WO2013062243A1 - 고성능 습식 숏크리트 조성물과 이를 이용한 경관 구조물의 시공방법 - Google Patents

고성능 습식 숏크리트 조성물과 이를 이용한 경관 구조물의 시공방법 Download PDF

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WO2013062243A1
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shotcrete
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wet
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cement
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PCT/KR2012/007786
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윤경구
김용곤
최성용
김성권
신현길
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강원대학교산학협력단
대상이앤씨 주식회사
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Definitions

  • the present invention is a high-performance wet shotcrete composition and a method of constructing a landscape structure using the same, more specifically, by using a high-performance wet shotcrete composition containing silica fume and an AE agent before pouring, an excessive amount of air is secured to increase pumpability.
  • the high-performance wet shotcrete composition with high workability, high strength, and high durability, such as reduced air volume and increased shotability has excellent strength and durability, and surface sculpture and natural rock coloration It is about a construction method.
  • Wet shotcrete is a concept that is distinguished from dry shotcrete. It refers to concrete that adds water to the injector when water is mixed and supplies it to the sprayer by increasing the spraying speed by applying air from the nozzle. Air pressure type, screw and piston pump It is roughly classified as a press method. 1 is a block diagram showing the production process and construction method of the conventional wet shotcrete.
  • Wet shotcrete has the advantage of easy quality control and less rebound and dust generation than dry shotcrete because it sprays the pre-mixed material at a constant mixing ratio.
  • construction volume is larger than dry shotcrete, which is suitable for mass construction.
  • the equipment is large and constrained by the materials used, and the transfer distance is shorter than dry shotcrete.
  • Shotcrete used in Korea is mainly used for slope stabilization of tunnels and underground spaces as a primary support material, and is used only for suppressing initial deformation and is not used as a main structural material.
  • the shotcrete is a tunnelless lining method where the shotcrete is a main structural material. It is also used for the maintenance of all structures.
  • the second point is about poor quality control.
  • the shotcrete used in Korea is 21MPa, which is the quality standard, and the quality is low. Therefore, the shotcrete used in Korea currently serves only as the primary support material, and the concrete (tunnel: lining) can be overlaid to secure long-term strength and durability. As a result, the initial construction is mainly designed to prevent deformation, and thus, the efforts and recognition for the high performance of shotcrete are insufficient.
  • high performance concrete is defined as high strength and high durability of concrete, but in case of wet shotcrete, high workability should be added to high performance. Accordingly, in recent years, studies on high strength and high durability as well as high workability (pumping performance, rebound rate, pasting performance) have been actively conducted at home and abroad for the purpose of improving the performance of wet shotcrete.
  • Wet shotcrete consists of a process of transferring material through a hose by a pump and a process of spraying it onto an object (object structure) .At this time, the material transfers well due to the characteristics of the material and ensures high yield stress and viscosity that does not flow down during shotcrete placement. shall. In other words, it is necessary to have a material with excellent sticking performance when pouring shotcrete while securing fluidity with excellent pumping performance.
  • concrete (shotcrete) construction materials which are most used in civil engineering and construction, are incompatible with the surrounding natural environment due to gray color and monotonous appearance compared to natural materials, and are recognized as inhuman and unnatural materials. As a result of aging, surface degradation and cracks were generated, causing further problems in surrounding landscape. Recently, research on construction technology that can provide eco-friendly and human-friendly spaces for concrete spaces is required.
  • the present invention has been proposed to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to improve the construction properties of shotcrete, and do not easily deteriorate and crack for a long time as compared to conventional concrete, and to provide a high performance wet shotcrete composition having improved compressive strength. To provide.
  • Yet another object of the present invention is to consider the green environment and eco-friendliness by constructing a landscape structure to have a shape and color similar to natural rock by design and construction using high-performance materials, and also have a common long-term common maintenance cost This reduction is to provide a construction method for landscape structures using high-performance wet shotcrete composition with excellent economic efficiency.
  • the high performance wet shotcrete composition of the present invention is made of 80 to 85% by volume of shotcrete and 15 to 20% by volume of air before mixing, wherein the shotcrete is 18 to 28% by weight of coarse aggregate based on 100% by weight of shotcrete before mixing , 40 ⁇ 50% by weight of aggregate, 12 ⁇ 22% by weight of cement, 3 ⁇ 13% by weight of water, 1.4 ⁇ 2.4% by weight of silica fume, 1.6 ⁇ 2.6% by weight of expanding material, 0.01 ⁇ 0.1% by weight of high performance fluidizing agent 0.0001 ⁇ 0.01 It comprises a weight percent, the AE agent is 0.0027 to 0.005 parts by weight based on 100 parts by weight of the cement.
  • the construction method for establishing a landscape structure using the high-performance wet shotcrete composition of the present invention stabilizes the construction surface using any one or more slope stabilized length member of the rock bolt, earth anchor, reinforcement of the cut surface or fill surface to construct the landscape structure
  • High performance of the present invention after the adhesion and binding strength step of installing any one or more of reinforcing bars and wire mesh to strengthen the adhesion and binding force after the construction surface stabilization step, the construction surface stabilization step
  • the shotcrete surface construction step of laying and attaching a wet shotcrete composition, the shotcrete surface construction step of constructing the shotcrete surface by finishing the shotcrete installation surface and carving to form a contour of natural rock shape, the shrinkage crack of the shotcrete surface Moist curing to prevent Wet curing step, after the wet curing step comprises a colorant and coating agent coating step of applying a colorant and coating agent to represent the surface texture of the natural rock.
  • the construction method for maintaining the concrete structure using the high-performance wet shotcrete composition of the present invention is a surface cleaning step to remove and clean up the foreign matter and deterioration of the surface of the concrete structure, the wire mesh to enhance the adhesion and binding force after the surface cleaning step Attachment and binding strength step to install the, after the adhesion and binding step strengthening step shotcrete surface construction step of attaching and attaching the high performance wet shotcrete composition of the present invention, finishing the shotcrete surface and finish the contour of the natural rock shape Shotcrete engraving construction step to engrave the shotcrete engraving surface, the wet curing step of wet curing to prevent shrinkage cracking of the shotcrete surface, colorants and coating agents to represent the surface texture of the natural rock after the wet curing step Coloring to apply And a coating agent applying step.
