KR102219683B1 - 수로용 콘크리트 구조물의 구조적 성능 저하를 방지하기 위한 하수박스 보수 보강용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

수로용 콘크리트 구조물의 구조적 성능 저하를 방지하기 위한 하수박스 보수 보강용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 하수박스 보수용 콘크리트 조성물은 노후화 또는 손상된 수로용 콘크리트 구조물의 추가적인 균열을 방지 및 차단하여, 수로용 콘크리트 구조물의 구조적 성능 저하를 방지하기 위한 것으로서, 수로 콘크리트 구조물이 위치하는 다습한 작업 환경 내에서 단시간에 작업을 완료할 수 있도록 초속경 성질을 가지면서도, 수축이 최소화되고, 내수분침투성이 향상되며, 장기간 강도를 효과적으로 유지할 수 있어 콘크리트 구조물의 내구연한을 연장시킬 수 있는 한편, 우수한 내습성, 내화학성 및 균열 억제 특성을 가지므로, 하수박스 등 수로용 콘크리트 구조물에서 별도의 코팅 작업 또는 보수 공사 없이도 누수 방지의 지속성을 가진다.

Description

수로용 콘크리트 구조물의 구조적 성능 저하를 방지하기 위한 하수박스 보수 보강용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 시공방법{CONCRETE COMPOSITION FOR REPAIR OF SEWAGE BOX AND PREVENTING THE DETERIORATION OF THE STRUCTURAL PERFORMANCE OF CONCRETE STRUCTURES FOR WATERWAYS}
본 발명은 보수용 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 더 상세하게 수로용 콘크리트 구조물의 구조적 성능 저하를 방지하기 위한 하수박스 보수용 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
콘크리트 구조물은 건설 후, 알칼리 골재 반응, 중성화, 염해, 피로 등으로 시간이 경과함에 따라 그 성능이 저하된다. 예를 들어, 콘크리트 구조물은 시간의 경과 또는 외력, 기타 화학적 물질과의 접촉에 의한 부식 등과 같은 요인에 의해, 균열과 크랙이 발생할 수 있으며, 콘크리트 구조물에 균열과 크랙이 발생하는 경우, 이들 사이로 수분이 침투되고, 이에 의해 발생하는 화학적 반응에 의해 중성화가 가속화된다. 한편, 중성화에 의해 철근이 부식됨으로써 콘크리트가 철근에서 탈락되는 등의 현상이 발생하게 되면, 철근 콘크리트 구조물의 내력 저하로 이어지게 된다.
특히, 농수로, 상하수도 또는 집수정의 수로, 하수박스나 폐수처리장 등에 설치되는 수로(Waterways)용 콘크리트 구조물은 다습한 환경에 계속적으로 노출되게 되며, 산성 가스나 산성 폐수와 직접 접촉함으로써, 화학적 부식 작용이 가속화되므로, 그 성능이 더욱 빠르게 저하된다. 이에 의해 콘크리트 구조물의 내력이 저하되는 경우 구조 붕괴로 이어질 수 있고, 도심 내 지반 함몰, 씽크홀(Sinkhole)을 발생시킨다.
이렇게, 콘크리트 구조물은 시공 후, 물리적/화학적 작용에 의하여 구조적 성능이 저하되게 되므로, 구조적 성능 저하를 방지하고, 성능을 유지하도록 하기 위한 다양한 재료 및 공법 등이 연구되고 있으나, 아직까지 원하는 수준의 보강 효과를 나타내지는 못하고 있는 실정이다.
이러한 콘크리트 구조물 보수공법으로 알려진 종래 기술 중 하나로서 대한민국 공개특허 제2006-0118302호의 "콘크리트 모르타르 조성물과 이를 이용한 보수공법"에서는 수로용 콘크리트 구조물의 갈라진 틈 사이를 다듬는 단계, 갈라진 틈 사이에 경질 우레탄을 발포하기 위한 거푸집을 형성하는 단계, 및 거푸집 내에 경질 우레탄을 발포하여 우레탄 결합층을 형성하는 단계 등으로 진행되는 보수공법이 개시되고, 대한민국 등록실용신안 20-0330013호의 "콘크리트 수로의 신축이음 누수 보수 구조"에서는 누수 부위에 콘크리트 접착용 모르타르를 이중으로 발라 접착되는 고무재질의 방수포와, 이음부위에 보강되는 충진재로 구성되는 콘크리트 수로의 신축이음 장치 누수 보강 구조가 개시된다.
