WO2015093760A1

WO2015093760A1 - 고성능 숏크리트를 이용한 사면보강방법

Info

Publication number: WO2015093760A1
Application number: PCT/KR2014/011815
Authority: WO
Inventors: 윤경구
Original assignee: 강원대학교산학협력단
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2015-06-25
Also published as: CN105829612B; CN105829612A; KR101415891B1

Abstract

본 발명은 배처플랜트에서 압축강도 21~30MPa의 보통콘크리트를 생산하여 현장 이송 후, 체적 대비 20~40%의 기포를 혼입하여 유동성을 증가시킨 상태에서 플라이애쉬나 슬래그미분말 중 어느 하나 또는 플라이애쉬나 슬래그미분말을 혼합한 저급 혼합재료를 혼입하여 보통강도 숏크리트를 형성하고, 실리카퓸과 메타카올린 중 어느 하나 또는 실리카퓸과 메타카올린을 혼합한 고급 혼합재료를 혼입하여 고성능 숏크리트를 형성하며, 산화철이나 카본블랙의 착색재료를 혼입하여 칼라 숏크리트를 각각 형성하여 사면에 각각 내층부, 외층부, 표층부를 순차적으로 시공함으로, 시공비용 절감 및 고강도와 고내구성을 확보하여 유지관리를 용이하게 할 수 있는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법에 관한 것이다.

Description

[규칙 제37.2조에 의해 ISA가 부여한 발명의 명칭]　고성능 숏크리트를 이용한 사면보강방법

본 발명은 사면 보강방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 배처플랜트에서 압축강도 21~30MPa의 보통콘크리트를 생산하여 현장 이송 후, 체적 대비 20~40%의 기포를 혼입하여 유동성을 증가시킨 상태에서 플라이애쉬나 슬래그미분말 중 어느 하나 또는 플라이애쉬나 슬래그미분말을 혼합한 저급 혼합재료를 혼입하여 보통강도 숏크리트를 형성하고, 실리카퓸과 메타카올린 중 어느 하나 또는 실리카퓸과 메타카올린을 혼합한 고급 혼합재료를 혼입하여 고성능 숏크리트를 형성하며, 산화철이나 카본블랙의 착색재료를 혼입하여 칼라 숏크리트를 각각 형성하여 사면에 각각 내층부, 외층부, 표층부를 순차적으로 시공함으로, 시공비용 절감 및 고강도와 고내구성을 확보하여 유지관리를 용이하게 할 수 있는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법에 관한 것이다.

일반적으로 숏크리트는, 고압의 공기를 이용해 콘크리트를 대상 구조물에 뿜어 붙이는 공법으로, 최근에는 습식 숏크리트가 주로 사용되는데, 이는 시멘트, 골재, 물 등을 반죽하여 습한 상태의 혼합된 재료를 펌프 또는 압축공기로 압송하여 노즐 부근에서 뿜어 붙이는 방식으로 거푸집설치가 필요 없으며, 접근이 어려운 비탈면 등에 적용성이 뛰어나다.

상기 숏크리트는, 재령 28일 압축강도가 21MPa 이상으로 규정하고 있는 보통강도 숏크리트와 재령 28일 압축강도가 35MPa 이상으로 규정하고 있는 고강도 숏크리트로 분류되며, 상기 고강도 숏크리트는 고내구성을 함께 지니고 있으므로 일반적으로 고성능 숏크리트로 불리기도 한다.

국내에서는 보통강도 숏크리트가 적용되는 경우가 대부분으로 이는 낮은 강도와 낮은 내구성으로 조기에 파손되는 문제점이 있었다.

표 1은 한국도로공사에서 국내의 고속도로 상에 333개소에 이르는 비탈면에 숏크리트공이 시공되어 있는 것을 전수조사하여 발표한 것으로, 균열과 백화 등 보통 이하의 품질을 나타낸 비탈면이 17.4%, 58개소로 나타났다. 조사결과, 비탈면의 균열은 53%, 백화는 89%, 골재화는 74%에서 진행중인 것으로 조사되었다.

