KR20100036699A - 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법 - Google Patents
내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 해상 또는 하상 등에 건설하는 교각을 조립식 강 구조물로 건설하고 교각 내.외부의 부식을 경제적으로 방지하여 교각의 안전수명을 향상시키는 조립식 강 구조물 교각의 설치방법에 관한 것으로,
강관 기초 파일을 암반에 고정되도록 드릴링 공법으로 설치하고 강관의 내부에 부식억제제를 함침시킨 모래를 충진하는 단계;
교각 받침대를 제작하여 상기 강관 기초 파일과 수중 용접 공법으로 조립하는 단계;
상기 교각 받침대 내부에 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물을 충진시키는 단계;
상기 교각 받침대 상부면에 강재 교각을 수중 용접 공법으로 조립하고, 교각 내부에 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물을 충진시키는 단계; 및
상기 교각 외부 표면을 전기 방식 공법으로 음분극시켜 교각의 외부면의 부식을 방지시키는 부식 방지용 양극을 교각에 접촉하지 않도록 설치하는 단계;
로 이루어진다.
조립식 교각, 강 구조물, 음극방식, 부식억제제, 외부전원법, 희생양극법
Description
본 발명은 교량의 교각 건설에서 조립식 강 구조물을 이용하여 교각의 내·외부면의 부식을 방지할 수 있는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법에 관한 것이다.
기존의 철근 콘크리트 교각은 내부 철근의 부식 방지 기술이 60% 정도에 머물러 있어 교각의 철근 부식문제에 따른 막대한 방식 비용이 요구되고, 유지관리에서도 고비용의 관리비가 들어도 안전수명은 60~100년 정도로 설계할 수밖에 없다.
도 1에는 종래의 비조립식 철근 콘크리트 교각의 설치예가 나타나 있다.
도 1에 나타난 바와 같이 비조립식 방법에 의해 철근 콘크리트 교각을 설치하는 경우에는 철근을 배근하고 콘크리트를 타설해야 하기 때문에 교각 받침대 및 교각 건설에서 물막이 공사, 거푸집 가설, 콘크리트 타설, 거푸집 제거, 충격방지 시설 설치 및 물막이 공사 철거는 많은 시간과 건설비가 요구되는 문제점이 있었다.
또한 유지관리에서도 잦은 파도와 부유물의 충격에 의한 콘크리트 파손 및 해수 등에 의한 콘크리트의 중성화로 인하여 콘크리트가 떨어져 나가게 되고, 내부의 철근이 노출되어 부식이 발생하게 되고 이로 인하여 정기적인 보수 및 부식 방지 관리에 고비용이 요구되는 문제점이 있었다.
본 발명은 종래의 고비용, 고부식성, 고비용의 유지관리 문제가 있는 철근 콘크리트 구조의 교각을 내후성 및 내해수성 강재를 사용하고, 수중 용접 기술 및 음극 방식 기술을 적용하여 경제적이고 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각을 설치하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 내부식성이 우수한 강 구조물 교각의 설치방법에 있어서,
강관 기초 파일을 암반에 고정되도록 드릴링 공법으로 설치하고 강관의 내부에 부식억제제를 함침시킨 모래를 충진하는 단계;
교각 받침대를 제작하여 상기 강관 기초 파일과 수중 용접 공법으로 조립하는 단계;
상기 교각 받침대 내부에 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물을 충진시키는 단계;
상기 교각 받침대 상부면에 강재 교각을 수중 용접 공법으로 조립하고, 교각 내부에 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물을 충진시키는 단계; 및
상기 교각 외부 표면을 전기 방식 공법으로 음분극시켜 교각의 외부면의 부식을 방지시키는 부식 방지용 양극을 교각에 접촉하지 않도록 설치하는 단계;
로 이루어지는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법을 제공한다.
본 발명의 교각 설치 방법에 의하면 기존에 교각 건설에 소요되는 시간을 단축시켜 비용을 절감할 수 있고, 또한 고강도 내해수성, 내후성이 우수한 강 구조물을 적용하여 강도, 내진특성 등을 향상시킬 수 있으며, 첨단 방식 기술을 적용하여 내부식성이 우수하여 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해서 본 발명자는 깊이 연구한 결과, 교각의 설치에 있어서, 고강도 내식성 강재(내후성, 내해수성 고장력강)를 적용하고, 부식 방지율을 95%이상 향상시킨 음극 방식 기술을 이용하여 상대적으로 안전수명이 길고, 건설 비용이 저렴한 고강도 교각을 설치할 수 있음을 알게 되었고, 수중 용접기술이 육상에 못지 않게 개발된 상태에서 강 구조물의 수중 조립 작업은 고비용의 물막이 공사 등을 생략할 수 있고, 아울러 강의 내충격특성은 충격방지 시설의 기능도 있기 때문에 교각 건설 비용을 대폭 감소시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이른 것이다.
