KR102144656B1 - 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법 - Google Patents

입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법 Download PDF

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유시정
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Abstract

본 발명은 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입체구조로 형성되는 입체섬유를 이용하여 콘크리트 구조물을 보수하되, 입체섬유에 충진재를 함침하여 별도의 보강재 없이 콘크리트 구조물에 입체섬유를 직접 부착하는 방법으로 콘크리트 구조물의 보수보강이 이루어지도록 하는 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법에 관한 것이다.

Description

입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법 {Cross section repair and reinforcement method of concrete structure using three-dimensional fiber}
본 발명은 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입체구조로 형성되는 입체섬유를 이용하여 콘크리트 구조물을 보수하되, 입체섬유에 충진재를 함침하여 별도의 보강재 없이 콘크리트 구조물에 입체섬유를 직접 부착하는 방법으로 콘크리트 구조물의 보수보강이 이루어지도록 하는 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법에 관한 것이다.
토목 및 건축분야에서 각종 콘크리트 구조물은 환경적 요인과 사용재료의 내구성 저하 등 복합적인 영향으로 중성화, 동해, 염해 등 콘크리트의 열화현상이 진행되어 구조체의 내하력 및 내구성이 저하되고 안전성이 떨어져 콘크리트 구조물의 유지관리를 위한 열화된 콘크리트의 단면복구 및 내구성능 향상을 위한 적절한 보수 및 보강공법이 요구되고 있는 실정이다.
예를 들어, 콘크리트 구조물의 균열폭이 0.2㎜를 초과하는 경우, 균열부 부분에 에폭시수지 모르타르와 폴리머 시멘트 모르타르 등의 보수 재료를 충진 또는 주입하는 공법이 채택되며, 이 공법은 균열부를 V형, U형으로 커트하여 그 부분에 보수재료를 충진하는 방법과 특별한 기기를 사용하여 균열 내부까지 보수 재료를 주입하는 공법으로 분류할 수 있다. 이와 관련된 선행 기술로는 특허문헌 1 및 2 등이 있다.
특허문헌 1에서는 39.58-42.12 중량부의 시멘트와, 41.60-45.12 중량부의 규사와, 13.52-14.39 중량부의 수용성 폴리머와, 1.78-1.89 중량부의 실리카 퓸을 충분히 교반하여 혼합한 것을 특징으로 하여, 발현 강도의 증진과 시멘트 경화체의 조직 및 공극 구조를 개선하여 수밀성과 중성화, 동해, 염해 등의 저항성을 향상시키고 미세균열을 억제할 수 있는 효과를 가지도록 하였다.
또한, 특허문헌 2에서는 진동이나 신축변화가 심한 콘크리트 구조물의 표면에 망상균열과 같은 표면미세균열이 발생되고, 계속 확전되어 전체 콘크리트 표면상태가 악화되고 있는 구조물에 대한 보수보강방법으로서, 보수가 필요한 부분을 고압세척기 등을 이용하여 이물질을 제거하는 단계;와 발생된 균열의 진행방향으로 균열부위를 잘려진 부분의 단면이 대략 삼각형 형상이 되도록 커팅하여 충진홈(2)을 형성하는 단계;와 상기 충진홈(2)에 아크릴에멀젼 48 ~ 55 중량%, 이산화티탄(TiO2) 13 ~ 22 중량%,탄산칼슘(CaCo3) 18 ~ 25중량%, 실리카체질안료 3 ~ 7중량% 및 물 잔부를 포함하는 탄성충진재를 충진하여 탄성충진재층을 형성시키는 단계;와 상기 탄성충진재층 위에 이소시아네이트로 블록킹된 폴리우레탄 20중량%와 비정형 실리콘 다이옥사이드 30중량%와 칼슘카보네이트 20중량%와 트리메틸렌헥사메티렌디아민 10중량%와 페놀의 알킬술포닉산 에스테르 20중량%를 포함하는 탄성표면보호 방수도장제를 도포하여 탄성표면보호 보강층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 콘크리트 표면 탄성방수도장 보수보강 방법에 대해 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 시공방법으로 보수보강이 이루어진 콘크리트는, 열화된 콘크리트 구조물로의 부착성능이 낮아 세굴현상 및 골재분리 현상이 발생되거나, 동결융해의 영향으로 팝-아웃(pop-out)현상이 발생할 수 있고, 열화된 콘크리트의 진행 균열에 대한 저항성이 낮아 보수 모르타르 및 수지 도포 표면에 균열이 발생되어 재 보수공사를 진행해야만 하는 단점이 있었다.