표 1

숏크리트 품질조사 현황(한국도로공사 연구보고서, 2011)

구분	균열(EA)	박리(EA)	백화(EA)	공동(EA)	용수출(EA)	골재화면적(㎡)	최대S/C두께(mm)	최대S/C두께(mm)	평균압축강도(MPa)
평균	3.31	0.77	5.03	0.14	4.17	176.1	86.98	46.15	17.93
표준편차	4.83	1.56	4.72	0.43	6.21	395.9	11.75	11.21	4.65

한편, 사면의 보호 및 보강을 목적으로 사면보호공법과 사면보강공법이 있는데, 상기 사면보강공법은 비탈면의 절취로 안전율을 확보하기 위하여 비탈면 구배를 완만하게 조정하거나, 숏크리트공, 옹벽공, 말뚝공, 앵커공의 저항력을 이용하는 공법이다.

이들 공법은 비탈면의 용도, 토질 및 암반특성, 지반여건, 유지보수조건, 경관 등을 종합적으로 고려하여 선정하는 것이 일반적이나, 현재까지는 기능성만을 중요시하고 경관을 도외시하여 주변의 경관을 해치는 경우가 많았다.

상기 경관을 중요시하여 기존 구조물인 사면에 인공암을 제작 및 설치하나, 인공암은 사면 외부에 추가 부착하여 시공하는 것으로, 내측에 인공암과 연결 및 지지하는 지지부재를 가지고 시공되며, 인공암의 내측부에 접착제를 도포하고 프라이머를 사용하여 인공암패널을 형성하나, 이는 구조적인 성능은 지니지 못한다.

또한, 인공암은 주로 에폭시나 폴리머를 주요 결합재로 사용함으로써, 자외선에 노출될 시, 취성이 강해져 내구성이 현저히 떨어지므로, 보통 3~4년을 사용연한으로 가지고 있어 주기적인 유지보수가 필요하므로 유지관리가 어려운 문제점이 있었다.

[선행기술문헌]

대한민국 등록특허 제10-1157874호

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 배처플랜트에서 압축강도 21~30MPa의 보통콘크리트를 생산하여 현장 이송 후, 체적 대비 20~40%의 기포를 혼입하여 유동성을 증가시킨 상태에서 플라이애쉬나 슬래그미분말 중 어느 하나 또는 플라이애쉬나 슬래그미분말을 혼합한 저급 혼합재료를 혼입하여 보통강도 숏크리트를 형성하고, 실리카퓸과 메타카올린 중 어느 하나 또는 실리카퓸과 메타카올린을 혼합한 고급 혼합재료를 혼입하여 고성능 숏크리트를 형성하며, 산화철이나 카본블랙의 착색재료를 혼입하여 칼라 숏크리트를 각각 형성하여 사면에 각각 내층부, 외층부, 표층부를 순차적으로 시공하여 시공비용을 절감할 수 있는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 플라이애쉬나 슬래그미분말 중 어느 하나 또는 플라이애쉬나 슬래그미분말을 혼합한 저급 혼합재료가 혼입된 보통 숏크리트로 옹벽의 내층부를 형성하여 경제성과 시공의 수월성을 제공하고, 외층부는 실리카퓸과 메타카올린 중 어느 하나 또는 실리카퓸과 메타카올린을 혼합한 고급 혼합재료가 혼입된 고성능 숏크리트로 타설하여 고강도 및 고내구성을 확보하며, 표층부는 칼라 숏크리트로 타설하여 아름답고 자연스러운 모양으로 마무리함으로써, 경관이 미려하면서도 유지관리가 용이한 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 사면을 보강하여 안정성을 확보하기 위해 설치된 앵커와 고성능 숏크리트를 타설하여 일체화함으로써, 구조적 안정성과 경제성을 확보할 수 있는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법을 제공함에 있다.

