KR20030088807A - 아연희생양극을 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식보수방법 및 아연희생양극 코팅용 모르타르 조성물 - Google Patents

아연희생양극을 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식보수방법 및 아연희생양극 코팅용 모르타르 조성물 Download PDF

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Abstract

철근과 아연의 전위차로 인하여 아연이 희생양극재로 소모됨으로서, 철근의 부식을 억제할 수 있는 아연희생양극을 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식 보수방법이 개시된다. 이와 같은 전기방식 보수방법은 콘크리트 구조물의 보수될 부위에 노출된 철근과 아연희생양극이 모르타르에 매입되어 형성된 양극체를 전기적으로 연결하는 과정; 상기 양극체를 콘크리트가 탈락된 부분에 위치시키고, 콘크리트가 탈락된 부분에 포틀랜드 시멘트 10 내지 40중량%, 모래 20 내지 45중량%, 실리카흄 3 내지 10중량%, 팽창재 5 내지 12중량%, 탄소섬유 0.1 내지 0.5중량%, 셀룰로우스섬유 0.08 내지 0.15중량%, 변성아크릴수지 3 내지 15중량%, 물 10 내지 23중량%를 포함하는 저전도성 폴리머 모르타르를 채워 넣는 과정; 및 상기 저전도성 폴리머 모르타르를 양생하는 과정을 포함한다.

Description

아연희생양극을 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식 보수방법 및 아연희생양극 코팅용 모르타르 조성물{Cathodic protection repairing method of concrete structures using zinc sacrificial anode and mortar composition for coating zinc sacrificial anode}
본 발명은 아연희생양극을 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식 보수방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철근과 아연의 전위차로 인하여 아연이 희생양극재로 소모됨으로서, 철근의 부식을 억제할 수 있는 아연희생양극을 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식 보수방법 및 아연희생양극 코팅용 모르타르 조성물을 제공하는 것이다.
교량, 터널, 지하철, 지하차도, 복개 구조물 및 기타 토목, 건축용 철근-강화 콘크리트 구조물은 시간이 지남에 따라 열화되어 그 수명이 줄어든다. 이와 같은 콘크리트 구조물의 열화는 사용된 콘크리트 및 철근의 품질, 환경적 요인, 물리적 요인 등에 영향을 받으며, 특히 콘크리트 내에 매설된 철근의 부식에 의한 영향이 크다. 특히 해양환경 하에 콘크리트 구조물이 위치하는 경우, 해수 속의 염분이 콘크리트 속으로 침투되거나, 겨울철 도로의 눈을 녹일 목적으로 사용한 염화칼슘이 콘크리트 속으로 침투되면, 콘크리트 속에 매입되어 있는 철근이 부식되기 쉬우며, 부식된 철근은 팽창하여 콘크리트에 미세한 균열을 발생시킨다. 이와 같이 형성된 미세 균열은 콘크리트 표면까지 연장되고, 그 표면까지 연장된 균열 사이로 외부 공기나 수분이 콘크리트 내부로 더욱 침투하여, 콘크리트의 탈락, 박리 및 내부 철근의 부식을 더욱 촉진한다. 또한 콘크리트 속으로 침투한 염분은 초기 pH 12 내지 13의 고알칼리 성분을 가진 콘크리트 내부의 수산화석회와 반응하여 탄산석회를 생성함으로서, 콘크리트를 중성화시키기도 한다.