KR 100846159 B1 KR 100597176 B1
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 입체섬유를 콘크리트 구조물에 바로 부착하는 시공방법을 통해 보수보강이 이루어지도록 함으로써, 종래의 보수보강 공법에 사용되었던 보강패널 및 보강재 없이 콘크리트 구조물의 보수보강이 편리하게 이루어지도록 하는 콘크리트 구조물의 보수보강 공법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 입체섬유에 충진재를 함침하여 입체섬유의 인장강도, 압축강도, 휨강도를 향상시켜, 콘크리트 구조물의 내구성을 높임으로써 외부 충격에 의한 구조물의 파손 등이 방지되도록 하는 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 입체섬유에 충진재를 함침하여 입체섬유와 콘크리트 간의 부착강도를 향상시켜 세굴현상, 골재분리 현상 및 팝 아웃 현상이 방지되도록 하고, 장시간동안 부착력이 유지될 수 있도록 하는 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 해결하기 위해 본 발명의 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법은, 보강하고자 하는 콘크리트 구조물을 세척하는 표면처리단계(S10); 상기 표면처리단계(S10) 후 콘크리트 구조물에 강화제를 도포하는 강화제 도포단계(S20); 상기 강화제 도포단계(S20) 후 콘크리트 구조물에 충진재를 도포하는 1차 충진재 도포단계(S30); 상기 1차 충진재 도포단계(S30) 후 콘크리트 구조물에 입체섬유(100)를 부착하는 입체섬유 부착단계(S40); 상기 입체섬유 부착단계(S40) 후 입체섬유에 코팅재를 도포하는 코팅재 도포단계(S60); 및 상기 코팅재 도포단계(S60) 후 양생 및 경화가 되도록 하는 양생단계(S70)를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수보강 공법에 있어서, 상기 입체섬유 부착단계에서 부착되는 입체섬유(100)는 표면층(110)과 이면층(130) 및 중간층(120)을 포함하는 3차원 형상으로 구성되고, 상기 표면층(110)과 상기 이면층(130)은 격자형상으로 형성되되, 상기 표면층(110)의 격자 간격은 1~5mm로 형성되고, 상기 이면층(130)의 격자 간격은 0.1~3mm로 형성되며, 상기 중간층(120)은 상기 표면층(110)과 상기 이면층(130) 사이에 1~10mm의 높이로 형성되되 상기 표면층(110)과 상기 이면층(130)을 순차적으로 연속하여 연결된 지그재그 형상의 섬유에 의해 형성되고, 상기 입체섬유(100)의 내부에는 충진재에 결합수를 혼합하여 제조된 슬러리 상태의 충진슬러리를 스프레이건으로 함침시킨 것을 특징으로 하였다.
또한, 상기 상기 입체섬유 부착단계(S40)와 상기 코팅재 도포단계(S60) 사이에 입체섬유에 충진재를 도포하는 2차 충진재 도포단계(S50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하였다.
또한, 상기 1차 충진재 도포단계(S30) 및 상기 2차 충진재 도포단계(S50)에서 사용되는 충진재는, 충진재 100 중량부에 대하여 결합수 28~32중량부를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하였다.
또한, 상기 입체섬유 부착단계(S40)에서는, 부착되는 입체섬유에 충진재를 함침시키는 충진재 함침단계가 더 포함하되, 상기 충진재 함침단계에서 충진재가 합침된 입체섬유를 1차 충진재가 도포된 콘크리트 구조물에 부착하는 것을 특징으로 하였다.
또한, 상기 입체섬유 부착단계(S40)에서는 입체섬유에 헬리컬바를 삽입하는 헬리컬바 삽입단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하였다.
또한, 상기 충진재는, 보통 포틀랜드 시멘트 60~75중량%와, 고로슬래그 미분말 15~25중량%와, 칼슘설파 알루미네이트 3~7중량%와, 실리카 흄 3~7중량%와, 증점제 0.2~1.0중량%와, 소포제 0.1~0.2중량%와, 벤토나이트 1.0~5.0중량%와 아크릴 수지, EVA수지, SBR 수지 중 어느 하나 1.0~5.0중량%와, 멜라민계, 나프탈렌계, 폴리카르복실레이트계의 고성능 유동화제 중 어느 하나 0.5~3.0중량%를 포함하는 것을 특징으로 하였다.
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본 발명의 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법에 의하면, 별도의 보강재 시공 없이 충진재에 함침된 입체섬유를 콘크리트 구조물에 직접 부착하는 시공을 통해 콘크리트의 보수보강이 이루어지도록 함으로써, 보수보강 작업이 간편하게 이루어지는 효과가 있다.
또한, 입체섬유에 충진재의 기능이 부가되도록 하여 부착강도를 향상시켜, 세굴현상, 골재분리 현상 및 팝-아웃(Pop-Out) 현상이 방지되도록 하고, 탄성에 의한 외부충격으로 인해 발생되는 콘크리트 구조물의 파손을 줄일 뿐만 아니라 제설제 등에 의한 철근부식에 대한 높은 내구성을 가지도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법의 시공단계를 나타낸 순서도
도 2는 본 발명의 표면처리단계의 시공모습을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 강화제 도포단계의 시공모습을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 1차 충진재 도포단계의 시공모습을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 입체섬유 부착단계의 시공모습을 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 입체섬유를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 충진재 함침단계의 시공 모습을 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 코팅재 도포단계의 시공모습을 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 보수보강 공법이 시공된 콘크리트 구조물의 단면도
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법의 시공단계를 나타낸 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 입체섬유를 이용한 열화된 콘크리트 구조물의 보수보강공법(이하, 보수보강공법 이라 함.)은 보강하고자 하는 콘크리트 구조물을 세척하는 표면처리단계(S10), 상기 표면처리단계(S10) 후 콘크리트 구조물에 강화제를 도포하는 강화제 도포단계(S20), 상기 강화제 도포단계(S20) 후 콘크리트 구조물에 충진재를 도포하는 1차 충진재 도포단계(S30), 상기 1차 충진재 도포단계(S30) 후 콘크리트 구조물에 입체섬유를 부착하는 입체섬유 부착단계(S40), 상기 입체섬유 부착단계(S40) 후 입체섬유에 코팅재를 도포하는 코팅재 도포단계(S60) 및 상기 코팅재 도포단계(S60) 후 양생 및 경화가 되도록 하는 양생단계(S70)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 입체섬유 부착단계(S40)와 상기 코팅재 도포단계(S60) 사이에 입체섬유에 충진재를 도포하는 2차 충진재 도포단계(S50)를 더 포함할 수 도 있다.
