KR102140716B1

KR102140716B1 - 스파이더 부재를 사용한 관로 보수·보강 공법

Info

Publication number: KR102140716B1
Application number: KR1020190178615A
Authority: KR
Inventors: 김종봉; 이승일; 김소라
Original assignee: 주식회사 에스알이테크
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-08-04

Abstract

본 발명은 스파이더 부재를 사용한 관로 보수·보강 공법에 관한 것으로, 보강재를 지지하기 위한 셋트앵커의 사용을 최소화하여 관로 내벽에 대한 과도한 손상을 방지하고 작업공정을 줄여 작업성을 향상시키는 한편, 모르타르의 강도 및 부착성을 강화할 수 있도록 한 것이다.
이러한 본 발명의 관로 보수·보강 공법은, 관로 내벽을 세정 및 표면처리하는 단계; 관로 내벽에 프라이머를 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계; 관로 내벽을 둘러싼 형태로 익스팬디드 메탈을 가설하는 단계; 관로 내벽을 천공하여 일정 간격을 두고 천공홀을 형성한 후 셋트앵커를 타격하여 설치하는 단계; 스파이더 부재를 설치하는 단계; 관로 내벽에 모르타르를 도포하여 모르타르층을 형성하는 단계; 관로 내벽에 도포된 모르타르를 양생하는 단계; 및 관로 내벽에서 양생된 모르타르에 열화나 부식이 일어나지 않도록 마감재를 도포하여 마감재층을 형성하는 단계;를 포함하며, 스파이더 부재는 셋트앵커의 볼트 머리에 대응하여 타격에 의해 억지끼움되는 앵커캡과, 앵커캡을 중심으로 하여 방사상으로 길게 뻗친 다수의 지지봉으로 이루어져, 스파이더 부재를 설치하는 단계에서 스파이더 부재의 앵커캡을 셋트앵커의 볼트 머리에 타격하여 고정한 후 스파이더 부재의 지지봉를 사용하여 익스팬디드 메탈이 관로 내벽으로부터 들뜨거나 움직이지 않도록 지지한다.

Description

스파이더 부재를 사용한 관로 보수·보강 공법{PIPELINE REPAIR AND REINFORCEMENT METHOD USING SPIDER MEMBER}

본 발명은 관로 보수·보강 공법에 관한 것으로, 특히 보강재를 지지하기 위한 셋트앵커의 사용을 최소화하여 관로 내벽에 대한 과도한 손상을 방지하고 작업공정을 줄여 작업성을 향상시키는 한편, 모르타르의 강도 및 부착성을 강화할 수 있도록 한 스파이더 부재를 사용한 관로 보수·보강 공법에 관한 것이다.

일반적으로, 비굴착 보수공법은 지하에 매설되어 있는 관로가 부분적으로 파손되거나 이음부가 벌어지거나 단차가 생기는 등 누수를 야기할 수 있는 다양한 문제 발생시 이상부위를 보수하기 위한 공법을 일컫는다.

이같은 보수공법으로는 이상부위 구간에 전체적으로 합성수지 관을 끼워 넣어서 보수하는 전체보수공법, 접착수지액과 유리섬유를 이용하여 이상부위만을 대상으로 유리섬유에 접착수지액을 도포하여 함침시킨 후 경화시켜 부분적으로 보수하는 라이닝 공법, 원통형으로 감기도록 구성된 스테인리스 스틸의 비굴착 보수부재를 관로 내에 밀착하여 설치하는 보강링공법 등이 있다.

상기 공법들 가운데서 라이닝 공법은 다른 공법들에 비해 누수를 야기하던 관로의 파손 및 균열 부위를 비교적 깨끗하게 메울 수 있고, 시공후 관로 내부가 매끄러워 하수의 흐름에 지장을 주지 않는 등의 장점이 있어 그동안 널리 사용되어 왔다.

반면, 상기 라이닝 공법의 경우 관로 내벽에 피복되는 라이닝재가 액상 또는 연질이고 경화되기 전까지는 떨어져나가지 않도록 스스로가 강성을 확보해야 하기 때문에 구조적으로 매우 취약하였다. 따라서, 한국공개특허공보 제2001-0039526호에 개시된 것처럼 관로의 내면벽에 와이어메쉬를 밀착시키고, 그 위에 시멘트 모르타르 또는 수지를 도포하여 노후 관로 내벽면을 보강하는 기술이 개시되기도 하였다.

하지만, 이처럼 와이어메쉬를 사용하는 경우 모르타르가 경화되기 전까지 와이어메쉬를 관로 내면벽에 안정적으로 부착하는데 따른 어려움이 있었다. 와이어메쉬를 관로에 안정적으로 부착하기 위해 통상 사용되는 방법은 셋트앵커를 사용하는 것인데, 이렇게 셋트앵커를 사용하여 와이어메쉬를 안정적으로 지지하기 위해서는 일정 간격을 두고 많은 수의 셋트앵커를 관로 내벽에 타설해야 하였다. 이에 따라 많은 수의 셋트앵커를 관로에 타설하는데 따른 어려움과 시간소모가 문제가 되었고, 셋트앵커의 설치를 위해 관로 내벽을 과도하게 천공해야 하기 때문에 구조적으로도 바람직하지 않았다.

