무기 복합재료를 주입할 때 기계식 주입방법에 의한 강한 외부 압력으로 유무기 복합재료를 채워가면서 동시에 피복에 남아있었던 유기계 주입액을 밖으로 빼낼 수 있다. 이에 따라, 상기 복구주입 장비(170)에 의해 연속 주입된 상기 2차 주입재료 및 3차 주입재료는 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화재에 의한 균열과 기존에 발생한 균열을 포함하는 모든 균열 공간을 충전할 수 있다.
다음으로, 복구 주입장비(170)를 제거하고, 현장상황에 따라 주입복구 과정을 마감한다(S230).
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 수행에 의해 1차적인 화학적 치유로 해결되지 않은 화재손상 콘크리트 구조물의 알칼리 특성을 회복함으로써, 콘크리트 내부의 중성화를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 수행시 주입재료를 연속 시공함으로써 화재에 의한 균열과 기존에 발생한 균열 등 모든 균열 공간을 충전함에 따라 잔존강도를 회복시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 화재손상 콘크리트 구조물의 화학적 치유 및 물리적 복구에 의해 화재가 다시 발생할 경우에도 콘크리트 구조물의 내화성능 및 내구성능을 확보할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 콘크리트 구조물 샘플 분석부
120: 표준화 DB
130: 콘크리트 구조물 복구계획 수립부
140: 화학적 치유 수행부
150: 복구 수준 평가부
160: 물리적 복구 수행부
170: 복구주입 장비
161: 2차 유기계 재료 주입부
162: 3차 기능성 유무기 복합체 주입부
200: 화재손상 콘크리트 구조물
210: 화재손상 콘크리트 구조물 샘플
120: 표준화 DB
130: 콘크리트 구조물 복구계획 수립부
140: 화학적 치유 수행부
150: 복구 수준 평가부
160: 물리적 복구 수행부
170: 복구주입 장비
161: 2차 유기계 재료 주입부
162: 3차 기능성 유무기 복합체 주입부
200: 화재손상 콘크리트 구조물
210: 화재손상 콘크리트 구조물 샘플
Claims (27)
- 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(210)의 분석을 통해 화재손상 콘크리트 구조물(200)에 대한 화재피해를 진단하고, 화재피해온도, 균열깊이 및 균열 발생량을 평가하는 콘크리트 구조물 샘플 분석부(110);
상기 콘크리트 구조물 샘플 분석부(110)에서 실시한 화학 분석 샘플 데이터와 비교할 수 있도록, 실험을 통해 획득된 데이터를 저장하여 구축되는 표준화 DB(120);
상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 복구 계획 및 범위를 설정하고, 화학적 치유 유지기간을 설정하며, 물리적 복구를 위한 복구재료의 주입량을 설정하는 콘크리트 구조물 복구계획 수립부(130);
상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화학적 치유를 수행하는 화학적 치유 수행부(140);
상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화학적 치유가 기설정된 치유 수준을 만족하지 않는 경우, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 물리적 복구를 후속 수행하는 물리적 복구 수행부(160); 및
상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화학적 치유가 기설정된 치유 수준을 만족하는지 및 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 물리적 복구가 기설정된 복구 수준을 만족하는지 평가하는 복구 수준 평가부(150)를 포함하되,
상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 알칼리 특성, 잔존강도 특성 및 내구 특성을 포함하는 주요 재료적 성능 및 구조적 성능을 화재 피해 전 수준으로 회복시키며,
상기 물리적 복구 수행부(160)는, 상기 화학적 치유 수행부(140)에 의한 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 1차 복구 이후에 수행되며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 2차 복구를 위해 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 하중을 담당하고 있는 주철근 내측 영역까지 2차 주입재료인 유기계 재료를 주입하는 유기계 재료 주입부(161); 및 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 2차 복구 이후에 수행되며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 3차 복구를 위해 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 피복에 해당하는 깊이까지만 3차 주입재료인 기능성 유무기 복합체를 주입하는 3차 기능성 유무기 복합체 주입부(162)를 포함하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 유기계 재료는 에폭시, 아크릴, 우레탄 또는 폴리에스터를 포함하며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 하중을 담당하고 있는 주철근 내측 영역까지 주입되어 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 강도를 회복하는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 3차 주입재료인 기능성 유무기 복합체는 화재손상 콘크리트 구조물의 복구 이외에도, 배합을 조정하면 화재피해를 입지 않은 일반 건설구조물에서 발생한 균열을 보수할 때 사용하는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 기능성 유무기 복합체는, 보통포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 인산시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 또는 실리카퓸을 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 시멘트계 무기재료; 일반모래, 규사, PE가루 중 최대치수가 2㎜ 이하의 미세한 골재를 혼입하지 않거나 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 잔골재; 및 생석회, 알칼리 회복제, 탄산마그네슘, 탄산수소나트륨, 나노포러스 실리카(nano-porous silica) 또는 유기계 접착제를 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 특수 혼화재료를 포함하는 복합체로서, 불연성능, 내화성능, 자기치유성능, 알칼리 회복성능, 열흡수 및 열전달 지연성능을 갖는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 기능성 유무기 복합체는 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 잔존수명을 회복시키고, 2차 화재가 발생할 경우에 물리적 복구가 수행된 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 내화성능을 적어도 1~3시간 이상 확보하는 재료인 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 기능성 유무기 복합체에 포함되는 특수혼화재료 중에서 탄산마그네슘, 탄산나트륨 및 나노포러스 실리카(nano-porous silica)는 콘크리트 피복두께에 해당되는 부위에 주입되어 화재가 다시 발생하더라도 고온의 열전달을 현저히 떨어뜨려 주근 내측에 먼저 주입된 유기계 재료가 1~3시간 녹는점 이하로 유지시키는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 기능성 유무기 복합체에 포함되는 특수혼화재료 중에서 나노포러스 실리카는 에어로겔의 한 종류로 소수성(hydrophobic) 성질을 갖고 있는 경우, 표면개질을 위한 특수 화학처리를 통해 물이 포함된 유무기 복합체 내부에서 용이하게 확산될 수 있도록 선행처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 기능성 유무기 복합체에 포함되는 특수혼화재료 중에서 유기계 접착제는 2차 주입재료에 사용한 에폭시, 아크릴, 우레탄 또는 폴리에스터 중 적어도 하나 이상 부피비 1%~99% 비율로 혼입하여 유무기 복합체의 접착성능 및 주입성능을 증진하도록 사용되며, 일정 수준의 접착성능과 주입성능을 확보하는 조건에서 내화성능을 가장 최대로 확보하기 위해서 가능한 소량 사용하는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 2차 주입재료 및 3차 주입재료는 복구주입 장비(170)에 의해 연속 주입되어 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화재에 의한 균열과 기존에 발생한 균열을 포함하는 모든 균열 공간을 충전하는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템. - 삭제