도 2는 본 발명의 표면처리단계(S10)의 시공모습을 나타낸 도면이다.
상기 표면처리단계(S10)는 보수보강을 실시하고자 하는 콘크리트 구조물의 작업면을 건전한 상태로 유지하기 위한 것으로, 열화된 표면을 제거하면서 표면의 평탄도를 형성함과 동시에 콘크리트 구조물의 표면에 부착된 이물질을 제거하기 위한 단계이다.
이를 위해 상기 표면처리단계(S10)에서는 콘크리트 구조물 표면을 고압수 등을 이용하여 세척하고, 콘크리트의 열화된 부분의 표면을 거칠게 함으로써 부착력이 향상되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 표면처리단계에(S10)에서는 보수보강이 이루어지는 콘크리트 구조물의 작업부위에 따라 햄머드릴 또는 고압세척기를 이용하여 치핑 및 세척이 이루어지도록 하여 보수보강이 이루어지는 콘크리트 구조물을 정리하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 강화제 도포단계(S20)의 시공모습을 나타낸 도면이다.
상기 강화제 도포단계(S20)는 상기 표면처리단계에(S10) 후, 콘크리트 구조물에 침투성 콘크리트 강화제를 도포하는 단계이다.
이와 같이 콘크리트 구조물에 침투성 콘크리트 강화제를 도포함으로써, 콘크리트 내부로 강화제가 침투되도록 하여, 강화제가 콘크리트 속에 있는 물질과 화학적으로 반응되도록 하여 방수기능이 생성되도록 하고, 내구성과 내마모성이 향상되도록 하는 것이다.
도 4는 본 발명의 1차 충진재 도포단계(S30)의 시공모습을 나타낸 도면이다.
상기 1차 충진재 도포단계(S30)는 상기 강화제 도포단계(S20) 후, 콘크리트 구조물에 충진재를 도포하는 단계이다.
상기 1차 충진재 도포단계(S30)는 콘크리트 구조물에 입체섬유를 부착하기 전에 콘크리트 구조물에 충진재를 도포하여, 후술되는 입체섬유 부착단계가 더욱 용이하게 이루어지도록 하는 것이다.
상기 충진재 도포단계(S30)에서 사용되는 충진재는 충진재 100 중량부에 대하여, 결합수 28~32중량부가 혼합된 충진재를 사용하는 것이 바람직하다.
이는 결합수의 함량이 28중량부 미만인 경우, 원하는 접착성을 얻기 어려우며, 32중량부 초과인 경우, 입체섬유 부착 시 흘러내림 등의 문제점이 발생됨에 따라 작업성이 저하되기 때문이다..
또한, 상기 충진재 도포단계(S30)에서 사용되는 충진재는, 보통 포틀랜드 시멘트 60~75중량%와, 고로슬래그 미분말 15~25중량%와, 칼슘설파 알루미네이트 3~7중량%와, 실리카 흄 3~7중량%와, 증점제 0.2~1.0중량%와, 소포제 0.1~0.2중량%와, 벤토나이트 1.0~5.0중량%와 아크릴 수지, EVA수지, SBR 수지 중 어느 하나 1.0~5.0중량%와, 멜라민계, 나프탈렌계, 폴리카르복실레이트계의 고성능 유동화제 중 어느 하나 0.5~3.0중량%를 포함한다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트는 가장 널리 사용되고 있는 시멘트로, 주성분으로서 실리카(SiO2), 알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3) 및 석회를 함유한 점토질 재료를 원료로 하여 적당한 비율로 혼합하여 그 일부가 용융할 때까지(약 1,450℃) 회전가마에서 소성하여 얻어진 클링커에 3~5%의 석고를 가하여 분말도가 3,200~3,400㎠/g 정도로 분쇄하여 만든 것이다.
본 발명의 충진재에는 이와 같은 보통 포틀랜드 시멘트 60~75중량%를 혼합하여 사용하는 것이 바람직한데, 이는 포틀랜드 시멘트가 60중량% 미만일 경우는 초기 강도 발현 지연으로 인한 응결 및 압축강도 저하의 문제점이 있고, 75중량%를 초과할 경우 건조 수축에 의한 표면 균열이 발생되고, 시멘트 중의 가용성분(Ca(OH)2, 알칼리 등)이 모세관 공간에 있는 수분에 녹아있다가 수분 증발에 의해 표면에 석출하는 Na2SO4, K2SO4와 같은 황산염에 의한 백화(Efflorescence) 현상이 발생되는 문제점이 있기 때문이다.
상기 고로슬래그 미분말은 제철소 고로에서 선철을 제조하는 과정에서 발생하는 생성물을 말하는 것으로 주원료(철광석)와 부원료(코크스, 석회석)의 회분에 존재하는 SiO2와 Al2O3 등이 고온에서 석회와 반응하여 고온에서 생성된 용융슬래그를 가압수를 분사하여 급냉하면 유리상(1~5mm 크기의 입상물질)의 다공질의 모래 모양으로 되어 잠재 수경성(Latent Hydraulic Property)을 가진다.