본 발명 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법은,

내층부를 형성하기 전, 사면을 보강부재로 안정화하는 단계와;

물, 시멘트, 골재를 일정비율로 배합하여 압축강도가 21~30MPa의 보통콘크리트를 생산 및 현장 이송하는 단계와;

상기 보통콘크리트에 기포 및 저급 혼합재료를 혼합부로 혼합하여 형성된 보통강도 콘크리트가 숏팅안내부재를 통해 사면으로 배출되어 외층부보다 두꺼운 두께로 내층부를 형성하는 단계와;

상기 보통콘크리트에 기포 및 고급 혼합재료를 혼합부로 혼합하여 형성된 고성능 콘크리트가 숏팅안내부재를 통해 내층부 상면으로 내층부의 두께보다 얇은 두께로 배출되어 외층부를 형성하는 단계와;

상기 보통콘크리트에 기포 및 착색재료를 혼합부로 혼합하여 형성된 칼라 콘크리트가 숏팅안내부재를 통해 외층부 상면으로 배출되어 표층부를 형성하는 단계와;

상기 숏팅안내부재로 각 콘크리트가 배출될 때, 5기압 이상의 고압의 공기를 뿜어 각 콘크리트에 포함된 기포를 소산시키면서 슬럼프가 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 배처플랜트에서 압축강도 21~30MPa의 보통콘크리트를 생산하여 현장 이송 후, 체적 대비 20~40%의 기포를 혼입하여 유동성을 증가시킨 상태에서 플라이애쉬나 슬래그미분말 중 어느 하나 또는 플라이애쉬나 슬래그미분말을 혼합한 저급 혼합재료를 혼입하여 보통강도 숏크리트를 형성하고, 실리카퓸과 메타카올린 중 어느 하나 또는 실리카퓸과 메타카올린을 혼합한 고급 혼합재료를 혼입하여 고성능 숏크리트를 형성하며, 산화철이나 카본블랙의 착색재료를 혼입하여 칼라 숏크리트를 각각 형성하여 사면에 각각 내층부, 외층부, 표층부를 순차적으로 시공하여 고강도 숏크리트로 사면을 시공할 때보다 시공비용을 절감할 수 있으므로 경제성을 향상시킬 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면, 플라이애쉬나 슬래그미분말 중 어느 하나 또는 플라이애쉬나 슬래그미분말을 혼합한 저급 혼합재료가 혼입된 보통 숏크리트로 옹벽의 내층부를 형성하여 경제성과 시공의 수월성을 제공하고, 외층부는 실리카퓸과 메타카올린 중 어느 하나 또는 실리카퓸과 메타카올린을 혼합한 고성능 숏크리트로 타설하여 고강도 및 고내구성을 확보하며, 표층부는 칼라 숏크리트로 타설하여 아름답고 자연스러운 모양으로 마무리함으로써, 경관이 미려하면서도 유지관리를 용이하게 할 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면, 사면을 보강하여 안정성을 확보하기 위해 설치된 앵커와 고성능 숏크리트를 타설하여 일체화함으로써, 구조적 안정성과 경제성을 확보할 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 흐름도이다.

도 2는 본 발명의 사면을 안정화하는 도면

도 3은 본 발명이 보통콘크리트를 형성하는 도면

도 4는 본 발명의 기포를 나타낸 도면

도 5 내지 도 6은 본 발명의 혼합부를 나타낸 도면

도 7 내지 도 12는 본 발명 보통콘크리트, 고성능 콘크리트 및 숏팅콘크리트의 슬럼프 사진

도 13 내지 도 15는 본 발명의 숏팅과정도

도 16은 본 발명에 착색재료를 혼합상태 도면

도 17 내지 도 18은 본 발명에 의해 사면이 보강된 상태를 나타낸 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 배처플랜트 20: 보강부재

30: 정착구 40: 레미콘 트럭

50: 펌프카 60: 혼합부

70: 숏팅안내부재 100: 사면

200: 내층부 300: 외층부

400: 표층부

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 흐름도이다.