한국공개특허공보 제2001-0039526호(2001.05.15)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 보강재를 지지하기 위한 셋트앵커의 사용을 최소화하여 관로 내벽에 대한 과도한 손상을 방지하고 작업공정을 줄여 작업성을 향상시키는 한편, 모르타르의 강도 및 부착성을 강화할 수 있도록 한 스파이더 부재를 사용한 관로 보수·보강 공법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 관로 보수·보강 공법은, 노후하거나 손상된 관로를 보수 및 보강하는 관로 보수·보강 공법으로서, 관로 내벽을 세정 및 표면처리하는 단계; 관로 내벽에 프라이머를 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계; 관로 내벽을 둘러싼 형태로 익스팬디드 메탈을 가설하는 단계; 관로 내벽을 천공하여 일정 간격을 두고 천공홀을 형성한 후 셋트앵커를 타격하여 설치하는 단계; 상기 스파이더 부재를 설치하는 단계; 관로 내벽에 모르타르를 도포하여 모르타르층을 형성하는 단계; 관로 내벽에 도포된 모르타르를 양생하는 단계; 및 관로 내벽에서 양생된 모르타르에 열화나 부식이 일어나지 않도록 마감재를 도포하여 마감재층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 스파이더 부재는 상기 셋트앵커의 볼트 머리에 대응하여 타격에 의해 억지끼움되는 앵커캡과, 상기 앵커캡을 중심으로 하여 방사상으로 길게 뻗친 다수의 지지봉으로 이루어져, 상기 스파이더 부재를 설치하는 단계에서 상기 스파이더 부재의 앵커캡을 상기 셋트앵커의 볼트 머리에 타격하여 고정한 후 스파이더 부재의 지지봉를 사용하여 익스팬디드 메탈이 상기 관로 내벽으로부터 과도하게 들뜨거나 움직이지 않도록 지지하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 스파이더 부재의 설치 시 지지봉의 단부를 관로 내벽을 향하도록 절곡하여, 절곡된 상기 지지봉의 절곡된 단부 길이를 기준으로 하여 모르타르의 도포 두께를 균일하게 맞출 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 스파이더 부재의 설치 시 상기 지지봉과 익스팬디드 메탈을 용접하여 일체화하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 스파이더 부재의 지지봉에는 환형의 돌부가 이격을 두고 다수 형성되어 모르타르와의 접합강도를 높일 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 스파이더 부재의 설치 전에 지지봉에 우레탄 또는 고무 소재로 이루어진 환형의 링을 이격을 두고 끼우는 방법으로 다수의 이격된 돌부를 형성시켜 모르타르와의 접합강도를 높일 수 있도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 모르타르에는 상기 스파이더 부재 및 익스팬디드 메탈과의 결합성과 인장강도를 높이기 위하여, 양단부가 고리 형태로 구부러진 길이 3 내지 6cm의 단섬유 PE 합사가 균일하게 분산된 형태로 첨가한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 단섬유 PE 합사는 길이 3 내지 4cm의 제1단섬유 PE 합사와, 길이 5 내지 6cm의 제2단섬유 PE 합사로 2종을 혼합하여 구비한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 양단부가 고리 형태로 구부러진 단섬유 PE 합사를 마련하기 위해, PE 합사 줄에 인장력을 가하고, 그 상태에서 PE 합사줄을 여러 가닥으로 짧게 절단하는 공정을 진행하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 PE 합사 줄을 절단하기 전에 인장력을 가한 상태에서 먼저 에폭시를 분사하여 도포하고, 도포된 에폭시가 경화되기 전에 무기입자를 흩뿌려서 상기 PE 합사 줄 표면에 무기입자에 의한 돌기를 형성시키는 공정을 추가 진행하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 무기입자는 10~100μm 크기의 입경을 갖는 알루미노실리케이트 입자인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 관로 보수·보강 공법은 스파이더 부재 사용에 의해 보강재를 지지하기 위한 셋트앵커의 사용을 최소화함으로써 관로 내벽에 대한 과도한 손상을 방지하고 작업공정을 줄여 작업성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 스파이더 부재 사용에 의해 모르타르의 강도 및 부착성을 보다 강화할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 단섬유 PE 합사 줄에 인장력을 가한 상태에서 여러 가닥으로 절단하는 독특한 방법으로 양단부를 고리 형태로 만든 단섬유 PE 합사를 분산 첨가함으로써 보수·보강 복합체 전체적으로 일체화된 내부구조를 갖는데 기여하며, 이로부터 높은 인장강도의 향상을 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 의해 시공된 보수·보강 복합체를 설명하기 위한 보수·보강된 관로의 횡단면도
도 2는 도 1의 "A"방향으로 바라본 보수·보강 복합체 중 스파이더 부재를 중심으로 하는 보강구조를 보여주는 참조도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 사용되는 스파이더 부재의 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 사용되는 스파이더 부재가 셋트앵커의 볼트 머리에 끼워져 고정된 상태를 보여주는 단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법을 설명하기 위한 흐름도
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법의 세부공정을 설명하기 위한 일련의 참조도
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 사용되는 관로 보수·보강용 친환경 모르타르의 구성을 설명하기 위한 단면도
도 8과 도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 사용되는 관로 보수·보강용 친환경 모르타르에서 단섬유 PE 합사의 제작공정을 설명하기 위한 일련의 참조도

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 의한 관로 보수·보강 공법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

<실시예>

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 의해 시공된 보수·보강 복합체를 설명하기 위한 보수·보강된 관로의 횡단면도이고, 도 2는 도 1의 "A"방향으로 바라본 보수·보강 복합체 중 스파이더 부재를 중심으로 하는 보강구조를 보여주는 참조도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 사용되는 스파이더 부재의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 사용되는 스파이더 부재가 셋트앵커의 볼트 머리에 끼워져 고정된 상태를 보여주는 단면도이다.

