KR102350023B1 - 상전이 물질이 포함된 초속경/초조강 폴리머 개질 콘크리트와 탄소봉, 탄소 섬유 등의 보강 구조재를 사용한 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법 - Google Patents

상전이 물질이 포함된 초속경/초조강 폴리머 개질 콘크리트와 탄소봉, 탄소 섬유 등의 보강 구조재를 사용한 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 콘크리트 구조물 표면의 이물질을 제거하고 평탄화하는 전처리 단계; 상기 전처리 단계를 거친 콘크리트 구조물의 표면에 보강 구조재를 설치하는 보강 구조재 설치 단계; 및 상기 보강 구조재가 설치된 콘크리트 구조물 표면에 폴리머 개질 콘크리트를 타설하고 양생하는 콘크리트 타설 단계;를 포함하여, 초기 수화열에 의한 균열을 방지할 수 있고, 우수한 강도, 내후성 및 내구성을 구현할 수 있는 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법에 관한 것이다.

Description

상전이 물질이 포함된 초속경/초조강 폴리머 개질 콘크리트와 탄소봉, 탄소 섬유 등의 보강 구조재를 사용한 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법{Reinforcing method of concrete structure by using polymer modified concrete and structural materials}
본 발명은 상전이 물질이 포함된 초속경/초조강 폴리머 개질 콘크리트와 탄소봉, 탄소 섬유 등의 보강 구조재를 사용한 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 초속경/초조강 시멘트의 초기 수화열을 조절하여 수화열에 의한 콘크리트 균열 발생을 방지할 수 있는 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조물은 콘크리트가 높은 내구성을 구비하고 있어 반영구적으로 사용할 수 있는 것으로 인정되어 왔으나, 최근의 많은 연구결과와 기존 구조물의 조사 결과 콘크리트 구조물의 내구연한은 약 50년인 것으로 확인되었다.
그러나, 산업화의 발달로 인해 교통량이 급격히 증가하여 콘크리트 도로가 마모되거나, 자동차 등에서 배출되는 배기가스 중 이산화탄소, 아황산가스, 동절기에 뿌리는 염화칼슘, 산성비 및 눈 등으로 인한 콘크리트 구조물의 중성화가 발생하거나, 해양 환경하에서 오랫동안 해수 및 해풍 성분 중의 염소이온, 황산염이온 등의 화학작용에 의하여 침식되는 등의 문제로 인해 콘크리트 구조물의 균열, 박리 및 콘크리트 구조물 내부에 있는 철근의 부식 등이 발생하고, 이러한 문제가 심화되는 경우에는 콘크리트 구조물이 붕괴하는 등 심각한 문제가 초래된다.
이에, 현재에는 콘크리트 구조물의 열화 현상이 심화되기 전에 콘크리트 구조물의 결함을 보수하거나 보강하여 콘크리트 구조물의 내구 연한을 연장시키려는 노력이 이루어지고 있다.
콘크리트 구조물의 보수 및 보강을 위해 사용되는 보강용 몰탈 조성물은, 기본적으로 피시공체인 콘크리트 구조물과의 접착력이 높아야 보수 부위가 재박리되거나 보수 경계면이 침식되는 등의 문제를 야기하지 않는다.
또한, 보강용 몰탈 조성물과 콘크리트 구조물의 열팽창계수 및 탄성계수가 유사하여야 기온이나 환경 변화에 따른 수축 및 이완 정도의 차이에 의한 균열, 박리, 침식 등의 열화가 발생하지 않는다.
이러한 특성 부여를 위해 일반적으로 고분자 개질제가 포함된 고분자 개질 콘크리트가 사용되고 있으며, 이러한 고분자 개질 콘크리트는 교통 개방이 가능한 콘크리트의 압축강도인 21MPa 이상이 발현되는 시점에 따라 초속경(4시간) 및 초조강(24시간)으로 구분하여 보수 대상구간의 교통량에 따라 적용한다.
초속경 및 초조강 고분자 개질 콘크리트는 매우 우수한 재료적 성질을 가지고 있음에도 불구하고 초기 양생시 빠른 경화에 의해 높은 수화열이 발생하므로, 초기 온도 변형 및 자기수축변형 등에 의한 균열이 발생하는 문제점을 지니고 있어, 이를 방지하기 위한 새로운 콘크리트 시공 공법이 요구되고 있다.