이와 같은 콘크리트 내부 철근의 부식을 방지하고, 탈락된 콘크리트 단면을 복구하기 위한 여러 가지 방법이 개발되고 있다. 그 중 한 가지 방법은 탈락된 콘크리트 단면을 보수용 모르타르로 복구하는 것이다. 그러나 이와 같은 방법으로 보수할 경우 콘크리트 속에 있는 염분이 완전히 제거되지 않아, 철근의 부식을 일으켜 보수 부위가 쉽게 탈락되는 문제점이 있다. 또 다른 방법으로는 티타늄 양극망이나 전도성 표면 코팅재를 이용하여 외부 전원 전기 방식(Cathodic protection)을 수행하는 것이 알려져 있다. 이 방법은 염분이 콘크리트 속에 존재하고 있어도 철근의 부식을 방지할 수 있지만, 시공이 복잡할 뿐 아니라 양극 재료의 가격이 고가이며, 전류를 외부에서 공급하여야 하므로 유지 관리가 복잡하고 비용이 많이 드는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 경제적으로 저렴하고, 간편하게 콘크리트 구조물을 보수함과 동시에, 철근과 아연의 전위차를 이용하여 아연이 희생 양극재로 소모되도록 함으로서, 철근의 부식을 효과적으로 억제할 수 있는 아연희생양극과 저전도성 폴리머모르타르를 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식 보수방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 아연희생 양극재에서 발생되는 방식전류를 철근에 원활히 공급할 수 있는 콘크리트 구조물의 전기방식 보수방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 아연희생양극을 코팅하는 모르타르에 전도성과 고알카리성을 부여하여 방식전류가 철근으로 잘 흐르도록 한, 아연희생양극 코팅용 모르타르 조성물을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 아연희생양극을 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식 보수방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모르타르 조성물이 코팅된 아연희생양극을 설명하기 위한 도면.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 콘크리트 구조물의 보수될 부위에 노출된 철근과 아연희생양극이 모르타르에 매입되어 형성된 양극체를 전기적으로 연결하는 과정; 상기 양극체를 콘크리트가 탈락된 부분에 위치시키고, 콘크리트가 탈락된 부분에 포틀랜드 시멘트 10 내지 40중량%, 모래 20 내지 45중량%, 실리카흄 3 내지 10중량%, 팽창재 5 내지 12중량%, 탄소섬유 0.1 내지 0.5중량%, 셀룰로우스섬유 0.08 내지 0.15중량%, 변성아크릴수지 3 내지 15중량%, 물 10 내지 23중량%를 포함하는 저전도성 폴리머 모르타르를 채워 넣는 과정; 및 상기 저전도성 폴리머 모르타르를 양생하는 과정을 포함하는 아연희생양극을 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식 보수방법을 제공한다. 여기서, 상기 양생된 저전도성 폴리머 모르타르의 표면에 수용성 변성아크릴수지 성분으로 표면 코팅을 수행하면 더욱 바람직하다.
본 발명은 또한 포틀랜드 시멘트 20 내지 35중량%, 모래 20 내지 60중량%, 석고 1 내지 8중량%, 물 10 내지 40중량%, 수산화나트륨 0.5 내지 2.5중량%, 탄소 섬유 0.1 내지 2.0중량%, 및 수산화리튬 0.1 내지 0.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연희생양극 코팅용 모르타르 조성물을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 아연희생양극 및 단면복구용 저전도성 폴리머모르타르를 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식 보수방법 및 아연희생양극 코팅용 모르타르 조성물에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아연희생양극 및 단면복구용 저전도성폴리머모르타르를 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식 보수방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방식 보수 방법에 따라 콘크리트 구조물을 보수하기 위해서는, 먼저, 보수될 콘크리트(6) 구조물에 대한 현장 조사를 실시하여, 콘크리트(6)가 박리 또는 탈락된 부분(8)을 결정하고, 탈락된 부분(8) 주위에 존재하는 열화되어 들떠 있거나 균열이 심하여 탈락될 우려가 있는 콘크리트를 제거한다. 다음으로, 콘크리트가 탈락된 부분(8)에 있는 철근(5)의 부식부위를 사포, 솔 등을 이용하여 제거하는 것이 바람직하며, 필요에 따라 부식 부위를 제거한 철근(5)을 물로 세척하고, 건조한 후, 방청제를 도포할 수도 있다. 부식 부위를 제거한 후에는, 아연희생양극(1)이 모르타르(2)에 매입되어 형성된 양극체(4)와 상기 철근(5)을 전기전도성 커넥터(3)를 이용하여 전기적으로 연결한다.