이와 같은 고로슬래그는 단독으로 경화하지 않지만 포틀랜드 시멘트의 수화에 의한 Ca(OH)2 또는 석고에 의해 자극되어 경화현상을 일으키는 잠재수경성 물질이며, 수쇄슬래그를 함유하고 있으므로 산류나 해수, 하수 등의 화학적 침식에 대한 저항성이 크고 내화학약품 저항성을 필요로 하는 곳에서의 효과가 큰 것으로 알려져 있다.
본 발명의 충진재에는 이와 같은 고로슬래그 미분말 15~25중량%를 혼합하여 사용하는 것이 바람직한데, 이는 고로슬래그 미분말이 15중량% 미만일 경우에는 내화학적 침식작용에 대하 저항성이 작으며, 25중량%를 초과할 경우 잠재수경성에 대한 장기강도 상승에는 효과가 크지만, 조기 강도 발현이 완만하거나 건조 수축에 의한 균열을 발생시킬 수 있는 문제점이 있기 때문이다.
상기 칼슘설파 알루미네이트(calcium sulfur aluminate)는 시멘트 및 물과 혼합하면 수화반응에 의해 주로 에트린자이트(ettringite) 또는 수산화칼슘[Ca(OH)2] 등을 생성하여 시멘트 몰탈을 팽창시키고 수화를 촉진하여 초기강도를 향상시킨다. 또한 미세한 침상결정의 에트린자이트를 생성 함으로써 미세공극을 충진하고 팽창시켜 시멘트 몰탈의 수축을 방지하며 나아가 시멘트 몰탈의 균열을 방지할 수 있으며 인장특성을 개선하는 특성이 있다.
본 발명의 충진재에는 이와 같은 칼슘설파 알루미네이트 3~7중량%를 혼합하여 사용하는 것이 바람직한데, 이는 칼슘설파 알루미네이트가 3중량% 미만일 경우 초기 강도 발현 저하에 따른 균열, 거푸집 탈형에 대한 문제점이 있고, 7중량%를 초과할 경우 급격한 수화에 의한 속경성, 작업성 저하 및 팽창성에 따른 체적변화 등의 문제점이 발생하기 때문이다.
상기 실리카 흄은 실리콘(Si), 페로실리콘(FeSi), 실리콘 합금 등을 제조할 때에 발생되는 폐가스 중에 포함되어 있는 SiO2를 집진기로 수집 여과하여 얻어지는 마이크로 실리카 입자로서 고강도 시멘트 및 콘크리트 제품, 내화물, 그리고 기타 석면 등의 대체 등 다양한 분야에 응용되는 제품이다.
상기 실리카 흄은 근래의 수중콘크리트나 내구성이 요구되는 콘크리트, 특히 고강도 콘크리트 제조에 필수적인 재료로 알려져 있으며, 이 혼화제는 시멘트 입자 사이의 공극 및 불연속영역을 충전하여 고밀도화하는 미세 충전효과와 시멘트 수화시 발생되는 수산화칼슘과의 포졸란 반응으로 콘크리트 강도를 향상시키는 것으로 알려져 있고, 시멘트 몰탈의 미세공극을 메워주기 위한 잠재수경성의 성질을 가지고 있다.
본 발명의 충진재에는 이와 같은 실리카 흄 3~7중량%를 혼합하여 사용하는 것이 바람직한데, 이는 실리카 흄이 3중량% 미만일 경우 시멘트 양생 경화과정에서의 겔공극 내부를 치밀화 시키지 못하여 외부로부터의 내화학적 물질 및 동결융해에 대한 저항성이 낮아 내구성 저하의 문제점이 있고, 7중량%를 초과할 경우 시멘트 몰탈의 점성 증대에 따른 작업성 저하 등의 문제점이 발생하기 때문이다.
한편, 증점제는 시멘트 몰탈에 점성을 주어 각 재료들의 분리 저항성을 높이며, 과다 사용 시 시멘트 몰탈의 응결지연으로 인한 초기강도 발현 저하 및 높은 점성으로 인한 생산성을 감소시킬 수 있다.
상기 증점제로 사용되는 종류로는 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 셀룰로스, 하이드로 프로필렌 셀룰로스, 하이드로 에틸메틸렌 셀룰로스, 하이드로 프로필 메틸 셀룰로스, 하이드로 벤토나이트 메틸 셀룰로스 등의 셀룰로스계와 폴리아크릴 아미드, 아크릴산 소다, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴 아미드와 아크릴산 소다의 공중합체의 아크릴계가 있으며, 이 중 어느 하나를 사용하거나 셀룰로스계와 아크릴계를 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 증점제의 고분자 특성으로 발생되는 시멘트 몰탈 내부의 기공을 억제하기 위하여 고급 알콜류, 인산에스테르계, 실리콘계, 디부틸 부탄디올, 트리부틸 포스페이트 글리콜계 및 비수용성 알콜류 중 어느 하나를 소포제를 사용할 수도 있다.
본 발명의 충진재에는 이와 같은 증점제 0.2~1.0중량% 혼합하여 사용하는 것이 바람직한데, 이는 증점제가 0.2중량% 미만일 경우 각 재료들의 분리 저항성에 대한 효과를 감소시키는 문제점이 있고, 1.0중량%를 초과할 경우 과도한 점성 증대에 따른 작업성 저하되고, 셀룰로스 계열 물질의 특징인 수화 지연으로 인한 초기 강도 발현을 지연시키는 문제점이 발생하기 때문이다.
