KR102626820B1 - 초고강도 숏크리트 조성물 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

초고강도 숏크리트 조성물 및 이를 이용한 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초고강도 숏크리트 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로, 초고강도 압축강도를 발현하고 내구성이 뛰어난 역학적 특성을 갖는 초고강도 숏크리트 조성물과 이를 이용하여 기존의 열화가 진행된 콘크리트 구조물을 교체하는 대신 얇은 두께의 초고강도 숏크리트로 갱생하여 기존 구조물을 장수명의 구조물로 전환 시키는 것으로, 본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물은 시멘트 26~35중량%, 실리카퓸 2~8중량%, 실리카플로우 6~13중량%, 규사 32~42중량%, 잔골재 15~21중량%, 물 5~10중량%, 고로슬래그 1~6중량%, 플라이애쉬 1~5중량%, 칼슘알루미네이트 0.02~4중량%, 석고 0.05~3중량%, 고농도 폴리카본계열 감수제 0.05~2중량%, 수축저감제 0.01~1중량%, 강섬유 또는 유기섬유 0.5~10중량%를 포함하고, 초고강도 숏크리트의 항복응력이 감소하여 흐름이 발생할 경우 경화촉진제는 0.05~3중량%로 더 포함시키는 것을 특징으로 한다.

Description

초고강도 숏크리트 조성물 및 이를 이용한 시공방법{Ultra high strength shotcrete composition and construction method using the same}
본 발명은 초고강도 숏크리트 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로, 초고강도 압축강도를 발현하고 내구성이 뛰어난 역학적 특성을 갖는 초고강도 숏크리트 조성물과 이를 이용하여 기존의 열화가 진행된 콘크리트 구조물을 교체하는 대신 얇은 두께의 초고강도 숏크리트로 갱생하여 기존 구조물을 장수명의 구조물로 전환시키는 것이다.
일반적으로, 공용기간이 오래된 대형 하수관거, 터널 및 수로 등은 콘크리트가 열화되고 균열이 진행되어 표면을 보수·보강하는 개념보다는 교체 내지 갱생하는 수준의 보강공사를 해야 하는 구조물이 점차 증가하는 추세에 있다. 이러한 상태의 콘크리트 구조물은 현재 공용 중에 있어 교체하기 어려운 상황에 있으며, 신설 시공하려 해도 교통차단 등에 따른 사회적 비용이 커서 오픈 컷 공법이 불가능한 경우도 있다.
기존의 열화된 콘크리트 구조물의 내부에 구조적으로 보강하는 공사는 보강단면의 두께가 두꺼워 단면감소가 큰 상황이 되어 적절하지 않다. 콘크리트의 재령이 30년이 넘고 열화가 진행된 구조물의 보수보강은 단기간의 해법이 아닌 장기간의 개선공법이 이루어져야 한다.
일반적으로 압축강도가 35MPa~50MPa를 가진 고강도 숏크리트 공법은 압축강도가 21MPa, 27MPa를 가진 종래 숏크리트보다 고강도화에 따른 타설 두께 감소 및 터널 굴삭량 감소 등으로 종래의 숏크리트에 비해 리바운드량이 낮아 두꺼운 붙이기가 가능하므로 상대적으로 우수한 시공성과 경제성을 도모할 수 있다. 그러나 압축강도 50MPa의 숏크리트는 열화된 콘크리트 구조물의 단면복구 하는 용도로 사용되고 있으며 구조적 강성을 가진 숏크리트가 되려면 두께가 두꺼운, 즉, 단면손실이 많은 보강을 하여야 한다. 그러므로 얇은 숏크리트 두께로도 기존의 콘크리트 구조물의 내하력을 대신할 수 있고, 내구성이 우수하여 장수명의 콘크리트 구조물을 지향할 수 있으며, 숏크리트 두께가 얇아 시공성이 좋으면서 통수 단면 또는 콘크리트 구조물 내부 단면 감소 최소화로 콘크리트 구조물 갱생을 효과적으로 할 수 있는 시공법이 필요한 상황이다.
종래 고강도 숏크리트 공법에 대한 기술로서 대한민국 등록특허 제10-1323238호인 "고강도 숏크리트 조성물 및 이를 이용한 숏크리트 공법"은 압축강도를 종래 21MPa에서 35MPa로 고강도로 증진시킨 공법으로서 시멘트 사용량을 450~500 kg/m3을 사용하고, 고성능 분체혼화제를 20~30kg/m3 사용하고, 고성능 감소제, 물-바인더비를 35~40%를 특징으로 하고, 잔골재율은 55~65%, 굵은 골재 최대 치수는 13mm이하인 것을 특징으로 하는 고강도 숏크리트이다.
이러한 고강도 숏크리트는 기존 숏크리트에 비해 고강도화 함에 따라 타설 두께 감소 및 터널 굴삭량 감소 등으로 종래의 숏크리트에 비해 경제성 및 품질경쟁력이 우수하고 리바운드량이 낮아 두꺼운 붙이기가 가능하므로 우수한 시공성이 있지만, 열화된 콘크리트 구조물을 갱생하는 수준으로 시공하려면 타설 두께가 두꺼워 통수 단면 또는 활용 단면이 작아져 구조물 보강으로 적당하지 않아 보강하려는 구조물을 교체하거나 다른 시공 공법을 채택하는 수밖에 없다.
또한, 다른 종래 기술로서 대한민국 등록특허 제10-2038133호인 "고강도 모르타르 및 표면보호제 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수방법"은 건조수축 및 온도 변화 등에 의해서 균열이 발생하고 균열 부위 주위의 공기와 습기가 침입하여 철근을 부식시키며 동결융해작용에 의해 파손이 일어나는 것을 감소시키기 위해 콘크리트의 표면과의 부착강도를 증가시키고 우수한 강도를 발현할 수 있는 효과를 주는 공법이긴 하지만, 비스페놀형 에폭시 수지, 가소성 에폭시수지, 디메틸폴리실록산 등 유기물질을 혼합한 모르타르로서 무기물질과의 장기간 화합성에 문제를 가지고 있으며, 압축강도가 61MPa인 고강도 모르타르는 열화된 콘크리트 구조물의 표면만 강화시킬 뿐 균열이 발생하고 구조적으로 취약해진 구조물을 갱생하는 하는데 탁월한 효과를 기대하기 어렵다.