그러나, 이러한 공법 및 구조는 별도의 시트층 및 우레탄층을 구비하도록 되어 있어, 시공이 복잡하고 공기가 길다는 문제점이 있으며, 특히, 기존 포틀랜드 시멘트계 보수재의 경우 수축으로 인한 크랙 발생의 위험성이 있고, 산에 의한 부식을 효과적으로 방지하기 어려우며, 다습한 작업 환경 내에서 단시간에 작업을 완료해야 하는 하수박스 등 수로용 콘크리트 구조물 등에는 적용이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 노후화 또는 손상된 수로용 콘크리트 구조물의 추가적인 균열을 방지 및 차단하여, 수로용 콘크리트 구조물의 구조적 성능 저하를 방지하기 위한 하수박스 보수용 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서는, 물, 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 아라미드 섬유, 폴리이미드 수지 파우더, 분산제 및 기포발생방지제를 포함하는 하수박스 보수용 콘크리트 조성물로서, 상기 시멘트는, 포틀랜드 시멘트(Portland Cement), 하이벨라이트 시멘트(High Belite Sulphur Aluminate Cement) 및 프롬 시멘트(Prompt Cement)가 1 : 0.2 내지 0.4 : 0. 35 내지 0.45 의 중량부 비로 혼합된 것이며, 상기 굵은골재는 평균 입경이 7 내지 9㎜이고, 상기 아라미드 섬유는, 2 내지 3 ㎜의 길이를 가진 제 1 아라미드 섬유와, 및 25 내지 33 ㎜의 길이를 가진 제 2 아라미드 섬유가 1 : 1.34 내지 2의 중량부 비로 혼합된 것이며, 상기 폴리이미드 수지 파우더는, 부분지방족(partially aliphatic) 및 전지방족(fully aliphatic) 폴리이미드 중 선택되는 1종 이상의 폴리이미드이고, 상기 분산제는 트리톤X-100(Triton X-100, C8H17C6H4(OCH2CH2)10OH), 세트리모늄브로마이드(Cetyltrimethyl ammonium bromide, C16H33(CH3)3NBr) 및, 도데실벤젠술폰산나트륨 (Sodium dodecyl benzene sulfonate, C12H25C6H4SO3Na)가 1 : 0.3 내지 0.4 : 0.15 내지 0.25의 중량부 비로 혼합된 것이며, 상기 기포발생방지제는, 아크릴레이트 폴리아민과 폴리디메틸실론산이 1 : 3 내지 5 의 중량부 비로 혼합된 것인, 하수박스 보수용 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 실리카흄, 슬래그미분말 및 메타카올린으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함하는, 하수박스 보수용 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 탄산칼슘, 칼슘포메이트, 칼슘아세테이트, 칼슘프로피온산 및 황산나트륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 경화촉진제를 더 포함하는, 하수박스 보수용 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 사과산, 구연산, 글루콘산, 포도당, 글루코오스 및 덱스트린으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 경화지연제를 더 포함하는, 하수박스 보수용 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 굵은골재의 평균 입경은 8㎜인, 하수박스 보수용 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명의 하수박스 보수용 콘크리트 조성물은, 하수박스 등 노후화 또는 손상된 수로용 콘크리트 구조물의 추가적인 균열을 효과적으로 차단하여, 수로용 콘크리트 구조물의 구조적 성능 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 하수박스 보수용 콘크리트 조성물은, 수로 콘크리트 구조물이 위치하는 다습한 작업 환경 내에서 단시간에 작업을 완료할 수 있도록 초속경 성질을 가지면서도, 수축이 최소화되고, 내수분침투성이 향상되며, 장기간 강도를 효과적으로 유지할 수 있어 콘크리트 구조물의 내구 연한을 연장시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 하수박스 보수용 콘크리트 조성물은 우수한 내습성, 내화학성 및 균열 억제 특성을 가지므로, 하수박스 등 수로용 콘크리트 구조물에서 별도의 코팅 작업 또는 보수 공사 없이도 누수 방지의 지속성을 가질 수 있게 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
콘크리트 구조물은 건설 후, 알칼리 골재 반응, 중성화, 염해 피로 등으로 시간이 경과함에 따라 그 성능이 저하된다. 특히, 농수로, 상하수도 또는 집수정의 수로, 하수박스나 폐수처리장 등에 설치되는 수로(Waterways)용 콘크리트 구조물은 다습한 환경에 계속적으로 노출되게 되며, 산성 가스나 폐수와 직접 접촉함으로써, 화학적 부식 작용이 가속화되므로, 그 성능이 더욱 빠르게 저하된다. 이에 의해 콘크리트 구조물의 내력이 저하되는 경우 구조 붕괴로 이어질 수 있고, 도심 내 지반 함몰, 씽크홀(Sinkhole)을 발생시킨다. 이렇게, 콘크리트 구조물은 시공 후, 물리적/화학적 작용에 의하여 구조 성능이 저하되게 되므로, 구조 성능 저하를 방지하고, 성능을 유지하도록 하기 위한 다양한 재료 및 공법 등이 연구되고 있으나, 아직까지 원하는 수준의 보강 효과를 나타내지는 못하고 있는 실정이다.
