KR20080071844A - 보수용 모르타르 및 이를 사용한 터널 보수 공법 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 터널 복공 콘크리트의 보수 공사 등에 있어서 단시간에 신속히 건전한 보수를 할 수 있는 보수용 모르타르를 산업부산물을 사용하여 제공한다.

재령 3시간의 압축 강도 6N/㎟ 이상을 발현하는 보수용 모르타르의 배합에 있어서, 시멘트계 결합재로서 분말도가 5000 내지 8000㎡/g인 초미립자 시멘트를 사용하고 세골재의 50용적% 이하를 흡수율이 5% 이상이고 절건 밀도가 1.4 내지 2.0g/㎤인 인공 경량 골재사로 대체하며 초미립자 시멘트의 50중량% 이하를 플라이애쉬로 대체하고 수결합재 비를 37 내지 44%로 하여(플라이애쉬는 결합재에 산입한다), 이들의 배합물을 혼련하여 프리플로우 200 내지 300mm, 응결 시발 시간이 45분 이후이고, 응결 종결 시간이 80분 이내로 한 보수용 모르타르이다.

터널 보수, 보수용 모르타르, 압축 강도, 초미립자 시멘트, 인공 경량 골재사.

Description

보수용 모르타르 및 이를 사용한 터널 보수 공법{Repairing mortar and a process for repairing tunnel using the same}

도 1은 본 발명에 따르는 보수용 모르타르의 프리플로우 시험 결과를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따르는 보수용 모르타르의 J 로트 충전 유동 시험의 결과를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따르는 보수용 모르타르의 응결 시간에 관한 시험 결과를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따르는 보수용 모르타르의 압축 강도에 관한 시험 결과를 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따르는 보수용 모르타르의 시발 시간과 3시간 압축 강도의 관계를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명에 따르는 보수용 모르타르의 결합재수 비(B/W)와 압축 강도의 관계를 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명에 따르는 보수용 모르타르의 길이 변화를 도시한 도면이다.

도 8은 본 발명에 따르는 보수용 모르타르의 각종 프라이머에 대한 부착 강 도의 시험 결과를 도시한 도면이다.

도 9는 본 발명에 따르는 보수용 모르타르의 경과 시간에 의한 마모량의 변화를, 보통의 강도 모르타르의 그것과 대비하여 도시한 도면이다.

본 발명은, 보수용 모르타르 및 이를 사용한 터널 보수 공법에 관한 것이다.

일반 터널이나, 수로 터널 및 도수로 등의 복공 콘크리트 표층부에는, 년수가 지남에 따른 마모·세굴(洗掘)·갈라짐 등의 열화가 생기고 있는데, 이의 보수 공사로서, 통상적으로는 이동식의 센터 형틀을 설치하여 그라우트 펌프 등으로 모르타르 주입·충전하는 내권 공법이 실시되고 있다. 이 때 교통량이 적은 야간 시공 또는 건조기에서 될 수 있는 한 신속히 시공할 수 있는 것이 요망되고 있다. 특히 수력발전소에서는 건설후 50년 이상 경과한 수리 구조물이 많이 있으며, 이에 대처하기 위해서는, 지구환경의 보전 및 자원순환형 자재의 사용을 고려하면서 산업부산물을 유효 이용하여 보수할 수 있어야 한다.

수로 터널의 보수 공사는, 거의 11월 내지 2월의 건조기의 시공 환경 기온 10℃ 이하에서 이루어지고 있지만, 공기 단축을 위해 이동식 센터 형틀(강제 조립 형틀)을 사용하여 보수 모르타르를 그라우트 펌프로 주입 충전한 후, 타설후 3시간에 탈형하는 신속 시공이 요구된다. 이를 위해서는, 고유동성과 속경성을 구비한 보수 모르타르의 사용이 불가결하다. 일반적으로 속경성을 갖는 고유동 모르타르 조성물의 유동성을 높이면 경화가 느려진다. 10℃ 정도의 저기온 환경에서는 시멘트의 강도 발현이 더욱 지연되어 버린다. 한편, 속경성을 높이면 유동을 유지하고 있는 시간이 짧아져 시공에 필요한 충분한 가사(可使) 시간을 확보할 수 없게 된다.

일본 공개특허공보 제(평)7-17794호에는, 응결 지연제를 첨가하지 않고 소정 시간의 유동성을 유지하여 고유동성 및 급경성을 갖는 급경성 고유동 시멘트 조성물이 기재되어 있다. 이러한 조성물은 10분 이상 유동성을 유지하여 3시간 이내에 1N/㎟ 이상의 강도를 발현할 수 있는 것을 목적으로 한다.

일본 공개특허공보 제2001-146458호에는, 속경성을 갖는 모르타르에 유동화제를 첨가함으로써, 타설시에 고도의 유동성을 수득하면서, 그 후에는 즉시 응결하여 탈형할 수 있는 고유동성 속경 시멘트 배합물이 기재되어 있다. 당해 배합물은 보통 폴트랜드 시멘트 모르타르를 반죽한 후, 경과 시간 30분 후에, 급결제와 유동화제와 지연제의 혼합물을 후첨가하는 것이다.

일본 공개특허공보 제(평)7-17794호에서는, 이의 실시예에 나타내고 있는 바와 같이, 이의 유동성은 10분 이내에서는 플로우 200mm을 나타내더라도, 10분을 초과하면 플로우는 200mm 미만으로 되어 버린다. 따라서 혼련으로부터 10분 이상의 가사 시간(대기 시간)을 채용하는 것이 곤란하고, 혼련후 즉시 타설하지 않으면 안 되며, 3시간후의 압축 강도는 가장 높은 것이 1.68N/㎟에 불과하다. 따라서, 형틀로의 주입 시간을 충분히 취할 수 없으며, 또한 탈형시의 강도도 충분하다고는 말하기 어렵기 때문에, 터널의 복공 모르타르의 보수에 적용하기에는 어려움이 있다.