또한, 또 다른 종래 기술로서 대한민국 등록특허 제10-1815140호인 "콘크리트 구조물의 단면 복구 및 보수용 유무기 하이브리드 모르타르 조성물 및 그 시공방법"은 시멘트, 슬래그 분말, 고분자 수지 및 보강섬유를 포함하는 콘크리트 구조물의 단면복구 및 보수용 모르타르로서 압축강도 50MPa를 가지고 있는데, 상기 선발명은 콘크리트 구조물 표면의 단면복구가 주 목적이며 열화된 콘크리트 구조물의 강성을 보강하는 목적으로 사용되지 않으며, 적용되는 모르타르 또한 무기물과 유기물 혼합보강재로서 시간이 경과함에 따라 유기물이 무기물 콘크리트와 부착성능이 저감되는 특성이 있어 장수명의 보수·보강 공법으로서 한계를 가지고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1323238호(2013. 10. 23. 등록) 대한민국 등록특허 제10-2038133호(2019. 10. 23. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1815140호(2017. 12. 28. 등록)
본 발명은 초고강도 압축강도를 발현할 수 있는 분체 콘크리트 배합 조성을 가지면서 공기량이 적고 조직이 치밀하여 경화 후 내구성이 뛰어난 역학적 특성을 갖는 초고강도 숏크리트 조성물을 이용하여 기존의 열화가 진행된 콘크리트 구조물을 교체하는 대신 얇은 두께의 초고강도 숏크리트로 갱생하여 기존 구조물의 수명을 연장하면서도 내구성이 우수한 장수명의 구조물로 전환시키는 것을 제공하는 것이다.
본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물은 시멘트 26~35중량%, 실리카퓸 2~8중량%, 실리카플로우 6~13중량%, 규사 32~42중량%, 잔골재 15~21중량%, 물 5~10중량%, 고로슬래그 1~6중량%, 플라이애쉬 1~5중량%, 칼슘알루미네이트 0.02~4중량%, 석고 0.05~3중량%, 고농도 폴리카본계열 감수제 0.05~2중량%, 수축저감제 0.01~1중량%, 강섬유 또는 유기섬유 0.5~10중량%를 포함하는 것을 특징을 한다.
상기 조성물이 경화촉진제 0.05~3%가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 실리카플로우는 입경 10nm이하이며, 상기 규사는 이산화규소(SiO2) 함량이 99% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 잔골재는 1.2mm이하의 5호사이며, 상기 고로슬래그의 분말도는 4000cm2/g 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 강섬유는 직경 0.2mm, 길이 13mm 내지 16mm이거나, 또는, 상기 유기섬유는 직경 0.2mm, 길이 13~15mm인 아라미드, PP, PE 등인 것을 특징으로 한다.
본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물을 이용한 시공방법은, (a) 방호벽이나, 하수관거나, 터널라이닝의 표면을 치핑하는 단계; (b) 치핑된 보수부위를 청소하는 단계; (c) 상기 치핑되어 청소된 방호벽이나, 하수관거나, 터널라이닝의 표면에 다음 단계인 숏팅에 의하여 형성되는 초고강도 숏크리트와의 부착력을 높여주기 위하여 접착제 도포단계; (d) 숏팅장비를 이용하여 상기 방호벽이나, 하수관거나, 터널라이닝의 표면에 시멘트 26~35중량%, 실리카퓸 2~8중량%, 실리카플로우 6~13중량%, 규사 32~42중량%, 잔골재 15~21중량%, 물 5~10중량%, 고로슬래그 1~6중량%, 플라이애쉬 1~5중량%, 칼슘알루미네이트 0.02~4중량%, 석고 0.05~3중량%, 고농도 폴리카본계열 감수제 0.05~2중량%, 수축저감제 0.01~1중량%, 강섬유 또는 유기섬유 0.5~10중량%를 포함하여 구성된 초고강도 숏크리트 조성물을 숏팅하여 초고강도 숏크리트를 형성하는 단계; (e) 상기 초고강도 숏크리트가 굳지 않은 상태에서 초고강도 숏크리트의 분사된 면을 압착하여 초고강도 숏크리트를 조밀한 면으로 마무리하는 초고강도 숏크리트 표면의 마무리단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계 이후, 숏팅되는 초고강도 숏크리트의 부착 및 정착력을 높이기 위하여 방호벽이나 하수관거에 스터드를 심거나, 또는, 하수관거에는 스터드를 심은 후 철근을 배근하여 휨모멘트에 대한 응력을 보강하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 높은 시멘트 중량비와 물시멘트비가 낮아 높은 점성을 가짐에도 펌핑하기에 적합한 점성과 굳지 않은 콘크리트 상태에서 높은 항복응력을 가져 숏팅 시 리바운드량이 적은 높은 붙임성능을 가지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존의 열화가 진행된 콘크리트 구조물을 교체하는 대신 얇은 두께의 초고강도 숏크리트로 갱생하여 기존 구조물의 수명을 연장하면서도 내구성이 우수한 장수명의 구조물로 거듭나는 효과를 가지게 된다.
또한, 본 발명은 동일한 구조적 성능을 구현하는데 기존의 보통강도 또는 고강도 숏크리트보다 얇은 두께의 초고강도 숏크리트로 시공할 수 있어 사용 재료량을 줄이면서 시공인원과 시공시간을 줄일 수 있어 신속하면서도 경제적인 시공을 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 초고강도 압축강도를 발현할 수 있는 분체 콘크리트 배합 조성을 가지면서 공기량이 적고 조직이 치밀하여 경화 후 내구성이 뛰어난 역학적 특성을 갖는다.
도 1a에서 도 1f는 본 발명의 일실시예에 따른 초고강도 숏크리트가 시공되는 과정을 나타낸 상태도
도 2는 도 1f의 일실시예의 초고강도 숏크리트 구조물에 대한 구조적 내하력 실험 상태도
도 3은 도 2에 따른 하중·변위 관계도
도 4a, 4b는 종래 방호벽을 보수·보강하는 것을 나타낸 상태 단면도, 도 4c는 본 발명에 따라 방호벽을 보수·보강하는 것을 나타낸 상태 단면도
도 5a는 종래 도로 하부에 시공된 대형 하수관거를 보수·보강하는 것을 나타낸 상태 단면도, 도 5b는 본 발명에 따라 하수관거를 보수·보강하는 것을 나타낸 상태 단면도
도 6a는 종래 터널라이닝을 보수·보강하는 것을 나타낸 상태 단면도, 도 6b는 본 발명에 따라 터널라이닝을 보수·보강하는 것을 나타낸 상태 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
대형 하수관거, 통신관거, 터널 특히 파형강판 터널 및 항구의 구조물 등 염해물, 화학적 침해에 의해 열화가 진행된 구조물의 표면을 보수·보강하면서 구조적 강성을 증진시킬 수 있는 공법에 대한 필요성이 대두되고 있는데, 거푸집을 설치하고, 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 보강하고 거푸집을 탈형하는 공법은 복잡한 시공과정으로 많은 시간이 소요되고 경제성이 떨어지는 단점이 있는 반면에 구조물의 열화된 부분을 치핑하고 상대적으로 얇은 두께로 초고강도 숏크리트를 분사하여 표면뿐만 아니라 구조적 강성을 보강하는 공법은 거의 없는 실정이다.