등록특허 제10-1985750호(2019.05.29. 등록)
본 발명에서는 초속경/초조강 시멘트의 초기 수화열을 조절하여 수화열에 의한 콘크리트 균열 발생을 방지할 수 있는 상전이 물질이 포함된 초속경/초조강 폴리머 개질 콘크리트와 탄소봉, 탄소 섬유 등의 구조재를 사용한 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 콘크리트 구조물 표면의 이물질을 제거하고 평탄화하는 전처리 단계; 상기 전처리 단계를 거친 콘크리트 구조물의 표면에 보강 구조재를 설치하는 보강 구조재 설치 단계; 및 상기 보강 구조재가 설치된 콘크리트 구조물 표면에 폴리머 개질 콘크리트를 타설하고 양생하는 콘크리트 타설 단계;를 포함하는 콘크리트 구조물의 보수, 보강 방법에 관한 것이다.
이때, 상기 폴리머 개질 콘크리트는 상전이 물질을 포함할 수 있다.
상기 보강 구조재는 탄소봉, 탄소섬유, 글라스울 및 메쉬망 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 전처리 단계는, 콘크리트 구조물 표면에 모래 또는 고압수를 분사하는 평탄화 단계;를 포함할 수 있다.
상기 보강 구조재 설치 단계는, 접착제나 앵커를 사용하여 콘크리트 구조물 표면에 보강 구조재를 고정하는 것일 수 있다.
상기 폴리머 개질 콘크리트는, 골재 100 중량부에 대하여, 시멘트 바인더 12~24 중량부, 기능성 폴리머 2~8 중량부 및 물 0.5~5 중량부를 포함할 수 있다.
상기 시멘트 바인더는, 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 칼슘설포 알루미네이트 50~150 중량부, 무수석고 40~84 중량부, 질화규소 4~7 중량부 및 상전이 물질 2~6 중량부를 포함할 수 있다.
상기 기능성 폴리머는, 스티렌, 메틸메타 아크릴레이트, 2-헥사에틸메틸 아크릴레이트 및 3-메틸-1,5-펜탄디올 디아크릴레이트를 반응시켜 얻어진 아크릴 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 상전이 물질이 포함된 초속경/초조강 폴리머 개질 콘크리트와 탄소봉, 탄소 섬유 등의 구조재를 사용한 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법은 초속경/초조강 시멘트의 초기 수화열을 조절하여 수화열에 의한 콘크리트 균열 발생을 방지할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.
본 발명은 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보수, 보강이 요구되는 콘크리트 구조물의 표면에 보강 구조재와 폴리머 개질 콘크리트를 이용하여 콘크리트 구조물을 보수, 보강하는 공법에 관한 것이다.
본 발명에서 사용되는 보강 구조재는 탄소봉, 탄소 섬유, 글라스울 및 메쉬망 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있고, 폴리머 개질 콘크리트는 상전이 물질이 포함된 초속경/초조강 폴리머 개질 콘크리트일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법은, 콘크리트 구조물 표면의 이물질을 제거하고 평탄화하는 전처리 단계; 상기 전처리 단계를 거친 콘크리트 구조물의 표면에 보강 구조재를 설치하는 보강 구조재 설치 단계; 및 상기 보강 구조재가 설치된 콘크리트 구조물 표면에 폴리머 개질 콘크리트를 타설하고 양생하는 콘크리트 타설 단계;를 포함한다.
상기 전처리 단계는 보수나 보강이 요구되는 콘크리트 구조물 표면의 이물질을 제거하고 평탄화하는 단계이다.
이 단계에서 보수나 보강이 요구되는 콘크리트 구조물의 표면에 모래 또는 고압수를 분사하는 평탄화 단계가 수행될 수 있다. 이와 같이 모래나 고압수가 분사됨에 따라 콘크리트 구조물의 표면에 잔류하는 먼지, 낙엽, 쓰레기 등 각종 이물질이 제거되는 동시에 표면이 정리될 수 있다.