일본 공개특허공보 2001-146458호에서는, 예를 들면, 모르타르 반죽후 30분 경과하고 나서 급결재와 유동화제 및 지연제를 첨가하는 것이기 때문에, 상부 표면에서의 시공은 가능해도, 측면이나 상부 표면의 형틀내로의 주입 시공에는 적합하지 않다. 또한, 실시예에서는 속경성의 평가로서 응결 시간만 나타내고 있지만, 속경성의 평가에서 중요한 강도 데이터가 나타나고 있지 않기 때문에, 이 점에서도, 터널 복공 모르타르의 보수에 적용하기에는 어려움이 있다.

따라서, 본 발명은, 터널 복공 모르타르의 보수에 적합한 고유동성을 가지며 이의 고유동성을 10분 이상 유지할 수 있으면서 타설후에는 시간을 두지 않고 탈형할 수 있는 높은 강도를 발현하는 보수 모르타르를 개발하는 것을 과제로 한 것이며, 더불어, 산업부산물, 예를 들면, 플라이애쉬 또는 고로 슬래그사, 또한 석탄재 조분말과 혈암을 원료로 하여 제조되는 인공 경량 골재를 될 수 있는 한 다량으로 사용하여 당해 보수 모르타르를 구성하는 것을 과제로 한다. 그리고, 일반 터널은 물론 수로 터널이나 도수로의 복공 콘크리트 보수를 시공성이 양호하면서 고품질로 실시할 수 있도록 하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결한 보수용 모르타르로서, 본 발명에 의하면, 재령(材齡) 3 시간의 압축 강도 6N/㎟ 이상을 발현하는 보수용 모르타르의 배합에 있어서, 시멘트계 결합재로서 분말도가 5000 내지 8000㎠/g인 초미립자 시멘트를 사용하고 세골재의 50용적% 이하를 흡수율이 5% 이상이고 절건 밀도가 1.4 내지 2.0g/㎤인 인공 경량 골재사로 대체하며 초미립자 시멘트의 50중량% 이하를 플라이애쉬로 대체하고 수결합재 비를 37 내지 44%, 바람직하게는 39 내지 41%로 하여(플라이애쉬는 결합재에 산입한다), 이러한 배합물을 혼련하여 프리플로우 200 내지 300mm, 바람직하게는 240 내지 300mm, 응결 시발 시간이 45분 이후이고, 응결 종결 시간이 80분 이내로 한 보수용 모르타르를 제공한다. 당해 보수용 모르타르는, 재령 28일의 압축 강도 40N/㎟ 이상, 바람직하게는 45N/㎟ 이상일 수 있고, 상기 인공 경량 골재사는, 입자 직경 5mm 이하의 세립인 것이 바람직하다. 세골재로서는 규사 및 고로 슬래그사 중의 1종 또는 2종을 사용한다. 또한, 상기 프리플로우, 응결 시발 시간 및 응결 종결 시간의 측정은 어느 것이나 기온 10℃, 상대 습도 80%의 조건하에서 측정한 경우라도, 상기 값을 만족시킬 수 있다.

또한, 상기 배합에 대하여, 또한 혼화재로서 칼슘알루미네이트계 속경재 480Kg/㎥ 이하, 칼슘알루미네이트계 팽창재 60Kg/㎥ 이하, 분말도 8000㎠/g 이상의 무수석고로 이루어진 초미립자 활성화재 150Kg/㎥ 이하 중의 1종 또는 2종 이상을 배합한 보수용 모르타르를 제공한다.

또한, 당해 배합에 대하여, 또한 혼화제로서, 소포제 1Kg/㎥ 이하, 분산제12Kg/㎥ 이하, 강도 촉진제 1Kg/㎥ 이하, 지연제 1Kg/㎥ 이하 중의 1종 또는 2종 이상을 추가로 배합한 보수용 모르타르를 제공한다.

또한 본 발명에 의하면 일반 터널 또는 수로 터널의 내벽에 형틀을 설치하고, 당해 내벽과 형틀의 공간에 보수용 모르타르를 충전하는 터널의 내권 공법에 있어서, 당해 보수용 모르타르로서, 상기 보수용 모르타르를 사용하여 시공하는 터널 보수 공법을 제공한다.

본 발명자들은 터널의 복공 콘크리트 열화의 문제에 대하여 지금까지도 이의 보수 대책에 관해서 여러 가지 시험 연구를 거듭해 왔지만, 복공 콘크리트의 내측에 이동식의 강철제 형틀을 설치하고 고유동성 모르타르를 충전하여 단시간에 탈형하면서 충전 범위를 바꾸어 가는 센터 형틀 사용의 내권 공법이 단시간 시공성의 점에서도, 보수 품질의 점에서도 우수한 것에 착안하고 당해 내권 공법에 적합한 보수 모르타르를 수득하기 위해 여러 가지 검토를 해왔다. 그 결과, 가능한 한 산업부산물 자재를 원료로 하면서, 내권 공법의 이점을 충분히 도출할 수 있는 보수 모르타르를 이번에 개발할 수 있었다. 당해 보수 모르타르는, 초미립자 시멘트, 플라이애쉬, 경량 인공 골재사, 규사 및/또는 고로 슬래그사를 사용하여, 물/결합재 비를 39 내지 41%로 설정하고, 재령 3시간의 압축 강도 6N/㎟ 이상, 프리플로우240 내지 300mm, 응결 시발 시간 45분 이상, 응결 종결 시간 80분 이내를 발현시키는 것을 골자로 한다.