이에 따라, 본 발명은 천정, 수직표면 또는 복잡한 형태의 구조물 표면에 분사하여 보수·보강뿐만 아니라 얇은 두께로 구조물의 강성을 획기적으로 개선시키고 노후 구조물 수명 연장에 유효한 공법으로서 우수한 역학적 특성과 내구적 특성을 가지면서, 높은 압축강도를 가지기 위해 상대적으로 높은 소성 점성과 항복응력을 가지게 하는 초강도 숏크리트에 관한 것으로, 일반적으로 숏크리트는 시멘트, 골재, 물 및 다양한 혼합물로 혼입된 조성물을 압축 공기로 뿜어내는 모르타르를 일컫는데, 본 발명에서 초고강도 숏크리트는 상기와 같은 모르타르 외에도 양생되어 굳어진 상태까지 포함하는 넓은 의미로 본다.
본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물은 시멘트 26~35중량%, 실리카퓸 2~8중량%, 실리카플로우 6~13중량%, 규사 32~42중량%, 잔골재 15~21중량%, 물 5~10중량%, 고로슬래그 1~6중량%, 플라이애쉬 1~5중량%, 칼슘알루미네이트 0.02~4중량%, 석고 0.05~3중량%, 고농도 폴리카본계열 감수제 0.05~2중량%, 수축저감제 0.01~1중량%, 강섬유 또는 유기섬유 0.5~10중량%를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 숏팅에 의한 마감상태, 내구성, 시공성, 시공 재료량, 시공 두께 그리고 강도 면에서 기존의 숏크리트와 비교하여 우수할 뿐만 아니라, 많은 시멘트 사용량, 작은 물시멘트비, 미세한 분체와 섬유로 구성되어 있어 기존 모르타르 숏크리트와 비교할 때 상대적으로 큰 점성을 가지고 있으므로 수직벽 또는 천정에 분사해도 큰 항복응력으로 인해 탈락률이 적은 특성을 갖는다.
본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물에서 시멘트는 보통 포틀랜드시멘트로 26~35중량%로 혼합되어 일반적으로 적용되는 숏크리트 조성물과 비교하여 월등히 많은 시멘트를 사용하고 있으며, 작은 물시멘트와 물바인더비가 초고강도 압축응력을 구현하는 것이며, 이러한 부배합 초고강도 숏크리트에 펌핑과 숏팅을 잘할 수 있는 점성과 항복응력을 유지하는 것이다.
본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물에 적용되는 실리카퓸은 200,000cm2/g의 높은 분말도로 인해 과다한 점성이 부여되어 펌핑작업 시 장비에 부하가 걸리는 단점과 작업 효율성이 떨어지는 단점이 있어서 2~8중량%로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 실리카플로우는 입경 10nm이하를 사용하는 것이 펌핑성능과 붙임성능을 위해 필요하고 6~13중량%로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 규사와 잔골재는 펌핑성능을 위해 균등하게 혼합하는 것이 바람직하고, 규사는 이산화규소(SiO2)의 함량이 99% 이상이고 입경 0.4mm를 사용하고, 잔골재는 1.2mm이하의 5호사를 사용하며, 상기 규사는 32~42중량%로 혼합되며, 잔골재는 15~21중량%로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 물의 양은 적정의 펌핑성능과 붙임성능을 위해 5~10중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 고로슬래그는 수산화칼슘이 적어 황산염 침식에 효과적이며 장기강도를 증진시킬 수 있기 때문에 칼슘알루미네이트의 상변화에 의한 강도 저하를 보완할 수 있으며, 고로슬래그의 분말도는 4000cm2/g 이상이 바람직하며, 7중량% 이상을 사용하면 펌핑성능이 감소하므로 1~6중량%로 혼입되는 것이 바람직하다.
상기 플라이애쉬는 구형 형상으로 인해 펌핑성능과 붙임성능이 증가시키는 장점이 있으며 1~5중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물은 시멘트양이 많아서 초기강도가 증진되지만 초기경화속도를 높이기 위해 칼슘알루미네이트를 사용하며 0.02~4중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 석고는 우수한 강도를 구현하고 후기 경화 속도를 개선하며, 시공 후 경화체가 수축하여 균열이 발생하거나 내구성이 저하되는 것을 방지하는 기능이 있으며, 석고의 성분인 삼산화황 이온은 초기 수화 시 칼슘알루미네이트 수화물과 반응하여 에트린자이트 침상결정을 생성시키며 초기강도 개선에 기여하며, 0.05~3중량%로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물을 이용하여 숏팅 하기 위해서는 많은 공기량 공급과 강한 압력으로 분사해야 한다. 강한 분사압으로 인해 수분량이 증발되고 굳지 않은 콘크리트의 항복응력이 증가하여 경화촉진제를 사용하지 않고 붙임 성능을 적정범위 내로 증가시킬 수 있으며, 초고강도 숏크리트의 항복응력이 감소하여 흐름이 발생할 경우 경화촉진제는 0.05~3중량%로 분사 시 노즐에 초고강도 숏크리트와 같이 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명은 14%~20%의 낮은 물-바인더 비임에도 고형성분 30% 이상의 고농도 폴리카본 아크릴릭 에스터 감수제의 역할에 의해 시멘트 입자들이 서로 밀어내는 (-)전하를 띄게 만들어 적당한 점성과 슬럼프를 가질 수 있는 초고강도 숏크리트의 특성을 가질 수 있는 것으로, 고농도 폴리카본계열 감수제는 0.05~2중량%로 혼합하는 것이 바람직하다.
본 발명은 많은 시멘트량을 사용하기 때문에 자기 수축과 건조수축에 의한 수축량이 보통 콘크리트보다 크기 때문에 수축 저감제를 혼입하여 건조수축량을 줄여주는 혼화제가 필요하며 수축저감제는 0.01~1중량%로 혼합되는 것이 바람직하다. 초고강도 숏크리트가 압축력뿐만 아니라 휨인장응력을 받는 구조물이 되기 위해서는 세사의 강섬유의 혼입률이 체적대비 1.5%이상을 혼입해야 하며, 철근과 병용 시 체적대비 0.7~1%로 혼입한다. 강섬유의 경우 초고강도 숏크리트가 분체이기 때문에 직경 0.2mm, 길이 13~16mm의 세사를 사용해야 초고강도 숏크리트를 효과적으로 구속할 수 있으며, 유기섬유인 경우 인장력이 강한 아라미드 섬유를 번들로 만들어 직경 0.2mm, 길이 13~15mm의 섬유로 혼입해야 비중이 작은 아라미드를 균등하게 분산시킬 수 있어 휨인장 응력을 증진시킬 수 있는 것으로, 본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물에서 강섬유 또는 유기섬유는 0.5~10중량%로 혼합되는 것이 바람직하다.
본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물은 초고강도 압축응력을 구현하기 위해 시멘트를 26~35중량을 사용하고 물을 5~10중량%로 적게 혼입하기 때문에 기본적으로 펌핑능력과 붙임성능이 불리한 배합이다. 펌핑이 가능한 점성과 붙임이 좋은 항복응력을 가지기 위해 조립률이 작은 잔골재 배합, 잔골재 사이의 혼화제, 혼화제 배합으로 펌핑과 붙임이 가능한 배합구성을 가져야 한다.