상기 소포제는 분말형 실리콘계이며, 본 발명의 충진재에는 소포제 0.1~0.2중량%를 혼합하여 사용하는 것이 바람직한데, 이는 소포제가 0.1중량% 미만일 경우 유동화제 고분자 구조와 증점제의 보수성에 의한 시멘트 몰탈 내부의 공기량을 효과적으로 제거하지 못해 22~25%의 보통의 시멘트 몰탈의 내부 공기량 보다 훨씬 높은 35~40%의 내부 공기량을 함유하고 있어 압축강도 저하의 문제점이 있고, 0.2중량%를 초과할 경우 시멘트 몰탈 내부의 공기량을 과도하게 제거함으로 작업성 저하 및 겨울철 동결융해에 대한 저항성 저하 등의 문제점이 발생하기 때문이다.
상기 벤토나이트 분발은 시멘트 몰탈의 표면 균열, 차수성 향상 및 블리딩수를 방지하기 위해 사용되며, 본 발명의 충진재에는 이와 같은 벤토나이트 분말 1.0~5.0중량%를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
이는 벤토나이트 분말이 1.0중량% 미만일 경우 차수성 향상 및 블리딩수에 제거에 대한 효과가 없으며, 5.0중량%를 초과할 경우 수분과 결합하여 과도한 팽창에 의한 작업성 문제 및 경화 후 압축강도 저하에 대한 문제점이 발생하기 때문이다.
또한, 본원발명에서는 충진재의 양생 중 소성수축에 의한 균열 방지 및 열화된 콘크리트로의 부착강도, 수밀성 및 염해에 대한 저항성을 향상시키기 위하여, 아크릴 수지, EVA수지 및 SBR 수지 중 어느 하나를 1.0~5.0중량% 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
이는 위의 아크릴 수지, EVA수지 및 SBR 수지 중 어느 하나가 1.0중량% 미만일 때 열화된 콘크리트 구조물와의 부착력 감소, 염해 및 탄산화에 대한 저항성 감소, 투수량 증대 등의 원인이 되고 5.0중량% 이상일 때 점성 증대에 따른 입체섬유로의 충진성 감소, 유동성 감소에 따른 작업성 감소, 압축강도, 휨강도 등 충진재의 물리적 특성을 감소시키는 원인이 되기 때문이다.
또한, 본원발명에서는 충진재의 유동성을 향상시키기 위하여 분말형 멜라민계 유동화제, 나프탈렌계 유동화제 및 폴리카르복실레이트계 유동화제를 충진재 100중량부에 대하여 0.5~3.0중량부를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
이는 분말형 멜라민계 유동화제, 나프탈렌계 유동화제 및 폴리카르복실레이트계 유동화제가 0.5중량부 미만일 경우 실리카 흄, 증점제, 벤토나이트 등의 점도를 향상시키위해 첨가한 시멘트 몰탈의 작업성 향상에 대한 문제점이 발생되고, 3.0중량부를 초과할 경우 재료들의 분리 저항성 감소되고, 블리딩 수 발생 억제 등의 문제점이 발생되기 때문이다.
도 5는 본 발명의 입체섬유 부착단계(S50)의 시공모습을 나타낸 도면이다.
상기 입체섬유 부착단계(S50)는 상기 1차 충진재 도포단계(S40) 후, 충진재가 도포된 콘크리트 구조물에 입체섬유를 부착하는 단계이다.
상기 입체섬유 부착단계(S50)에서 사용되는 입체섬유(100)는 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 표면층(110)과 이면층(130) 및 중간층(120)을 포함하는 3차원 형상으로 구성되어, 종래의 평면으로 형성된 섬유를 사용할 때 보다 높은 인장강도 및 증대된 내구성을 가지도록 한다.
상기 입체섬유(100)의 표면층(110)은 콘크리트 구조물에 부착되는 부착면을 구성하고, 상기 이면층(120)은 콘크리트 구조물을 보호하는 마감면을 구성한다.
도 6c는 표면층의 모습을 나타낸 도면이고, 도 6d는 이면층의 모습을 나타낸 도면이다.
도 6c 및 도 6d와 같이 상기 표면층(110)과 상기 이면층(130)은 격자형상으로 형성되는데 이때, 상기 표면층(110)의 격자 간격은 1~5mm의 간격으로 형성되고, 상기 이면층(130)의 격자 간격은 0.1~3mm의 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.
이는, 상기 표면층(110)의 격자간격이 1mm 미만이면 충진재가 표면층 내부로의 함침이 용이하지 못하게 되고, 표면층의 격자간격이 5mm를 초과되면 격자간격이 넓어짐에 따라 입체섬유의 강도가 낮아지게 되기 때문에 상기 표면층(110)의 격자 간격은 1~5mm의 간격으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 이면층(130)의 격자간격이 0.1mm 미만이면 후술되는 2차 충진재 도포단계(S50)에서 도포되는 충진재 및 코팅재 도포단계(S60)에서 도포되는 코팅재가 이면층에 용이하게 도포되지 못하게 되고, 이면층의 격자간격이 3mm를 초과하면 마찬가지로 격자간격이 넓어짐에 따라 입체섬유의 강도가 낮아지게 되기 때문에 상기 이면층(130)의 격자 간격은 0.1~3mm의 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 표면층(110)과 상기 이면층(130)의 격자간격을 상기와 같이 형성하여, 충진재 및 코팅재의 도포가 용이하게 이루어지도록 하고, 입체섬유의 강도가 유지되도록 하는 것이다.