  • the present invention increases the workability of shotcrete and does not easily deteriorate and crack for a long time compared with conventional concrete, and has an improved compressive strength.
  • the hydration reaction contains silica fume, an expansion material and an AE agent, and has excellent pumping performance and rebound when pouring, and improves the sticking performance after the shotcrete is placed, and has the effect of high strength and high durability that does not cause shrinkage cracking during the hydration reaction.
  • the landscape structure is constructed to have a shape and color similar to that of natural rock. There is an effect of the construction of landscape structures using excellent high performance wet shotcrete composition.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a conventional wet shotcrete production process and construction method.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a construction process for establishing a landscape structure.
  • FIG. 3 is a flow chart showing a construction process for maintaining a concrete structure.
  • the high performance wet shotcrete composition of the present invention is made of 80 to 85% by volume of shotcrete and 15 to 20% by volume of air before blending.
  • the shotcrete before blending is based on 18% to 28% by weight of coarse aggregate based on 100% by weight of shotcrete before blending.
  • the coarse aggregate in the shotcrete before mixing is less than 10mm in diameter, preferably 18 to 28% by weight, and 23.9% by weight, in order to reduce rebound during construction of landscape structures using the wet shotcrete composition of the present invention. More preferred.
  • the fine aggregate is preferably mixed at 40 to 50% by weight, more preferably 45.3% by weight for pumping and sticking performance.
  • the cement is usually preferably mixed at 12-22% by weight with Portland cement, more preferably 17.9% by weight.
  • Water-binder ratio (W / B) is a ratio used to express the amount of water to the unit binder, it is preferable to lower the value to have a value of 40% in order to prepare a wet shotcrete composition excellent in pumping performance and adhesion performance.
  • the binder means that the aggregate can be bonded in the concrete mixture, and in general, cement is representative, and in addition, the mixed material may be referred to as a binder when the mixed material acts as an adhesive by hydration reaction.
  • cement, silica fume and expandable materials are included in the binder.
  • the amount of unit required for the hydration in shotcrete is 15-25% of water-cement ratio, but the reason for maintaining water-cement ratio of 55 ⁇ 60% is that it is necessary to secure fluidity.
  • a high performance fluidizing agent described below is used together.
  • the silica fume is intended to increase the pumping performance and the pumping performance of the wet shotcrete composition, and when the landscape structure is constructed using the wet shotcrete composition containing the silica fume, the watertightness and durability are excellent.
  • Silver is preferably mixed at 1.4 to 2.4% by weight, more preferably 1.9% by weight.
  • the use of an expansion material can compensate for shrinkage after pouring and prevent cracking due to shrinkage.
  • the expansion material is preferably mixed at 1.6 to 2.6% by weight, and is 2.2% by weight. It is more preferable that it is%.
  • the high performance fluidizing agent is preferably mixed at 0.01 to 0.1% by weight in order to secure the fluidity of the wet shotcrete, more preferably 0.05% by weight, and in the present invention, it is most preferable to use a polycarboxylic acid system.
  • the reason for using the polycarboxylic acid system is that the slump loss phenomenon of reading the fluidity occurs over time, the conventional naphtharene-based slump loss phenomenon increases with time, so that the change of slump after concrete mixing Although there is a problem that appears, using a polycarboxylic acid system can reduce the slump loss phenomenon and has the advantage of ensuring workability up to shotcrete work after concrete mixing.
  • the AE agent air entraining agent
  • air entraining agent is preferably mixed at 0.0001 to 0.01% by weight, more preferably 0.0005% by weight, and based on cement, it is mixed at 0.0027 to 0.005 parts by weight based on 100 parts by weight of the cement.
  • the initial excess air volume is secured to the shotcrete and the fluidity increases as the air acts as a bearing, and when the shotcrete adheres to the pouring surface at the same time as the shotcrete is placed, the air volume decreases rapidly and flows as the fluidity decreases. Bonding performance is increased by increasing yield value. It also has the effect of reducing the rebound rate during pouring.
  • Conventional concretes contain AE agent to increase the durability index (freeze-melting resistance) to secure 3 ⁇ 6% by volume of air.However, shotcrete used in Korea does not require high durability, so AE agent is included. There is no shotcrete material. In addition, the shotcrete has a problem in that the amount of air decreases due to the high-pressure injection due to the nature of the construction method, thereby reducing the amount of entrained air.
  • the amount of air according to the present invention has a feature of having 15 to 20% by volume before pouring, and 3 to 6% by volume after pouring, compared to the amount of air contained in conventional shotcrete.
  • the wet shotcrete composition comprising the above materials is preferably constructed immediately after production in the field using a mobile mixer equipment.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a construction method for constructing a landscape structure using the wet shotcrete composition of the present invention
  • FIG. 3 is a construction method for maintaining a concrete structure using the wet shotcrete composition of the present invention.
  • the construction method for establishing a landscape structure includes a construction surface stabilization step, adhesion and binding strength reinforcement step, shotcrete laying surface construction step, shotcrete engraving surface construction step, wet curing step, coloring agent, and coating agent applying step.
  • the construction method for the maintenance of the concrete structure includes the surface cleaning step of the concrete structure, the step of strengthening the adhesion and binding force, the construction step of the shotcrete surface, the construction step of the shotcrete surface, the wet curing step, the colorant and the coating agent application step. Is done.
  • the construction method for constructing the landscape structure first stabilizes the construction surface by using the length-cutting member for slope stabilization of one or more of rock bolts, earth anchors and reinforcing the cut surface or the fill surface to construct the landscape structure, and enhances adhesion and binding force. In order to install at least one of the reinforcing bars and wire mesh.
  • the construction method for maintaining the concrete structure is to secure the safety condition by controlling the surrounding traffic if necessary according to the place where the concrete structure is maintained, and then remove foreign substances and deterioration parts on the surface of the concrete structure and use spin jet. After cleaning the surface, install wire mesh to improve adhesion and binding strength.