다음으로, 상기 양극체(4)를 콘크리트가 탈락된 부분(8)에 적절히 위치시키고, 콘크리트가 탈락된 부분(8)을 저전도성 폴리머 모르타르(7)로 채워 넣어, 콘크리트 구조물(6)의 표면을 원 상태로 복구한다. 이때 사용되는 저전도성 폴리머 모르타르(7)는 포틀랜드 시멘트 10 내지 40중량%, 바람직하게는 20 내지 30중량%, 모래 20 내지 45중량%, 바람직하게는 30 내지 35중량%, 실리카흄 3 내지 10중량%, 바람직하게는 5 내지 7중량%, 칼슘실리케이트, 칼슘 알루미네이트 등의 팽창재 5 내지 12중량%, 바람직하게는 7 내지 10중량%, 탄소섬유 0.1 내지 0.5중량%, 바람직하게는 0.1 내지 0.3중량5%, 셀룰로우스섬유 0.08 내지 0.15중량%, 바람직하게는0.10 내지 0.15중량%, 변성아크릴수지 3 내지 15중량%, 바람직하게는 8 내지 10중량%, 물 10 내지 23중량%, 바람직하게는 15 내지 18중량%를 포함한다 또한, 상기 폴리머 모르타르(7)는 필요에 따라, 콘크리트 내부에서 쿠션 역할을 하는 기포를 형성하기 위하여 통상적으로 사용되는 고성능 감수제를 0.1 내지 0.2중량% 포함할 수도 있다.
이와 같은 성분의 저전도성 폴리머 모르타르(7)는 열화된 콘크리트 단면을 복구할 뿐만 아니라, 아연희생 양극재에서 발생되는 방식전류가 철근에 원활히 공급될 수 있도록 하는 기능을 한다. 여기서, 상기 포틀랜드 시멘트, 모래, 실리카흄, 팽창재 및 물은 통상적으로 사용되는 모르타르 성분들로서, 이들의 함량이 상기 범위보다 작거나 큰 경우에는 복구된 콘크리트 부위의 강도, 내구성 등 기계적 성질이 저하될 우려가 있다. 또한 상기 저전도성 폴리머 모르타르(7)에 포함되는 탄소섬유는 전도성을 부여하는 기능을 하는 것으로서, 그 함량이 0.1중량% 미만인 경우에는 전도성을 충분히 발휘하지 못하는 문제가 있고, 0.5중량%를 초과하는 경우에는 전도성이 너무 커서 기능상 문제가 있다. 또한, 상기 셀룰로우스섬유는 균열을 방지하는 기능을 하는 것으로서, 그 함량이 0.08중량% 미만인 경우에는 균열방지 효과가 적은 문제가 있고, 0.15중량%를 초과하는 경우에는 배합에 문제가 있으며, 상기 변성아크릴수지는 시멘트화 반응하여 공극을 치밀하게 하고 콘크리트와의 접착성능을 발휘하는 기능을 하는 것으로서, 그 함량이 3중량% 미만인 경우에는 상기의 효과를 발휘하지 못하는 문제가 있고, 15중량%를 초과하여도 추가적인 효과의 상승을 발휘하지 못한다.
이와 같이, 콘크리트가 탈락된 부분(8)에 채워 넣은 저전도성 폴리머 모르타르(7)를 1 일 내지 3일 동안 양생한 후, 표면 코팅재(10)를 소정 두께로 코팅하고 건조하여 표면 코팅층을 형성함으로서 콘크리트 구조물을 보수한다. 상기 표면 코팅재(10)로는 콘크리트(6)와 변형이 일치하는 코팅막을 형성하여 염분, 염화 칼슘, 탄산가스 및 기타 유해한 물질의 침투를 막을 수 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 침투하여 코팅막을 형성하는 수용성 변성아크릴수지 고형분 20 내지 45중량%, 분산기능을 하는 물 55 내지 80중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모르타르 조성물에 매입된 아연희생양극을 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 아연희생양극(1)은 전도성 및 고알카리성 모르타르(2)에 매입되어 양극체(4)를 형성한다.
상기 아연희생양극(1)은 철근(5) 보다 낮은 전위를 가지며, 상기 아연희생양극(1)을 이루는 아연의 크기 및 순도는 보수되는 콘크리트 구조물의 크기, 수명, 환경 등에 따라 달라질 수 있으나, 통상적으로 질량은 200g, 순도는 90% 이상인 것이 바람직하다. 상기 아연희생전극(1)이 매입되는 전도성 및 고알칼리성 모르타르(2)는 통상적인 모르타르에 전도성 및 고알카리성을 부여한 것이다. 본 발명에 따른 전도성 및 고알칼리성 모르타르(2)는 통상적인 모르타르 성분으로서 바람직하게는 포틀랜드 시멘트 20 내지 35중량%, 모래 30 내지 50중량%, 석고 2 내지 5중량%, 및 물 10 내지 30중량%을 포함하며, 전도성 및 고알카리성을 부여하기위한 성분으로서 수산화나트륨 0.8 내지 2중량%, 탄소 섬유 0.2 내지 1중량%, 및 수산화리튬 0.1 내지 0.3중량%를 포함한다.