이하에 본 발명에 따르는 보수 모르타르에서 특정하는 사항을 설명한다.

〔초미립자 시멘트〕

시멘트 입자를 미세화한 시멘트이고, 실제로는, 분말도 2800 내지 3500㎠/g 의 보통 폴트랜드 시멘트를 재분쇄하여 분말도를 5000 내지 8000㎠/g까지 높인 시멘트를 가리킨다. 초미립자 시멘트는 미립자이기 때문에 물과의 수화 반응이 빠르며, 또한 시멘트 매트릭스의 조직을 치밀화하기 때문에 보통 시멘트보다도 초기 강도가 높아지고 장기 강도도 증가하게 된다. 본 발명에서는 이러한 초미립자 시멘트를 150Kg/㎥ 이하, 바람직하게는 10 내지 120Kg/㎥, 더욱 바람직하게는 300 내지 600Kg/㎥의 배합으로 사용함으로써, 보조 모르타르의 속경성과 고강도화를 추진시킨다. 초미립자 시멘트의 배합량이 10Kg/㎥ 미만인 경우에는 이러한 작용을 충분히 발휘할 수 없으며 강도도 부족하다. 한편 150Kg/㎥를 초과하는 배합에서는 재령 3시간의 압축 강도 6N/㎟를 확보할 수 없는 경우도 있을 수 있기 때문에, 10 내지 150Kg/㎥의 배합으로 사용한다.

〔플라이애쉬〕

플라이애쉬는 화력 발전소에서 발생하는 산업부산물로서, 주로 시멘트의 원료와 레디믹스 콘크리트 공장 및 건설현장에서의 콘크리트 제조시 시멘트의 대체재로서 사용하고 있지만, 플라이애쉬 발생량의 전부가 여기에 사용되고 있는 것은 아니며, 불사용분은 매립용 등으로 처리되고 있다. 본 발명에서는, 이러한 불사용분의 플라이애쉬를 될 수 있는 한 다량으로 사용함으로써, 터널 복공 콘크리트의 보수 모르타르로서 유효하게 이용할 수 있도록 하였다. 플라이애쉬는 물과는 직접 반응하지 않으며, 초미립자 시멘트와 물의 반응에 의해서 생성되는 수산화칼슘과 반응하여 경화 작용을 한다. 즉, 본 발명의 보조 모르타르에서는, 초미립자 시멘 트와 함께 결합재로서의 기능을 하는 잠재 수경성 물질로서 사용한다. 또한 플라이애쉬는 폴트랜드 시멘트보다 강도 발현은 느리고 화학 저항성에 강하다고 하는 성질이 있으며, 이에 의해 장기 강도의 증가를 도모할 수 있다. 또한 플라이애쉬는 시멘트 매트릭스의 조직을 치밀화하는 데 기여하고, 보조 모르타르의 고유동성과 점성에 작용을 미친다. 본 발명에서 사용하는 플라이애쉬의 분말도는 2500 내지 4500㎠/g 정도이다. 본 발명의 보조 모르타르에서는, 상기 초미립자 시멘트의 50중량% 이하를 플라이애쉬로 대체하여 사용한다. 구체적으로는 400Kg/㎥ 이하, 바람직하게는 300Kg/㎥ 이하의 배합으로 사용하는 것이 양호하다. 400Kg/㎥를 초과하는 배합에서는 재령 3시간 강도 6N/㎟ 이상을 확보하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

〔인공 경량 골재사〕

본 발명에서 사용하는 인공 경량 골재사는 흡수율이 5% 이상이고 절건 밀도가 1.4 내지 2.0g/㎤이고 평균 입자 직경이 5mm 이하이고며 입자 직경 5mm을 초과하는 조립이 존재하는 비율(조립율)이 7% 이하, 바람직하게는 5% 이하인 것이 바람직하다. 이러한 특성을 갖는 인공 경량 골재는, 천연의 세골재와 비교하여 다공질이고, 이의 공극에 물이 포함되어 있기 때문에 이를 모르타르에 혼입하면 유동성을 향상시킬 수 있으며, 함유수에 의해서 초기 재령에서의 내부 양생 효과가 발현하여, 경화시의 수축을 감소시켜 갈라짐의 발생을 억제할 수 있다.

이러한 인공 경량 골재사는, 예를 들면, 화력발전소 부생의 석탄재 조분 말(a)과 혈암의 미분말(b)을 (a):(b)의 중량비 4:6 내지 6:4의 비율로 혼합하고 결합재를 가하여 조립한 후, 이를 로터리 킬른에서 약 1100 내지 1200℃에서 소성하고, 이의 냉각 과정에서 거의 100 내지 200℃로부터 수중에 급냉시켜, 수득된 소성품은 조쇄(粗碎)하고 분급하여 5mm 이하의 세골재분을 분별함으로써 수득할 수 있다.

당해 인공 경량 골재사의 절건 밀도가 1.4g/㎤ 미만인 경우에는 압괴 하중 1000N 미만이 되고, 또한 당해 밀도가 2.0g/㎤를 초과하면 충분한 흡수율을 확보하는 것이 곤란해지기 때문에, 본 발명에서 사용하는 인공 경량 골재사의 절건 밀도는 1.4 내지 2.0g/㎤, 바람직하게는 1.40 내지 1.90g/㎤인 것이 양호하다. 흡수율에 관해서는 5% 이하에서는 상기 유동성 및 내부 양생 효과에 의한 수축 감소 효과가 충분히 나타나지 않는다. 흡수율은 20% 이하인 것이 양호하다. 이것보다 높은 흡수율의 것은 지나치게 다공질이 되어 강도 향상에 기여하기 어려워진다.