내층부(200)를 형성하기 전, 사면(100)을 보강부재(20)로 안정화하는 단계와;

상기 보통콘크리트에 기포 및 저급 혼합재료를 혼합부(60)로 혼합하여 형성된 보통강도 콘크리트가 숏팅안내부재(70)를 통해 사면(100)으로 배출되어 외층부(300)보다 두꺼운 두께로 내층부(200)를 형성하는 단계와;

상기 보통콘크리트에 기포 및 고급 혼합재료를 혼합부(60)로 혼합하여 형성된 고성능 콘크리트가 숏팅안내부재(70)를 통해 내층부(200) 상면으로 내층부(200)의 두께보다 얇은 두께로 배출되어 외층부(300)를 형성하는 단계와;

상기 보통콘크리트에 기포 및 착색재료를 혼합부(60)로 혼합하여 형성된 칼라 콘크리트가 숏팅안내부재(70)를 통해 외층부(300) 상면으로 배출되어 표층부(400)를 형성하는 단계와;

상기 숏팅안내부재(70)로 각 콘크리트가 배출될 때, 5기압 이상의 고압의 공기를 뿜어 각 콘크리트에 포함된 기포를 소산시키면서 슬럼프가 감소되도록 하는 것이다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 시공과정을 설명한다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 사면(100)의 상태를 고려하여 사면(100)을 보강부재(20)로 보강하고, 이 보강부재(20)를 수용하여 부착성 및 결속력을 높이도록 사면(100)에 철근 및 와이어메쉬를 설치하는데, 상기 보강부재(20)는 어스앵커, 쏘일네일, 락볼트 중 어느 하나임이 바람직하다.

상기 어스앵커(Earth Anchor)는 구조물을 지반에 정착시키기 위하여 고강도의 강재로 연결하고 높은 긴장력을 도입하여 구조물에 횡방향의 구속력을 가하기 위한 것으로, 지반과 구조물을 하나의 집합체로 묶는 효과를 발휘하며, 강선과 시멘트, 그라우트로 구성된다.

상기 쏘일네일(Soil Nailing)은, 굴착면에 대한 원위치 보강공법으로 Nail 이라 불리우는 인장응력, 전단응력 및 휨모멘트에 저항할 수 있는 보강부재(20)를 프리스트레싱 없이 비교적 좁은 간격으로 삽입한 후, 유연한 전면판을 설치하여 원지반의 전체적인 전단강도 증대 및 발생변위를 가능한 억제하고 굴착공사 도중 및 완료 후에 예상되는 이완을 억제하는 공법이다.

상기 락볼트(Rock Bolt)는 암반이 본래 가지고 있는 강도를 유지시키는데 목적이 있으며, 그 주요역할은 절취된 암반 노출면에 잔존해 있으면서 낙하 혹은 활동을 야기시킬 수 있는 부석의 변위억제, 암반의 균열과 절리를 따라 발생하는 활동방지 등의 역할을 한다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 압축강도가 21~30MPa이고, 슬럼프 60~80mm의 보통콘크리트를 형성할 수 있도록 배처플랜트(10)에서 각각 공급되는 물, 시멘트, 골재 등을 일정비율로 배합 및 혼합한 후, 레미콘 트럭(40)에 의해 시공현장으로 이송한다.

여기서 최종 숏크리트의 강도를 위해 물-시멘트 비는 42% 이하로 생산하되, 숏크리트 타설 후, 흘러내림을 방지하기 위하여 슬럼프는 물-시멘트 비로 조정하지 않고, 감수제나 AE제를 사용하여 조정하는 것이 바람직하다.

상기 레미콘 트럭(40)이 현장 이송되면, 레미콘 트럭(40)에 투입된 보통콘크리트는 이송중 슬럼프의 추가 손실로 펌핑성이 나빠 펌핑이 어려워지기 때문에 도 4에 도시된 바와 같이, 발포제 및 기포제 또는 기포발생기로부터 생산된 기포를 상기 레미콘 트럭(40)에 투입한다.

이때, 상기 레미콘 트럭(40)에 투입되는 기포량은, 보통콘크리트에 체적대비 30%의 기포를 혼입시키기 위해 1㎥의 보통콘크리트에 기포발생기를 약 60초 가동하여 생성된 240ℓ의 기포를 혼입하는 것이 바람직하나, 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 보통콘크리트에 기포를 전체 콘크리트 체적대비 20~40% 정도 추가하여 기포의 볼베어링 효과 및 혼합부(60)의 축(61)에 장착되어 회전하는 다수의 혼합부재(62)에 의해 균일하게 혼합되는 보통강도 콘크리트를 형성하고, 이를 도 7에 도시된 바와 같이, 펌프카(50)로 공급하여 압송관(51)에 착탈가능하게 장착된 숏팅안내부재(70)를 통해 사면(100)으로 배출되도록 한다.