본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법은 거미와 비슷한 모양으로 형성되어 스파이더 부재(110)로 이름 붙여진 스파이더 부재(110)를 적극적으로 이용함으로써 셋트앵커(120)의 사용을 최소화하면서도 모르타르의 강도 및 부착성을 강화할 수 있도록 한 것이다. 이로써, 본 발명은 셋트앵커(120)의 과도한 사용으로 인해 관로 내벽에 가해지는 손상을 가능한 적게 하고 작업공정을 줄여 작업성을 향상시키는 것은 물론, 더 높은 내구성과 강도를 갖는 보수·보강이 가능하도록 한 것이다.

본 발명에 의한 관로 보수·보강 공법에 대해 설명하기에 앞서 먼저 상기 스파이더 부재(110)를 중심으로 시공된 보수·보강 복합체(100)의 구성을 살펴보면, 도 1의 확대부에 도시된 것처럼 스파이더 부재(110)와 셋트앵커(120)와 익스팬디드 메탈(130)이 결합된 보강재와, 프라이머층(140)과 모르타르층(150)과 마감재층(160)이 적층된 계층구조로 이루어진다.

여기서 상기 익스팬디드 메탈(130)(expanded metal)은 모르타르층(150) 내부에 매립된 주요 보강재로서 모르타르층(150)을 지지하는 역할을 한다. 상기 익스팬디드 메탈(130)은 금속시트를 프레스하거나 절단해서 그물 모양으로 넓혀서 만든 것으로 그물눈은 통상 다이아몬드 모양으로 형성된 것이다. 이같은 익스팬디드 메탈(130)의 경우 와이어를 엮어서 만든 와이어 메쉬에 비해 구조적으로 높은 강성을 갖기 때문에 모르타르층(150)의 강도를 보강하는데 상대적으로 유리하다는 장점이 있다.

상기 셋트앵커(120)는 소켓(120a)과 볼트(120b)가 조합된 것으로 관로 내벽에 일정 간격으로 고정되어 상기 익스팬디드 메탈(130)을 1차 지지하는 역할을 하며, 상기 스파이더 부재(110)는 셋트앵커(120)의 볼트(120b) 머리에 고정되어 익스팬디드 메탈(130)이 관로 내벽으로부터 과도하게 들뜨거나 움직이지 않도록 2차 지지하는 역할을 한다. 상기 스파이더 부재(110)는 도 3과 도 4에 자세히 도시된 것처럼 셋트앵커(120)의 볼트(120b) 머리에 대응하여 타격에 의해 억지끼움되는 앵커캡(111)과, 상기 앵커캡(111)을 중심으로 하여 방사상으로 길게 뻗친 다수의 지지봉(112)으로 이루어진다. 도면에서는 상기 앵커캡(111)이 사각의 블록 형태로 형성되고, 상기 지지봉(112)은 상기 앵커캡(111)의 각 측면으로부터 상하좌우 사방으로 뻗친 형태를 갖는 것으로 도시되었다. 이처럼 도 3의 형태가 가장 바람직한 스파이더 부재(110)의 형태라고 할 수 있지만 상기 앵커캡(111) 하나를 중심으로 지지봉(112) 4개가 사방으로 뻗친 형태로만 제한되는 것은 아니다. 상기 지지봉(112)은 필요에 따라 앵커캡(111) 하나 당 좌우나 상하로 2개 구비될 수도 있고, 4개를 초과하여 구비될 수도 있다.

여기서 상기 앵커캡(111)은 도 4에 도시된 것처럼 셋트앵커(120)의 볼트(120b) 머리에 대응하여 억지끼움되는 끼움홈(111a)을 구비하며, 상면으로 갈수록 점차 넓은 단면적을 갖도록 하여 구조적으로 안정성을 가지면서 지압면적을 넓게 확보하는 것이 바람직하다. 상기 스파이더 부재(110)의 지지봉(112)은 그 단부에 관로 내벽을 향하여 절곡된 절곡부(112a)를 구비하며, 지지봉(112)의 절곡된 단부 길이 즉, 절곡부(112a)의 길이를 기준으로 모르타르를 도포하여 모르타르층(150)의 두께가 균일하게 형성되도록 유도할 수 있다. 이로써 모르타르를 도포하여 모르타르층(150)을 형성할 때 관로 내벽 전체적으로 균일한 두께를 갖는 고품질의 시공이 가능해진다.

또한 상기 스파이더 부재(110)의 설치 시 필요에 따라 지지봉(112)과 익스팬디드 메탈(130)을 용접하여 일체화하는 추가 작업도 가능하다. 이처럼 지지봉(112)과 익스팬디드 메탈(130)을 용접시켜주면 스파이더 부재(110)와 익스팬디드 메탈(130)이 일체화되면서 스파이더 부재(110)가 익스팬디드 메탈(130)을 매우 견고히지지할 수 있게 된다.

나아가 상기 스파이더 부재(110)의 지지봉(112)에는 환형의 돌부(112b)가 이격을 두고 다수 형성되어 모르타르와의 접합강도를 높일 수 있도록 한다. 이처럼 상기 환형의 돌부(112b)는 지지봉(112)을 성형할 때 일체로 형성한 것일 수도 있지만, 작업현장에서 지지봉(112)에 링을 끼워 형성한 것일 수도 있다. 이를 위해서는 상기 환형의 돌부(112b)를 형성시키기 위한 링이 탄성을 갖는 고무나 우레탄 소재의 것으로 구비된다. 작업의 편의성 면에서는 환형의 돌부(112b)가 지지봉(112)에 일체로 성형된 것이 더 나을 수 있지만, 스파이더 부재(110)를 설치하기 전에 환형의 링을 지지봉(112)에 끼우는 방법으로 돌부(112b)를 선택적으로 형성시키는 방식이 상황에 맞는 시공을 할 수 있다는 측면에서 더 바람직하다.