이에, 본 발명자들은 하수박스(Sewage Box) 등과 같은 수로용 콘크리트 구조물이 노후화되거나 손상되었을 때, 이를 보수하기 위한 콘크리트 조성물로서, 물, 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 아라미드 섬유, 폴리이미드 수지 파우더, 분산제 및 기포발생방지제를 포함하며, 포틀랜드 시멘트, 하이벨라이트 시멘트 및 프롬 시멘트를 특정 중량부 비로 혼합하고, 굵은골재로서 7 내지 9㎜ 평균 입경을 가진 골재를 사용하며, 강도 보강용도로 2종의 아라미드 섬유를 첨가하고, 내화학성 보강을 위해 폴리이미드 수지 파우더를 첨가하며, 아라미드 섬유 및 폴리이미드 수지 파우더 뭉침을 방지하고 효과적인 분산을 위해 분산제를 포함하며, 보강 공법 적용 시 조성물 내 기포발생을 방지하여 균일한 시공 및 수축 방지가 가능하도록 기포발생방지제를 포함하는 경우, 노후 또는 손상된 하수박스와 같은 수로용 콘크리트 조성물의 추가적인 균열을 효과적으로 차단하여 구조적 성능 저하를 방지하고, 다습한 작업 환경 내에서 단시간에 작업을 완료할 수 있으며, 내수분침투성이 향상되고, 장기간 강도를 효과적으로 유지할 수 있어 콘크리트 구조물의 내구연한이 향상될 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 하수박스 보수용 콘크리트 조성물은 물, 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 아라미드 섬유, 폴리이미드 수지 파우더, 분산제 및 기포발생방지제를 포함하는 하수박스 보수용 콘크리트 조성물로서, 상기 시멘트는, 포틀랜드 시멘트(Portland cement), 하이벨라이트 시멘트(High Belite Sulphur Aluminate Cement) 및 프롬 시멘트가 1 : 0.2 내지 0.4 : 0. 35 내지 0.45 의 중량부 비로 혼합된 것이며, 상기 굵은골재는 평균 입경 7 내지 9㎜이고, 상기 아라미드 섬유는, 2 내지 3 ㎜의 길이를 가진 제 1 아라미드 섬유와, 및 25 내지 33 ㎜의 길이를 가진 제 2 아라미드 섬유가 1 : 1.34 내지 2의 중량부 비로 혼합된 것이며, 상기 폴리이미드 수지 파우더는, 부분지방족(partially aliphatic) 및 전지방족(fully aliphatic) 폴리이미드 중 선택되는 1종 이상의 폴리이미드이고, 상기 분산제는 트리톤X-100(Triton X-100, C8H17C6H4(OCH2CH2)10OH), 세트리모늄브로마이드(Cetyltrimethyl ammonium bromide, C16H33(CH3)3NBr) 및, 도데실벤젠술폰산나트륨 (Sodium dodecyl benzene sulfonate, C12H25C6H4SO3Na)가 1 : 0.3 내지 0.4 : 0.15 내지 0.25의 중량부 비로 혼합된 것이며, 상기 기포발생방지제는, 아크릴레이트 폴리아민과 폴리디메틸실론산이 1 : 3 내지 5 의 중량부 비로 혼합된 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 시멘트는 포틀랜드 시멘트(Portland Cement), 하이벨라이트 시멘트(High Belite Sulphur Aluminate Cement) 및 프롬 시멘트(Prompt Cement)를 1 : 0.2 내지 0.4 : 0.35 내지 0.45의 중량부 비로 혼합된 것일 수 있다.
포틀랜드 시멘트는 석회질 원료와 점토질 원료를 적당한 비율로 혼합하여 미분쇄한 것으로, 본 발명의 포틀랜드 시멘트는 석회, 실리카, 알루미나 및 산화철을 더 포함하는 것일 수 있고, 물과 반죽되어 응결 및 경화됨으로써, 장기강도가 발현되는 것일 수 있다.