이 단계를 거친 콘크리트 구조물의 표면에는 미세한 요철이 형성되면서, 거시적으로는 평면으로 보여진다. 콘크리트 구조물의 표면이 거시적으로는 평면 형태를 갖기 때문에 보강 구조재가 안정적으로 배치될 수 있고, 미시적으로는 미세한 요철이 형성되어 폴리머 개질 콘크리트를 타설했을 때 폴리머 개질 콘크리트와의 접촉 면적이 증가하여, 폴리머 개질 콘크리트와 강력하게 접착될 수 있다.
평탄화 단계 전에는 필요에 따라 보수나 보강이 요구되는 보수 대상 부위를 절삭하는 절삭 단계가 수행되어, 일차적으로 콘크리트 구조물의 표면을 평탄화하는 단계가 수행될 수 있다.
또한, 평탄화 단계 이후에는 보강 구조재를 보다 안정적으로 설치하기 위해 폴리머 개질 콘크리트를 일차적으로 타설하는 선타설 단계가 추가적으로 더 수행될 수 있다.
이 경우, 폴리머 개질 콘크리트가 콘크리트 구조물의 표면에 먼저 타설되며, 양생 전에 후술될 보강 구조재 설치 단계가 수행되어 선타설 된 폴리머 개질 콘크리트가 콘크리트 구조물의 표면에 보강 구조재를 접착, 결합시키는 결합재로써 기능하므로 보강 구조재가 보다 강력하고 안정적으로 콘크리트 구조물의 표면에 결합될 수 있다.
특히, 이 단계가 수행되지 않는 경우에는 보강 구조재 설치 후에 폴리머 개질 콘크리트가 타설되어, 콘크리트 구조물의 표면과 보강 구조재 사이에 공극이 형성되고, 콘크리트 구조물의 표면과 보강 구조재, 폴리머 개질 콘크리트 간의 강력한 결합력이 형성되지 않을 수 있으므로, 보강 구조재 설치 전에 선타설 단계가 선행되는 것이 바람직하다.
선타설 단계에서 타설되는 폴리머 개질 콘크리트는 후술될 콘크리트 타설 단계에서 타설되는 폴리머 개질 콘크리트와 동일한 것이 바람직하다.
이와 같이 전처리 단계를 통해 전처리된 콘크리트 구조물의 표면에는 보수, 보강 부위의 강도를 향상시키기 위해 보강 구조재 설치 단게를 통해 보강 구조재가 설치된다.
상기 보강 구조재 설치 단계는 전처리 단계를 거친 콘크리트 구조물의 표면에 보강 구조재를 설치하는 단계로, 보강 구조재가 설치됨에 따라 보수, 보강이 이루어진 부위의 강도가 향상될 수 있어, 시공 후 보수, 보강이 이루어진 콘크리트 구조물의 내구성, 강도가 향상되며, 보수, 보강이 이루어진 부위의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 보강 구조재는 탄소봉, 탄소섬유, 글라스울 및 메쉬망 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 보강 구조재로 단일 종류의 보강 구조재가 단독으로 설치될 수 있으며, 이종의 보강 구조재가 함께 설치될 수도 있다. 또한, 보강 구조재로 하나의 보강 구조재가 설치될 수 있으며, 복수개의 보강 구조재가 설치될 수도 있고, 복수개가 설치되는 경우에는 나란하게 설치될 수도 있고 적어도 일부가 겹쳐지도록 적층되어 설치될 수도 있다.
상기 보강 구조재는 별도의 고정 수단 없이 전처리된 콘크리트 구조물의 표면에 놓이도록 설치될 수 있고, 또는 고정 수단을 통해 전처리된 콘크리트 구조물의 표면에 고정되도록 설치될 수 있다.
이와 같이 고정 수단을 통해 보강 구조재가 설치되는 경우에는 콘크리트 타설 단계에서 콘크리트가 타설되는 압력에 의해 보강 구조재의 배치나 위치가 변경되지 않아 보다 효과적인 작업이 가능하다. 이때, 고정 수단으로 접착제나 앵커가 사용될 수 있으며, 접착제나 앵커의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
상술한 보강 구조재가 설치된 이후에는, 보강 구조재가 설치된 콘크리트 구조물 표면에 폴리머 개질 콘크리트를 타설하고 양생하는 콘크리트 타설 단계가 수행된다.