여기서, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 보통강도 콘크리트가 숏팅안내부재(70)로 공급되면, 내부가 관통되면서 입/출구의 직경보다 중앙부의 직경이 작게 형성된 숏팅안내몸체(71)로 공급됨과 동시에 보통강도 콘크리트는 압축되면서 압력이 발생한다.

또한, 상기 숏팅안내몸체(71)의 중앙부를 경유하여 중앙부의 직경보다 큰 직경의 숏팅안내몸체(71) 출구로 보통강도 콘크리트가 배출될 때, 5기압 이상의 고압의 압축공기가 숏팅안내몸체(71)의 외주면에 방사상으로 경사지게 형성된 공기공급공(72)으로 공급되면서 숏팅안내몸체(71)의 출구로 와류되어 숏팅되는데, 상기 압축공기와 보통강도 콘크리트는 스프레이방식으로 펼쳐짐은 물론 스프레이방식으로 압축공기와 보통강도 콘크리트가 펼쳐질 때, 압축공기와 보통강도 콘크리트가 부딪히면서 보통강도 콘크리트에 포함된 다량의 기포가 소산되도록 하고, 기포의 소산으로 슬럼프가 줄어들어 사면(100)으로 배출되는 보통강도 숏크리트는 도 11 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 보통강도 숏크리트가 내층부(200)을 형성하며, 붙임성이 좋음을 알 수 있다.

표 2는 배합강도 27MPa, 슬럼프 70~80mm의 보통콘크리트에 단위체적당 기포를 20%. 27%, 33% 혼입하고, 컴프레샤를 이용해 9기압으로 숏팅 한 실험결과를 보여주고 있다. 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 기포량 20%를 추가할 경우, 슬럼프는 보통콘크리트에서 80mm 이었던 것이 기포혼입 후, 250mm로 증가하였으며, 숏팅 후에는 90mm로 감소하였다. 기포량 20%를 추가할 경우, 6.8kg/㎥의 물이 추가 되었으나, 최종 숏팅 후, 슬럼프가 감소하였는데, 이는 보통강도 콘크리트 숏팅 중 물 분자가 일부분 대기중으로 소산되기 때문이다. 기포량을 27%와 33% 혼입할 경우, 추가 단위수량이 많아 숏팅 후, 최종 슬럼프는 보통콘크리트의 슬럼프보다 크게 되나, 최종 공기량은 보통콘크리트의 공기량이나 추가 혼입공기량과는 상관없이 일정함을 알 수 있다.

또한, 상기와 같이 체적대비 20~33%의 기포 혼입으로 슬럼프가 커진 보통강도 콘크리트는 펌핑성이 좋아 용이하게 숏팅할 수 있을 뿐만 아니라 기포만을 혼입하고 숏팅할 경우 최종 슬럼프가 90~150mm 로 너무 커서 대상 사면에 숏팅할 경우, 붙어 있지 않고 흘러내리게 된다. 따라서 가격이 저렴하면서 혼입 시 점성을 지니는 플라이애쉬나 슬래그미분말 중 어느 하나 또는 플라이애쉬나 슬래그미분말을 혼합한 저급 혼합재료를 분말형태로 슬럼프가 커진 보통강도 콘크리트에 추가 혼입하여 물-결합재비를 낮추어 숏팅 후, 최종 슬럼프를 줄임으로써 붙임성을 증대시킬 수 있는 것이다.