하이벨라이트 시멘트는 보오크사이트, 석회석, 플라이애쉬, 고로수쇄슬래그를 1,500 내지 1,600℃에서 소성한 클린커 100 중량부에, 인산정제 Ⅲ 형 β 무수석고 2 내지 4 중량부를 500(m2/kg)의 분말도로 혼합 분쇄한 것일 수 있으며, 상기 클린커는 보오크사이트 15 내지 25 wt%, 석회석 40 내지 60 wt%, 플라이애쉬 10 내지 20wt%, 고로수쇄슬래그 5 내지 15 wt%로 이루어지는 것일 수 있다. 한편, 상기 인산정제 Ⅲ 형 β 무수석고는 pH 5 내지 6의 약산성을 구비하고 있어, 클린커와 혼합 시 하이벨라이트 시멘트의 작업성을 용이하게 확보하게 하고, 강도발현 속도를 증가시키는 역할을 수행한다. 특히, 상기 클린커에 통상적인 천연 무수석고를 혼합하는 경우, 가사시간이 약 15분에 불과하여 작업성 확보가 어렵고 강도발현 속도가 늦으나, 인산정제 Ⅲ 형 β 무수석고 혼합 시 작업성 확보가 용이하고, 강도발현 속도가 높아진다. 한편, 상기 하이벨라이트 시멘트는 초속경성 프롬 시멘트 또는 포틀랜드 시멘트 대비 내염성, 항열성 및 내구성이 상대적으로 높은 특성을 가진다.
프롬 시멘트는 프랑스 알프스 산맥 지역에 매장된 특수 점토성 석회광석으로만 제조되는 천연 시멘트로, 어떤 첨가물도 포함되지 않는 특징이 있으며, 프롬시멘트는 초속경성 특성을 가지고 초기에 높은 강도를 발현시킬 수 있으며, 경화에 따른 수축이 적어 경화수축에 따른 균열 발생을 저감하는 효과를 가진다. 또한 수밀성이 뛰어나고 염화나트륨이나 황산마그네슘 등에 대한 강력한 내식성 및 내화학성을 나타내는 특성이 있다. 또한, 프롬 시멘트는 접착력이 뛰어나 콘크리트 구조체의 거동에 따른 열화 손상을 억제시키는 역할을 수행한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 하수박스 보수용 콘크리트 조성물에 있어서, 시멘트는, 포틀랜드 시멘트(Portland cement), 하이벨라이트 시멘트(High Belite Sulphur Aluminate Cement) 및 프롬 시멘트가 1 : 0.2 내지 0.4 : 0. 35 내지 0.45의 중량부 비로 혼합된 것일 수 있다. 본 발명의 조성물은 다습한 환경에 계속적으로 노출되며, 산성 가스나 산성 폐수와 직접 접촉함으로써, 화학적 부식 작용이 가속화되어 노후화 또는 손상된 하수박스 등과 같은 수로용 콘크리트 구조물을 보수하기 위해 사용되기 때문에, 이에 사용되는 시멘트는 일반적인 강도 발현을 위한 포틀랜드 시멘트, 내염성 및 내구성이 높은 하이벨라이트 시멘트 및 프롬 시멘트의 혼합물로서, 상기와 같은 중량부 비로 혼합한 시멘트를 사용하는 경우, 다습한 작업 환경 내에서 단시간에 작업 완료가 가능하며, 또한 포틀랜드 시멘트 특성 발현으로 인한 강도 확보와, 하이벨라이트 시멘트의 자체 특성에 의한 장기간 내구성 확보가 가능하므로, 노후화 또는 손상된 수로용 콘크리트 구조물의 내구연한을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 한편, 위와 같이 배합된 시멘트로 인하여, 콘크리트 조성물 경화 시 크랙 발생이 효과적으로 억제되고, 뛰어난 압축강도를 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 조성물에 포함되는 잔골재는 모래일 수 있다. 상기 모래는 석영질 모래로서, SiO2 함량이 85%, 상세하게는 90% 이상인 석영질 모래일 수 있으며, 일례로 평균 입경이 3 내지 4㎜인 것이 사용될 수 있다. 한편, 상기 굵은골재는 7 내지 9㎜, 더욱 상세하게는 8㎜의 평균 입경을 가지는 것일 수 있다. 상기 굵은골재는 콘크리트표준시방서 기준치를 만족시키는 것이 사용될 수 있다. 한편, 상기 굵은골재의 평균 입경이 상기 범위 내인 경우, 콘크리트 혼화 균일성과 평탄성 확보가 용이할 수 있다.
한편, 아라미드 섬유는 본 발명의 콘크리트 조성물 강도를 더욱 향상시키고, 내구연한을 증가시키기 위해 보강 용도로 사용되는 것으로서, 방향족 폴리아라미드일 수 있고, 파라-아라미드(p-aramid) 및 메타-아라미드(m-aramid) 중 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 한편, 파라-아라미드가 콘크리트 조성물의 보강재로 사용되는 경우, 높은 강신도와 내마모성을 발현시키므로, 콘크리트의 균열저항, 인장강도 및 압축강도를 크게 향상시켜 구조물의 내구연한을 증가시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 일실시예에 따르면, 구체적으로 2 내지 3 ㎜의 길이를 가진 제 1 아라미드 섬유와, 및 25 내지 33 ㎜의 길이를 가진 제 2 아라미드 섬유가 1 : 1.34 내지 2의 중량부 비로 혼합된 것이 사용될 수 있다. 특히 제 1 아라미드 섬유와 제 2 아라미드 섬유가 상기 중량부 비로 포함되는 경우, 미세균열 방지 및 인장력 개선에 효과적이며, 제 1 아라미드 섬유가 상기 중량부 비 미만으로 포함되는 경우, 미세균열 방지 및 차단 효과가 미미할 수 있고, 제 2 아라미드 섬유가 상기 중량부 비 미만으로 포함되는 경우, 인장력 개선 효과가 상대적으로 부족할 수 있다.