이 단계에서, 폴리머 개질 콘크리트는 보강 구조재가 외부로 노출되지 않도록 보강 구조재를 완전히 감싸도록 타설되며, 타설 후 양생을 통해 경화되어 소정 강도를 발현할 수 있다. 양생시에는 상온 및 습윤 상태를 유지하기 위해 양생포를 덮은 후 양생이 이루어질 수 있고, 겨울철과 같이 시공 현장의 온도가 낮은 경우에는 열풍기와 같은 보온 설비를 사용하여 상온으로 유지하며 양생할 수 있다.
상기 폴리머 개질 콘크리트는 상전이 물질이 포함된 초속경/초조강 폴리머 개질 콘크리트일 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리머 개질 콘크리트는 골재 100 중량부에 대하여, 시멘트 바인더 12~24 중량부, 기능성 폴리머 2~8 중량부 및 물 0.5~5 중량부를 포함한다.
상기 골재는 폴리머 개질 콘크리트의 강도 향상을 위해 첨가되는 것으로, 골재로는 잔골재와 굵은 골재가 1 : 0.7~1.4의 중량비로 혼합된 혼합 골재가 사용될 수 있으며, 골재의 종류는 모래, 자갈, 순환 골재 등 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.
본 발명에서 잔골재는 5mm의 체를 통과하면서, 0.1mm의 체는 통과하지 못하는 골재이고, 굵은 골재는 25mm의 체를 통과하면서, 5mm의 체는 통과하지 못하는 골재이다.
상술한 규격의 혼합 골재를 상술한 비율로 사용하는 경우, 굵은 골재 사이의 빈 공간을 잔골재가 채워 폴리머 개질 콘크리트의 밀도가 높아지므로 결과적으로 강도가 증진되는 효과가 얻어질 수 있다.
골재의 규격이 상술한 크기를 벗어나거나, 잔골재와 굵은 골재의 비율이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 굵은 골재 사이의 공간을 잔골재가 충분히 채우지 못하거나, 과도하게 조밀한 잔골재 사이에 시멘트 바인더가 침투되지 못해 양생 후 폴리머 개질 콘크리트 전체 영역에서 균일한 강도 특성이 발현되지 않으므로 장기적인 내구성 확보에 문제가 발생될 수 있다.
상기 시멘트 바인더는 초속경, 초조강 시멘트 바인더로, 물과 반응하여 경화됨으로써 폴리머 개질 콘크리트에 포함된 골재 및 다른 성분들을 서로 결합시키는 결합재로써 기능하며, 경화체의 강도 및 내구성이 우수하다.
초속경, 초조강 특성을 갖는 시멘트는 초기 경화 속도가 빠른 특징이 있어, 초기에 발생하는 수화열에 의해 경화 반응의 최종 생성물인 경화체에 균열이 발생하는 문제가 있다.
본 발명에서는 시멘트 바인더에 상전이 물질이 포함되므로, 수화열이 상전이 물질의 상변화를 유발하는 잠열로 소모되어 경화 초기에 급격한 승온과 수증기 발생이 방지되므로, 경화 초기 수화열에 의한 균열 발생을 방지할 수 있다.
상기 시멘트 바인더는 골재 100 중량부에 대하여 12~24 중량부로 포함될 수 있으며, 12 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 골재를 충분히 결합시키지 못해 골재 탈리가 발생될 수 있고, 24 중량부를 초과하는 경우에는 골재의 양에 비해 시멘트 바인더의 함량이 과도해져 폴리머 개질 콘크리트 경화체의 강도가 저하될 수 있으며, 초기의 과도한 수화열이 충분히 제어되지 않아 균열 발생의 우려가 있으므로, 상술한 중량 범위 내로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 시멘트 바인더는 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 칼슘설포 알루미네이트 50~150 중량부, 무수석고 40~84 중량부, 질화규소 4~7 중량부 및 상전이 물질 2~6 중량부를 포함한다.