본 발명에 따른 전도성 및 고알칼리성 모르타르(2)에 포함되는 통상적인 모르타르 성분은 보수되는 콘크리트 부위의 크기, 콘크리트 구조물의 용도 등에 따라 성분, 함량 등이 적절히 선정될 수 있으나, 상기 성분 및 범위를 벗어나면 모르타르의 강도, 내구성 등 기계적 성질이 저하될 우려가 있으며, 필요에 따라 석회, 수지 등을 포함할 수도 있다. 본 발명에 따른 전도성 및 고알칼리성 모르타르(2)에 포함되는 수산화나트륨(NaOH)은 모르타르에 알카리성을 부여하기 위한 것으로서, 상기 수산화나트륨의 함량이 0.8중량% 미만인 경우에는 모르타르에 고알카리성을 부여할 수 없으며, 상기 수산화나트륨의 함량이 2중량%를 초과하는 경우에는 알칼리-골재 반응(alkali-silica reaction)이 일어나 콘크리트가 팽창하거나 파괴될 우려가 있을 뿐만 아니라 모르타르의 강도, 내구성 등 물리적 특성이 나빠질 수 있다. 또한 상기 수산화리튬(LiOH)은 모르타르에 알칼리성을 부여함과 동시에, 알칼리 골재 반응을 억제하는 기능을 하는 것으로서, 상기 수산화리튬의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 알카리 골재 반응이 일어나 콘크리트가 팽창하거나 파괴될 우려가 있을 뿐만 아니라 모르타르 조성물의 pH가 감소하며, 0.3중량%를 초과하는 경우에는 모르타르의 물리적 특성이 나빠질 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 및 고알칼리성 모르타르(2)에 포함되는 탄소섬유는 모르타르에 전도성을 부여하기 위한 것으로서, 이와 같이 탄소섬유를 첨가함에 의하여 모르타르의 비저항이 바람직하게는 5,000 내지 10,000 ohm-cm의 값을 갖도록 조절된다. 상기 탄소섬유의 함량이 0.2중량% 미만일 경우에는 모르타르 조성물의 전도성이 낮아 방식전류의 공급이 원활하지 않아 충분한 전기방식 효과를 발휘할 수 없으며, 1중량%를 초과하는 경우에는 모르타르의 강도가 낮아지며, 시공성능이 좋지않을 뿐만 아니라 비경제적인 문제가 있다. 즉, 상기 탄소섬유는 모르타르에 전도성을 부여가기 위하여 첨가하는 것으로서, 일반적인 모르타르나 콘크리트는 전도성이 없어 전류가 흐르지 않기 때문에 전기방식의 효과가 반감되나, 본 발명에 따른 고알칼리성 모르타르(2)는 전도성이 있어 전류가 용이하게 흐르므로 전기방식 효과를 상승시킨다. 이와 같이 전도성을 부여하기 위한 성분으로는 카본블랙, 흑연 등을 사용할 수 도 있으나, 탄소섬유를 사용하면 모르타르의 인성을 증진시켜 초기균열을 방지할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에 따른 아연희생양극(1)이 매입된 전도성 및 고알카리성 모르타르(2)로 형성되는 양극체(4)는 보수되는 콘크리트 구조물의 크기, 수명, 환경 등에 따라 달라질 수 있으나, 통상적으로 가로 6cm, 세로 4cm, 높이 3cm의 크기를 갖는다.