이하, 본 발명의 초고강도 숏크리트 조성물의 실시예를 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<초고강도 숏크리트 조성물의 제조>
아래의 표 1과 같이 시멘트 795kg, 실리카퓸 98kg, 실리카플로우185kg, 규사 452kg, 잔골재 452kg, 물 162kg, 고로슬래그 55kg, 플라이애쉬 40kg, 칼슘알루미네이트 30kg, 석고 20kg, 경화촉진제 2kg, 고농도 폴리카본계열 감수제 30kg, 수축저감제 8kg, 강섬유 또는 유기섬유 156kg를 사용하고, 이들을 교반하여 본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물을 조성하였는데, 상기에서 초고강도 숏크리트의 붙임성을 높이기 위하여 물시멘트비(w/c)를 20%로 대폭 줄인 것을 확인할 수 있다.
아래 표 1과 같이 비교예 1 내지 3은 시멘트, 실리카퓸, 잔골재, 굵은골재, 물, 감수제를 교반하여 조성물을 조성하였는데, 비교예 3의 경우 강섬유를 추가로 더 투입하였다. 비교예 1 내지 3의 물시멘트비는 각각 28.4%, 33.6%, 46.4%로 실시예의 물시멘트비보다 크게 하여 조성하였다(배합단위는 kg/㎥ 기준).
[표 1]
상기 표 1은 본 발명 초고강도 숏크리트 조성물의 실시예인 바람직한 배합비율로서, 초고강도 숏크리트의 초고강도 압축강도와 내구성의 증진 효과를 비교하여 나타내기 위하여 고강도 숏크리트의 비교예들의 배합비와 특성을 나타내었다.
본 발명에서 초고강도 압축강도를 구현하기 위해 시멘트 사용량이 기존 숏크리트에 비해 많으며, 650~875kg/m3 투입량이 바람직하나 795kg/m3으로 특정하여 배합을 구성하였다. 상기 실시예는 조밀한 조직 구성을 위해 굵은 골재 없이 입경 0.4mm이하의 규사와 입경 1.2mm 이하의 잔골재를 사용하였으며, 초고강도를 구현하기 위해서 실리카퓸량을 증가시켜야 하나, 실리카퓸량이 증가되면 표면적이 크고 수경성 특성이 있어 점성이 커지고 펌핑에 문제가 발생한다.
따라서, 실리카퓸 보다 입경이 큰 충전재와 혼화재를 병용함으로써 점성을 줄이고 항복응력을 증가시키는 배합으로 구성하였다. 물과 고성능 폴리 카본 감수제를 사용하여 점성을 감소시키면서, 초고강도 숏크리트의 초기경화속도를 높이는 캄슘 알루미네이트와 석고를 사용하여 숏팅 후 항복응력을 높여 붙임성능을 높이는 배합으로 하였다.
본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물은 시멘트 사용량이 많아 자기 수축과 건조수축량이 큰 특성을 가지므로 수축 저감제와 팽창의 특성이 있는 칼슘알루미네이트를 사용하여 자기수축과 건조수축을 기존 숏크리트처럼 줄이도록 하였다. 체적 대비 2.0%의 강섬유를 혼입하여 휨강성을 강화시키는 장점이 있는 반면에 펌핑과 숏팅 시 화이버볼 현상이 발생하기 때문에 강한 펌핑기와 공기 컴프레서를 사용해야 한다.
[표 2]
표 2는 굳지 않은 초고강도 숏크리트의 특성에 대하여 실시예와 고강도 숏크리트인 비교예들을 나타낸 것으로, 상기 초고강도 숏크리트 실시예의 공기량은 3%로서 조밀한 콘크리트 조직으로 인해 압축강도가 강하고 내구성이 우수한 특성을 가지고 있다. 반면, 비교예들인 고강도 숏크리트는 물시멘트비가 커서 실시예인 초고강도 숏크리트 보다 점성이 작아 펌핑하기 용이하며 대개의 경우 항복응력이 작아 리바운드량이 커지는 경우가 발생한다. 본 발명에 의한 분체로 구성된 초고강도 숏크리트 실시예의 슬럼프가 고강도 숏크리트인 비교예들보다 크지만 점성이 강하여 보다 강한 힘으로 펌핑해야 한다. 초고강도 숏크리트 실시예의 항복응력이 커서 고강도 숏크리트 비교예들보다 리바운량이 적으며, 50mm~100mm 초고강도 숏크리트의 두께를 용이하게 분사할 수 있다.
상기 표 2를 통해 본 발명에 의한 초고강도 숏크리트의 굳지 않은 콘크리트 특성은 많은 시멘트 사용량과 적은 물을 사용하고 있음에도 펌핑과 붙임을 할 수 있는 점성과 항복응력을 가지고 있다.
본 발명은 12%~17%의 낮은 물-바인더 비임에도 고농도 감수제의 역할에 의해 시멘트 입자들이 서로 밀어내는 (-)전하를 띄게 만들어 적당한 점성과 슬럼프를 가질 수 있는 숏크리트를 형성하며, 입경이 작은 잔골재의 작은 조립률이 분체 숏크리트의 점성을 감소시키며 굳지 않은 상태에서 적절한 항복응력을 가지게 하여 펌퍼빌리티와 슈터빌리티를 만족하게 한다.
일반적으로 기존의 보통 숏크리트는 1차 지보재로 터널 및 지하공간 사면안정에 주로 사용되고, 초기 변형 억제용으로만 사용하고 있으며 주 구조부재로 사용되고 있지 않으나, 최근 국외에서는 숏크리트가 터널 무라이닝공법인 일명 싱글쉘공법의 주구조부재로 사용되고 있다. 대형 하수관거, 통신구, 대형 수로, 항구의 기반 시설, 터널 등이 열화되어 구조물의 보수·보강 또는 갱생이 필요한 경우 구조물을 교체하지 않는다면 보강 두께를 최소화하여 구조적 강성을 증진시켜 갱생시키는 공법이 대안이 될 수 있다. 거푸집을 사용하여 초고강도 콘크리트로 내부의 구조물을 성형하는 방법이 있지만 내부에 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하는 공법은 시간이 많이 소요되고 매우 복잡한 공정을 가지고 있다. 즉, 수직 벽면, 복잡한 형태, 천정 등 기존의 구조물에 거푸집을 사용하여 얇은 층으로 타설 하는 것은 매우 어려운 작업으로 시공시간과 경제성 면에서 불리한 공법이다.
이에 비해 본 발명은 상기와 같이 거푸집 성형공법의 난점을 극복하고, 초고강도 콘크리트 구조물의 구조적 갱생, 우수한 내구성과 시공의 수월성을 도모할 수 있는 것으로, 굳지 않은 초고강도 숏크리트의 적절한 소성 점성과 높은 항복응력을 가져 거푸집을 사용하지 않고 기존의 구조물에 얇은 두께로 분사하여 구조물을 성형하는 것은 공기의 단축, 시공의 수월성 등에서 많은 이점을 가지고 있다.