위와 같은 스파이더 부재(110)의 구성에 따르면 모르타르 도포 전에는 익스팬디드 메탈(130)을 관로 내벽으로부터 과도하게 들뜨거나 움직이지 않도록 안정적으로 지지할 수 있으며, 모르타르에 의해 매립된 상태에서는 스파이더 부재(110) 하나 당 대단히 넓은 면적을 갖고 익스팬디드 메탈(130)과 일체화된 보강재를 이루면서 프라이머층(140), 모르타르층(150), 마감재층(160)까지 포함된 보수·보강 복합체(100) 전체적으로 높은 강도를 갖도록 하는데 크게 기여하게 된다. 이같이 익스팬디드 메탈(130)에 대한 지지면적이 넓은 스파이더 부재(110)의 사용으로 인해 얻게 되는 가장 큰 장점 한 가지는 익스팬디드 메탈(130)의 지지를 위해 시공되던 셋트앵커(120)의 수를 획기적으로 줄일 수 있다는 점이다. 그러므로 셋트앵커(120) 설치를 위해 관로 내벽을 타공하던 개수를 대폭 줄일 수 있으므로 관로 내벽에 가해지던 손상을 최소화할 수 있게 되며, 셋트앵커(120)를 일일이 설치할 때와 비교하여 스파이더 부재(110)를 사용할 때 작업공정 및 시간을 훨씬 줄일 수 있게 된다.

계속해서 아래에서는 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 대해 상세히 설명한다. 단, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법의 세부공정을 설명하기 위한 일련의 참조도이다.

본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법은 도 5에 도시된 것처럼 준비작업 단계(S11), 표면처리 단계(S12), 프라이머 도포 단계(S13), 셋트앵커 설치 단계(S14), 익스팬디드 메탈 설치 단계(S15), 스파이더 부재 설치 단계(S16), 모르타르 도포(S17), 모르타르 양생(S18), 마감재 도포 단계(S19), 후처리 단계(S20)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법은 위와 같은 공정들을 통해 손상된 관로를 고품질로 보수 및 보강할 수 있는데 특히 스파이더 부재(110)를 사용하여 보강재 지지를 위한 셋트앵커(120)의 사용을 최소화함으로써 이미 파손, 균열, 부식,누수 등의 결함이 발생된 관로 내벽에 추가 손상을 최대한 억제하고 셋트앵커(120)를 설치하기 위한 작업공정을 줄여 작업성을 향상시키는 한편, 관로 내벽에 도포되는 모르타르의 강도 및 부착성을 강화할 수 있도록 한 것이다.

이하, 상기 각 단계들을 중심으로 본 발명의 실시 예에 의한 관로 보수·보강 공법에 대해 상세히 설명한다.

먼저 상기 준비작업 단계(S11)에서는, 손상된 관로 내부 상태를 조사하게 된다. 이를 위해 관로 내부에 CCTV가 장착된 조사장치를 투입하거나 조사를 담당하는 작업자가 직접 관로 내부에 들어가서 육안으로 점검하여 기록 및 보고한다. 그리고 조사된 사항을 토대로 하여 관로 내부에 퇴적된 토사 및 슬러지를 제거한다. 이를 위해 준설차가 관로 내부에 고압의 흡입력을 갖는 준설호스를 투입하여 토사 및 슬러지를 흡입하며, 세정차는 고압수를 관로 내부에 분사하여 준설 후 남아 있는 토사 및 슬러지를 가능한 깨끗이 제거한다. 그리고 필요한 경우 작업구간을 대상으로 하는 물돌리기도 실시하여 준다.

상기 표면처리 단계(S12)에서는, 면갈이나 치핑기를 사용하여 관로 내벽에서 돌출된 부분들을 포함하여 표면이 균일하지 못한 부분들을 연마하여 제거한다. 이때 부분적으로 파손이 심한 부위에 대해서는 차후 모르타르 도포와 별도로 보수재로 충진하여 부분 보수를 진행한다.

상기 프라이머 도포 단계(S13)에서는, 모르타르를 도포하기에 앞서 모르타르의 접착력을 증진시키기 위하여 도 6a와 같이 프라이머를 관로 내벽에 먼저 도포한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 모르타르의 경우 콘크리트로 이루어진 관로 내벽에 대한 부착력이 우수하지만 보다 충분한 부착력을 확보하기 위해 프라이머를 도포한다. 상기 프라이머의 설계는 모르타르에 사용한 레진 바인더의 화학적 성질에 관련이 있다. 예컨대, 아크릴계 바인더의 경우 메타크릴산 메칠 바인더와 사용되며 스티렌 또는 우레탄 바인더는 폴리에스테르 폴리머 콘크리트와 사용되고 있다. 또한, 에폭시 또는 개량 에폭시 레진의 경우 일반적인 폴리머 콘크리트 오버레이용 바인더로서 흔히 사용한다.

상기 셋트앵커(120) 설치 단계(S14)에서는 관로 내벽을 천공하여 일정 간격을 두고 천공홀을 형성한 후 도 6a와 같이 셋트앵커(120)를 타격하여 설치한다. 이때 셋트앵커(120)의 설치개수는 후에 설치되는 익스팬디드 메탈(130)을 임시로 지지할 수 있는 정도로만 최소한의 개수로 설치된다.