상기 중간층(120)은 상기 표면층(110)과 상기 이면층(130) 사이에 1~10mm의 높이로 형성되어 상기 표면층과 이면층의 스페이서 역할을 하며, 상기 중간층(120)의 높이에 따라 상기 입체섬유(100)의 두께가 결정되게 된다.
또한, 상기 중간층(120)은 도 6a 및 도 6b와 같이, 표면층(110)과 이면층(130)을 순차적으로 연결하여 형성된 지그재그 형상의 섬유에 의해 형성되며, 이러한 지그재그 형상의 섬유에 의해 형성되는 상기 표면층(110)과 이면층(130)의 간격인 중간층(120)은 항상 일정한 간격으로 이격된 상태를 유지할 수 있게 된다.
이러한 중간층(120)에 의해 표면층(110)과 이면층(130) 사이에 충진재가 용이하게 충진 및 함침될 수 있는 공간이 형성되게 되고, 이로 인해 입체섬유의 강도가 높아지게 되는 효과를 가지게 된다.
이와 같은 상기 입체섬유(100)는 강도가 높은 나일론, 폴리에스터, 아크릴 섬유, PVA 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리우레탄 섬유, 탄소섬유, 유리섬유 및 아라미드 섬유 중 어느 하나로 제작되어 높은 압축강도, 인장강도 및 휨강도를 가지도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 상기 입체섬유(100)를 충진재가 도포된 콘크리트 구조물에 부착함으로써, 콘크리트 구조물의 인장강도 및 내구성이 증대되도록 하고, 염해 및 탄산화 저항성을 향상시킬 수 있는 효과를 가지도록 하는 것이다.
그리고, 상기 입체섬유 부착단계에서는 도 7과 같이 입체섬유에 충진재를 함침시키는 충진재 함침단계를 더 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 입체섬유(100)는 상기 중간층(120)의 높이가 1~10mm의 두께로 형성된다.
이때, 상기 입체섬유(100)의 두께가 1mm 미만으로 형성되면, 상기 1차 충진재 도포단계를 통해 콘크리트 구조물에 도포된 충진재만으로 상기 입체섬유(100)가 콘크리트 구조물에 용이하게 부착되고, 부착시 충진재가 상기 입체섬유(100) 내부로 함침이 용이하게 이루어져, 입체섬유 내부로 충진재가 함침되어 보수보강의 효과를 가질 수 있다.
그러나, 상기 입체섬유(100)의 두께가 10mm를 초과하게 되면, 입체섬유의 두께가 두꺼워짐에 따라, 상기 1차 충진재 도포단계(S30)에서 콘크리트 구조물에 도포된 충진재만으로는 입체섬유가 콘크리트 구조물에 제대로 부착되지 않을 수 있다.
따라서, 상기 입체섬유(100)에 직접 충진재를 함침시키는 충진재 함침단계를 통해 입체섬유에 충진재가 함침되도록 한 후, 충진재가 함침된 입체섬유를 상기 1차 충진재 도포단계(S30)에서 콘크리트 구조물에 도포된 충진재에 부착하므로써 입체섬유의 부착력이 증대되도록 하고, 충진재가 입체섬유 내부로 충분히 함침되도록 함으로써 인장강도, 압축강도, 휨강도를 향상시켜 콘트리트 구조물의 내구성을 높이는 효과를 가질 수 있게 되는 것이다.
상기 충진재 함침단계는, 충진재에 결합수를 혼합하여 슬러리 상태의 충진슬러리를 제조 한 후, 제조된 충진슬러리를 도 7과 같이 스프레이건 등과 같이 도포작업을 수행할 수 있는 장치를 이용하여 충진슬러리를 입체섬유에 함침시킨다.
또한, 상기 입체섬유 부착단계(S40)에서는 입체섬유에 헬리컬바를 삽입하는 헬리컬바 삽입단계를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 입체섬유 부착단계(S40)에서, 입체섬유를 콘크리트 구조물에 부착하기 전에 상기 입체섬유에 헬리컬바를 삽입하여 헬리컬바가 삽입된 상기 입체섬유가 콘크리트 구조물에 부착되도록 하는 것이다.
상기 헬리컬바 삽입단계에서 사용되는 헬리컬바는 니켈(Ni)에 크롬(Cr)을 첨가한 니켈크롬합금강바로 구성된다.
이와 같이 헬리컬바에 니켈에 크롬이 첨가됨으로써 헬리컬바는 내산화성과 내식성이 향상되는 효과를 가지게 되고, 이와 같은 헬리컬바를 입체섬유에 삽입한 상태로 콘크리트 구조물에 부착되도록 함으로써 콘크리트 구조물의 내구성이 증대 되도록 하는 것이다.
한편, 상기 2차 충진재 도포단계(S50)는 상기 입체섬유 부착단계(S50) 후, 콘크리트 구조물에 부착된 입체섬유에 충진재를 도포하는 단계로 입체섬유에 충진재가 함침된 상태에 따라 선택적으로 시행되는 단계이다.
즉, 입체섬유에 충진재가 충분히 함침되면 2차 충진재 도포단계(S50)를 생략하고, 후술할 코팅재 도포단계(S60)를 시행하고, 입체섬유에 충진재가 충분히 함침되지 않은 경우 2차 충진재 도포단계(S50)를 시행하여 입체섬유에 충진재가 충분히 함침될 수 있도록 한 후 후술할 코팅재 도포단계(S60)를 시행하게 된다.