  • the adhesion and binding strength strengthening step is to install the reinforcing wire or wire mesh, or reinforcing wire and wire mesh together to strengthen the adhesion and binding strength of the high-performance wet shotcrete composition and secure the height of the shotcrete after the surface cleaning step do.
  • the wire mesh is a construction surface by bending the both ends of the main root and the main root and the transverse muscles and the main roots to be disposed in parallel at regular intervals parallel to the longitudinal direction of the plurality of stainless steel stranded wire It consists of a clamp to fix it on.
  • the construction of the shotcrete laying surface is completed by constructing the wire mesh to have a predetermined distance from the construction surface by using a spacer.
  • the shotcrete laying surface construction step is installed in a manner that the spraying the wet shotcrete composition is attached to the installation surface. At this time, the shotcrete is firmly attached to the installation surface due to the wire mesh, and the shotcrete installation surface having a predetermined thickness is constructed.
  • the shotcrete laying surface construction step does not need to install the formwork, and because the construction by spraying the wet shotcrete composition is strengthened the adhesion, excellent in applicability even in difficult work access area, thereby shortening the construction period It has the advantage of being.
  • the shotcrete surface construction step is to finish the shotcrete laying surface with a plastering and carved to form a contour in the natural shape of the natural rock to construct the shotcrete surface.
  • the wet curing step is performed to prevent shrinkage cracks on the shotcrete slices.
  • the wet curing method covers at least one of vinyl and a curing cloth on the shotcrete slice and sufficiently cures for 14 to 28 days.
  • the colorant and coating agent coating step is to apply a colorant and coating agent to represent the surface texture of the natural rock after the wet curing step.
  • the colorant used in the present invention is a product of LITHOCHROME Chemstain Classic of SCOFIELD Co., Ltd. and reacts with calcium hydroxide in concrete to give color through a neutralization reaction to give a permanent color to concrete, and the degree of expression of color depending on the amount of calcium hydroxide. Can be different.
  • the method for applying the colorant may be used using a general brush, sponge, spine float, cotton swab, etc., it is preferable not to use a product with a strong hair, it may be applied by spray injection method.
  • colorants used in concrete have few applications, and most of them are used only for flooring.
  • the colorant used in the flooring material is mostly using a water-soluble colorant, there is a problem that it is not easy to express the color to penetrate the concrete.
  • Table 1 is a compounding table showing the preferred blending ratio of one embodiment of the wet shotcrete composition of the present invention.
  • the unit binder including the cement, the silica fume, and the expanding material of the shotcrete before blending may have a value of 440 to 480 kg / m 3 for the pumping performance and the sticking performance of the wet shotcrete composition. It is more preferable that it is kg / m ⁇ 3>.
  • the Gmax means the maximum dimension of the coarse aggregate, the maximum dimension of 10mm aggregate is made of aggregates of 10mm inner pack.
  • the S / a means the aggregate aggregate rate, the total aggregate volume used when producing 1000L (1m3) of concrete is a, and the aggregate aggregate volume is S.
  • each material is divided by density and calculated by volume to calculate the volume ratio that can produce 1000l (1m3), and then convert it to weight and convert the compounding ratio to the weight ratio of the material used for 1m3 production.
  • Table 2 shows the strength characteristics, workability and durability of the landscape structure constructed using the wet shotcrete composition according to the formulation table of Table 1.
  • Table 2 shows that the landscape structure constructed using the present invention wet shotcrete composition is excellent in compressive strength, adhesion strength and crack resistance, excellent workability and sufficient air volume, freeze melting resistance, surface peeling resistance And it can be seen that the waterproof performance is excellent.
  • the present invention has excellent adhesion performance with existing concrete and has an effect of improving compressive strength, and also includes silica fume and an AE agent, which is excellent in pumping performance, and rebounding is reduced during construction. It is effective in having a high strength.
  • the landscape structure is constructed to have a shape and color similar to that of natural rock. There is an effect of the construction of landscape structures using excellent high performance wet shotcrete composition.

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Abstract

본 발명은 고성능 습식 숏크리트 조성물과 이를 이용한 경관구조물의 시공방법으로서, 더욱 상세하게는 실리카퓸과 AE제가 포함된 고성능 습식 숏크리트 조성물을 이용하여 타설 전에는 과다한 공기량이 확보되어 펌핑성능이 증대되고 타설 후에는 공기량이 감소되어 붙임성능이 증대되는 등 고시공성, 고강도 및 고내구성을 가지는 습식 숏크리트 조성물을 통해 강도 및 내구성이 뛰어나고 표면조각 및 자연암 칼라링을 통해 경관이 뛰어난 경관 구조물을 시공하는 방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 배합전 숏크리트 80~85 부피%와 공기량 15~20 부피%가 배합되어 이루어지되, 상기 배합전 숏크리트는 배합전 숏크리트 100 중량%를 기준으로 하여 굵은골재 18~28 중량%, 잔골재 40~50 중량%, 시멘트 12~22 중량%, 물 3~13 중량%, 실리카퓸 1.4~2.4 중량%, 팽창재 1.6~2.6 중량%, 고성능 유동화제 0.01~0.1 중량% AE제 0.0001~0.01 중량%가 포함되어 이루어지고, 상기 AE제는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 0.0027~0.005 중량부인 것을 특징으로 한다.

Description

고성능 습식 숏크리트 조성물과 이를 이용한 경관 구조물의 시공방법
본 발명은 고성능 습식 숏크리트 조성물과 이를 이용한 경관 구조물의 시공방법으로서, 더욱 상세하게는 실리카퓸과 AE제가 포함된 고성능 습식 숏크리트 조성물을 이용하여 타설 전에는 과다한 공기량이 확보되어 펌핑성능(Pumpability)이 증대되고 타설 후에는 공기량이 감소되어 붙임성능(Shotability)이 증대되는 등 고시공성, 고강도 및 고내구성을 가지는 고성능 습식 숏크리트 조성물을 통해 강도 및 내구성이 뛰어나고 표면조각 및 자연암 칼라링을 통해 경관이 뛰어난 경관 구조물을 시공하는 방법에 관한 것이다.