본 발명에 의한 초고강도 숏크리트의 점성은 최적 충전밀도 배합의 높은 점성을 기본적으로 가지고 있지만 긴 거리를 펌핑 하기 위해 적절한 수준의 점성을 유지해야 하고, 또한, 분사된 초고강도 숏크리트의 흐름을 방지하기 위해 충분한 항복응력을 가지고 있어야 한다. 따라서 일정 거리를 펌핑 하고 숏팅된 초고강도 섬유보강 콘크리트가 흐름을 방지하기 위해 적절한 점성과 충분한 항복응력 간의 알맞은 배합을 찾는 것이 관건인데, 일예로서 전단속도 0.07에서 굳지 않은 숏크리트의 항복응력이 300Pa보다 크고, 전단속도 15에서 점성이 20~40 범위 내에 있는 것이 펌핑과 붙임 기능을 가질 수 있는 유동학적 특성이 되는데, 상기 표 2와 같이 본 발명은 비교예들과 달리 28.8 로 상기 요건 내에 충족됨을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 초고강도 숏크리트는 굳지 않은 콘크리트의 항복응력과 점성을 만족하면서 초고강도 강도 특성과 월등한 내구성을 가지고 있다는 점에서 보수·보강 및 갱생에 적합한 것임을 알 수 있다.
[표 3]
표 3은 초고강도 숏크리트의 강도 특성을 나타내기 위한 실시예와 비교예들을 나타낸 것으로, 상기 표에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예의 28일 압축강도는 122MP인 반면, 고강도 숏크리트 비교예들의 강도는 87.7MPa, 86MPa, 50.7MPa로서 실리카퓸의 사용량이 많아 기존 숏크리트보다 강도가 강한 특성을 보여준다. 즉, 본 발명은 높은 시멘트 중량비, 조립률이 작은 일정한 입도의 규사, 실리카 플로우, 고로슬래그, 플라이애쉬, 실리카 흄 등 분체로 구성되고, 물시멘트비가 낮은 초고강도 콘크리트의 높은 점성을 펌핑 할 수 있을 정도로 줄일 수 있고, 혼화제를 사용하여 콘크리트의 건조수축률을 줄일 수 있는 초고강도 숏크리트 배합으로서, 이러한 숏크리트는 펌핑이 가능한 점성과 붙임 성능이 좋은 항복응력을 가지면서 리바운드률이 적은 초고강도 숏크리트의 특성을 갖는다.
또한, 본 발명은 동일한 구조적 성능을 구현하는데 기존의 보통강도 또는 고강도 숏크리트보다 얇은 두께의 초고강도 숏크리트로 시공할 수 있어 재료량을 줄일 수 있고, 시공인원과 시공시간을 줄일 수 있어 신속하면서도 경제적인 시공법을 제공하며, 본 발명에 의한 초고강도 숏크리트는 100MPa 이상의 높은 압축강도를 발현하며, 섬유의 혼입으로 높은 휨인장 강도를 가지고 있기 때문에 갱생 구조물의 두께와 보강 철근량을 줄일 수 있다.
그리고 콘크리트 조직의 밀실도에 따라 기존 콘크리트와 부착강도가 비례하는데 본 발명에 의한 초고강도 숏크리트 경우 실리카퓸과 혼화재의 양이 많아 부착강도가 상대적으로 큰 것임을 볼 수 있다. 비교예 3의 경우 강섬유 혼입률이 체적대비 0.7%로서 휨강도 6.3MPa인 반면, 실시예의 경우 강섬유 혼입률이 체적대비 2.0%로서 9.5MPa 휨강도를 보여주고 있다. 휨강도가 강하면 콘크리트의 균열발생률이 적고 콘크리트구조물의 휨강성 증가로 갱생구조물의 내하력 증진에 큰 역할을 한다.
즉, 본 발명에 의한 초고강도 숏크리트는 기존 구조물의 열화된 부분을 치핑하고 얇은 두께로 숏팅하면, 신설시공 수준의 구조물을 시공한 것과 같은 구조적 강성 효과를 가질 수 있으며 최적 충전밀도 배합에 의한 조직을 가져 내화학성과 내구성이 우수한 장수명 구조물로 거듭나는 특성을 갖는다.
[표 4]
표 4는 초고강도 숏크리트의 내구성 특징을 나타내기 위한 실시예와 비교예들을 나타낸 것으로, 본 발명에 의한 초고강도 숏크리트 실시예의 염소이온투과 저항성이 95 쿨롱으로서 비교예들인 고강도 숏크리트의 염소이온투과성보다 우수한 특성을 보여준다. 밀실한 콘크리트 조직으로 인해 염소이온뿐만 아니라 내화학적 특성이 우수한 장수명 특성을 가지고 있다. 600싸이클의 동결융해저항성 실험에서 동탄성 계수가 95%로서 동결융해에서도 매우 강한 내구적 특성을 가지고 있다. 따라서, 본 발명에 의한 초고강도 숏크리트는 열화된 콘크리트 구조물의 단면보강뿐만 아니라 감소된 구조물의 내하력을 증진시킬 수 있는 재료적 및 구조적 특성을 가지고 있다.
따라서, 보강 또는 갱생이 요구되는 구조물에 본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물에 의하여 형성된 초고강도 숏크리트 구조물은 압축강도, 부착강도 및 휨강도가 우수하여 기존의 숏크리트 또는 콘크리트 두께를 1/2~1/3로 줄이면서도 구조적 내하력을 가질 수 있으며, 조직이 치밀하여 내화학성, 동결융해 저항성 및 표면 박리 저항성이 우수하여 장수명의 콘크리트 구조물을 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물을 이용한 시공방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 1a에서 도 1f는 본 발명의 일실시예에 따른 초고강도 숏크리트가 시공되는 과정을 나타낸 상태도로서, 도 1a는 본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물을 배합한 후 펌핑하여 숏팅하는 모습을 나타낸 것이고, 도 1b 내지 1e는 본 발명에서 초고강도 숏크리트를 숏팅하여 수직면에 초고강도 숏크리트가 채워지는 과정을 나타낸 것이며, 도 1f는 초고강도 숏크리트가 양생된 후 외부 거푸집을 탈형한 상태도이다.