한편, 폴리이미드는 이미드 단량체의 중합체로서, 높은 내열성과 우수한 내화학성을 가지며, 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 조성물에 포함되어, 하수박스 등 수로용 콘크리트 구조물 보강에 사용되는 경우, 산성 가스나 산성 폐수와 직접 접촉하더라도 내화학 특성을 발현하여, 콘크리트 구조물의 화학적 부식 속도를 현저히 낮추는 역할을 수행한다. 한편, 상기 폴리이미드는 다이안하이드라이드와 다이아민간 반응으로 제조한 것일 수 있다.
한편, 상기 폴리이미드는 폴리이미드 수지 파우더 형태로 사용될 수 있으며, 구체적으로, 부분지방족(partially aliphatic) 및 전지방족(fully aliphatic) 폴리이미드 중 선택되는 1종 이상의 폴리이미드일 수 있고, 이 경우, 전방향족(fully aromatic) 폴리이미드 대비 분산이 수월하여, 조성물 내에 효과적으로 분산이 될 수 있어, 조성물 내 균일한 특성 발현이 용이하다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 하수박스 보수용 콘크리트 조성물은 물 69 내지 71 중량부, 시멘트 240 내지 350 중량부, 잔골재 150 내지 180 중량부, 굵은골재 310 내지 330 중량부, 아라미드 섬유 12 내지 15 중량부, 폴리이미드 수지 파우더 25 내지 35 중량부, 분산제 12 내지 15 중량부 및 기포발생방지제 18 내지 25 중량부가 초음파 처리로 혼합되어 제조된 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 조성물은, 아라미드 섬유(aramid fiber) 및 폴리이미드 수지 파우더, 분산제 및 기포발생방지제를 1차 초음파 처리를 통해 혼합하여 얻어진 조성물을 물, 시멘트, 잔골재 및 굵은골재와 혼합한 다음 2차 초음파 처리하여 제조하는 것일 수 있다.
상기 분산제는 아라미드 섬유 및 폴리이미드 수지 파우더를 조성물 내에 효과적으로 분산시키기 위해 포함되는 것으로서, 구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른, 분산제는 트리톤X-100(Triton X-100, C8H17C6H4(OCH2CH2)10OH), 세트리모늄브로마이드(Cetyltrimethyl ammonium bromide, C16H33(CH3)3NBr) 및, 도데실벤젠술폰산나트륨 (Sodium dodecyl benzene sulfonate, C12H25C6H4SO3Na) 중 선택되는 1종 이상, 더욱 상세하게는, 트리톤X-100(Triton X-100, C8H17C6H4(OCH2CH2)10OH), 세트리모늄브로마이드(Cetyltrimethyl ammonium bromide, C16H33(CH3)3NBr) 및, 도데실벤젠술폰산나트륨 (Sodium dodecyl benzene sulfonate, C12H25C6H4SO3Na)가 1 : 0.3 내지 0.4 : 0.15 내지 0.25의 중량부 비로 혼합된 것이 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 보수용 콘크리트 조성물 내에서 상기 3종의 분산제를 위 중량부 범위 내로 포함하는 경우, 아라미드 섬유 및 폴리이미드 수지 파우더의 효과적인 분산이 가능하여, 콘크리트 구조물 보강 공사 시, 아라미드 섬유에 의한 강도 발현, 인장력 개선, 폴리이미드 수지에 의한 내화학성 확보가 효과적으로 이루어질 수 있음, 분산제 중량부 비가 상기 범위 이외에서는, 아라미드 섬유 및 폴리이미드 수지 파우더의 뭉침이 발생하여, 물성이 고르게 발현되기 어려운 문제가 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 조성물에서, 기포발생방지제가 포함될 수 있으며, 기포발생방지제는, 보강 공법 적용, 특히, 노후화 및 손상된 콘크리트 구조물 단면보수 보강을 위해 R.S.S.R(Reinforcement method for Stabilization and Resistance in Rahmen structure, 라멘구조물 안정화 및 구조내력 보강) 공법 적용 시 보수 콘크리트 조성물의 도포 및 양생 간 기포발생을 효과적으로 방지하여, 보강 이후 추가적인 크랙(crack) 발생을 방지하기 위한 목적으로 포함되는 것일 수 있으며, 일례로, 기포발생방지제는 아크릴레이트 폴리아민 및 폴리디메틸실론산 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있고, 더욱 상세하게는 아크릴레이트 폴리아민과 폴리디메틸실론산이 1 : 3 내지 5 의 중량부 비로 혼합된 것일 수 있다. 한편, 아크릴레이트 폴리아민 및 폴리디메틸실론산이 상기 중량부 비로 혼합되는 경우, 빠른 작업 간에도 공기량(기포) 발생량을 감소시켜, 보강 공사 시 경화 및 양생되는 콘크리트 구조물 보강부의 치밀성 및 수밀성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른, 상기 하수박스 보수용 콘크리트 조성물은 실리카흄, 슬래그미분말 및 메타카올린으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