습식 숏크리트란, 건식 숏크리트와 구분되는 개념으로서, 재료의 혼합 시 물을 첨가하여 분사장치에 공급하고, 노즐에서 공기를 가하여 분사속도를 증가시켜 뿜어 붙이는 콘크리트를 말하며, 에어 압송식, 스크류 및 피스톤 펌프 압송식 공법으로 대별된다. 도 1은 종래 습식 숏크리트의 생산과정 및 시공방법을 나타낸 구성도이다.
이 방법은 약 50년 전부터 사용되어 왔으며, 1970~1980년대에 그 장비와 재료의 개발이 특히 활발히 이루어졌다(ACI 506R-05).
습식 숏크리트는 일정한 배합비에 의해 미리 배합된 재료를 뿜어 붙이기 때문에, 건식 숏크리트에 비해 품질관리가 용이하며, 리바운드 및 분진이 적게 발생하는 장점이 있다.
또한 시공량도 건식 숏크리트에 비해 커서 대량 공사에 적합하다.
반면에 장비가 대형이며 사용재료의 제약을 받는다는 점, 이송거리가 건식 숏크리트에 비해 짧다는 단점이 있다.
최근에는 구조물 및 유지보수용 습식 숏크리트 개발과 함께 장비의 용량 및 크기의 축소화와 작은 직경의 호스 적용을 위한 연구도 진행되고 있다.
그런데, 종래의 습식 숏크리트의 성능을 증대하여 다양한 용도로 사용할 수 있도록 하기 위한 습식 숏크리트 조성물에 대한 연구의 필요성이 부각되어 왔으며, 그 이유는 다음과 같다.
첫 번째로 국내에서 사용되는 숏크리트의 사용범위가 국한되어 있다는 점이다.
국내에서 사용되는 숏크리트는 1차 지보재로 터널 및 지하공간 사면안정에 주로 사용되고, 초기 변형 억제용으로만 사용하고 있으며, 주구조재로 사용하지 않고 있으나, 최근 국외에서는 숏크리트가 주구조재인 터널 무라이닝 공법(싱글쉘 공법), 구조물의 주 구조물재료, 모든 구조물의 유지보수용으로도 사용되고 있다.
이로 인하여 국내에서도 싱글쉘 공법과, 구조물 시공과 유지보수 등에 숏크리트 공법이 적용되는 것에 관심이 확대되고 있다. 즉 숏크리트의 고강도, 고내구성 및 고시공성을 위해 재료의 개발이 점차 요구되고 있는 실정이다.
두 번째로 품질관리의 불량에 대한 점이다.
국내에서 사용되는 숏크리트는 품질기준인 압축강도가 21MPa으로서 품질이 낮아서 국내에서 사용되는 숏크리트는 현재 1차 지보재 역할만하고 그 위에 콘크리트(터널: 라이닝)의 덧씌우기가 되어 장기강도 및 내구성 확보가 필요하지 않게 됨에 따라 초기에 변형을 막기 위한 초기강도 위주로 설계 시공되고 있고, 이로 인하여 숏크리트의 고성능화를 위한 노력 및 인식이 매우 부족하다.
세 번째로 고성능 숏크리트의 개발 필요성이 부각되고 있다.
일반적으로 고성능 콘크리트의 정의는 콘크리트의 고강도화, 고내구성화로 정의되지만, 습식 숏크리트 경우 고성능화에 고시공성이 더해져야 한다. 이에 따라 최근에는 습식 숏크리트의 고성능화를 위해 고강도, 고내구성뿐만 아니라 고시공성(펌핑성능, 리바운드율, 붙임성능)에 대한 연구가 국내외적으로 활발히 이루어지고 있다.
습식 숏크리트는 펌프에 의해 재료가 호스를 통해 이송되는 과정과 대상물(대상구조물)에 뿜어 붙이는 과정으로 이루어지고, 이때 재료의 특성상 재료이송이 잘 되면서 숏크리트 타설시 흘러내리지 않는 높은 항복응력과 점성을 확보하여야 한다. 즉 펌핑성능이 우수한 유동성을 확보한 상태에서 숏크리트의 타설시 붙임성능이 우수한 재료가 필요하게 된다.
한편 종래의 토목 및 건축에서 가장 많이 사용되는 콘크리트(숏크리트) 건설재료는 천연소재 재료에 비해 회색빛과 단조로운 외관으로 인해 주변 자연환경과 조화되지 못하고 비인간적 비자연적 재료로 인식화 되어있고, 시간이 지남에 따라 노후화하여 표면열화 및 균열이 발생으로 더욱 주변경관을 해치는 문제점이 발생하고 있었다. 이에 최근 콘크리트 재료로 조성된 공간을 친환경 및 인간조화 공간을 제공할 수 있는 건설기술에 대한 연구가 요구되고 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 숏크리트의 시공성을 높이고 기존 콘크리트 비해 장기간 쉽게 열화 및 균열 발생되지 않으며 압축강도가 증진된 고성능 습식 숏크리트 조성물을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 실리카퓸, 팽창재 및 AE제가 포함되어 펌핑성능이 우수하고 타설시 리바운드는 감소되며, 숏크리트 포설 후 붙임성능이 향상되고 수화반응과정에서 수축균열이 발생하지 않는 고강도 고내구성을 가지는 고성능 습식 숏크리트 조성물을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고성능의 재료를 이용한 설계 및 시공으로 자연암석과 유사한 모양 및 색상을 갖도록 경관 구조물을 시공함에 따라 녹색환경 및 친환경성을 고려하고, 또한 장기간동안 공용성을 갖게 되어 재보수 비용이 절감됨에 따라 경제성이 뛰어난 고성능 습식 숏크리트 조성물을 이용한 경관 구조물의 시공방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명인 고성능 습식 숏크리트 조성물은 배합전 숏크리트 80~85 부피%와 공기량 15~20 부피%가 배합되어 이루어지되, 상기 배합전 숏크리트는 배합전 숏크리트 100 중량%를 기준으로 하여 굵은골재 18~28 중량%, 잔골재 40~50 중량%, 시멘트 12~22 중량%, 물 3~13 중량%, 실리카퓸 1.4~2.4 중량%, 팽창재 1.6~2.6 중량%, 고성능 유동화제 0.01~0.1 중량% AE제 0.0001~0.01 중량%가 포함되어 이루어지고, 상기 AE제는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 0.0027~0.005 중량부이다.