본 발명에 있어서는, 세골재의 50용적% 이하를 이러한 인공 경량 골재사로 대체한다. 세골재를 50용적% 초과해서 인공 경량 골재사로 대체하면, 보조 모르타르의 유동성 및 강도 특성의 조절을 안정적으로 제어할 수 없게 될 우려가 있기 때문에 그다지 바람직한 것이 아니다. 세골재에 대한 인공 경량 골재사의 대체율은, 바람직하게는 40용적% 이하, 더욱 바람직하게는 30용적% 이하이다.

〔세골재〕

본 발명에서 사용하는 세골재는 규사 및 고로 슬래그사중의 1종 또는 2종인 것이 바람직하다. 적절한 입도 분포를 갖는 규사 및/또는 고로 슬래그사를 사용함으로써 보수용 모르타르의 유동성 및 치밀성을 향상시킬 수 있다. 고로 슬래그사는 고로 슬래그를 골재로서 재활용한 것이고, 규사의 대체 재료로서 본 발명에서는 사용 가능하다. 세골재의 배합은 수결합재 비 및 인공 경량 골재사의 배합량에도 의존하지만, 800 내지 1,800Kg/㎥의 범위, 바람직하게는 1,000 내지 1500Kg/㎥의 범위인 것이 양호하다. 규사에 대한 고로 슬래그사의 대체량이 많을수록, 산업부생물의 유효 이용이 가능해진다.

〔수결합재 비〕

본 발명에 따르는 보수 모르타르는, 수결합재 비를 37 내지 44%, 바람직하게는 39 내지 41%로 하여 혼련한다. 수결합재 비의 산출에 있어서, 결합재는 초미립자 시멘트와 플라이애쉬의 총량으로 하여 물/(초미립자 시멘트+플라이애쉬)의 백분률을 가지고 나타낸다. 수결합재 비가 37% 미만인 경우에는 보수용 모르타의 프리플로우 200mm을 안정적으로 확보하는 것이 곤란해지며, 44%를 초과하면 강도를 의도하는 곳까지 높이는 것이 곤란해지고, 재료 분리가 생기기 쉬워진다.

이와 같이 하여 본 발명의 보수용 모르타르는, 시멘트계 결합재로서 분말도가 5000 내지 8000㎠/g인 초미립자 시멘트를 사용하고 세골재의 50용적% 이하를 흡수율이 5% 이상이고 절건 밀도가 1.4 내지 2.0g/㎤인 인공 경량 골재사로 대체하며 초미립자 시멘트의 50중량% 이하를 플라이애쉬로 대체하고 수결합재 비를 37 내지 43%로 한 기본 배합을 채용하여 이러한 기본 배합물을 혼련함으로써, 프리플로우 200 내지 300mm, 바람직하게는 240 내지 300mm의 양호한 유동성을 가지면서 재령 3시간의 압축 강도 6N/㎟ 이상을 발현하고, 응결 시발 시간이 45분보다 나중이고, 응결 종결 시간이 80분 이내인 초기 경화 특성을 나타낸다. 또한 재령 28일의 압축 강도 40N/㎟ 이상을 확보할 수 있다.

이러한 기본 배합의 보수용 모르타르에 의하면, 10 ±5℃의 저기온 환경하에 있어서도 터널의 내권 공법을 양호한 시공성으로 실시할 수 있다. 즉, 일반 터널 또는 수로 터널의 내벽에 형틀(예를 들면, 센터 형틀)을 설치하고, 당해 내벽과 형틀의 공간에 보수용 모르타르를 충전하는 터널의 내권 공법에 있어서, 충전 개소가 경화되면 탈형하여 다음의 충전 개소에 형틀을 이동해 갈 때에, 좁은 충전 개소에본 발명의 보수용 모르타르는 양호하게 자기 충전해 가고, 더구나, 혼련으로부터 45분 이내에는 경화가 시작되지 않기 때문에, 혼련물을 주입 개시할 때까지 충분한 여유를 가질 수 있는 동시에, 3시간 후에는 탈형 가능한 6N/㎟ 이상의 강도를 나타내기 때문에, 형틀의 탈형 이동을 신속하게 실시할 수 있는 등, 시공 시간과 시기에 제한을 받는 터널 내권 공법의 시공법의 개선에 크게 공헌할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 일반 터널 또는 수로 터널의 내벽에 형틀을 설치하고, 당해 내벽과 형틀의 공간에 보수용 모르타르를 충전하는 터널의 내권 공법에 있어서, 상기 기본 배합의 보수용 모르타르를 사용하는 것을 특징으로 하는 터널내권 공법을 제공할 수 있으며, 이러한 터널 내권 공법에 의하면, 종래의 것에는 없는 양호한 시공성을 실현할 수 있는 동시에 양호한 보수 품질을 확보할 수 있다.

본 발명에 따르는 보수용 모르타르는, 상기「기본 배합」의 보수용 모르타르 에 대하여, 더욱 적절한 혼화재 및 혼화제를 배합하여 이의 특성을 더욱 개선한 것을 제공한다. 사용하는 혼화재 및 혼화제는 다음과 같다.