실리카흄(silica fume)은 분말도 0.1㎛ 이상의 초미립자로 형성되어 있어, 상기 하수박스 보수용 콘크리트 조성물에 포함되어 조성물 간 발생할 수 있는 공극을 채우는 한편, 상기 하수박스 보수용 콘크리트 조성물가 고강도로 경화되도록 유도하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 슬래그미분말은, 상기 하수박스 보수용 콘크리트 조성물을 수밀한 조직으로 형성시킬 수 있기 때문에 경화된 상기 하수박스 보수용 콘크리트 조성물에서 철근의 노화를 촉진하는 요소의 침투를 억제할 수 있다. 또한 상기 슬래그미분말은 상기 하수박스 보수용 콘크리트 조성물의 유동성을 개선시키고, 수화반응에 의한 발열량 역시 감소시킬 수 있다.
상기 메타카올린은 상기 하수박스 보수용 콘크리트 조성물의 내화 성능을 향상시켜, 경화된 상기 하수박스 보수용 콘크리트 조성물이 화재에 노출되는 경우, 4시간 이상 폭열 현상을 지연시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 조성물은, 경화촉진제 및 경화지연제 중 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 경화촉진제는, 탄산칼슘, 칼슘포메이트, 칼슘아세테이트, 칼슘프로피온산 및 황산나트륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 경화촉진제일 수 있고, 경화지연제는 사과산, 구연산, 글루콘산, 포도당, 글루코오스 및 덱스트린으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 경화지연제일 수 있다. 한편, 상기 경화촉진제 또는 경화지연제는, 조성물 내 성분 배합비에 맞추어 포함되는 양을 조절할 수 있으며, 작업 환경 및 작업 시간에 따라서도 적절히 취사선택이 가능하다.
한편, 상기 하수박스 보수용 콘크리트 조성물을 이용하여 하수박스 콘크리트 구조물의 단면을 보수하는 보수보강 방법은, 열화된 하수박스 콘크리트 구조물을 치핑하고 고압수로 세정하는 전처리하고, 열화된 하수박스 콘크리트 구조물에서 노출된 철근에 대하여 방청 처리 및 방수제 도포를 한 다음, 열화된 하수박스 콘크리트 구조물에 프라이머를 도포하여, 상기 하수박스 보수용 콘크리트 조성물을 타설 후 마감하는 형태로 진행될 수 있다.
구체적으로, 상기 하수박스 보수용 콘크리트 조성물을 이용하여 하수박스 콘크리트 구조물의 단면을 보수보강하는 방법은 라멘구조물 안정화 및 구조내력 보강 공법(R.S.S.R)일 수 있으며, 상기 보강공법의 경우, 지중 박스구조물이 지상부의 하중에 의해 구조적 균열이 발생한 경우 이를 보강하여 내력개선을 수행하는 공법으로서, 본 발명의 콘크리트 조성물을 활용하는 경우, 초속경 특성을 가지면서도 강도 및 장기간 내구성 확보가 용이하므로, 이음 없는 연속시공 및 협소공간 시공에 활용될 수 있는 R.S.S.R 공법 적용에 적합하다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 제1 하수박스 보수용 콘크리트 조성물 제조
먼저, 평균 입경 2 내지 3㎜인 제 1 아라미드 섬유 및 평균 입경 25 내지 33㎜인 제 2 아라미드 섬유를 1 : 1.5의 중량부 비로 혼합하여 얻은 아라미드 섬유 및 전지방족 폴리이미드 수지 파우더를 준비한 다음, 트리톤X-100(Triton X-100, C8H17C6H4(OCH2CH2)10OH), 세트리모늄브로마이드(Cetyltrimethyl ammonium bromide, C16H33(CH3)3NBr) 및, 도데실벤젠술폰산나트륨 (Sodium dodecyl benzene sulfonate, C12H25C6H4SO3Na)이 각각 1 : 0.35 : 0.2의 중량부 비로 혼합된 분산제, 및 아크릴레이트 폴리아민과 폴리디메틸실론산이 1 : 4 의 중량부 비로 혼합된 기포발생방지제와 함께 물에 초음파 분산하여, 상기 아라미드 섬유와 폴리이미드 수지 파우더가 분산된 조성물을 얻었다.