한편 본 발명인 고성능 습식 숏크리트 조성물을 이용한 경관 구조물을 신설하는 시공방법은 경관 구조물을 시공하려는 절토면 또는 성토면을 락볼트, 어스앵커, 철근 중 어느 하나 이상의 사면안정용 길이형 부재를 사용하여 시공면을 안정화시키는 시공면 안정화단계, 상기 시공면 안정화단계 후 부착성 및 결속력을 강화하기 위하여 철근과 와이어메쉬 중 어느 하나 이상을 설치하는 부착성 및 결속력 강화단계, 상기 부착성 및 결속력 강화단계 후 본 발명의 고성능 습식 숏크리트 조성물을 포설하여 부착시키는 숏크리트 포설면 시공단계, 상기 숏크리트 포설면을 마무리하고 자연암석 모양의 윤곽이 나타나게 조각하여 숏크리트 조각면을 시공하는 숏크리트 조각면 시공단계, 상기 숏크리트 조각면의 수축 균열을 방지하기 위하여 습윤양생을 하는 습윤양생 단계, 상기 습윤양생 단계 후 자연암석의 표면 질감을 나타내기 위하여 착색제 및 코팅제를 도포하는 착색제 및 코팅제 도포단계가 포함되어 이루어진다.
또한 본 발명인 고성능 습식 숏크리트 조성물을 이용한 콘크리트 구조물을 유지보수하는 시공방법은 콘크리트 구조물 표면의 이물질과 열화부위를 제거하고 정리하는 표면 정리단계, 상기 표면 정리단계 후 부착성 및 결속력을 강화하기 위하여 와이어메쉬를 설치하는 부착성 및 결속력 강화단계, 상기 부착성 및 결속력 강화단계 후 본 발명의 고성능 습식 숏크리트 조성물을 포설하여 부착시키는 숏크리트 포설면 시공단계, 상기 숏크리트 포설면을 마무리하고 자연암석 모양의 윤곽이 나타나게 조각하여 숏크리트 조각면을 시공하는 숏크리트 조각면 시공단계, 상기 숏크리트 조각면의 수축 균열을 방지하기 위하여 습윤양생을 하는 습윤양생 단계, 상기 습윤양생 단계 후 자연암석의 표면 질감을 나타내기 위하여 착색제 및 코팅제를 도포하는 착색제 및 코팅제 도포단계가 포함되어 이루어진다.
본 발명은 숏크리트의 시공성을 높이고 기존 콘크리트 비해 장기간 쉽게 열화 및 균열 발생되지 않으며 압축강도가 증진된 효과가 있다.
또한 실리카퓸, 팽창재 및 AE제가 포함되어 펌핑성능이 우수하고 타설시 리바운드는 감소되며, 숏크리트 포설 후 붙임성능이 향상되고 수화반응과정에서 수축균열이 발생하지 않는 고강도 고내구성의 효과가 있다.
또한 고성능의 재료를 이용한 설계 및 시공으로 자연암석과 유사한 모양 및 색상을 갖도록 경관 구조물을 시공함에 따라 녹색환경 및 친환경성을 고려하고, 또한 장기간동안 공용성을 갖게 되어 재보수 비용이 절감됨에 따라 경제성이 뛰어난 고성능 습식 숏크리트 조성물을 이용한 경관 구조물의 시공하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 습식 숏크리트 생산과정 및 시공방법을 나타낸 구성도.
도 2는 경관 구조물을 신설하는 시공과정을 나타낸 흐름도.
도 3은 콘크리트 구조물을 유지보수하는 시공과정을 나타낸 흐름도.
본 발명인 고성능 습식 숏크리트 조성물과 이를 이용한 경관 구조물의 시공방법에 대해 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
먼저 본 발명인 고성능 습식 숏크리트 조성물은 배합전 숏크리트 80~85 부피%와 공기량 15~20 부피%가 배합되어 이루어지되, 상기 배합전 숏크리트는 배합전 숏크리트 100 중량%를 기준으로 하여 굵은골재 18~28 중량%, 잔골재 40~50 중량%, 시멘트 12~22 중량%, 물 3~13 중량%, 실리카퓸 1.4~2.4 중량%, 팽창재 1.6~2.6 중량%, 고성능 유동화제 0.01~0.1 중량% AE제 0.0001~0.01 중량%가 포함되어 이루어지고, 상기 AE제는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 0.0027~0.005 중량부이다.
상기 배합전 숏크리트에서 상기 굵은골재는 본 발명인 습식 숏크리트 조성물을 이용하여 경관 구조물의 시공시 리바운드를 줄이기 위하여 지름은 10㎜ 이하이고, 18~28 중량%로 혼합되는 것이 바람직하며, 23.9 중량%인 것이 더욱 바람직하다.
상기 잔골재는 펌핑성능과 붙임성능을 위해 40~50 중량%로 혼합되는 것이 바람직하고, 45.3 중량%인 것이 더욱 바람직하다.
상기 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트로 12~22 중량%로 혼합되는 것이 바람직하고, 17.9 중량%인 것이 더욱 바람직하다.
물-바인더비(W/B)는 단위결합재에 대한 물의 양을 표현하고자 사용되는 비율로서, 펌핑성능과 붙임성능이 우수한 습식 숏크리트 조성물을 제조하기 위하여 40%인 값을 갖도록 낮추는 것이 바람직하다.
이때 상기 바인더는 콘크리트 배합에서 골재를 접착할 수 있는 것을 뜻하며, 일반적으로 시멘트가 대표적이고, 그 외에 혼화재료가 수화반응하여 접착제로서 역할을 할 경우 상기 혼화재료도 바인더라고 할 수 있다.