사용하는 혼화재

〔칼슘알루미네이트계 속경재〕

칼슘알루미네이트 속경재는 석고와 혼합하여 사용함으로써, 물과 순간적으로 반응하여 에트링가이트(Ettringite) 수화물을 생성한다. 이로 인해, 보통 폴트랜드 시멘트에서는 수일 내지 수십일에 발현하는 압축 강도를 수시간에 수득할 수 있다. 본 발명의 보수용에 있어서도, 이러한 칼슘알루미네이트계 속경재(석고 첨가한 것)를 배합함으로써, 초기 강도의 발현 정도를 조절할 수 있다. 칼슘알루미네이트계 속경재의 배합원으로서는 480Kg/㎥ 이하, 특히 150 내지 480Kg/㎥로 할 수 있다.

〔칼슘알루미네이트계 팽창재〕

칼슘알루미네이트계 팽창재를 배합하면, 수화 반응 초기의 시멘트 매트릭스 조직을 치밀화하여 시멘트 경화체를 팽창시키는 작용이 있고, 이로 인해 시멘트의 자기 수축을 보상하여, 장기적으로 건조 수축을 방지할 수 있다. 본 발명의 보수용 모르타르에 있어서도, 이러한 칼슘알루미네이트계 팽창재를 배합하면 보수 개소의 건조 수축이 억제되기 때문에, 장기에 걸쳐 안정된 품질을 갖는 보수를 할 수 있다. 본 발명의 보수용 모르타르에 대한 칼슘알루미네이트계 팽창재의 배합량으 로서는 15 내지 60Kg/㎥의 범위가 적절하다.

〔초미립 활성화재〕

초미립 활성화재는, 분말도 8000㎠/g 이상의 초미립자의 무수 석고로 이루어진다. 이러한 초미립 활성화재를 본 발명의 보수용 모르타르에 배합하면, 초미립자 시멘트 및 칼슘알루미네이트계 속경제가 물과 접촉하여 급결하는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 시공 작업에 필요한 가사 시간을 안정적으로 확보할 수 있다. 일정한 시간이 경과한 후에는, 이러한 초미립 활성화재는 초미립자 시멘트 및 칼슘알루미네이트계 속경제와 화학 반응하여 초기 강도의 확보에 기여하며, 조직의 치밀화에 유효하게 작용한다. 그러나, 초기에 반응하지 않았던 미반응의 무수 석고는 장기간에 걸쳐 반응을 일으킨다. 본 발명의 보수용 모르타르에 대한 초미립 활성화재의 배합량으로서는 30 내지 150Kg/㎥의 범위가 적절하다.

〔실리카흄〕

플라이애쉬의 일부를 실리카흄으로 대체하여 사용할 수 있다. 실리카흄을 사용한 경우에는, 이의 양을 결합재의 양에 산입하여 물/결합재 비를 산출한다.

이러한 혼화재는, 어느 것이나 보수용 모르타르의 강도에 영향을 주는 결합재 중의 1종이라고 말할 수 있다. 이로 인해 이러한 혼화재를 사용하는 경우의 수결합비의 산출에 있어서는, 이러한 혼화재도 결합재로서 산입한다. 또한, 이러한 혼화재중, 칼슘알루미네이트계 속경재, 칼슘알루미네이트계 팽창재 및 초미립 활성 화재에 관해서는, 분말상인채로 초미립자 시멘트와 미리 혼합해 두고, 이러한 혼합 분말을 시멘트계 결합재로서 사용할 수 있다. 그리고 물/결합재 비의 산출에 있어서는, 이러한 혼화재를 혼합한 시멘트계 결합재를 그대로 결합재의 양에 산입하여, 플라이애쉬를 첨가하는 것이면 이의 플라이애쉬도 결합재의 양에 산입한다.

혼화재 배합의 수결합재 비: 이러한 혼화재를 배합하였을 때의 수결합재 비에 관해서는, 기본 배합에서 설명한 바와 같이 37 내지 44%, 바람직하게는 39 내지 41%로 하는 것이 양호하다.

사용하는 혼화제

시공 환경에 따라서는 보수용 모르타르의 유동성이나 강도 특성을 적절히 조절하는 것이 필요해지는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 다음의 혼화제를 첨가하여 보수용 모르타르를 혼련하는 것이 양호하다.

〔소포제〕

연행 공기의 발생에 의해 공기량이 증가하는 경우에, 이를 억제하기 위해서 첨가하는 것으로, 폴리에스테르계, 실리콘계, 에틸알콜 및 에틸렌글리콜 중의 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있고, 시장에서 입수 가능한 것을 사용할 수 있다. 첨가량으로서는 통상은 1Kg/㎥으로 충분하다.

〔분산제〕

단위 수량을 과잉으로 하지 않고 모르타르의 유동성을 확보하고, 수밀성 향 상 및 동결 융해의 저항성을 개선시켜 내구성을 증진시키는 데 사용한다. 또한, 프레쉬의 모르타르의 점성과 유동성을 동시에 부가하여, 압축이 불필요한 유동성을 갖기 위해서 사용한다. 분산제로서는 시장에서 입수할 수 있는 고성능 감수제를 사용할 수 있고, 폴리카르복시산계, 나프탈렌계, 멜라민계 및 리그닌계의 고성능 감수제 중의 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 첨가량으로서는 통상의 경우 12Kg/㎥ 이하에서 목적을 달성할 수 있다.

〔강도 촉진제〕

모르타르의 3시간 이후의 강도 발현을 촉진시키는 것이 필요할 때에 사용한다. 강도 촉진제로서는, 황산나트륨(Na₂SO₄), 질산나트륨(NaNO₃), 시안화나트륨(NaSCN), 탄산리튬(LlCO₃), 질산칼슘(CaNO₃) 등을 사용하지만, 단독 또는 혼합하여 사용하는 것이 가능하다. 첨가량으로서는 1Kg/㎥ 이하에서 목적을 달성할 수 있다.