다음으로 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
[실시예]
200g의 질량을 가지는 막대 형태의 아연을 아세톤으로 세척, 건조한 후, 일측단에 구리도선이 연결된 단자를 부착하였다. 단자가 부착된 아연을 가로 6cm, 세로 4cm, 높이 3cm의 PVC 컨테이너 내부에 위치시키고, 컨테이너를 진동시키면서, 포틀랜드 시멘트 27중량%, 모래 40중량%, 석고 3중량%, 물 28중량%, 수산화나트륨 1.3중량%, 탄소 섬유 0.5중량%, 및 수산화리튬 0.2중량%로 이루어진 전도성 및 고알칼리성 모르타르를 상기 컨테이너에 채우고, 상온에서 24시간 동안 양생하여 양극체를 제조하였다.
제조된 양극체의 구리도선을 콘크리트가 탈락되어 노출된 철근에 연결한 후, 콘크리트가 탈락된 부위에 포틀랜드 시멘트 30중량%, 모래 30중량%, 실리카흄 5중량%, 칼슘실리케이트 5중량%, 탄소섬유 0.2중량%, 셀룰로우스섬유 0.1중량%, 변성아크릴수지 10중량%, 물 19.7중량%로 이루어진 저전도성 폴리머 모르타르로 복구하고, 2일 동안 양생한 후, 변성 아크릴 수지 성분으로 이루어진 코팅조성물을 스프레이로 살포하는 방법으로 코팅하여 아연희생양극을 이용한 전기방식 보수를 수행하였다.
이상 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 아연희생양극을 이용한 전기방식 보수 방법과 종래의 타이타늄 메쉬를 사용하는 전기방식 보수공법의 시공 경제성을 개략적으로 비교하면 다음 표 1과 같다.
항목 티타늄 메쉬를 이용한 전기방식 보수 공법 본 발명에 따른 전기 방식보수 공법
재료비 18 ∼23만원/㎡ 8 ∼ 10만원/㎡
인건비/1일 미장공 : 10만원 ×4인보통인부 : 6만원 ×3인합계 : 58만원 미장공 : 10만원 ×4인보통인부 : 6만원 ×3인합계 : 58만원
1인 1일당 시공량 약 20 ㎡ 약 70 ㎡
1일 총작업량(5인 1조) 약 140 ㎡ 약 400 ㎡
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 아연희생양극을 이용한 전기 방식 보수 공법은 종래의 티타늄 메쉬를 이용한 전기 방식 보수방법에 비해, 시공 시간 및 시공 비용이 매우 적게 소요되는 장점이 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 아연희생양극을 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식 보수 방법은 경제적으로 저렴하고 간편하게 콘크리트 구조물을 보수함과 동시에, 아연희생 양극재에서 발생되는 방식전류를 철근에 원활히 공급할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 콘크리트 구조물의 보수될 부위에 노출된 철근과 아연희생양극이 모르타르에 매입되어 형성된 양극체를 전기적으로 연결하는 과정;
    상기 양극체를 콘크리트가 탈락된 부분에 위치시키고, 콘크리트가 탈락된 부분에 포틀랜드 시멘트 10 내지 40중량%, 모래 20 내지 45중량%, 실리카흄 3 내지 10중량%, 팽창재 5 내지 12중량%, 탄소섬유 0.1 내지 0.5중량%, 셀룰로우스섬유 0.08 내지 0.15중량%, 변성아크릴수지 3 내지 15중량%, 물 10 내지 23중량%를 포함하는 저전도성 폴리머 모르타르를 채워 넣는 과정; 및
    상기 저전도성 폴리머 모르타르를 양생하는 과정을 포함하는 아연희생양극을 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식 보수방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양생된 저전도성 폴리머 모르타르의 표면에 변성 아크릴 수지 성분으로 표면 코팅을 더욱 수행하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 전기방식 보수방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 저전도성 폴리머 모르타르는 고성능 감수제 0.1 내지 0.2중량%를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 전기방식 보수방법.
  4. 포틀랜드 시멘트 20 내지 35중량%, 모래 20 내지 60중량%, 석고 1 내지 8중량%, 물 10 내지 40중량%, 수산화나트륨 0.5 내지 2.5중량%, 탄소 섬유 0.1 내지 2.0중량%, 및 수산화리튬 0.1 내지 0.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연희생양극 코팅용 모르타르 조성물.
KR1020020026841A 2002-05-15 2002-05-15 아연희생양극을 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식보수방법 및 아연희생양극 코팅용 모르타르 조성물 KR20030088807A (ko)

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