본 발명에서는 시멘트, 실리카퓸 및 팽창재가 바인더에 포함된다.
숏크리트에서 수화반응을 위해 필요한 단위수량은 물-시멘트비가 15~25%이지만, 일반적으로 물-시멘트비를 55~60%로 유지하는 이유는 유동성을 확보해야 하기 때문이다. 그러나, 본 발명인 습식 숏크리트 조성물을 제조하기 위해서는 물-바인더비를 40%로 낮추는 것이 필요하고, 이를 위하여 후술하는 고성능 유동화제를 같이 사용한다.
상기 실리카퓸은 습식 숏크리트 조성물의 펌핑성능 및 뿜칠성능을 증대시키기 위한 것으로, 상기 실리카퓸이 포함된 습식 숏크리트 조성물을 이용하여 경관 구조물을 시공하게 되면 수밀성과 내구성이 우수하게 되며, 이를 위하여 상기 실리카퓸은 1.4~2.4 중량%로 혼합되는 것이 바람직하고, 1.9 중량%인 것이 더욱 바람직하다.
단위 시멘트량이 높은 습식 숏크리트의 배합은 자기수축 및 건조수축이 발생할 우려가 크기 때문에 양생시 수분증발의 억제와 수축저감이 필요하고, 이를 위하여 현장조건에 따라 양생은 습윤양생 및 피막양생(양생제)등을 하고 있으나, 대부분이 기건상태에서 양생을 하기 때문에 수분증발에 따른 수축균열이 발생하게 된다.
또한 본 발명은 경관 구조물의 시공시 칼라링 및 마무리 작업이 필요하기 때문에 피막양생을 하는 것은 불가능하다.
그러므로 팽창재(Calcium Sulfoaluminate, CSA)를 사용하게 되면 타설 후 수축되는 것을 보상할 수 있고 또한 수축으로 인한 균열을 막을 수 있으며, 이를 위해 상기 팽창재는 1.6~2.6 중량%로 혼합되는 것이 바람직하고, 2.2 중량%인 것이 더욱 바람직하다.
상기 고성능 유동화제는 습식 숏크리트의 유동성 확보를 위해 0.01~0.1 중량%로 혼합되는 것이 바람직하고, 0.05 중량%인 것이 더욱 바람직하며, 본 발명에서는 폴리카본산계를 사용하는 것이 가장 우수한 효과를 나타낸다.
상기 폴리카본산계를 사용하는 이유는 시간의 흐름에 따라 유동성을 읽어버리는 슬럼프 로스 현상이 발생하게 되는데, 종래의 나프타렌 계열은 시간에 따라 슬럼프 로스 현상이 커지게 되어 콘크리트 배합 후 슬럼프의 변화게 크게 나타나는 문제가 있지만, 폴리카본산계를 사용하게 되면 슬럼프 로스 현상을 줄일 수 있고 콘크리트 배합 후에 숏크리트 작업까지 작업성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
상기 AE제(공기연행제)는 0.0001~0.01 중량%로 혼합되는 것이 바람직하고, 0.0005 중량%인 것이 더욱 바람직하며, 시멘트를 기준으로 하면 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 0.0027~0.005 중량부로 혼합된다.
AE제를 사용하게 되면 숏크리트에 초기 과다공기량이 확보되어 공기들이 베어링 역할을 함에 따라 유동성이 증가하게 되고, 숏크리트의 타설과 동시에 타설면에 숏크리트가 붙으면 공기량이 급감소하게 되어 유동성이 감소함에 따라 흘러내리는 항복치의 증대로 붙임성능이 증대된다. 또한 타설시 리바운드율이 감소하게 되는 효과도 갖게 된다.
종래의 일반적인 콘크리트는 내구성 지수(동결융해저항성)를 높이기 위해 AE제를 혼입하여 공기량을 3~6 부피% 정도로 확보하기도 하지만, 국내에서 사용되는 숏크리트는 사용범위가 고내구성을 요하지 않기 때문에 AE제가 포함된 숏크리트 재료가 전무한 실정이다. 또한 숏크리트는 시공 방법의 특성상 고압분사를 하게 됨에 따라 공기량이 감소하게 되고, 이로 인하여 연행공기량이 감소하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명에 따른 공기량은 종래 숏크리트에 포함된 공기량에 비해 타설하기 전에는 15~20 부피%를 갖고, 타설 후에도 3~6 부피%를 갖는 특징이 있다.
상기의 재료들이 포함되어 이루어진 습식 숏크리트 조성물은 이동식 믹서 장비를 이용하여 현장에서 생산 후 바로 시공하는 것이 바람직하다.
현장에서 생산 후 바로 시공하게 되면, 시공의 효율성이 증대되고 고품질을 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명인 습식 숏크리트 조성물을 이용한 경관 구조물을 신설하는 시공방법을 나타낸 흐름도이고, 도 3은 본 발명인 습식 숏크리트 조성물을 이용한 콘크리트 구조물을 유지보수하는 시공방법이다.
도면에 도시된 바와 같이 경관 구조물을 신설하는 시공방법은 시공면 안정화단계, 부착성 및 결속력 강화단계, 숏크리트 포설면 시공단계, 숏크리트 조각면 시공단계, 습윤양생 단계, 착색제 및 코팅제 도포단계가 포함되어 이루어지고, 콘크리트 구조물을 유지보수하는 시공방법은 콘크리트 구조물의 표면 정리단계, 부착성 및 결속력 강화단계, 숏크리트 포설면 시공단계, 숏크리트 조각면 시공단계, 습윤양생 단계, 착색제 및 코팅제 도포단계가 포함되어 이루어진다.
경관 구조물을 신설하는 시공방법은 먼저 경관 구조물을 시공하려는 절토면 또는 성토면을 락볼트, 어스앵커, 철근 중 어느 하나 이상의 사면안정용 길이형 부재를 사용하여 시공면을 안정화시키고, 부착성 및 결속력을 강화하기 위하여 철근과 와이어메쉬 중 어느 하나 이상을 설치한다.