〔지연제〕

시공시의 기온이나 시공 조건에 따라서는 반죽하면서 타설까지의 가사 시간을 길게하는 것이 필요할 때가 있다. 이러한 경우에 속경성 초미립자 시멘트 및 칼슘알루미네이트계 팽창제의 수화 반응을 지연시킬 수 있는 지연제를 사용한다. 사용하는 지연제로서는, 나트륨 글루코네이트, 시트르산, 타르타르산, 붕산을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 혼합하여 사용한다. 첨가량으로서는 1Kg/㎥으로 충분하다.

혼화재 및 혼화제를 배합하는 개선 배합의 배합예를 참고로 표 1에 기재하였다.

본 발명에 의한 고성능 보수용 모르타르는 산업부산물의 석탄재와 석탄재 인공 골재 및 고로 슬래그 골재를 주원료로 하여 사용하여 고유동, 속경성, 고강도, 고내구성을 발현한 것이며, 용도로서는 일반 터널, 수로 터널에서의 내권 공법에 특히 적합하다. 또한 도로 및 다른 구조물의 보수용 재료로서도 사용하는 것도 가능하다. 본 발명의 보수용 모르타르는, 일반적인 보수 모르타르와 비교하면, 유동성, 속경성, 고강도, 고내구성의 균형이 우수하기 때문에, 양호한 작업성을 기초로 고품질의 보수 성과가 수득되어 경제적이기도 한다.

이하에 실시예를 기재하였다.

[실시예]

본 실시예에서 사용한 원재료의 종류와 이들의 물성을 표 2에 기재하였다. 이러한 원재료를 표 3에 기재한 배합으로 혼련하여, 수득된 각 모르타르의 플래쉬 시험의 결과를 표 3에 병기하였다. 시험은, 건조기에 수로 터널 내부에서의 내권 공법을 실시하는 것을 상정하고, 기온 10℃, 상대 습도 80%의 조건으로 설정하였다.

결합재로서의 시멘트에는, 초미립자 시멘트에, 칼슘알루미네이트계 속경재와, 칼슘알루미네이트계 팽창재 및 초미립 활성화재를 미리 혼합한 초미립자 혼합 시멘트를 사용하였다. 본 실시예에서 사용한 초미립자 혼합 시멘트의 각 재료의 혼합 비율은 초미립자 시멘트 9.5중량%, 칼슘알루미네이트계 속경재 67.0중량%, 칼슘알루미네이트계 팽창재 8.0중량%, 초미립 활성화재 15.0중량%의 것이다. 표 3의 배합예에 있어서는, 이러한 초미립자 혼합 시멘트중의 각 재료의 배합 비율은 모르타르 1㎥당 단위 중량 기준으로 나타내면, 초미립자 시멘트 28 내지 57Kg/㎥, 칼슘알루미네이트계 속경재 201 내지 402Kg/㎥, 칼슘알루미네이트계 팽창재 25 내지 51Kg/㎥, 초미립 활성화재 45 내지 90Kg/㎥가 된다.

조합은, 표 3에 기재한 바와 같이, 배합예 1 내지 6에 있어서는 수결합재 비비(W/B)를 41%, 단위 결합재량을 600Kg/㎥로 하고, 초미립자 혼합 시멘트의 0 내지 300Kg/㎥를 대체 수준을 바꿔 플라이애쉬로 대체하였다. 또한, 전체 골재 용적의 30용적%에 상당하는 분을 인공 경량 골재사(표 2중의 JS)로 대체하였다.

실제 현장에서는, 시공시에 단위 수량을 정량적으로 계량하는 것이 곤란하기 때문에, 배합예 7 내지 12에 있어서 단위 수량만을 가감한 경우의 성상 변화를 조사하였다. 즉, 플라이애쉬의 혼입량 100, 150, 200Kg/㎥의 배합에 있어서 수결합재 비를 39%과 44%로 하여, 이들의 성상 변화를 조사하였다.

〔시험 항목과 시험 방법〕

각 배합예의 프레쉬 시험의 결과를 표 3 및 도 1 내지 도 3에 도시하였다. 또한, 도 4 내지 6에 압축 시험의 결과를, 도 7에 재령과 길이 변화율의 관계를 나타내는 시험 결과를, 도 8에 프라이머에 대한 부착 강도 시험 결과를, 도 9에 경과시간과 마모 깊이의 관계를 나타내는 시험 결과를 도시한다.

이들의 시험 방법은 다음과 같다.

프리플로우 시험: JIS R 52O1(시멘트의 물리 시험 방법의 플로우 시험)에 준하여, 낙하 운동을 하지 않는 자유 플로우값을 측정하였다.

J14 로트 시험: JSCE-F541(충전 모르타르의 유동성 시험)에 준하였다.

공기량과 단위 용적 질량의 측정: JIS A 1128(공기량의 압력에 의한 시험 방법)에 준하였다.

응결 시간의 측정: JIS A 1147(콘크리트의 응결 시간 시험 방법)에 준하였다.

압축 강도의 측정: JIS A 11O8(콘크리트의 압축 강도 시험 방법)에 준하여, 측정 재령을 3시간, 7일, 28일로 하고, 양생 조건은 10℃, 80%R.H.로 하였다.

길이 변화 시험: JIS A 1129-1(길이 변화 시험 방법-컴필레이터 방법)에 준하여, 시험체의 치수는 40 ×40 ×160mm으로 하고, 콘크리트를 다져 넣은 후, 1일 봉함 양생을 실시하고, 즉시 10℃·60% R.H.에서 양생하였다.