표 2

기포혼입량에 따른 슬럼프와 공기량 변화

기포혼입량		슬럼프(mm)			공기량(%)
기포량	추가단위수량(kg/㎥)	보통콘크리트	기포혼입 후	숏팅 후	보통콘크리트	기포혼입 후	숏팅 후
20%	6.8	80	250	90	7	20	6
27%	9.1	70	260	100	5	27	7
33%	18.1	70	275	150	5	33	7

즉, 상기 보통콘크리트에 기포 및 플라이애쉬나 슬래그미분말 중 어느 하나 또는 플라이애쉬나 슬래그미분말을 혼합한 저급 혼합재료를 혼입하여 펌핑성을 증가시킴은 물론 기포가 혼합된 보통강도 콘크리트는 고압의 압축공기와 부딪히면서 배출되므로 보통강도 콘크리트의 기포를 소산시켜 보통강도 숏크리트의 붙임성 증가 및 내구성을 확보할 수 있으며, 상기 내층부(200)은 배근된 철근을 수용할 수 있도록 사면(100)에 형성되어야 한다.

여기서, 상기 플라이애쉬나 슬래그미분말 중 어느 하나 또는 플라이애쉬나 슬래그미분말을 혼합한 저급 혼합재료는 상기 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 3~30 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.

상기의 과정으로 내층부(200)가 형성되면, 현장 이송된 레미콘 트럭(40)에 기포를 전체 콘크리트 체적대비 20~40% 정도 추가하여 기포의 볼베어링 효과 및 실리카퓸과 메타카올린 중 어느 하나 또는 실리카퓸과 메타카올린을 혼합한 고급 혼합재료를 투입하여 혼합부(60)의 축(61)에 장착되어 회전하는 다수의 혼합부재(62)에 의해 균일하게 혼합되는 고성능 콘크리트를 형성하고, 이를 펌프카(50)에 공급하여 압송관(51)에 착탈가능하게 장착된 숏팅안내부재(70)를 통해 내층부(200) 상면으로 배출되도록 한다.

여기서, 상기 실리카퓸과 메타카올린 중 어느 하나 또는 실리카퓸과 메타카올린을 혼합한 고급 혼합재료는, 상기 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 2~20 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 이는 고급 혼합재료의 각 범위보다 작을 경우, 고강도, 고내구성이 떨어지고, 상기 범위를 초과할 경우, 고강도, 고내구성이 더 높게 나타나지 않으면서 시공원가가 상승하며, 슬럼프를 줄여 붙임성을 증가시키기 때문이다.

상기 고성능 콘크리트가 숏팅안내부재(70)를 통해 내층부(200) 상면으로 배출될 때, 내부가 관통되면서 입/출구의 직경보다 중앙부의 직경이 작게 형성된 숏팅안내몸체(71)로 공급되어 고성능 콘크리트는 압축되면서 압력이 발생하고, 상기 숏팅안내몸체(71)의 중앙부를 경유하여 중앙부의 직경보다 큰 직경의 숏팅안내몸체(71) 출구로 고성능 콘크리트가 배출될 때, 5기압 이상의 고압의 압축공기가 숏팅안내몸체(71)의 외주면에 방사상으로 경사지게 형성된 공기공급공(72)으로 공급되면서 숏팅안내몸체(71)의 출구로 와류되어 숏팅되도록 한다.

이때, 상기 압축공기와 고성능 콘크리트는 스프레이방식으로 펼쳐짐은 물론 스프레이방식으로 압축공기와 고성능 콘크리트가 펼쳐질 때, 압축공기와 고성능 콘크리트가 부딪히면서 고성능 콘크리트에 포함된 다량의 기포가 소산되도록 하고, 기포의 소산으로 슬럼프가 줄어들어 사면(100)으로 배출되는 고성능 숏크리트가 외층부(300)을 형성하는데, 상기 외층부(300)는 내층부(200)의 두께보다 얇게 형성하여도 고성능 콘크리트로 타설한 구조물과 동일한 고강도 및 고내구성을 확보할 수 있으므로, 사면(100) 전체를 고성능 콘크리트로 타설할 때보다 시공원가를 줄여 경제성을 확보할 수 있는 것이다.

표 3은 배합강도 27MPa, 슬럼프 70~80mm의 보통콘크리트에 단위체적당 기포를 27% 혼입하여 실험한 결과를 보여주고 있다. 슬럼프는 보통콘크리트에서 70mm 이었던 것이 기포혼입 후, 260mm로 증가하였으며, 실리카퓸 분말을 시멘트 대비 8% 추가한 후 150mm로 감소하였으며, 숏팅 후에는 제로 슬럼프의 고성능 콘크리트가 되었다. 공기량은 보통콘크리트에서 5%이었던 것이, 기포혼입 후 27%로 증가하였으며, 실리카퓸 분말 추가한 후, 21%로 감소하고, 숏팅 후에는 5%로 됨을 알 수 있다.