상기 보통 포틀랜드 시멘트는 석회, 알루미나, 실리카 및 산화철 등을 포함하는 무기 혼합물로, 물과 반응하여 열을 발생시키며 경화되어 강도를 발현하는 성분이다.
상기 칼슘설포 알루미네이트는 시멘트 바인더의 조기 경화를 유도하여 반응 초기에 빠른 경화 및 강도 발현을 가능하게 한다.
칼슘설포 알루미네이트는 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 칼슘설포 알루미네이트 50~150 중량부로 포함될 수 있으며, 칼슘설포 알루미네이트의 함량에 따라 초조강 시멘트 또는 초속경 시멘트로 분류될 수 있다. 구체적으로, 상기 중량 범위 내에서 상대적으로 적은 양으로 포함되는 경우에는 초조강 시멘트로, 상대적으로 많은 양으로 포함되는 경우에는 초속경 시멘트로 분류될 수 있다.
칼슘설포 알루미네이트가 50 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 초속경, 초조강 특성 발현이 미미하고, 150 중량부를 초과하는 경우에는 원료들을 혼합한 초기에 경화가 빠르게 진행되어 작업성이 저하되고, 수화열 제어가 곤란하여 수화열에 의한 균열이 발생할 수 있으므로 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 무수석고는 후기 강도 발현 및 압축강도 향상을 위해 첨가되는 성분으로, 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 40~84 중량부로 포함될 수 있으며, 40 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 상술한 효과가 미미하고, 84 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 폴리머 개질 콘크리트의 유동성이 저하되어 작업이 곤란해질 뿐만 아니라 보강 구조재 표면에 균일하게 도포되며 부착되지 않으므로, 보강 구조재가 단단하게 고정되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
상기 질화규소는 보통 포틀랜드 시멘트가 반응하며 생성된 수산화칼슘과 서서히 반응하여 불용성 칼슘실리케이트 수화물이나 칼슘알루미네이트 수화물을 형성하여 조직을 보다 치밀하게 만들어 경화체의 강도 및 내구성 증진에 기여한다.
이러한 효과를 얻기 위해 질화규소는 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 4~7 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 상전이 물질은 열을 흡수하여 상변화 하는 특성이 있어, 시멘트 바인더의 초기 경화시 발생하는 수화열을 흡수함으로써 초기 경화시 수화열에 의한 균열을 방지할 수 있는 장점이 있다.
상전이 물질로는 유기계 상전이 물질 및 무기계 상전이 물질 중 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있으며, 유기계 상전이 물질로는 아세트 아마이드가 사용될 수 있고, 무기계 상전이 물질로는 수산화 스트론튬과 수산화 바륨 중 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
상전이 물질은 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 2~6 중량부로 포함될 수 있으며, 2 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 초기 수화열 조절 효과가 미미하고, 6 중량부를 초과하는 경우에는 상전이 물질에 의한 추가적인 수화열 조절 효과는 미미한 반면 잉여 상전이 물질의 함량이 과도하여 폴리머 개질 콘크리트의 강도, 내구성, 접착 특성을 저하시키는 문제가 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 시멘트 바인더는 경화시 균열 발생을 추가적으로 방지하기 위한 균열 억제제를 추가로 더 포함할 수 있다. 이러한 균열 억제제로 에틸렌 글리콜 비스안하이드로 트리멜리테이트와 N-아미노에틸피페라진이 혼합된 균열 억제 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 균열 억제제가 추가로 더 포함되는 경우에 균열 억제제는 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 0.5~2.7 중량부로 포함될 수 있으며, 0.5 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 상술한 효과를 얻기 곤란하고, 2.7 중량부를 초과하는 경우에는 오히려 폴리머 개질 콘크리트의 압축강도, 접착 성능 및 휨 강도가 저하될 수 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 균열 억제제는 경화시 시멘트 바인더의 과팽창 반응을 억제하고, 건조 수축을 방지하여 단기 및 장기적인 균열 억제 효과를 나타내며, 폴리머 개질 콘크리트의 휨 성질을 향상시키는 기능을 수행한다.