콘크리트 구조물을 유지보수하는 시공방법은 콘크리트 구조물을 유지보수하는 장소에 따라 필요한 경우 주변 교통을 통제하여 안전한 상태를 미리 확보한 후에, 콘크리트 구조물의 표면에 이물질과 열화부위를 제거하고 스핀젯을 이용하여 표면을 정리한 다음에 부착성 및 결속력 강화하기 위하여 와이어메쉬를 설치한다.
상기 부착성 및 결속력 강화단계는 상기 표면 정리단계 후 상기 고성능 습식 숏크리트 조성물의 부착성 및 결속력을 강화하고 숏크리트가 포설되는 두께인 높이를 확보하기 위하여 철근이나 와이어메쉬, 또는 철근 및 와이어메쉬를 함께 설치한다.
상기 와이어메쉬는 복수개의 스테인리스 스틸 재질의 연선을 길이 방향을 따라 평행하게 일정한 간격으로 배설하는 주근과, 상기 주근에 수직 방향으로 평행하도록 배설하는 횡근 및 상기 주근과 상기 횡근의 양단부를 절곡하여 시공면에 고정시키는 클램프로 이루어진다.
상기 와이어메쉬를 시공할 때는 스페이서를 이용하여 시공면과 일정한 간격을 갖도록 시공하는 것으로 숏크리트 포설면의 준비를 완료한다.
상기 부착성 및 결속력 강화단계 후 본 발명인 습식 숏크리트 조성물을 이동식 믹서 장비를 이용하여 현장에서 바로 생산하는 것으로 숏크리트 포설을 준비한다.
상기 숏크리트 포설면 시공단계는 상기 습식 숏크리트 조성물을 뿜어붙이는 방식으로 포설하여 포설면에 부착시킨다. 이때 상기 와이어메쉬로 인하여 숏크리트가 포설면에 결속력있게 부착되고, 일정한 두께를 가진 숏크리트 포설면이 시공된다.
상기 숏크리트 포설면 시공단계는 거푸집을 설치할 필요가 없고, 상기 습식 숏크리트 조성물을 뿜어붙이는 방식으로 시공하기 때문에 부착력이 강화되며, 작업접근성이 곤란한 지역에도 적용성이 우수하고, 이로 인하여 시공하는 기간이 단축되는 장점이 있다.
상기 숏크리트 조각면 시공단계는 상기 숏크리트 포설면을 미장으로 마무리하고 자연암석의 자연스러운 모양으로 윤곽이 나타나게 조각하여 숏크리트 조각면을 시공한다.
상기 습윤양생 단계는 상기 숏크리트 조각면에 수축 균열을 방지하기 위하여 실시한다.
상기 습윤양생의 방법은 상기 숏크리트 조각면에 비닐과 양생포 중 어느 하나 이상을 덮고 14~28일 동안 충분히 양생시킨다.
상기 착색제 및 코팅제 도포단계는 상기 습윤양생 단계 후 자연암석의 표면 질감을 나타내기 위하여 착색제 및 코팅제를 도포한다.
본 발명에 사용되는 착색제는 스코필드(SCOFIELD)사의 LITHOCHROME Chemstain Classic 제품으로 콘크리트 내의 수산화칼슘과 반응하여 중성화 반응을 통해 색상이 발현하게 되어 콘크리트에 영구적인 색상을 줄 수 있고, 수산화칼슘 양에 따라 색상의 발현 정도를 달리할 수 있다.
상기 착색제를 도포하는 방법은 일반적인 솔을 이용하거나, 스펀지, 스핀지 플로트, 양털로 된 면봉 등도 사용될 수 있고, 강한 모를 가진 제품은 사용하지 않는 것이 바람직하며, 스프레이 분사방식으로 도포할 수도 있다.
국내에서 콘크리트에 사용되는 착색제는 적용사례가 적고, 적용사례의 대부분은 바닥재에만 사용되고 있다. 상기 바닥재에 사용되는 착색제는 대부분 수용성 착색제를 사용하고 있으나, 콘크리트에 침투하여 색상을 발현하게 되는 것이 쉽지 않은 문제점이 있었다.
상기의 시공방법을 거쳐 본 발명인 습식 숏크리트 조성물을 이용한 경관 구조물의 시공을 완료한다.
이하 본 발명인 습식 숏크리트 조성물의 효과를 알아보기 위한 시험 결과에 대하여 설명한다.
표 1
Gmax(mm) Slump(mm) Air(%) W/B(%) S/a(%) Unit Weight (kg/㎥)
굵은골재 잔골재 시멘트 물 실리카퓸 팽창제 고성능유동화재 AE제
10 80±30 숏팅전15~20 40 65 500 950 374 184 40 46 0.1~1.5 0.01~0.02
숏팅후3~6
표 1은 본 발명인 습식 숏크리트 조성물의 일실시예인 바람직한 배합비율을 나타낸 배합표이다.
상기 배합표에서 상기 배합전 숏크리트의 상기 시멘트, 상기 실리카퓸 및 상기 팽창재가 포함되어 이루어진 단위 결합재는 습식 숏크리트 조성물의 펌핑성능과 붙임성능을 위해 440~480㎏/㎥인 값을 갖는 것이 바람직하고, 460㎏/㎥인 것이 더욱 바람직하다.
상기 Gmax는 굵은골재의 최대치수를 뜻하고, 최대치수 10㎜ 골재는 10㎜ 안 팍의 골재가 포함되어 이루어진다.
상기 S/a는 잔골재율을 뜻하는 것으로, 콘크리트 1000ℓ(1㎥)를 생산할 때 사용되는 전체 골재 체적이 a이고, 잔골재 체적이 S이다.
국내 콘크리트(숏크리트) 배합설계에서는 각 재료를 밀도로 나누고 체적으로 계산하여 1000ℓ(1㎥)를 생산할 수 있는 체적비를 계산한 뒤에 이를 다시 중량으로 환산하여 1㎥ 생산시 사용되는 재료의 중량비로 배합비를 결정한다.