부착 시험: JIS A 6909(건축용 마무리 도재의 부착 강도 시험)에 준하여, 600 ×30O ×60mm의 JIS 포장용 평판을 사용하여 실시하였다. 시험체는 포장용 평판의 상부 표면을 거칠게 한 후 각종 프라이머를 표준 사용량 도포하고 보수 모르타르를 두께 10mm 흘려 넣고, 재령 14일과 28일에 부착 강도를 측정하였다. 양생 조건은 10℃·80% R.H.로 하였다. 프라이머는 도포 없음(물 적심) 및 에틸렌아세트산비닐계 2종류, 아크릴계 중합체 2종류, 에폭시 수지계 1종류의 6종류로 하였다. 시험체는 각 재령에 6개를 샘플링하여, 최대치 및 최소치를 제외한 시험체 4개의 평균치로 평가하였다.

마모 시험: ASTM C 779「콘크리트 표면의 내마모 시험 방법」의 A법(회전 원반기)에 준하여 실시하였다. 시험체는 300 ×300 ×50mm의 평판으로 하고, 재령 28일까지 10℃ 수중에 침지 양생후 1주간 20℃·60% R.H.로 기건 양생을 실시하고, 0분, 30분, 60분, 90분, 120분까지의 마모 시험을 실시하였다. 마모량의 측정방법은 시험체의 네 모퉁이에 측정판의 다리부를 고정시키기 위한 칩을 붙이고 측정판을 설치하여, 상부 표면으로부터 시험체 상부 표면까지의 깊이를 마모면 24점에 관해서 디지탈 게이지로 평균치를 구하였다.

〔시험 결과〕

표 3 및 도 1 내지 9의 시험 결과에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따르는 보수용 모르타르는 기존의 것과는 다른 특이한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

1. 도 1에 도시한 바와 같이, 프리플로우는, 플라이애쉬의 혼입량이 증가하더라도 258 내지 289mm을 나타낸다. 또한, 플라이애쉬의 혼입량 100Kg/㎥과 150Kg/㎥에 있어서 수결합재 비를 변화시킨 경우에 프리플로우는, 플라이애쉬의 혼입량이 증가하면 커지는 경향이 있지만, 수결합재 비 39 내지 44%에서는 257 내지 302mm을 나타낸다.

2. 표 3과 같이, 공기량에 관해서는, 모든 조합에 있어서 1.4 내지 2.8%의 범위이고, 플라이애쉬의 혼입량과 수결합재 비의 변화에 의한 영향은 거의 보이지 않는다.

3. 도 2에는, 플라이애쉬의 혼입량에 의한 J 로트의 충전 유동성의 결과를 도시하지만, 플라이애쉬를 혼입한 보수용 모르타르에서는, 플라이애쉬의 혼입량이 증가함으로써 J 로트의 유하 시간이 느려지는 경향이 있고, 22 내지 55초 정도이다. 또한 수결합재 비가 저하되면 유하 시간이 느려지는 경향이 있고, 수결합재 비39%의 보수용 모르타르는 수결합재 비 44%인 것보다 2.5배 정도 느리다.

4. 도 3에는 응결 시험의 결과를 도시하지만, 모든 배합에 있어서 시발 시간이 48 내지 62분, 종결 시간이 65 내지 76분이고, 시발에서 종결까지 약 15분 정도이다. 보수용 모르타르의 내권 공법으로의 실용화에 있어서는, 반죽하면서 그라우트 펌프에 의한 주입까지 20분 정도의 시간을 요하기 때문에, 30분 이상의 가사 시간의 확보가 필요해지지만, 본 예의 모르타르는 시발 시간이 48분 이상을 나타내고 있기 때문에, 가사 시간을 충분히 확보할 수 있다.

5. 도 4에는 압축 강도를 도시한다. 재령 3시간의 압축 강도는 플라이애쉬의 혼입량이 증가함으로써 저하되는 경향이 있지만, 플라이애쉬 혼입량 300Kg/㎥(배합예 6) 이외에는 6N/㎟ 이상이다. 재령 28일의 압축 강도는 플라이애쉬 혼입량이 증가하면 크게 감소되는 경향이 있으며, 약 25.3 내지 67.3N/㎟의 범위이다. 플라이애쉬 혼입량 300Kg/㎥(배합예 6)을 제외한 모든 보수 모르타르는 40N/㎟ 이상이다.

6. 도 5에 시발 시간과 3시간 강도의 관계를 나타낸다. 플라이애쉬가 증가함으로써 시발 시간은 빨라지지만, 3시간 압축 강도는 작아지는 경향을 나타낸다. 플라이애쉬의 혼입량에 의한 시발 시간의 차는 최대 15분 정도이다. 시멘트량에 대한 플라이애쉬의 혼입량의 조정에 의해 시발 시간을 조정할 수 있다.

7. 도 6에 결합재수 비(B/W이고, W/B가 아니다)의 차이에 의한 압축 강도의 변화를 도시한다. 플라이애쉬의 혼입량 100Kg/㎥(배합예 3)와 150Kg/㎥(배합예 4) 및 200Kg/㎥(배합예 5)에 관해서, 재령 3시간의 압축 강도는 결합재수 비의 차이에 의한 영향은 적고, 어느 결합재수 비에서도 6N/㎟ 이상을 나타낸다. 재령 28일의 압축 강도는 결합재수 비가 증가하면 커지는 경향이 있지만, 어느 것이나 40N/㎟를 상회한다. 본 발명에 따르는 보수용 모르타르에서는, 플라이애쉬의 혼입량 및 단위 수량의 가감에 의한 수결합재 비의 변화에 대한 압축 강도는, 플라이애쉬의 혼입량이 200Kg/㎥ 이하이면, 설정한 목표치를 만족시키는 것을 알 수 있다. 따라서, 단위 수량의 가감에 의한 수결합재 비의 허용 범위로서, 계획 조합에 있어서 수결합재 비가 ±3%(단위 수량 ±18Kg/㎥) 정도이더라도, 이의 압축 강도의 품질을 확보할 수 있다.