이하, 본 발명에 의한 교각의 설치방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 2에는 본 발명에 따라 교각을 설치하는 방법의 일례가 나타나 있다.
도 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 따라 교각을 설치하기 위해서는 먼저 강관 기초 파일(11)을 지하의 암반에 닿도록 설치한다. 이때에 지면을 뚫을 수 있도 록 드릴링(drilling) 공법을 적용하여 강관 기초 파일(11)을 설치한다. 상기 강관 기초 파일(11)은 고강도 내후성 및 내해수성이 우수한 강을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 적용되는 드릴링 공법은 수중에서 적용되는 일반적인 공법이면 충분하다.
상기 강관 기초 파일(11)의 내부에는 부식억제제를 함침시킨 모래(21)를 충진시킨다. 여기에서 적용하는 부식억제제를 함침시킨 모래(21)는 강관 기초 파일(11)의 내부면의 부식을 방지하기 위한 것으로써 고 수용성 실리카 화합물을 액상으로 한 것으로 모래와 중량비 100:3~5의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 그 예로는 실리카졸(silicasol), 포타슘 실리케이트(potasium silicate), 리튬 실리케이트(lithium silicate) 등이 적용된다.
강관 기초 파일(11)을 설치한 후에 미리 제작한 교각 받침대(12)를 강관 기초 파일(11)과 조립한다. 이때에 강관 기초 파일(11)과 교각 받침대(12)은 수중 용접 공법을 이용하여 연결한다. 즉 강관 기초 파일(11)과 교각 받침대의 지지 구조(14)를 수중 용접 공법을 이용하여 연결한다. 본 발명에서 적용되는 수중 용접 공법은 일반적으로 수중에서 적용되는 용접 공법이면 충분하다.
상기 교각 받침대(12) 내부에 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물(22)을 충진시킨다. 이때의 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물(22)은 교각 받침대(12)의 내부면 및 지지 구조물(14)의 부식을 방지하기 위한 것으로써 소듐 실리케이트(sodium silicate) 분말과 액상 실리카졸(silicasol)을 중량비 10:0.5~1로 혼합한 혼합물을 콘크리트와 중량비 100:3~5의 비율로 혼합하여 타설하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 교각 받침대(12)를 설치한 후에 미리 제작한 강재 교각 구조물(13)을 교각 받침대(12)와 조립한다. 마찬가지로 교각 받침대(12)의 지지 구조(14)와 교각 구조물(13)의 지지 구조(15)를 수중 용접 공법을 적용하여 조립하거나 볼트를 이용하여 조립한다.
또한 교각 구조물 내부면의 부식을 방지하기 위해서 부식 억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물(23)을 충진시킨다. 이때의 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물(23)은 교각 구조물(13)의 내부면 및 지지 구조물(15)의 부식을 방지하기 위한 것으로써 소듐 실리케이트(sodium silicate) 분말과 액상 실리카졸(silicasol)을 중량비 10:0.5~1로 혼합한 혼합물을 콘크리트와 중량비 100:3~5의 비율로 혼합하여 타설하는 것이 바람직하다.
상기 교각 받침대(12)와 교각 구조물(13)은 그 외부가 고강도 내후성 및 내해수성이 우수한 강판(16)으로 둘러싸여 있고, 내부는 지지구조(14)가 구비되어 있다.
교각 받침대(12), 교각 구조물(13), 교각 받침대의 지지구조(14) 및 교각 구조물의 지지구조(15)의 재질은 내부식성을 향상시킨 내해수성 및 내후성이 우수한 강을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 강은 철에 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 등을 소량 합금한 특수강으로 일부 선박용 외판으로 사용되고 있다.