상기 익스팬디드 메탈(130) 설치 단계(S15)에서는, 모르타르를 도포하기에 앞서 도 6b와 같이 적정 크기로 절단한 익스팬디드 메탈(130)을 관로에 삽입한 후 앞서 최소한의 개수로 설치한 셋트앵커(120)에 고정한다. 그리고나서 확관기를 사용하여 액스팬디드 메탈이 관로 내벽에 밀착될 정도로 확관하여 준다. 이처럼 모르타르를 도포하기 앞서 익스팬디드 메탈(130)을 설치하게 되면 단순히 모르타르만 도포하는 경우보다 높은 수준으로 강도를 보강할 수 있다. 익스팬디드 메탈(130)의 경우 와이어를 엮어놓은 와이어 메쉬보다 강도 보강 측면에서 유리하다.

상기 스파이더 부재(110) 설치 단계(S16)에서는 도 6c와 같이 스파이더 부재(110)를 설치하게 된다. 상기 스파이더 부재(110)는 앞서 설명된 것처럼 상기 셋트앵커(120)의 볼트(120b) 머리에 대응하여 타격에 의해 억지끼움되는 앵커캡(111)과, 상기 앵커캡(111)을 중심으로 하여 방사상으로 길게 뻗친 다수의 지지봉(112)으로 이루어져 이다. 이같은 구성을 갖는 스파이더 부재(110)에 대하여 먼저 앵커캡(111)을 상기 셋트앵커(120)의 볼트(120b) 머리에 타격하여 고정한 후 스파이더 부재(110)의 지지봉(112)를 사용하여 익스팬디드 메탈(130)이 관로 내벽으로부터 과도하게 들뜨거나 움직이지 않도록 지지해준다. 이때 지지봉(112)의 단부를 관로 내벽을 향하도록 절곡하여(미리 절곡할 수도 있고 현장 설치 시 절곡할 수도 있음), 절곡된 상기 지지봉(112)의 절곡된 단부 길이를 기준으로 하여 모르타르의 도포 두께를 균일하게 맞출 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 스파이더 부재(110)의 지지봉(112)과 익스팬디드 메탈(130)을 부분적으로 용접하여 일체화할 수 있다. 지지봉(112)에서 돌부(112b)를 형성하는 환형의 링이 지지봉(112)과 일체로 성형된 것이 아니고 작업현장에서 선택적으로 끼워지는 고무나 우레탄 소재로 이루어진 링이라면 지지봉(112)에 이격을 두고 끼우는 작업을 스파이더 부재(110)를 앵커셋트에 타격하여 고정하기 전에 미리 처리한다. 이로써 스파이더 부재(110)의 설치가 완료되면 넓은 면적을 커버하는 지지봉(112)에 의해 익스팬디드 메탈(130)이 관로 내벽으로부터 과도하게 들뜨거나 움직이지 않도록 안정적으로 지지할 수 있게 되며, 모르타르에 의해 매립된 상태가 되면 보수·보강 복합체(100) 전체적으로 높은 강도를 갖도록 하는데 크게 기여하게 된다.

상기 모르타르 도포 단계(S17)에서는, 도 6d와 같이 관로 내벽에 모르타르를 도포하여 모르타르층(150)을 형성하게 된다. 이같이 도포되는 모르타르의 경우 친환경적인 소재를 사용하는데다가 양단부가 고리 형태로 구부러진 단섬유 PE 합사(151,152 도 7 참조)를 포함하고 있기 때문에 상기 익스팬디드 메탈(130) 및 스파이더 부재(110)와의 결합성이 크게 증가하여 보수·보강 복합체(100) 전체적으로 일체화된 내부구조를 갖도록 하여 인장강도를 비롯한 강도 증가에 기여하게 된다. 이같은 모르타르의 구성에 대해서는 차후에 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 모르타르 양생 단계(S18)에서는, 관로 내벽에 도포된 모르타르를 양생하게 된다.

상기 마감재 도포 단계(S19)에서는, 도 6e와 같이 열화나 부식이 일어나지 않도록 기능하는 마감재를 양생된 모르타르 표면에 도포하여 마감재층(160)을 형성한다.

상기 후처리 단계(S20)에서는, 앞서 진행된 작업들에 사용된 장비들을 관로 밖으로 철수하고, 청소 등의 작업을 실시한다. 이로써, 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법이 완료된다.

한편, 앞서 언급된 것처럼 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 사용되는 모르타르는 스파이더 부재(110) 및 익스팬디드 메탈(130)과의 결합성과 인장강도를 높이기 위하여 개발된 관로 보수·보강용 친환경 모르타르로서 특히 양단부가 고리 형태로 구부러진 길이 3 내지 6cm의 단섬유 PE 합사(151,152)가 균일하게 분산된 형태로 첨가된 것을 기술적 특징으로 하여 이루어진다. 이에 대해서 아래에서 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 사용되는 관로 보수·보강용 친환경 모르타르의 구성을 설명하기 위한 단면도이며, 도 8과 도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 사용되는 관로 보수·보강용 친환경 모르타르에서 단섬유 PE 합사의 제작공정을 설명하기 위한 일련의 참조도이다.

상기 모르타르는 고로슬래그 시멘트 49~55%중량, PE 합사 0.05~0.2%중량, 폴리머 0.2~1.5%중량, 증점제 0.02~0.1%중량, 기포제 0.05~0.2%중량 및 잔골재 40~50%중량을 포함하며, 상기 PE 합사는 도 7에 도시된 것처럼 결합성과 인장강도를 높이기 위하여 양단부가 고리 형태로 구부러진 길이 3 내지 6cm의 단섬유 PE 합사(151,152)로 구비되어 균일하게 분산된 형태로 첨가된다.