상기와 같이 체적대비 27%의 기포혼입으로 슬럼프가 커진 보통콘크리트에 분말형태의 실리카퓸을 추가로 투입하여 고성능 콘크리트를 형성하고, 분말의 실리카퓸 첨가로 물-결합재 비를 줄여 붙임성이 좋은 고성능 콘크리트를 형성하고, 이를 숏팅하여 고성능 숏크리트를 얻을 수 있는 것이다.

표 3

기포와 실리카퓸을 혼입하고 숏팅한 결과

항목	보통콘크리트	기포 27% 혼입 후	실리카퓸 혼입 후	숏팅 후
슬럼프(mm)	70	260	150	0
공기량(%)	5	27	21	5

상기의 과정으로 외층부(300)가 형성되면, 현장 이송된 레미콘 트럭(40)에 기포를 전체 콘크리트 체적대비 20~40% 정도 추가하여 기포의 볼베어링 효과 및 산화철, 카본블랙의 착색재료를 투입하여 혼합부(60)의 축(61)에 장착되어 회전하는 다수의 혼합부재(62)에 의해 균일하게 혼합되는 칼라 콘크리트를 형성하고, 이를 펌프카(50)로 공급하여 압송관(51)에 착탈가능하게 장착된 숏팅안내부재(70)를 통해 외층부(300) 상면으로 배출되도록 한다.

여기서 상기 착색재료의 산화철 및 카본블랙은, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 1~8 중량부로 혼합하는데, 이는 안료의 종류에 따라 5~8%에서 발색의 포화점에 도달하게 되고, 1~3% 사이에서 발색 농도가 급격히 상승하기 때문이다. 상기 안료의 입경은 시멘트보다 작기 때문에 안료의 혼합에 의해 콘크리트의 수량을 증가시키게 되고, 결국 물-시멘트비가 커져서 강도가 저하하는 경향이 일반적이지만, 시멘트의 5~6% 정도까지는 콘크리트가 굳기 전후의 물성에 미치는 영향은 거의 없으므로 색상의 포화도가 5~8% 인점으로 볼 때, 경제성의 측면에서도 8% 이상 첨가하지 않는 것이 바람직하다.

상기 칼라 콘크리트가 숏팅안내부재(70)를 통해 외층부(300) 상면으로 배출될 때, 내부가 관통되면서 입/출구의 직경보다 중앙부의 직경이 작게 형성된 숏팅안내몸체(71)로 공급되어 칼라 콘크리트는 압축되면서 압력이 발생하고, 상기 숏팅안내몸체(71)의 중앙부를 경유하여 중앙부의 직경보다 큰 직경의 숏팅안내몸체(71) 출구로 칼라 콘크리트가 배출될 때, 5기압 이상의 고압의 압축공기가 숏팅안내몸체(71)의 외주면에 방사상으로 경사지게 형성된 공기공급공(72)으로 공급되면서 숏팅안내몸체(71)의 출구로 와류되어 숏팅되도록 한다.

이때, 상기 압축공기와 칼라 콘크리트는 스프레이방식으로 펼쳐짐은 물론 스프레이방식으로 압축공기와 칼라 콘크리트가 펼쳐질 때, 압축공기와 칼라 콘크리트가 부딪히면서 칼라 콘크리트에 포함된 다량의 기포가 소산되도록 하고, 기포의 소산으로 슬럼프가 줄어들어 사면(100)으로 배출되는 칼라 숏크리트가 표층부(400)를 형성하는데, 상기 표층부(400)는 외층부(300)의 두께보다 얇게 형성하는 것이 바람직하다.