8. 도면 7에 변화율의 시험 결과의 일례를 도시하지만, 재령 60일부터 길이는 거의 안정적이고, 재령 91일에서는 7.9 ×10^-4 내지 8.8 ×10^-4의 범위이다. 또한, 플라이애쉬 혼입량에 의한 길이 변화에는 큰 차이는 없다.

9. 도 8에 각종 프라이머에 대한 부착 강도를 도시한다. 재령 14일의 부착 강도는, 에폭시 수지계 프라이머를 제외하고, 1.5N/㎟를 크게 상회하고 있다. 재령 28일의 부착 강도는 2.1 내지 3.4N/㎟를 나타낸다. 에폭시 수지계 프라이머를 제외하고, 프라이머의 도포에 의해 부착 강도가 약간 증가하는 경향이 있다. 프라이머 성분에 착안하면 아크릴계 중합체의 부착 강도가 높다. 아크릴계 중합체중, A 프라이머의 부착 강도는 M 프라이머보다 약간 큰 값을 나타내고 본 발명의 보수용 모르타르와의 상성이 양호하다.

10. 도 9에 마모 시험의 결과를 도시하였다. 마모 시험은, 배합예 3의 본 발명 모르타르와 보통 시멘트를 사용한 고강도 모르타르(W/C: 43%, 단위 시멘트량570Kg/m), S/C: 2.58, 천연사 사용)에 관해서, 경과 시간에 의한 마모량에 관해서 양자를 대비하여 나타내었다. 도 9에 도시한 바와 같이, 마모 깊이는 양자 모두 경과 시간에 따라 직선적으로 커지지만, 경과 시간 120분에 있어서의 마모 깊이는 양자 모두 약 2mm 정도이고, 또한 동등한 경사를 나타내고 있는 점에서, 양자에게는 유의적인 차는 없으며 거의 동등하다고 생각해도 양호하다.

본원 발명은 터널 복공 콘크리트의 보수 공사 등에 있어서 단시간에 신속히 건전한 보수를 할 수 있는 보수용 모르타르를 산업부산물을 사용하여 제공한다.

Claims (9)

1. 재령 3시간의 압축 강도 6N/㎟ 이상을 발현하는 보수용 모르타르의 배합에 있어서, 시멘트계 결합재로서 분말도가 5000 내지 8000㎠/g인 초미립자 시멘트를 사용하고 세골재의 50용적% 이하를 흡수율이 5% 이상이고 절건 밀도가 1.4 내지 2.0g/㎤인 인공 경량 골재사로 대체하며 초미립자 시멘트의 50중량% 이하를 플라이애쉬로 대체하고 수결합재 비를 37 내지 44%로 하여(플라이애쉬는 결합재에 산입한다) 이러한 배합물을 혼련하여 수득한, 프리플로우가 200 내지 300mm이고 응결 시발 시간이 45분 이후이고 응결 종결 시간이 80분 이내인, 보수용 모르타르.
2. 제1항에 있어서, 재령 28일의 압축 강도가 40N/㎟ 이상임을 특징으로 하는, 보수용 모르타르.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인공 경량 골재사의 평균 입자 직경이 5mm 이하임을 특징으로 하는, 보수용 모르타르.
4. 제1항에 있어서, 세골재가, 규사 및 고로 슬래그사 중의 1종 또는 2종으로 이루어짐을 특징으로 하는, 보수용 모르타르.
5. 제1항에 있어서, 프리플로우, 응결 시발 시간 및 응결 종결 시간이 기온 10 ℃, 상대 습도 80%의 조건하에서 측정된 값임을 특징으로 하는, 보수용 모르타르.
6. 제1항에 있어서, 혼화재로서, 칼슘알루미네이트계 속경재 480Kg/㎥ 이하, 칼슘알루미네이트계 팽창재 60Kg/㎥ 이하, 분말도 8000㎠/g 이상의 무수 석고로 이루어진 초미립자 활성화재 150Kg/㎥ 이하 중의 1종 또는 2종 이상을 추가로 배합시킴을 특징으로 하는, 보수용 모르타르.
7. 제6항에 있어서, 혼화재가 분체상으로 초미립자 시멘트에 미리 혼합되고, 당해 혼합 분말이 시멘트계 결합재를 형성함을 특징으로 하는, 보수용 모르타르.
8. 제1항 또는 제7항에 있어서, 혼화재로서, 소포제 1Kg/㎥ 이하, 분산제 12Kg/㎥ 이하, 강도 촉진제 1Kg/㎥ 이하, 지연제 1Kg/㎥ 이하 중의 1종 또는 2종 이상을 추가로 배합시킴을 특징으로 하는, 보수용 모르타르.
9. 일반 터널 또는 수로 터널의 내벽에 형틀을 설치하고, 당해 내벽과 형틀과의 공간에 보수용 모르타르를 충전하는 터널의 내권 공법에 있어서, 당해 보수용 모르타르로서 제1항, 제6항 또는 제8항에 따르는 보수용 모르타르를 사용함을 특징으로 하는, 터널 보수 공법.

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