여기서, 양단부가 고리 형태로 구부러진 상기 단섬유 PE 합사(151,152)는 시중에서 낚시줄로 이용되고 있는 고탄성의 PE 합사 줄(15)에 인장력을 가하고, 그 상태에서 PE 합사 줄(15)을 여러 가닥으로 짧게 절단하는 독특한 공정에 의해 제작된다.

이를 위해 도 8에 도시된 것처럼 한번에 PE 합사 줄(15) 여러 줄을 동시에 홀더(W1)로 잡아 늘리며 그 상태에서 도 9c 및 도 9d에 도시된 것처럼 3 내지 6cm 간격으로 여러 개의 날(W4a)을 가진 바이트(W4)로 절단한다. 이때 PE 합사 줄(15)을 절단하기 전 인장력을 가한 상태에서 도 9a와 같이 분사노즐(W2)을 이동시켜 가면서 에폭시를 분사하여 도포하고, 도포된 에폭시가 경화되기 전에 도 9b와 같이 10~100μm 크기의 입경을 갖는 알루미노실리케이트를 스프레이(W3)로 흩뿌려서 PE 합사 줄(15) 표면에 무기입자에 의한 돌기(153b)를 형성하는 공정을 중간에 추가 진행한다.

이로써, 도 7에 도시된 것처럼 단섬유 PE 합사(151,152)의 표면에 다른 성분들 특히 모르타르의 다른 성분들과의 접합성을 향상시키는 소재인 에폭시가 도포되어 형성된 에폭시층(153a)과, 상기 에폭시층(153a)에 표면 접합력과 난연성 향상을 위해 다수의 무기입자 돌기(153b)가 형성된 독특한 모양의 단섬유 PE 합사(151,152)가 완성된다. 이같은 독특한 단섬유 PE 합사(151,152)가 모르타르에 포함되면 고리 형태로 구부러진 양단부에 의해 수많은 단섬유 PE 합사(151,152)가 서로 얽혀 있는 결합구조를 형성하게 되며, 나아가 상기 단섬유 PE 합사(151,152)가 스파이더 부재(110)와 익스팬디드 메탈(130)에도 걸쳐진 형태가 되면서 보수·보강 복합체(100) 전체적으로 일체화된 내부구조를 갖는데 기여하게 된다. 이같이 단섬유 PE 합사(151,152)를 중심으로 하는 구조적 특성에 의해 모르타르 자신은 물론 보수·보강 복합체(100) 전체적으로 결합성과 인장강도의 향상이 이루어지는 것이다.

여기서, 상기 단섬유 PE 합사(151,152)의 경우 단일 길이의 것으로 구비하지 않고 상대길이가 짧고 긴 2종류의 것으로 구비되는 것이 바람직하다. 단섬유 PE 합사(151,152)의 길이가 3 내지 6cm 범위를 벗어나지 않으면서 한 종은 3 내지 4cm의 길이를 갖는 제1단섬유 PE 합사(151)로, 다른 한 종은 5 내지 6cm의 길이를 갖는 제2단섬유 PE 합사(152)로 구비된다. 이로써, 동일 공간에 대하여 단섬유 PE 합사(151,152)가 균일하게 확산되면서도 더 높은 밀도로 첨가될 수 있다. 단섬유 PE 합사(151,152)를 서로 다른 길이를 갖는 제1단섬유 PE 합사(151)과 제2단섬유 PE 합사(152)로 구비하기 위해서는 바이트가 PE 합사줄을 절단하여 여러 가닥의 단섬유 PE 합사(151,152)를 마련할 때 간단히 날의 간격을 달리한 2종류의 바이트를 사용하면 된다.

상기 모르타르에서 고로슬래그 시멘트의 경우 중량 기준으로 고로슬래그를 최대 성분으로 포함하고 있으며, 수화반응을 통하여 에트린자이트(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)를 생성할 수 있도록 아우인, 석회, 무수석고를 필수성분으로 포함하고 있다.

상기 고로슬래그 시멘트의 성분을 구체적으로 살펴보면, 고로슬래그 38~70%중량, 석고 5~15%중량, 아우인 6~20%중량, 감수제 또는 고유동화제 0.3~2.5%중량, 및 잔부인 포틀랜드 시멘트를 포함하되 상기 포틀랜드 시멘트는 13%중량 미만으로 포함시켜 모르타르 조성물 전체 대비 8%중량 미만이 되도록 함으로써 포틀랜드 시멘트의 실직적인 무시멘트화를 달성할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 사용되는 모르타르의 구체적인 성분 및 그에 따른 특성과 역할에 대해 사례를 통해 살펴보면 다음과 같다.