표 2
구분 품질목표 시험결과 특성
강도특성 28일 압축강도 35MPa 이상 49MPa 압축강도 우수
부착강도 1.4MPa 이상 2.0MPa 부착강도 우수
휨강도 4.5MPa 이상 6.1MPa 균열저항성 우수
작업성 슬럼프 범위 6~10cm 8cm 작업성 및 공기량 확보
공기량 범위 3~6% 4%
내구성 동결융해저항성 90% 이상 91 동결융해저항성 우수
표면박리저항성 1등급 1등급 표면박리저항성 우수
염소이온투과저항성 100쿨롱 이하 906쿨롱 방수성능 발휘
표 2는 표 1의 배합표에 의한 습식 숏크리트 조성물을 이용하여 시공한 경관 구조물의 강도특성, 작업성 및 내구성을 나타내었다.
상기 표 2를 통해 본 발명인 습식 숏크리트 조성물을 이용하여 시공한 경관 구조물은 압축강도, 부착강도 및 균열저항성이 우수한 것을 알 수 있고, 작업성이 뛰어나고 충분한 공기량이 확보되며, 동결융해저항성, 표면박리저항성 및 방수성능이 우수한 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 기존 콘크리트와의 부착성능이 우수하고 압축강도가 증진된 효과가 있고, 또한 실리카퓸과 AE제가 포함되어 펌핑성능이 우수하고 시공시 리바운드는 감소되며, 숏팅 후 붙임성능이 향상되어 고강도를 가지는 효과가 있다.
또한 고성능의 재료를 이용한 설계 및 시공으로 자연암석과 유사한 모양 및 색상을 갖도록 경관 구조물을 시공함에 따라 녹색환경 및 친환경성을 고려하고, 또한 장기간동안 공용성을 갖게 되어 재보수 비용이 절감됨에 따라 경제성이 뛰어난 고성능 습식 숏크리트 조성물을 이용한 경관 구조물의 시공하는 효과가 있다.
본 발명은 비록 한정된 실시예를 도면에 의해 설명되었으나, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (3)

  1. 경관 구조물을 시공하려는 절토면 또는 성토면을 사면안정용 길이형 부재를 사용하여 시공면을 안정화시키는 시공면 안정화단계,
    상기 시공면 안정화단계 후 부착성 및 결속력을 강화하기 위하여 철근과 와이어메쉬 중 어느 하나 이상을 설치하는 부착성 및 결속력 강화단계,
    상기 부착성 및 결속력 강화단계 후 배합전 숏크리트 80~85 부피%와 공기량 15~20 부피%가 배합되어 이루어지되, 상기 배합전 숏크리트는 배합전 숏크리트 100 중량%를 기준으로 하여 굵은골재 18~28 중량%, 잔골재 40~50 중량%, 시멘트 12~22 중량%, 물 3~13 중량%, 실리카퓸 1.4~2.4 중량%, 팽창재 1.6~2.6 중량%, 고성능 유동화제 0.01~0.1 중량%, AE제 0.0001~0.01 중량%가 포함되어 이루어지고, 상기 AE제는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 0.0027~0.005 중량부이고, 상기 배합전 숏크리트에서 상기 시멘트, 상기 실리카퓸 및 상기 팽창재가 포함되어 이루어지는 단위 결합재는 440~480㎏/㎥인 것을 특징으로 하는 고성능 습식 숏크리트 조성물을 포설하여 부착시키는 숏크리트 포설면 시공단계,
    상기 숏크리트 포설면을 마무리하고 자연암석 모양의 윤곽이 나타나게 조각하여 숏크리트 조각면을 시공하는 숏크리트 조각면 시공단계,
    상기 숏크리트 조각면의 수축 균열을 방지하기 위하여 습윤양생을 하는 습윤양생 단계,
    상기 습윤양생 단계 후 자연암석의 표면 질감을 나타내기 위하여 착색제 및 코팅제를 도포하는 착색제 및 코팅제 도포단계가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고성능 습식 숏크리트 조성물을 이용한 경관 구조물의 시공방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시공면 안정화단계에서 상기 사면안정용 길이형 부재는 락볼트, 어스앵커, 철근 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고성능 습식 숏크리트 조성물을 이용한 경관 구조물의 시공방법.
  3. 콘크리트 구조물 표면의 이물질과 열화부위를 제거하고 정리하는 표면 정리단계,
    상기 표면 정리단계 후 부착성 및 결속력을 강화하기 위하여 와이어메쉬를 설치하는 부착성 및 결속력 강화단계,
    상기 부착성 및 결속력 강화단계 후 배합전 숏크리트 80~85 부피%와 공기량 15~20 부피%가 배합되어 이루어지되, 상기 배합전 숏크리트는 배합전 숏크리트 100 중량%를 기준으로 하여 굵은골재 18~28 중량%, 잔골재 40~50 중량%, 시멘트 12~22 중량%, 물 3~13 중량%, 실리카퓸 1.4~2.4 중량%, 팽창재 1.6~2.6 중량%, 고성능 유동화제 0.01~0.1 중량%, AE제 0.0001~0.01 중량%가 포함되어 이루어지고, 상기 AE제는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 0.0027~0.005 중량부이고, 상기 배합전 숏크리트에서 상기 시멘트, 상기 실리카퓸 및 상기 팽창재가 포함되어 이루어지는 단위 결합재는 440~480㎏/㎥인 것을 특징으로 하는 고성능 습식 숏크리트 조성물을 포설하여 부착시키는 숏크리트 포설면 시공단계,
    상기 숏크리트 포설면을 마무리하고 자연암석 모양의 윤곽이 나타나게 조각하여 숏크리트 조각면을 시공하는 숏크리트 조각면 시공단계,
    상기 숏크리트 조각면의 수축 균열을 방지하기 위하여 습윤양생을 하는 습윤양생 단계,
    상기 습윤양생 단계 후 자연암석의 표면 질감을 나타내기 위하여 착색제 및 코팅제를 도포하는 착색제 및 코팅제 도포단계가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고성능 습식 숏크리트 조성물을 이용한 경관 구조물의 시공방법.
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