강재로 이루어진 교각의 외부면의 부식을 방지하기 위해서, 부식 방지용 양극을 설치하여 교각 외부 표면을 음분극시켜 음극방식한다. 이 때 부식 방지용 양극은 교각 외부 표면에 직접 접촉되어서는 안된다. 이는 부식 방지용 양극이 직접 접촉되는 경우에 강재 교각 외부 표면이 음분극 되지 않기 때문이다. 상기 음극방식하는 방법은 외부의 전원을 이용하는 방법(이하, '외부전원법'이라 함)과 희생양극을 이용하는 방법(이하, '희생양극법'이라 함)이 각각 또는 함께 적용될 수 있다. 이하 희생양극법과 외부전원법을 상세히 설명한다.
먼저, 희생양극법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 희생양극법은 도 2에 나타난 바와 같이, 먼저 희생양극(31)을 준비하고 상기 희생양극(31)의 양단은 철심(32)을 통해 교각의 외부면과 전기적으로 연결되도록 상기 희생양극을 설치한다. 이때에 희생양극(31)은 강재 교각 외부에 직접 접촉하지 않도록 설치한다. 상기 철심(32)을 교각의 외부면에 용접하거나 볼트를 이용하여 설치한다.
상기 희생양극법에 적용될 수 있는 희생양극은 다음과 같다.
고순도 아연양극(Zn:99.99%이상, 표면전위 -1050mV), 아연계 합금양극(Zn-Al-Si계 합금, 표면전위 -1000~1050mV), 알루미늄계 합금양극(Al-Zn-In계 합금, Al-Zn-In-Si계 합금, Al-Zn-In-Mg-Ca계 합금, 표면전위 -1100~1200mV), 마그네슘계 합금양극(Mg-Al-Zn-Mn계 합금, 표면전위 -1400~1600mV) 등이 이용될 수 있다.
상기 희생양극(31)은 철(자연표면전위 -0.65V)보다 표면전위가 낮아서 이온화경향이 강한 물질이기 때문에 이온화 경향이 강한 희생양극에서 전자가 나와서 철심을 통해 강재 교각의 외부면으로 전달되어 음분극이 이루어지는 과정을 통해서 음극방식이 이루어진다.
희생양극(31)은 강재 교각 자체와의 전위차이를 이용한 것으로 교각과 희생양극간에 물이 접하여 회로가 구성될 때 이온화 경향이 상대적으로 큰 희생양극이 우선적으로 이온화하여 물속으로 녹아서 들어갈 때 발생하는 전자가 강재 교각 외부면으로 공급되어 강재 교각의 전위를 방식전위로 음분극시켜 교각 외부면에서의 이온화를 방지하여 방식이 이루어진다.
이하, 외부전원법을 적용하는 경우에 대하여 상세히 설명한다.
도 3에는 본 발명에 따라 교각을 설치하는 방법의 다른 예가 제시되어 있으며 이에는 외부전원법을 적용한 것이다.
도 3에서는 도 2와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호로 나타내었다.
도 3에 나타난 바와 같이 외부전원법을 적용하기 위해서, 먼저 방식용 불용성 양극(41)을 준비하고 상기 불용성 양극(41)의 일단은 리드도선(42)을 통해 외부전원(43)의 (+)극에 연결하고, 외부전원의 (-)극을 다른 리드도선(44)을 통해 교각 의 외부면에 연결하여 상기 불용성 양극(41)이 리드도선(42), 외부전원(43) 및 다른 리드도선(44)을 통해 교각의 외부면에 전기적으로 연결되도록 설치한 다음, 방식전류를 공급함으로써 전자를 공급하여 음극방식한다.
이때 불용성 양극(41)이 접촉하게 되면 방식 회로가 구성되지 않기 때문에 불용성 양극(41)이 교각(13)에 접촉하지 않게 한다. 상기 리드도선(42)은 외부가 절연 물질로 피복된 도선을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 방법에 의하면 (+)극이 연결된 불용성 양극(41)은 공급되는 전류에 의해 소모되며 (-)극을 통해 전자(음전기)가 리드도선(42)을 타고 방식 대상물인 교각 외부면의 강재에 공급되어 전위를 방식전위로 음분극시키게 된다. 따라서 강재 교각 외부 표면에 전자의 공급이 이루어지게 되어 부식이 방지된다.
여기서 사용되는 상기 불용성 양극으로는 소모율이 낮은 백금양극, 티타늄양극 , 티타늄 바탕의 백금도금양극 중에서 선택하여 사용한다.