구분	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	Ig. Loss	Insol	Cr⁶⁺
고로슬래그 시멘트	27.92	12.67	1.45	46.50	4.77	5.52	-	-	흔적
보통시멘트	21.65	5.41	3.24	63.37	2.28	2.04	0.60	0.21	16ppm
고로슬래그	34.82	14.41	0.44	41.99	6.62	0.20	-	-	검출안됨

상기 모르타르의 근간이 되는 고로슬래그 시멘트의 경우 수재 고로슬래그, 아우인(칼슘설포알루미네이트), 무수석고, 석회(또는 생석회), 유동화제, 보통시멘트를 포함하여 구성된다. 여기서 고로슬래그, 아우인, 무수석고, 석회 유동화제의 함량은 전체 혼합물 총량의 70% 이상이며, 보통시멘트의 함량은 혼합물 총 중량의 30% 이하이다. 이로써, 위의 표 1에서와 같이 고로슬래그 시멘트 중의 6가 크롬 함량은 보통시멘트 대비 20% 정도로 거의 검출되지 않는다. 이같은 고로슬래그 시멘트의 경우 6가 크롬을 발생시키는 포틀랜드 시멘트가 일부 포함되기는 하지만 모르타르 조성물 전체 대비 8%중량 미만으로 조절 가능하기 때문에 실질적으로는 포틀랜드 시멘트의 무시멘트가 가능하며 6가 크롬의 검출량은 거의 없다고 볼 수 있다.

한편, 잠재 수경성인 고로슬래그는 자극제인 무수석고(CaSO₄)나 소석회(Ca(OH)₂) 또는 생석회(CaO)를 첨가하면 수화가 진행된다. 본 발명의 실시예에서는 수화를 더욱 적극적으로 촉진시키기 위해 아우인(칼슘설포알루미네이트(3CaO·4Al₂O₃·SO₃)를 첨가하여 경화를 촉진하고 초기강도를 대폭 증진시키도록 한다. 이때 아우인-석회-무수석고 혼합물은 고로슬래그의 강도 발현 촉진뿐만 아니라 수화 초기에 에트린자이트 수화물(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)을 생성하여 건조에 의한 수축을 보상하고 균열을 방지하게 된다. 이는 친환경 무시멘트 폴리머 모르타르의 주요성능을 발현시키는 역할을 하며, 이의 화학 반응식은 아래와 같다.

3CaO·4Al₂O₃·SO₃ + 6CaO + 8CaSO₄ + 32H₂O --> 3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O

본 발명의 실시예에 의한 관로 보수·보강 공법에 사용되는 모르타르에서 아우인(3CaO·4Al₂O₃·SO₃)은 CaO 성분으로서 석회석을 포함하고, Al₂O₃ 성분으로서 보크사이트 또는 알루미나 성분을 포함하는 무기재료를 포함하며, SO₃ 성분으로서 석고를 다음과 같은 범위의 배합비가 되도록 조합한 원료를 1,350℃의 온도에서 소성하여 얻는다.

Cm(석회포화비 = C-0.7(F+T+S')/1.87S+0.55A)가 0.60 이상,

A/S'(알루미나무수황산비) = 2.0~4.5

(여기서, C: CaO%중량, F: Fe₂O₃%중량, T: TiO₂%중량, S': SO₃%중량, S: SiO₂%중량, A: Al₂O₃%중량 임)

이같은 모르타르를 이용하여 관로 내벽을 보수·보강하는 경우 전술된 것처럼 6가 크롬의 검출이 거의 나타나지 않을 뿐만 아니라 전반적인 구조성능에서도 개선을 이루게 된다.

아래 표 2 및 표 3은 본 발명의 실시예들에 의한 모르타르의 실험예들과 그에 따라 발현된 결과들을 확인하여 정리한 것이다.

구 분		실험예 1	실험예 2	실험예 3	실험예 4	종래제품
보통시멘트	중량%	-	-	-	-	41.27
알루미나시멘트	"	-	-	-	-	5
무수석고	"	-	-	-	-	3
고로슬래그 시멘트	"	39.27	44.27	49.27	54.27	-
단섬유 PE 합사	"	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
폴리머	"	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
증점제	"	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03
기포제	"	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
잔골재	"	60	55	50	45	50
계	"	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00

구 분		실험예 1	실험예 2	실험예 3	실험예 4	종래제품
휨강도	N/㎟	13.4	14.1	14.6	15.3	10.3
압축강도	"	58.1	61.4	64.1	66.8	45.0
부착강도	"	2.0	2.2	2.2	2.3	1.7
내알칼리성(압축강도)	"	53.7	56.0	58.9	61.2	42.7
염화물이온침투저항성	coulomb	501	476	423	380	654
중성화 저항성	mm	1.6	1.5	1.5	1.3	1.7
길이 변화율	%	-0.02	-0.02	-0.03	-0.03	-0.07

위 표에서 볼 수 있는 것처럼 실험예 1 내지 4를 통해 제조된 모르타르의 경우 종래제품과 비교하여 휨강도, 압축강도, 부착강도, 내알칼리성, 염화물이온침투저항성, 중성화 저항성, 길이 변화율에서 우수한 성능을 갖는 것으로 나타났으며, 고로슬래그의 조성비가 60중량%를 넘지 않는 범위에서는 고로슬래그의 조성비가 높을수록 더 높은 성능을 보이는 것으로 나타났다. 이는 전술된 것처럼 아우인-석회-무수석고 혼합물이 고로슬래그의 강도 발현 촉진뿐만 아니라 수화 초기에 에트린자이트 수화물(3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)을 원활하게 생성하여 건조에 의한 수축을 보상하고 균열을 방지하기 때문인 것으로 판단된다.

한편, 아래 표 4 및 도 5는 본 발명 특유의 양단부가 고리 형태로 구부러진 단섬유 PE 합사(151,152)를 첨가하는 대신 일반 직모 형태의 단섬유를 동일량 첨가하였을 때 나타난 결과를 정리한 것이다.