보다 구체적으로는, 도 1b는 수직면에 철근을 배근한 후, 도 1c와 같이 초반 숏팅을 하고, 이어서, 도 1d와 같이 중반 숏팅한 것을 나타낸 것이다. 또한, 도 1e는 숏팅 후 간단히 표면정리를 한 모습으로 리바운드률이 적고 수직면에 붙임 능력이 우수함을 확인할 수 있다. 도 1f는 초고강도 숏크리트 구조물의 외부 거푸집을 탈영한 상태로 내부 거푸집 없이도 아래 도 5a, 5b에서 설명되는 하수관거(4) 형태의 구조물이 손쉽게 갱생될 수 있음을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물에 의하여 초고강도 숏크리트로 성형된 하수관거(4)에 대하여 구조적 내하력을 실험하기 위해 구조프레임과 액츄에이터를 이용하여 상부에서 2점 하중을 가하였다. 초고강도 숏크리트의 압축강도는 122MPa이고, 강섬유의 함유량은 체적대비 2%로 혼입하였으며 주철근 D19를 250mm간격으로 배치하였다. 가로 2m, 세로 1.7m, 깊이 1m, 상부 70mm, 복부 70mm, 하부 50mm로 성형된 초고강도 숏크리트 하수관거(4)의 최대 내하력은 도 3과 같이 13.7 톤으로 상당히 높은 내하력이 있는 것으로, 기존 외부의 하수관거와 합성된 구조물로서 내하력은 충분히 충족시키는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 초고강도 숏크리트는 경화 후 압축응력이 100MPa 이상이므로 작은 단면으로 충분한 내하력을 가질 수 있다. 그러므로 콘크리트가 열화된 부분, 즉, 약 20~40mm 정도 치핑하고 초고강도 숏크리트를 50~70mm 정도 숏팅하면 단면 손실을 최소화하면서 초고강도 숏크리트로 형성된 구조물만으로 충분한 내하력을 가질 수 있다. 철근과 강섬유를 병용하면 휨인장 응력이 증가하고 염화칼슘 침해에 대한 저항성, 동결융해 저항성이 우수하여 장수명의 구조물로 변모할 수 있다.
이러한 초고강도 압축응력과 우수한 내구성을 바탕으로 열화된 콘크리트의 다양한 구조물을 보수·보강하거나 갱생시킬 수 있다.
도 4a, 4b는 종래 방호벽을 보수·보강하는 것을 나타낸 상태 단면도이며, 도 4c는 본 발명에 따라 방호벽을 보수·보강하는 것을 나타낸 상태 단면도이다.
일예로 고속도로 및 국도의 방호벽(1)이 염화칼슘 침해에 의해 열화현상이 심해질 경우, 종래에는 도 4a와 같이 콘크리트 열화된 부분을 치핑하고 철근을 배근하여 무슬럼프 콘크리트로 기계진동 타설하여 보수·보강하는 방법을 많이 사용하고 있다. 무슬럼프 콘크리트를 기계 진동하면 태생적으로 균열이 발생하여 시공속도는 빠르지만 내구성에 문제가 발생하여 보수·보강 주기가 짧아지는 결과를 초래한다. 또한, 종래에는 도 4b와 같이 초고강도 콘크리트 영구거푸집을 사용하여 기존 방호벽(1) 사이에 그라우팅을 하면 염화칼슘 침해, 동결융해 및 표면 박리 저항성이 강한 구조물이 되나 초고강도 프리캐스트 콘크리트 거푸집인 영구거푸집을 제작하고 현장에 설치하여 시공하는 과정이 기계진동 타설에 비해 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
이에 비해 본 발명은 도 4c와 같이 방호벽(1)의 열화된 부분을 치핑하고 스터드(3)를 박고 본 발명에 의한 초고강도 숏크리트(2)로 30mm정도의 두께로 숏팅하면 내구성이 우수한 장수명의 경제적인 방호벽 개량 공법이 된다. 본 발명에 의한 초고강도 숏크리트는 기존 콘크리트 구조물과 부착력이 우수하여 오랜 시간에도 합성구조물로서 문제점이 없는 장점이 있다.
도 5a는 종래 도로 하부에 시공된 대형 하수관거를 보수·보강하는 것을 나타낸 상태 단면도이며, 도 5b는 본 발명에 따라 하수관거를 보수·보강하는 것을 나타낸 상태 단면도이다.
도 5a는 종래 도심의 도로 하부에 시공된 대형 하수관거(4)가 열화되어 오픈컷 공법으로 하수관거를 교체할 수 없는 경우 열화된 부분을 치핑하고 거푸집을 설치하여 초고강도 콘크리트를 타설한 공법으로서 지하내부에 거푸집을 설치하고 타설하는 방법이 난이도가 높아 비실용적인 면이 있다. 이에 비해, 본 발명의 의하여 적용된 도 5b는 하수관거(4)의 상부에 스터드(5)를 심고 철근(6)을 배근하여 휨모멘트에 저항할 수 있는 구조적 강성을 갖춘 형태로 본 발명에 의한 초고강도 숏크리트(7)를 숏팅하고 난 후 높은 항복응력을 가진 굳지 않은 콘크리트의 분사된 면을 압착하여 조밀한 면으로 마무리할 수 있어 거푸집을 사용한 콘크리트 타설과 같은 효과의 콘크리트 구조물을 성형할 수 있으며 장수명의 하수관거 구조물을 구현할 수 있다.
도 6a는 종래 터널라이닝을 보수·보강하는 것을 나타낸 상태 단면도이며, 도 6b는 본 발명에 따라 터널라이닝을 보수·보강하는 것을 나타낸 상태 단면도로서, 도 6a는 종래 터널라이닝(8)에 보수·보강을 할 경우 기존의 보통강도 콘크리트로 보강하는 보통강도 숏크리트(9)와, 도 6b는 도 6a의 동일한 터널라이닝(8)에 본 발명에 의하여 적용된 초고강도 숏크리트(10)로 보강하는 단면을 비교하였다. 본 발명에 의한 초고강도 숏크리트(10)가 가지는 초고강도 콘크리트의 압축응력 효과로 인하여 보강하는 두께를 기존 보통강도 숏크리트(9)의 두께에 비하여 그 두께를 1/3로 줄일 수 있다. 특히 파형강판 터널인 경우 부분적으로 녹이 발생하고 응력이 과다하여 변형한 경우 본 발명에 의하여 적용된 초고강도 숏크리트(9)로 30mm 정도 보강하면 구조적으로 안정하고 내구성이 우수한 구조물로 갱생시킬 수 있다. 본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물에 의하여 조성된 얇은 두께의 초고강도 숏크리트로 시공할 수 있어 사용 재료량을 줄일 수 있으며, 시공인원과 시공시간을 줄일 수 있어 신속하면서도 경제적인 시공법을 제공한다.
이와 같이, 본 발명은 초고강도 압축강도를 발현할 수 있는 분체 콘크리트 배합 조성을 가지면서 공기량이 적고 조직이 치밀하여 경화 후 내구성이 뛰어난 역학적 특성이 있으며, 펌핑하기에 적합한 점성과 굳지 않은 콘크리트 상태에서 높은 항복응력을 가져 숏팅 시 리바운드량이 적은 특징을 갖는다. 또한 본 발명은 조직이 조밀하여 초고강도를 구현하기 위해서는 점성이 기존 숏크리트보다 크고, 이를 펌핑 하기 위한 충분한 펌핑력을 가진 펌프를 사용해야하고, 굳지 않은 콘크리트 상태에서 항복응력이 높은 초고강도 숏크리트를 숏팅하기 위해서는 강한 에어컴프레서를 사용해야 하며, 펌핑길이가 길어지면 점성을 줄이고 항복응력을 낮출 경우 경화촉진제를 병용하여 붙임성능을 보완하고 리바운드량을 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명은 기존의 열화가 진행된 콘크리트 구조물을 교체하는 대신 얇은 두께의 초고강도 숏크리트로 갱생하여 기존 구조물의 수명을 연장하면서도 내구성이 우수한 장수명의 구조물로 전환 시키는 것에 특징이 있다.