상기 균열 억제 혼합물은 에틸렌 글리콜 비스안하이드로 트리멜리테이트와 N-아미노에틸피페라진이 1 : 0.4~1의 중량비로 혼합된 혼합물일 수 있으며, 상기 중량비율보다 N-아미노에틸 피페라진이 부족한 경우에는 콘크리트의 중성화가 촉진되어 장기적인 내구성이 감소되는 문제가 있고, N-아미노에틸 피페라진이 과도한 경우에는 휨 성질과 접착 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 기능성 폴리머는 시멘트 바인더의 수밀성, 점성, 접착 강도를 높이고, 내후성 및 휨 성질을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 골재 100 중량부에 대하여 2~8 중량부로 포함될 수 있다.
기능성 폴리머가 상기 중량 범위를 벗어나는 중량 비율로 포함되는 경우에는 상술한 효과가 얻어지지 않거나, 폴리머 개질 콘크리트의 강도, 내마모성, 내열성, 내후성 및 내구성을 저하시킬 수 있으므로 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
이러한 기능성 폴리머로는 스티렌 100 중량부에 대하여, 메틸메타 아크릴레이트 20~45 중량부, 2-헥사에틸메틸 아크릴레이트 15~28 중량부 및 3-메틸-1,5-펜탄디올 디아크릴레이트 7~14 중량부를 반응시켜 얻어진 아크릴 수지가 사용될 수 있다.
상기 스티렌은 기능성 폴리머를 사용함으로써 얻어지는 기본적인 압축강도, 휨 성질, 점성, 접착 강도의 개선을 위해 첨가되는 성분이다.
상기 메틸메타 아크릴레이트는 내후성 향상을 위해 첨가되는 성분이고, 2-헥사에틸메틸 아크릴레이트는 접착 강도 향상, 수밀성 향상 및 내후성 향상을 위해 첨가되며, 상기 3-메틸-1,5-펜탄디올 디아크릴레이트는 장기적인 건조수축을 방지하여 균열 저항성을 향상시키기 위해 첨가되는 성분으로, 스티렌을 포함한 각 아크릴레이트의 이러한 기능은 상술한 중량 범위 내에서 포함될 때 물리, 화학적 특성 저하나 작업성 저하 등의 부작용이 발생되지 않으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 물은 시멘트 바인더와 반응하여 시멘트 바인더를 경화시키기 위해 첨가되는 성분으로, 골재 100 중량부에 대하여 0.5~5 중량부로 포함될 수 있다. 물의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우에는 시멘트 바인더의 경화가 충분히 일어나지 않는 문제가 있고, 5 중량부를 초과하는 경우에는 초기 수화열 제어가 어려워져 양생 후의 폴리머 개질 콘크리트에 균열이 발생하는 문제가 있다.
상술한 단계를 거쳐 보수, 보강이 이루어진 콘크리트 구조물은, 보수, 보강 시공된 영역에서 향상된 강도 및 내구성이 확보될 수 있다. 또한, 기존 콘크리트 구조물과 보수, 보강 시공 영역 사이의 높은 결합력으로 인해 시공된 부위가 탈락되거나 계면에서의 탈리가 방지되어 콘크리트 구조물의 수명이 증진될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명의 구체적인 작용과 효과를 설명하고자 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로서 제시된 것으로, 실시예에 따라 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
[제조예]
먼저, 골재 100 중량부에 대하여 시멘트 바인더 18 중량부 및 기능성 폴리머 4.5 중량부를 혼합하고, 여기에 물 3.4 중량부를 혼합하여 폴리머 개질 콘크리트를 제조한 뒤, 틀에 넣고 28±1℃에서 양생하여 실시예 1의 콘크리트 공시체를 제조하였다.
골재로는 5mm의 체를 통과하면서, 0.1mm의 체는 통과하지 못하는 잔골재와 25mm의 체를 통과하면서, 5mm의 체는 통과하지 못하는 굵은 골재를 1 : 1의 비율로 혼합한 골재 혼합물을 사용하였다.
시멘트 바인더로는 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 칼슘설포 알루미네이트(CSA) 130 중량부, 무수석고 65 중량부, 질화규소 5.5 중량부 및 상전이 물질인 수산화 스트론튬 2.3 중량부가 혼합된 혼합물을 사용하였다.