도 1은 종래 철근 콘크리트로 이루어진 교각의 단면을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 희생양극법을 사용한 교각 설치방법에 의해 만들어진 교각의 단면을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 외부전원법을 사용한 교각 설치방법에 의해 만들어진 교각의 단면을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 희생양극법과 외부전원법을 사용한 교각 설치방법에 의해 만들어진 교각의 단면을 나타낸 것이다.
도면 주요부의 설명
11: 강재 기초 파일
12: 교각 받침대
13: 강재 교각
14, 15: 내부 지지 구조
16: 기초 파일과 교각 받침대의 용접연결부
17: 교각 받침대와 교각의 용접 또는 볼트 연결부
21: 부식억제제를 함침시킨 모래
22, 23: 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물
31: 희생양극 32: 희생 양극의 철심
41: 불용성 양극 42: 리드 도선 43: 외부전원
Claims (10)
- 내부식성이 우수한 강 구조물 교각의 설치방법에 있어서,강관 기초 파일을 암반에 고정되도록 드릴링 공법으로 설치하고 강관의 내부에 부식억제제를 함침시킨 모래를 충진하는 단계;교각 받침대를 제작하여 상기 강관 기초 파일과 수중 용접 공법으로 조립하는 단계;상기 교각 받침대 내부에 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물을 충진시키는 단계;상기 교각 받침대 상부면에 강재 교각을 수중 용접 공법으로 조립하고, 교각 내부에 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물을 충진시키는 단계; 및상기 교각 외부 표면을 전기 방식 공법으로 음분극시켜 교각의 외부면의 부식을 방지시키는 부식 방지용 양극을 교각에 접촉하지 않도록 설치하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 강관 기초 파일에 사용하는 부식 억제제를 함침시킨 모래는 모래에 고수용성 실리카 화합물을 중량비 100:3~5의 비율로 혼합한 것임을 특징으로 하는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 고수용성 실리카 화합물은 실리카졸(silicasol), 포타슘 실리케이트(potasium silicate) 및 리튬 실리케이트(lithium silicate) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 교각 받침대 및 교각에 사용하는 부식 억제제를 함침시킨 콘크리트는 콘크리트에 소듐 실리케이트(sodium silicate) 분말과 액상 실리카졸(silicasol)을 중량비 10:0.5~1로 혼합한 혼합물을 중량비 100:3~5의 비율로 혼합한 것임을 특징으로 하는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 부식 방지용 양극의 설치 단계는 희생양극을 준비하고 상기 희생양극의 양단은 철심을 통해 교각의 외부면과 전기적으로 연결되도록 상기 희생양극을 설치하는 것임을 특징으로 하는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 희생양극은 고순도 아연양극, 아연합금양극, 알루미늄합금양극 및 마그네슘합금양극 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 부식 방지용 양극의 설치 단계는 방식용 불용성 양극을 준비하고 상기 불용성 양극의 일단은 리드도선을 통해 외부전원의 (+)극에 연결하고, 외부전원의 (-)극을 다른 리드도선을 통해 교각의 외부면에 연결하여 상기 불용성 양극이 리드도선, 외부전원 및 다른 리드도선을 통해 교각의 외부면에 전기적으로 연결되도록 설치한 다음, 방식전류를 공급하는 것을 포함하는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 불용성 양극은 백금양극, 티타늄양극 및 티타늄 바탕의 백금도금양극 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 부식 방지용 양극의 설치 단계는 희생양극을 준비하 고 상기 희생양극의 양단은 철심을 통해 교각의 외부면과 전기적으로 연결되도록 상기 희생양극을 설치하고, 불용성 양극을 준비하고 상기 불용성 양극의 일단은 리드도선을 통해 외부전원의 (+)극에 연결하고, 외부전원의 (-)극을 다른 리드도선을 통해 교각의 외부면에 연결하여 상기 불용성 양극이 리드도선, 외부전원 및 다른 리드도선을 통해 교각의 외부면에 전기적으로 연결되도록 설치한 다음, 방식전류를 공급하는 것을 포함하는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 희생양극은 고순도 아연양극, 아연합금양극, 알루미늄합금양극 및 마그네슘합금양극 중 선택된 어느 하나이고, 상기 불용성 양극은 백금양극, 티타늄양극 및 티타늄 바탕의 백금도금양극 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법.
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| KR101071353B1 (ko) | 2011-10-10 |
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