다음으로, 물, 시멘트, 잔골재로서 모래, 굵은골재로서 평균 입경 8㎜의 굵은골재를 혼합하되, 여기에 상기 아라미드 섬유와 폴리이미드 수지 파우더가 분산된 조성물을 투입하고, 2차로 초음파 분산하여 하수박스 보수용 조성물 50kg을 수득하였다.
참고로, 상기 조성물 내의 조성비는 구체적으로, 물 70 중량부, 시멘트 300 중량부, 잔골재 160 중량부, 굵은골재 320 중량부, 아라미드 섬유 13 중량부, 폴리이미드 수지 파우더 30 중량부, 분산제 14 중량부 및 기포발생방지제 20 중량부의 비로 포함되도록 하였다. 한편, 상기 조성물 제조 시 시멘트는, 포틀랜드 시멘트(Portland cement), 하이벨라이트 시멘트(High Belite Sulphur Aluminate Cement) 및 프롬 시멘트가 1 : 0.3 : 0.4 의 중량부 비로 혼합되어 제조된 것을 사용하였다.
실시예 2: 제2 하수박스 보수용 콘크리트 조성물 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 조성물을 제조하되, 2차 초음파 분산에 앞서, 조성물에 실리카흄, 슬래그미분말 및 메타카올린을 추가로 포함시킨 것만 달리하였으며, 상기 성분들의 합은 전체 조성물 100 중량부 대비 2 중량부로 포함시켰다.
실시예 3-1 및 3-2: 제3 하수박스 보수용 콘크리트 조성물 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 조성물을 제조하되, 2차 초음파 분산에 앞서, 조성물에 탄산칼슘, 칼슘포메이트 및 칼슘아세테이트를 추가로 포함시키거나(실시예 3-1) 또는 사과산, 구연산 및 글루콘산(실시예 3-2)을 추가로 포함시킨 것만 달리하였으며, 각각의 실시예에서, 상기 성분들의 합은 전체 조성물 100 중량부 대비 3.5 중량부가 되도록 포함시켰다.
비교예 1-1 및 1-2
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 조성물을 제조하되, 혼합 조성물 제조과정에서 초음파 분산을 실시하지 않은 것(비교예 1-1) 및 1차 초음파 분산 없이 물, 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 아라미드 섬유, 폴리이미드 수지 파우더, 분산제 및 기포발생방지제를 동시에 혼합하고 초음파 분산하여 공정을 수행한 것(비교예 1-2)만 달리하였다.
비교예 2-1 내지 2-4
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 조성물을 제조하되, 아라미드 섬유를포함하지 않은 것(비교예 2-1), 폴리이미드 수지 파우더를 포함하지 않은 것(비교예 2-2), 분산제를 포함하지 않은 것(비교예 2-3) 및 기포발생방지제를 포함하지 않은 것(비교예 2-4)만 달리하였다.
비교예 3-1 내지 3-5
실시예 1과 동일한 방법으로 콘크리트 조성물을 제조하되, 시멘트를 포틀랜드 시멘트만 포함한 것(비교예 3-1), 하이벨라이트 시멘트만 포함한 것(비교예 3-2), 프롬 시멘트만 포함한 것(비교예 3-3), 상기 시멘트 성분의 조성비를 1 : 0.1 : 0.3 으로 한 것(비교예 3-4), 상기 시멘트 성분의 조성비를 1 : 0.5 : 0.5 로 한 것(비교예 3-5)만 달리하였다.
[실험 1: 콘크리트 특성 측정]
실시예 및 비교예들에 따라, 얻어진 하수박스 보수용 콘크리트 조성물을 20내지 24℃, 습도 70%의 작업 환경 내에서 48시간 습윤양생하고, 28일 후 압축 강도(KS F 2405 규정에 따라 시험), 휨 강도(KS F 2408 규정에 따라 시험), 길이변화율(수축정도, KS F 2424 규정에 따라 시험)을 측정하였다. 또한 공시체를 침적하여, 2% 염산 및 5% 황산에 대하여 각각 내약품성을 함께 측정하였다.