기능성 폴리머로는 스티렌 100 중량부에 대하여 메틸메타 아크릴레이트 30 중량부, 2-헥사에틸메틸 아크릴레이트 22 중량부 및 3-메틸-1,5-펜탄디올 디아크릴레이트 12 중량부를 반응시켜 얻어진 아크릴 수지를 사용하였다.
[실험예 1]
제조예와 동일한 방법을 이용하여 콘크리트 공시체를 제조하되, 시멘트 바인더에 포함되는 상전이 물질의 함량을 하기 표 1과 같이 변화시켜 제조한 뒤, 각 공시체에 대하여 최대 수화열, 최대 수화열 도달 시간, 압축강도(4시간, 28일)를 측정하고, 그 결과를 표 1에 함께 기재하였다.
표 1에서 상전이 물질의 함량은 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대한 중량 비율을 의미하고, 압축강도는 KS F 2405에 의거하여 측정하였다.
　 상전이 물질
(중량부)		 최대 수화열
(℃)		 최대 수화열
도달 시간		 압축강도(MPa)
4시간 28일
비교예 1 - 58.5 1h 13m 23.5 32.1
실시예 1 2.3 55.2 1h 22m 21.9 35.5
실시예 2 4.0 53.5 1h 27m 21.5 36.0
실시예 3 5.6 52.9 1h 33m 21.6 36.3
비교예 2 7.1 52.6 1h 36m 20.4 34.2
상기 표 1을 참조하면, 시멘트 바인더에 상전이 물질이 포함된 경우에 최대 수화열이 낮아지고, 28일 재령의 압축강도가 더욱 향상되는 결과가 나타났다.그러나, 상전이 물질의 함량이 과도한 경우에는 상전이 물질이 불순물로 작용하여 초기 및 최종 압축강도가 감소하는 것으로 나타났다.
따라서, 본 실험 결과로부터 폴리머 개질 콘크리트의 초기 수화열을 낮추고, 압축강도를 향상시키기 위해 시멘트 바인더에 상전이 물질이 포함되는 것이 바람직함을 확인할 수 있었으며, 그 함량은 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 2~6 중량부인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2.3~5.6 중량부인 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
[실험예 2]
제조예와 동일한 방법을 이용하여 콘크리트 공시체를 제조하되, 시멘트 바인더에 표 2에 기재된 중량의 균열 억제제를 추가로 더 첨가하여 콘크리트 공시체를 제조하였다. 표 2에 기재된 균열 억제제의 중량은 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대한 중량 비율을 의미하며, 균열 억제제로는 에틸렌 글리콜 비스안하이드로 트리멜리테이트와 N-아미노에틸피페라진이 1 : 0.7 의 중량비로 혼합된 혼합물을 이용하였다.
이후, 각 콘크리트 공시체의 압축강도(KS F 2405에 의거, 4일 및 28일 재령), 휨강도(KS F 2408에 의거, 28일 재령), 균열 저항성(ASTM C 1581에 의거, 28일 재령) 및 길이변형률(KS F 2424에 의거, 28일 재령)을 측정하여 그 결과를 표 2에 기재하였다.
　 균열 억제제
(중량부)		 압축강도(MPa) 휨강도
(MPa)		 균열 저항성 길이변형률
(%)
4시간 28일
실시예 1 - 21.9 35.5 7.4 미세균열 0.117
실시예 4 0.5 21.5 42.2 7.8 균열없음 0.054
실시예 5 1.2 22.0 42.5 8.1 균열없음 0.051
실시예 6 2.7 21.8 41.8 7.5 균열없음 0.045
실시예 7 3.1 22.4 36.7 6.0 균열없음 0.044
상기 표 2의 결과를 참조하면, 균열 억제제가 포함된 경우, 균열 저항성이 우수한 것을 확인할 수 있고, 압축강도, 길이변형률이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 실시예 7의 경우에는 압축강도와 휨강도가 오히려 저하되는 것으로 나타나, 본 실험예로부터 폴리머 개질 콘크리트의 균열 저항성을 향상시키기 위해 시멘트 바인더에 균열 억제제를 첨가하는 것이 바람직하고, 특히 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 0.5~2.7 중량부로 첨가하는 것이 더욱 바람직함을 확인할 수 있었다.