구 분		실험예 5	실험예 6	실험예 7	실험예 8
보통시멘트	중량%	-	-	-	-
알루미나시멘트	"	-	-	-	-
무수석고	"	-	-	-	-
고로슬래그 시멘트	"	39.27	44.27	49.27	54.27
섬유	"	0.1	0.1	0.1	0.1
폴리머	"	0.5	0.5	0.5	0.5
증점제	"	0.03	0.03	0.03	0.03
기포제	"	0.1	0.1	0.1	0.1
잔골재	"	60	55	50	45
계	"	100.00	100.00	100.00	100.00

구 분		실험예 5	실험예 6	실험예 7	실험예 8
휨강도	N/㎟	12.4	13.1	13.6	14.3
압축강도	"	56.3	59.7	62.2	65.1
부착강도	"	1.8	2.0	2.0	2.2
내알칼리성(압축강도)	"	53.7	56.0	58.9	61.2
염화물이온침투저항성	coulomb	501	476	423	380
중성화 저항성	mm	1.6	1.5	1.5	1.3
길이 변화율	%	-0.02	-0.02	-0.03	-0.03

위 표 4, 5에서 볼 수 있는 것처럼 일반 직모 형태의 단섬유를 첨가한 실험예 5 내지 8에 비해서도 본 발명 특유의 양단부가 고리 형태로 구부러진 단섬유 PE 합사(151,152)를 첨가하였던 앞선 실험예 1 내지 4가 상대적으로 휨강도, 압축강도, 부착강도에서 유의미한 성능향상이 있었음을 확인하였다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

110: 스파이더 부재 120: 셋트앵커
130: 익스팬디드 메탈 140: 프라이머층
150: 모르타르층 160: 마감재층

Claims

노후하거나 손상된 관로를 보수 및 보강하는 관로 보수·보강 공법으로서,
관로 내벽을 세정 및 표면처리하는 단계;
관로 내벽에 프라이머를 도포하여 프라이머층을 형성하는 단계;
관로 내벽을 둘러싼 형태로 익스팬디드 메탈을 가설하는 단계;
관로 내벽을 천공하여 일정 간격을 두고 천공홀을 형성한 후 셋트앵커를 타격하여 설치하는 단계;
스파이더 부재를 설치하는 단계;
관로 내벽에 모르타르를 도포하여 모르타르층을 형성하는 단계;
관로 내벽에 도포된 모르타르를 양생하는 단계; 및
관로 내벽에서 양생된 모르타르에 열화나 부식이 일어나지 않도록 마감재를 도포하여 마감재층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 스파이더 부재는 상기 셋트앵커의 볼트 머리에 대응하여 타격에 의해 억지끼움되는 앵커캡과, 상기 앵커캡을 중심으로 하여 방사상으로 길게 뻗친 다수의 지지봉으로 이루어져, 상기 스파이더 부재를 설치하는 단계에서 상기 스파이더 부재의 앵커캡을 상기 셋트앵커의 볼트 머리에 타격하여 고정한 후 스파이더 부재의 지지봉를 사용하여 익스팬디드 메탈이 상기 관로 내벽으로부터 과도하게 들뜨거나 움직이지 않도록 지지하며,
상기 스파이더 부재의 설치 시 지지봉의 단부를 관로 내벽을 향하도록 절곡하여, 절곡된 상기 지지봉의 절곡된 단부 길이를 기준으로 하여 모르타르의 도포 두께를 균일하게 맞출 수 있도록 하며,
상기 스파이더 부재의 설치 시 상기 지지봉과 익스팬디드 메탈을 용접하여 일체화하는 것을 특징으로 하는 관로 보수·보강 공법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 스파이더 부재의 지지봉에는 환형의 돌부가 이격을 두고 다수 형성되어 모르타르와의 접합강도를 높일 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 관로 보수·보강 공법.
제1항에 있어서,
상기 스파이더 부재의 설치 전에 지지봉에 우레탄 또는 고무 소재로 이루어진 환형의 링을 이격을 두고 끼우는 방법으로 다수의 이격된 돌부를 형성시켜 모르타르와의 접합강도를 높일 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 관로 보수·보강 공법.
제1항에 있어서,
상기 모르타르에는 상기 스파이더 부재 및 익스팬디드 메탈과의 결합성과 인장강도를 높이기 위하여, 양단부가 고리 형태로 구부러진 길이 3 내지 6cm의 단섬유 PE 합사가 균일하게 분산된 형태로 첨가한 것을 특징으로 하는 관로 보수·보강 공법.
제6항에 있어서,
양단부가 고리 형태로 구부러진 단섬유 PE 합사를 마련하기 위해, PE 합사 줄에 인장력을 가하고, 그 상태에서 PE 합사줄을 여러 가닥으로 짧게 절단하는 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 관로 보수·보강 공법.
제6항에 있어서,
상기 단섬유 PE 합사는 길이 3 내지 4cm의 제1단섬유 PE 합사와, 길이 5 내지 6cm의 제2단섬유 PE 합사로 2종을 혼합하여 구비한 것을 특징으로 하는 관로 보수·보강 공법.
제7항에 있어서,
상기 PE 합사 줄을 절단하기 전에 인장력을 가한 상태에서 먼저 에폭시를 분사하여 도포하고, 도포된 에폭시가 경화되기 전에 무기입자를 흩뿌려서 상기 PE 합사 줄 표면에 무기입자에 의한 돌기를 형성시키는 공정을 추가 진행하는 것을 특징으로 하는 관로 보수·보강 공법.
제9항에 있어서,
상기 무기입자는 10~100μm 크기의 입경을 갖는 알루미노실리케이트 입자인 것을 특징으로 하는 관로 보수·보강 공법.