본 발명인 초고강도 숏크리트 조성물에 의하여 조성된 얇은 두께의 초고강도 숏크리트로 상기 방호벽(1)이나, 하수관거(4)나, 터널라이닝(8)을 보수·보강하는 공법에 대하여 단계적으로 살펴보면 다음과 같다.
우선, (a) 방호벽(1)이나, 하수관거(4)나, 터널라이닝(8)의 표면을 치핑하는 단계로서, 보수·보강이 요구되는 방호벽(1)이나, 하수관거(4)나, 터널라이닝(8)의 표면 전체에 대하여 일반적으로 널리 사용된 파쇄 및 치핑 장비인 초고압 워터젯 등을 이용하여 열화된 부분을 제거함과 동시에 숏크리트와의 부착력을 높여주기 위하여 열화된 부분을 포함한 표면 전체에 대하여 치핑하기 때문에 심하게 열화된 부분은 적게 열화된 부분 비하여 치핑에 의하여 파여진 깊이가 다소 더 깊어질 수 있다.
상기와 같이 표면을 치핑한 후, 숏팅되는 초고강도 숏크리트의 부착 및 정착력을 높이기 위하여 방호벽(1)나 하수관거(4)에는 스터드(3, 5)를 심거나, 또는, 하수관거(4)에는 스터드(5)를 심은 후 철근(6)을 배근하여 휨모멘트에 대한 응력을 보강할 수 있다.
다음으로, (b) 치핑된 보수부위를 청소하는 단계로서, 상기 청소단계는 일반적으로 물을 이용하여 치핑된 보수부위를 청소하여 파손된 콘크리트 찌꺼기를 완전히 제거하고, 에어분사장치 등을 이용하여 공기를 분사하여 보수부위를 건조시킴으로써 숏팅되는 초고강도 숏크리트의 접착력을 증대시킨다.
다음으로, (c) 상기 치핑되어 청소된 방호벽(1)이나, 하수관거(4)나, 터널라이닝(8)의 표면에 다음 단계인 숏팅에 의하여 형성되는 초고강도 숏크리트와의 부착력을 높여주기 위하여 접착제 도포단계로서, 상기 치핑된 방호벽(1)이나, 하수관거(4)나, 터널라이닝(8)의 표면에 도포되는 접착제는 일반적으로 널리 사용되는 에폭시 접착제, 폴리우레탄 접착제, 아크릴 접착제 등을 선택 사용한다.
다음으로, (d) 숏팅장비를 이용하여 상기 방호벽(1)이나, 하수관거(4)나, 터널라이닝(8)의 표면에 본 발명의 초고강도 숏크리트 조성물을 숏팅하여 초고강도 숏크리트를 형성하는 단계로서, 본 발명의 초고강도 숏크리트 조성물은, 시멘트 26~35중량%, 실리카퓸 2~8중량%, 실리카플로우 6~13중량%, 규사 32~42중량%, 잔골재 15~21중량%, 물 5~10중량%, 고로슬래그 1~6중량%, 플라이애쉬 1~5중량%, 칼슘알루미네이트 0.02~4중량%, 석고 0.05~3중량%, 고농도 폴리카본계열 감수제 0.05~2중량%, 수축저감제 0.01~1중량%, 강섬유 또는 유기섬유 0.5~10중량%를 포함하여 구성된다. 숏팅장비에 의한 숏팅시에는 적절한 분사 압력과 속도를 유지하여 초고강도 숏크리트 콘크리트가 원하는 위치에 균일하게 분사되도록 한다.
상기 본 발명의 초고강도 숏크리트 조성물에 의하여 조성된 초고강도 숏크리트가 항복응력이 감소하여 흐름이 발생할 경우 경화촉진제는 0.05~3중량%로 분사 시 노즐에 더 포함시키는 것이 바람직하다.
마지막으로, (e) 본 발명의 초고강도 숏크리트 조성물을 숏팅하고 난 후 상기 초고강도 숏크리트가 굳지 않은 상태에서 초고강도 숏크리트의 분사된 면을 압착하여 초고강도 숏크리트를 조밀한 면으로 마무리하는 초고강도 숏크리트 표면의 마무리단계로서, 높은 항복응력을 가진 굳지 않은 초고강도 콘크리트인 초고강도 숏크리트의 분사된 면을 압착하여 조밀한 면으로 표면을 마무리함으로써 종래 거푸집을 사용한 콘크리트 타설과 같은 효과의 콘크리트 구조물을 성형할 수 있는데, 상기 초고강도 숏크리트가 분사된 면을 조밀하게 하기 위하여 일반적으로 기계적인 진동력으로 진동하는 압착 장비 등을 이용할 수 있다.
그리고 본 발명의 초고강도 숏크리트 조성물에 의하여 조성된 초고강도 숏크리트에 대한 경화 및 강화로 양생이 완료된 후에 초고강도 숏크리트 콘크리트 표면을 깎거나 다듬어서 표면 마무리를 할 수 있으며, 필요한 경우 방수 처리나 표면 보호제를 도포할 수도 있다.
이상에서 살핀 바와 같이, 본 발명에 의한 초고강도 숏크리트의 장점으로, 첫째, 초고강도 숏크리트의 두께는 30 ~ 70mm로 압축강도가 빠르게 발현되고, 매우 높은 압력에 대한 저항력이 있고, 화학적 및 부식 작용에 저항력이 크고, 매우 높은 충격하중에 대한 저항성이 있고, 동결융해에 대한 저항성이 크며, 액체에 대한 수밀성이 있으며, 침투에 대한 저항성이 커서 숏크리트임에도 우수한 내구성과 높은 압축강도를 가지고 있는 장수명의 콘크리트 구조물로 변환할 수 있다.
둘째, 본 발명에 의한 초고강도 숏크리트는 얇은 두께로도 구조적 강성을 가지고 있어 갱생 차원의 구조적 변화를 이룰 수 있고, 조직이 치밀하여 기존의 콘크리트와의 부착력이 크고, 조밀한 조직으로 부식을 막는 특성이 있으며, 장기적으로 생애주기 비용이 절약되는 결과를 가져오게 한다.