Figure 112020057366317-pat00001
위 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 들에 따라 제조된 하수박스 보수용 콘크리트 조성물은 비교예들 대비, 압축강도, 휨강도, 길이변화율(수축정도) 측면에서 향상된 물성을 나타내었으며, 또한, 내약품성 측면에서도 저항성이 높은 것을 확인할 수 있었다. 특히, 본 발명의 실시예에 따라, 아라미드를 포함하는 경우, 압축강도, 휨강도 측면에서 비교예들 대비 향상되는 효과를 나타내며, 폴리이미드를 포함하는 경우, 내화학성 측면에서 향상된 물성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 기포발생방지제를 포함하지 않는 경우, 길이변화율 측면에서 물성이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 효과적인 분산이 이루어지기 어려운 비교예 1-1, 1-2 및 비교예 2-3 등에서는 물성이 고르지 않게 분포하며, 전반적으로 물성이 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
[실험 2: 작업성 측정 및 표면 미세크랙에 대한 육안 확인]
실시예 및 비교예들에 따라, 얻어진 하수박스 보수용 콘크리트 조성물 배합 직후, 500㎜ Х 500㎜ Х 50㎜(가로, 세로 및 높이) 크기로 제작된 몰드에 평활하게 콘크리트 조성물을 채우고, 지면으로부터 몰드 각도를 10°, 20° 및 30°으로 경사각을 유지한채 종결시점까지 양생시키고, 몰드 윗부분에 수평을 확인하여 경사각 아래 부분으로 흘러내림 현상의 발생여부를 육안으로 확인하였으며(없음: Ⅹ, 어느정도 있음: △, 발생함: ○), 또한, 양생 후 28일이 경과한 다음, 표면미세크랙이 발생하였는지 여부를 육안으로 확인하였다(없음: Ⅹ, 어느정도 있음: △, 발생함: ○).
Figure 112020057366317-pat00002
위 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 들에 따라 제조된 하수박스 보수용 콘크리트 조성물은 비교예들 대비, 흘러내림 특성이 개선되어, 작업성이 향상된 것을 확인할 수 있었으며, 표면 미세크랙 발생 여부 확인 결과, 표면 미세크랙도 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 성분이 고르게 분산되지 않거나(비교예 1-1, 1-2 및 비교예 2-3), 기포발생방지제가 사용되지 아니한 경우(비교예 2-4) 양생된 콘크리트 도막 표면에 미세크랙이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 물, 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 아라미드 섬유, 폴리이미드 수지 파우더, 분산제 및 기포발생방지제를 포함하는 하수박스 보수용 콘크리트 조성물로서,
    아라미드 섬유(aramid fiber) 및 폴리이미드 수지 파우더, 분산제 및 기포발생방지제를 1차 초음파 처리를 통해 혼합하여 얻어진 조성물을 물, 시멘트, 잔골재 및 굵은골재와 혼합한 다음 2차 초음파 처리하여 제조하되,
    상기 시멘트는, 포틀랜드 시멘트(Portland Cement), 하이벨라이트 시멘트(High Belite Sulphur Aluminate Cement) 및 프롬 시멘트(Prompt Cement)가 1 : 0.2 내지 0.4 : 0. 35 내지 0.45의 중량부 비로 혼합된 것이며,
    상기 굵은골재는 평균 입경이 7 내지 9㎜이고,
    상기 아라미드 섬유는, 2 내지 3 ㎜의 길이를 가진 제 1 아라미드 섬유와, 및 25 내지 33 ㎜의 길이를 가진 제 2 아라미드 섬유가 1 : 1.34 내지 2의 중량부 비로 혼합된 것이며,
    상기 폴리이미드 수지 파우더는, 부분지방족(partially aliphatic) 및 전지방족(fully aliphatic) 폴리이미드 중 선택되는 1종 이상의 폴리이미드이고,
    상기 분산제는 트리톤X-100(Triton X-100, C8H17C6H4(OCH2CH2)10OH), 세트리모늄브로마이드(Cetyltrimethyl ammonium bromide, C16H33(CH3)3NBr) 및, 도데실벤젠술폰산나트륨 (Sodium dodecyl benzene sulfonate, C12H25C6H4SO3Na)가 1 : 0.3 내지 0.4 : 0.15 내지 0.25의 중량부 비로 혼합된 것이며,
    상기 기포발생방지제는, 아크릴레이트 폴리아민과 폴리디메틸실론산이 1 : 3 내지 5 의 중량부 비로 혼합된 것이고,
    상기 조성물은, 실리카흄, 슬래그미분말 및 메타카올린으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함하며,
    상기 조성물은, 탄산칼슘, 칼슘포메이트, 칼슘아세테이트, 칼슘프로피온산 및 황산나트륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 경화촉진제를 더 포함하고,
    상기 조성물은, 사과산, 구연산, 글루콘산, 포도당, 글루코오스 및 덱스트린으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 경화지연제를 더 포함하는, 하수박스 보수용 콘크리트 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 굵은골재의 평균 입경은 8㎜인, 하수박스 보수용 콘크리트 조성물.
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