상기 2차 충진재 도포단계(S50)에서 사용되는 충진재는 상기 1차 충진재 도포단계(S30)에서 사용되는 충진재와 동일한 성분의 것을 사용할 수 있다.
이와 같이 상기 입체섬유(100)에 충진재를 도포함으로써, 입체섬유에 충진재가 충분히 함침될 수 있도록 하여 입체섬유의 내구성을 높일 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 코팅재 도포단계의 시공모습을 나타낸 도면이다.
상기 코팅재 도포단계(S60)는 상기 입체섬유 부착단계(S50) 후, 도 8에 나타낸 바와 같이 부착된 입체섬유의 표면에 코팅재를 도포하는 단계이다.
이와 같이 콘크리트 구조물에 부착된 입체섬유의 표면에 코팅재를 도포함으로써, 부착된 입체섬유의 내구성의 증대 및 부식방지의 효과를 가지도록 하는 것이다.
이때, 상기 코팅재 도포단계(S60)에서 사용되는 코팅재는 수용성아크릴 수지와 무기계복합재료를 포함하는 내염제 및 수용성아크릴 수지 및 무기계복합재료를 포함하는 중성화방지제를 혼합하여 제조되도록 한다.
또한, 상기 내염제 및 중성화방지제에 포함되는 무기계복합재료는, 8호규사, 시멘트 및 실리카흄을 포함하여 제조되도록 한다.
이와 같이 상기 코팅재에 내염재 및 중성화방지재를 포함하여, 상기 코팅재 도포단계(S60)를 통해 염분 등에 의해 콘크리트 구조물의 내구성이 저하되는 것이 방지되도록 하고, 철근의 부식으로 인해 콘크리트가 열화되는 것이 방지하도록 하는 것이다.
한편, 상기 양생단계(S70)는 상기 코팅재 도포단계(S60) 후, 도포된 충진재를 자연양생시키는 단계이다.
상기 양생단계(S70)가 완료되면, 도 9에 도시된 바와 같이, 보수보강할 콘크리트 구조물에 충진재가 함침된 입체섬유인 충진 입체섬유(200)가 형성되도록 함으로써 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강이 완료된다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 콘크리트 구조물의 열화된 부분은 보수보강층(300)에 의해 보수보강이 이루어지고, 보수보강층의 표면에 충진재층(400)이 형성되도록 하여, 충진재층(400)에 충진 입체섬유(100)를 부착하여, 콘크리트 구조물에 충진 입체섬유(200)가 형성되도록 하는 것이다.
이하에서는, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2를 통해 본 발명의 충진재의 물성에 대해 기재하도록 한다.
실시예 1.
충진재 100 중량부에 대하여 결합수 28중량부를 혼합하여 충진재를 제조하되(W/B=28%), 충진재는 보통 포틀랜드 시멘트 60중량%와, 고로슬래그 미분말 20중량%와, 칼슘설파 알루미네이트 5중량%와, 실리카 흄 5중량%와, 증점제 0.6중량%와, 소포제 0.1중량%와, 벤토나이트 3중량%를 혼합하여 충진재를 제조하였고, 제조된 충진재의 물성을 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 2.
실시예 1과 동일한 충진재를 사용하되, 충진재 100 중량부에 대하여 결합수 30중량부를 혼합하여 충진재를 제조하였고(W/B=30%), 제조된 충진재의 물성을 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일한 충진재를 사용하되, 충진재 100 중량부에 대하여 결합수 32중량부를 혼합하여 충진재를 제조하였고(W/B=32%), 제조된 충진재의 물성을 하기 표 1에 기재하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 충진재를 사용하되, 충진재 100 중량부에 대하여 결합수 26중량부를 혼합하여 충진재를 제조하였고(W/B=26%), 제조된 충진재의 물성을 하기 표 1에 기재하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 충진재를 사용하되, 충진재 100 중량부에 대하여 결합수 34중량부를 혼합하여 충진재를 제조하였고(W/B=34%), 제조된 충진재의 물성을 하기 표 1에 기재하였다.
시험 항목 단위 KS F 4042
기준
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 2 시험방법
(W/B=26%) (W/B=28%) (W/B=30%) (W/B=32%) (W/B=34%)
압축강도
(28일)
N/㎟ 20.0이상 47.6 58.4 55.9 51.7 43.1 KSF 2476
휨강도
(28일)
N/㎟ 6.0이상 7.1 8.3 7.9 7.2 6.5 KSF 2476
부착
강도
표준
건조
N/㎟ 1.0 이상 1.3 1.8 1.9 1.6 1.1 KSF 4042
KSF 4716
온냉
반복후
N/㎟ 1.0 이상 1.2 1.7 1.7 1.4 0.8 KSF 4042
KSF 4716
컨시스턴시 없음 32 28 21 19 15 KSF 2432
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, W/B를 각각 28%, 30%, 32% 로 적용한 실시예 1, 2, 3의 압축강도 및 휨강도는 KS F 4042의 기준을 상회하는 것으로 나타났다.더 구체적으로, W/B가 26%인 비교예 1과, W/B가 34%인 비교예 2의 압축강도 및 휨강도도 KS F 4042의 기준을 상회하였으나, 각각 실시예 1 내지 3의 강도보다 낮은 강도를 가지는 것으로 나타났으며, 이에 따라 W/B가 26~32%로 형성되는 충진재를 통해 압축강도가 휨강도가 높아짐을 알 수 있다.