셋째, 시공방법에 있어서, 단시간에 넓은 구역에 숏팅할 수 있는 짧은 숏팅 시간, 비산 먼지가 없는 공법이고, 적은 재료사용으로 인한 좋은 작업 환경 제공과, 프리믹싱한 재료의 사용으로 변동성이 작은 콘크리트 품질확보와, 적은 공기량과 강하고 일관성이 있는 콘크리트 코팅과 입자가 작은 분체 콘크리트에 세사의 강섬유를 혼입하여 화이버 볼 현상이 없이 분사할 수 있는 배합과, 리바운드가 작은 숏팅과, 숏팅 후 신속히 경화되는 것이다.
넷째, 기존의 모르타르 숏크리트 공법은 열화된 콘크리트 표면을 복구하는 보수·보강에 초점을 맞추고 있는 반면, 본 발명에 의하여 초고강도 숏크리트는 표면 복구뿐만 아니라 얇은 두께로도 구조적 강성을 증진시키는 구조물을 갱생하기 때문에 거푸집을 사용하지 않고 얇은 두께로 초고강도 콘크리트 구조물을 성형하여 열화된 기존 구조물의 구조적 강성을 증진시킬 수 있는 경제성을 가지고 있다.
마지막으로, 일반적으로 펌핑성능이 증가하면 붙임성능은 감소하며, 붙임성능이 감소하면 펌핑성능이 증가하는 반비례 관계를 가지고 있는데 반하여, 본 발명은 점성이 큰 초고강도 숏크리트를 펌핑하여 천정 및 수직벽에 붙여 구조적 성능을 높여 줄 수 최적화된 조성물로 이루어져 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 방호벽 2, 7, 10: 초고강도 숏크리트
3, 5: 스터드 4: 하수관거
6: 철근 8: 터널라이닝
9: 보통강도 숏크리트

Claims (9)

  1. 펌핑하기에 적합한 점성과 굳지 않은 콘크리트 상태에서 숏팅 시 리바운드량이 적도록 시멘트 26~35중량%, 실리카퓸 2~8중량%, 입경 10nm이하의 실리카플로우 6~13중량%, 규사 32~42중량%, 입경 1.2mm이하의 잔골재 15~21중량%, 물 5~10중량%, 고로슬래그 1~6중량%, 플라이애쉬 1~5중량%, 칼슘알루미네이트 0.02~4중량%, 석고 0.05~3중량%, 고농도 폴리카본계열 감수제 0.05~2중량%, 수축저감제 0.01~1중량%, 강섬유 또는 유기섬유 0.5~10중량%를 포함하는 것을 특징을 하는 초고강도 숏크리트 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    경화촉진제 0.05~3%가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 초고강도 숏크리트 조성물.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 규사는 이산화규소(SiO2) 함량이 99% 이상인 것을 특징으로 하는 초고강도 숏크리트 조성물.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 고로슬래그의 분말도는 4000cm2/g 이상인 것을 특징으로 하는 초고강도 숏크리트 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 강섬유는 직경 0.2mm, 길이 13mm 내지 16mm이거나, 또는, 상기 유기섬유는 직경 0.2mm, 길이 13~15mm인 아라미드 섬유인 것을 특징으로 하는 초고강도 숏크리트 조성물.
  8. (a) 방호벽(1)이나, 하수관거(4)나, 터널라이닝(8)의 표면을 치핑하는 단계;
    (b) 치핑된 보수부위를 청소하는 단계;
    (c) 상기 치핑되어 청소된 방호벽(1)이나, 하수관거(4)나, 터널라이닝(8)의 표면에 다음 단계인 숏팅에 의하여 형성되는 초고강도 숏크리트와의 부착력을 높여주기 위하여 접착제 도포단계;
    (d) 숏팅장비를 이용하여 상기 방호벽(1)이나, 하수관거(4)나, 터널라이닝(8)의 표면에 펌핑하기에 적합한 점성과 굳지 않은 콘크리트 상태에서 숏팅 시 리바운드량이 적도록 시멘트 26~35중량%, 실리카퓸 2~8중량%, 입경 10nm이하의 실리카플로우 6~13중량%, 규사 32~42중량%, 입경 1.2mm이하의 잔골재 15~21중량%, 물 5~10중량%, 고로슬래그 1~6중량%, 플라이애쉬 1~5중량%, 칼슘알루미네이트 0.02~4중량%, 석고 0.05~3중량%, 고농도 폴리카본계열 감수제 0.05~2중량%, 수축저감제 0.01~1중량%, 강섬유 또는 유기섬유 0.5~10중량%를 포함하여 구성된 초고강도 숏크리트 조성물을 숏팅하여 초고강도 숏크리트를 형성하는 단계;
    (e) 상기 초고강도 숏크리트가 굳지 않은 상태에서 초고강도 숏크리트의 분사된 면을 압착하여 초고강도 숏크리트를 조밀한 면으로 마무리하는 초고강도 숏크리트 표면의 마무리단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 초고강도 숏크리트 조성물을 이용한 시공방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 (a) 단계 이후, 숏팅되는 초고강도 숏크리트의 부착 및 정착력을 높이기 위하여 방호벽(1)이나 하수관거(4)에 스터드(3, 5)를 심거나, 또는, 하수관거(4)에는 스터드(5)를 심은 후 철근(6)을 배근하여 휨모멘트에 대한 응력을 보강하는 것을 특징으로 하는 초고강도 숏크리트 조성물을 이용한 시공방법.



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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100873514B1 (ko) * 2007-09-03 2008-12-15 한국건설기술연구원 초고강도 콘크리트용 결합재 및 이를 이용한 콘크리트의제조방법
KR101323238B1 (ko) 2011-12-05 2013-10-30 한국건설기술연구원 고강도 숏크리트 조성물 및 이를 이용한 숏크리트 공법
KR101815140B1 (ko) 2017-06-07 2018-01-05 김경래 콘크리트 구조물의 단면 복구 및 보수용 유무기 하이브리드 모르타르 조성물및 그 시공 방법
KR102038133B1 (ko) 2019-07-03 2019-10-30 (주)한일카본 고강도 모르타르 및 표면보호제 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수방법
KR102382696B1 (ko) * 2021-07-22 2022-04-11 주식회사 에이지 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 시공방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100873514B1 (ko) * 2007-09-03 2008-12-15 한국건설기술연구원 초고강도 콘크리트용 결합재 및 이를 이용한 콘크리트의제조방법
KR101323238B1 (ko) 2011-12-05 2013-10-30 한국건설기술연구원 고강도 숏크리트 조성물 및 이를 이용한 숏크리트 공법
KR101815140B1 (ko) 2017-06-07 2018-01-05 김경래 콘크리트 구조물의 단면 복구 및 보수용 유무기 하이브리드 모르타르 조성물및 그 시공 방법
KR102038133B1 (ko) 2019-07-03 2019-10-30 (주)한일카본 고강도 모르타르 및 표면보호제 조성물과 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수방법
KR102382696B1 (ko) * 2021-07-22 2022-04-11 주식회사 에이지 고강도 고기능성 건식 숏크리트용 프리믹스 조성물 및 이를 이용한 시공방법

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