[실험예 3]
실험예 2에서 사용된 실시예 5의 공시체와 동일한 콘크리트 공시체를 제조하되, 균열 억제제로 사용되는 에틸렌 글리콜 비스안하이드로 트리멜리테이트와 N-아미노에틸피페라진의 함량 비율을 표 3에 기재된 바와 같이 변화시킨 콘크리트 공시체를 제조하였다.
이후, 각 공시체에 대하여 압축강도(KS F 2405에 의거, 4일 및 28일 재령, 1년 재령), 휨강도(KS F 2408에 의거, 28일 재령) 및 접착강도(KS F 2767에 의거, 28일 재령)을 측정하여 그 결과를 표 3에 함께 기재하였다.
균열 억제제 중량비
(에틸렌 글리콜 비스안하이드로 트리멜리테이트 : N-아미노에틸피페라진)		 압축강도(MPa) 휨강도
(MPa)		 접착강도
(MPa)
4시간 28일 1년
0 : 1 21.4 42.1 38.5 8.3 3.0
1 : 0.4 21.5 42.0 42.3 8.5 3.2
1 : 0.7 22.0 42.5 42.2 8.1 2.9
1 : 1 22.6 43.2 43.0 7.8 3.3
1 : 1.3 22.1 43.7 43.3 5.7 2.1
1 : 0 22.4 43.5 43.0 4.8 1.8
상기 표 3의 결과를 참조하면, 균열 억제제로 에틸렌 글리콜 비스안하이드로 트리멜리테이트와 N-아미노에틸피페라진의 혼합물이 사용되는 경우, 장기 압축강도와 휨강도 및 접착강도가 우수하게 나타난 것을 확인할 수 있다.균열 억제제로 에틸렌 글리콜 비스안하이드로 트리멜리테이트나 N-아미노에틸피페라진이 단독으로 사용되는 경우에는 장기 압축강도가 저하되거나, 휨강도 및 접착강도가 저하되었다.
따라서, 상기 실험 결과로부터, 균열 억제제로 에틸렌 글리콜 비스안하이드로 트리멜리테이트와 N-아미노에틸피페라진의 혼합물을 사용하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다. 특히, 장기적인 내구성을 확보하고, 휨강도 및 접착강도의 저하를 방지하기 위해 에틸렌 글리콜 비스안하이드로 트리멜리테이트와 N-아미노에틸피페라진이 1 : 0.4~1의 중량비로 함께 사용되는 것이 더욱 바람직함을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

Claims (7)

  1. 콘크리트 구조물 표면의 이물질을 제거하고 평탄화하는 전처리 단계;
    상기 전처리 단계를 거친 콘크리트 구조물의 표면에 보강 구조재를 설치하는 보강 구조재 설치 단계; 및
    상기 보강 구조재가 설치된 콘크리트 구조물 표면에 폴리머 개질 콘크리트를 타설하고 양생하는 콘크리트 타설 단계;를 포함하고,
    상기 폴리머 개질 콘크리트는 상전이 물질을 포함하되, 골재 100 중량부에 대하여, 시멘트 바인더 12~24 중량부, 기능성 폴리머 2~8 중량부 및 물 0.5~5 중량부를 포함하며,
    상기 기능성 폴리머는, 스티렌, 메틸메타 아크릴레이트, 2-헥사에틸메틸 아크릴레이트 및 3-메틸-1,5-펜탄디올 디아크릴레이트를 반응시켜 얻어진 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강 구조재는 탄소봉, 탄소섬유, 글라스울 및 메쉬망 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는, 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전처리 단계는,
    콘크리트 구조물 표면에 모래 또는 고압수를 분사하는 평탄화 단계;를 포함하는, 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보강 구조재 설치 단계는,
    접착제나 앵커를 사용하여 콘크리트 구조물 표면에 보강 구조재를 고정하는 것을 특징으로 하는, 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 시멘트 바인더는,
    보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 칼슘설포 알루미네이트 50~150 중량부, 무수석고 40~84 중량부, 질화규소 4~7 중량부 및 상전이 물질 2~6 중량부를 포함하는, 콘크리트 구조물의 보수, 보강 공법.
  7. 삭제
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