또한, 실시예 1, 2, 3의 부착강도는 각각 1.8N/㎟, 1.9N/㎟, 및 1.6N/㎟로 비교예 1의 1.3N/㎟ 및 비교예 2의 1.1N/㎟보다 높은 부착강도를 가지는 것으로 나타났으며, 이를 통해 실시예 1 내지 3의 범위 내에 있는 W/B를 가지는 충진재가 더 높은 부착강도를 가지는 것으로 나타남에 따라, 이와 같은 충진재를 입체섬유 부착단계에 사용함으로써 입체섬유와 콘크리트 간의 부착력이 증대되도록 하는 효과를 가지도록 할 수 있다.
또한, 함침성 및 작업성의 척도라고 볼 수 있는 컨시스턴시의 경우, 실시예 1 내지 3은, 30초를 초과하지 않은 범위 내에서 이루어짐에 따라, 함침성 및 작업성이 우수한 충진재를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
그러나, 비교예 1의 경우, 컨시스턴시가 30초를 초과함에 따라 함침성 및 작업성이 저하되며, 비교예 2의 경우, 컨시스턴시가 15초로 입체섬유의 충진성이 매우 우수하나, 구조물의 보수보강을 하기 위해 부착되는 입체섬유의 압축강도, 휨강도 및 부착강도가 낮음에 따라, 이를 보완하기 위한 별도의 작업이 동반되어야 할 필요가 존재함에 따라 보수보강이 편리하게 이루어지도록 하는 본원발명의 목적을 달성하기에는 적합하지 않다.
따라서, W/B가 28~32%로 형성되는 충진재 이용하여, 1차로 콘크리트에 도포함으로써 입체섬유와 콘크리트 간의 부착력을 높이고, 콘크리트에 부착된 입체섬유에 2차로 도포하여, 입체섬유의 내구성이 증대되도록 하는 것이다.
또한, 세굴현상, 골재분리현상 및 팝-아웃(Pop-Out) 현상이 방지되도록 하고, 탄성에 의한 외부충격으로 인해 발생되는 콘크리트 구조물의 파손을 줄일 뿐만 아니라 제설제 등에 의한 철근부식에 대한 높은 내구성을 가지도록 하는 것이다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
10 : 콘크리트 구조물 100 : 입체섬유
110 : 표면층 120 : 중간층
130 : 이면층 200 : 충진 입체섬유

Claims (7)

  1. 보강하고자 하는 콘크리트 구조물을 세척하는 표면처리단계(S10);
    상기 표면처리단계(S10) 후 콘크리트 구조물에 강화제를 도포하는 강화제 도포단계(S20);
    상기 강화제 도포단계(S20) 후 콘크리트 구조물에 충진재를 도포하는 1차 충진재 도포단계(S30);
    상기 1차 충진재 도포단계(S30) 후 콘크리트 구조물에 입체섬유(100)를 부착하는 입체섬유 부착단계(S40);
    상기 입체섬유 부착단계(S40) 후 입체섬유에 코팅재를 도포하는 코팅재 도포단계(S60); 및
    상기 코팅재 도포단계(S60) 후 양생 및 경화가 되도록 하는 양생단계(S70)를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수보강 공법에 있어서,
    상기 입체섬유 부착단계에서 부착되는 입체섬유(100)는 표면층(110)과 이면층(130) 및 중간층(120)을 포함하는 3차원 형상으로 구성되고,
    상기 표면층(110)과 상기 이면층(130)은 격자형상으로 형성되되, 상기 표면층(110)의 격자 간격은 1~5mm로 형성되고, 상기 이면층(130)의 격자 간격은 0.1~3mm로 형성되며,
    상기 중간층(120)은 상기 표면층(110)과 상기 이면층(130) 사이에 1~10mm의 높이로 형성되되, 상기 표면층(110)과 상기 이면층(130)을 순차적으로 연속하여 연결된 지그재그 형상의 섬유에 의해 형성되고,
    상기 입체섬유(100)의 내부에는 충진재에 결합수를 혼합하여 제조된 슬러리 상태의 충진슬러리를 스프레이건으로 함침시킨 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수보강 공법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 입체섬유 부착단계(S40)와 상기 코팅재 도포단계(S60) 사이에 입체섬유에 충진재를 도포하는 2차 충진재 도포단계(S50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 1차 충진재 도포단계(S30) 및 상기 2차 충진재 도포단계(S50)에서 사용되는 충진재는, 충진재 100 중량부에 대하여 결합수 28~32중량부를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 입체섬유 부착단계(S40)에서는, 부착되는 입체섬유에 충진재를 함침시키는 충진재 함침단계가 더 포함하되,
    상기 충진재 함침단계에서 충진재가 합침된 입체섬유를 1차 충진재가 도포된 콘크리트 구조물에 부착하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수보강 공법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 입체섬유 부착단계(S40)에서는 입체섬유에 헬리컬바를 삽입하는 헬리컬바 삽입단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수보강 공법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 충진재는, 보통 포틀랜드 시멘트 60~75중량%와, 고로슬래그 미분말 15~25중량%와, 칼슘설파 알루미네이트 3~7중량%와, 실리카 흄 3~7중량%와, 증점제 0.2~1.0중량%와, 소포제 0.1~0.2중량%와, 벤토나이트 1.0~5.0중량%와 아크릴 수지, EVA수지, SBR 수지 중 어느 하나 1.0~5.0중량%와, 멜라민계, 나프탈렌계, 폴리카르복실레이트계의 고성능 유동화제 중 어느 하나 0.5~3.0중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강 공법.
  7. 삭제
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