- 삭제
- a) 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(210)을 분석하여 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화재피해온도, 균열 깊이 및 균열 발생량을 파악하는 단계;
b) 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(210)에 대한 화재피해온도, 균열 깊이 및 균열 발생량이 기준값 미만인지 판단하는 단계;
c) 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(210)에 대한 화재피해온도, 균열 깊이 및 균열 발생량이 기준값 미만인 경우, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 복구계획을 수립하는 단계;
d) 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 1차적인 화학적 치유를 수행하는 단계;
e) 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화학적 치유가 기설정된 치유 수준을 만족하는지 판단하는 단계; 및
f) 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화학적 치유가 기설정된 치유 수준을 만족하지 않는 경우, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 물리적 복구를 후속 수행하는 단계를 포함하되,
상기 f) 단계는 복구주입 장비(170)를 사용하여 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 알칼리 특성, 잔존강도 특성 및 내구 특성을 포함하는 주요 재료적 성능 및 구조적 성능을 화재 피해 전 수준으로 회복시키며,
상기 f) 단계에서, 콘크리트 구조물 내측까지 주입하기 어려운 재료는 콘크리트의 피복에만 주입하고, 콘크리트 구조물의 잔존강도와 구조성능과 밀접한 주철근 내측 위치에 유기계 재료를 주입함으로써, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 내화성능과 잔존강도를 모두 회복시키는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법. - 삭제
- 제15항에 있어서, 상기 f) 단계는,
f-1) 기계식 복구 주입장비(170)를 설치하는 단계;
f-2) 손상부위 표면의 외부 공기를 차단하는 단계;
f-3) 상기 복구 주입장비(170)를 사용하여 물리적 복구를 위한 2차 유기계 재료를 주입하는 단계; 및
f-4) 상기 복구 주입장비(170)를 사용하여 물리적 복구를 위한 3차 기능성 유무기 복합체를 주입하는 단계를 포함하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법. - 제17항에 있어서,
상기 f-3) 단계는, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 1차 복구 이후에 수행되며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 2차 복구를 위해 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 하중을 담당하고 있는 주철근 내측 영역까지 2차 주입재료인 유기계 재료를 주입하는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법. - 제18항에 있어서,
상기 유기계 재료는 에폭시, 아크릴, 우레탄 또는 폴리에스터를 포함하며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 하중을 담당하고 있는 주철근 내측 영역까지 주입되어 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 강도를 회복시키는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법. - 제18항에 있어서,
상기 f-4) 단계는, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 2차 복구 이후에 수행되며, 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 3차 복구를 위해 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 피복에 해당하는 깊이까지만 3차 주입재료인 기능성 유무기 복합체를 주입하는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법. - 제20항에 있어서,
상기 기능성 유무기 복합체는, 보통포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 인산시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 또는 실리카퓸을 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 시멘트계 무기재료; 일반모래, 규사, PE가루 중 최대치수가 2㎜ 이하의 미세한 골재를 혼입하지 않거나 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 잔골재; 및 생석회, 알칼리 회복제, 탄산마그네슘, 탄산수소나트륨, 나노포러스 실리카 또는 유기계 접착제를 적어도 하나 이상 혼합하여 형성되는 특수 혼화재료를 포함하는 복합체로서, 불연성능, 내화성능, 자기치유성능, 알칼리 회복성능, 열흡수 및 열전달 지연성능을 갖는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법. - 제21항에 있어서,
상기 기능성 유무기 복합체는 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 잔존수명을 회복시키고, 2차 화재가 발생할 경우에 물리적 복구가 수행된 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 내화성능을 적어도 1~3시간 이상 확보하는 재료인 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법. - 제20항에 있어서,
상기 복구주입 장비(170)에 의해 연속 주입된 상기 2차 주입재료 및 3차 주입재료는 상기 화재손상 콘크리트 구조물(200)의 화재에 의한 균열과 기존에 발생한 균열을 포함하는 모든 균열 공간을 충전하는 것을 특징으로 하는 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제15항 및 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 방법에 의해 물리적 복구가 수행된 화재손상 콘크리트 구조물.
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| KR1020190118019A KR102107098B1 (ko) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템 및 그 방법 |
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| KR1020190118019A KR102107098B1 (ko) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 화재손상 콘크리트 구조물의 물리적 복구 시스템 및 그 방법 |
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2019
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