상기 내층부(200)과 외층부(300) 및 표층부(400)는 내층부(200)가 일반 콘크리트에서 14~28일 동안 양생된 후, 외층부(300)를 형성할 수 있으나, 숏크리트로 쇼팅되기 때문에 내층부(200)이 흘러내리지 않을 경우, 내층부(200)에 외층부(300)을 숏팅하여 형성할 수 있으므로 시공기간을 단축시킬 수 있는 것이다.

또한, 도 17 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 상기의 과정으로 내층부(200)과 외층부(300) 및 표층부(400)가 형성되면, 상기 표층부(400)로 돌출된 보강부재(20)를 고정할 두부(Anchor Head)가 사용되는데, 상기 두부는 보강부재(20)에 발휘되는 높은 하중을 고정하기 위해 필요하며, 일반적으로 쐐기(wedge) 정착구(30)로 정착하여 시공을 마무리하나, 외층부(300)를 형성한 후, 보강부재(20)를 정착구(30)로 정착한 상태에서 표층부(400)를 형성하여 시공을 마무리할 수도 있는 것이다.

본 발명에서 상기 실시형태는 하나의 예시로서 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다 할 것이다.

Claims

물, 시멘트, 골재를 일정비율로 배합하여 압축강도가 21~30MPa의 보통콘크리트를 생산 및 현장 이송하는 단계와;

상기 보통콘크리트에 기포 및 저급 혼합재료를 혼합부로 혼합하여 형성된 보통강도 콘크리트가 숏팅안내부재를 통해 사면으로 배출되어 외층부보다 두꺼운 두께로 내층부를 형성하는 단계와;

상기 보통콘크리트에 기포 및 고급 혼합재료를 혼합부로 혼합하여 형성된 고성능 콘크리트가 숏팅안내부재를 통해 내층부 상면으로 내층부의 두께보다 얇은 두께로 배출되어 외층부를 형성하는 단계와;

상기 보통콘크리트에 기포 및 착색재료를 혼합부로 혼합하여 형성된 칼라 콘크리트가 숏팅안내부재를 통해 외층부 상면으로 배출되어 표층부를 형성하는 단계와;

상기 숏팅안내부재로 각 콘크리트가 배출될 때, 5기압 이상의 고압의 공기를 뿜어 각 콘크리트에 포함된 기포를 소산시키면서 슬럼프가 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법.
청구항 1에 있어서, 상기 저급 혼합재료는,

플라이애쉬나 슬래그미분말 중 어느 하나 또는 플라이애쉬나 슬래그미분말을 혼합하는 것을 특징으로 하는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법.
청구항 2에 있어서,

상기 저급 혼합재료는, 상기 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 3~30 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법.
청구항 1에 있어서, 상기 고급 혼합재료는,

실리카퓸과 메타카올린 중 어느 하나 또는 실리카퓸과 메타카올린을 혼합하는 것을 특징으로 하는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법.
청구항 4에 있어서,

상기 고급 혼합재료는, 상기 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 2~20 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법.
청구항 1에 있어서, 상기 착색재료는,

산화철이나 카본블랙 중 어느 하나 또는 산화철이나 카본블랙을 혼합하는 것을 특징으로 하는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법.
청구항 6에 있어서,

상기 착색재료는, 상기 보통콘크리트를 형성하는 시멘트 100 중량부 기준으로 1~8 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법.
청구항 1에 있어서, 상기 혼합부는,

상기 보통콘크리트가 투입되는 레미콘 트럭 내부에 모터의 동력으로 회전하는 축과;

상기 축에 적어도 1단 이상 방사상으로 형성되어 축의 회전방향으로 회전하면서 보통콘크리트와 기포, 혼합재료 및 착색재료를 혼합하는 혼합부재를 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법.
청구항 1에 있어서, 상기 숏팅안내부재는,

상기 보통강도 콘크리트와 고성능 콘크리트 및 칼라 콘크리트가 유입 및 압축되어 배출되도록 내부가 관통되면서 각 콘크리트가 유입/배출되는 입/출구의 직경보다 중앙부의 직경이 작게 형성되는 숏팅안내몸체와;

상기 숏팅안내몸체로 유입되는 각 콘크리트에 포함된 기포를 소산시키면서 공기량을 감소시키도록 5기압 이상의 고압의 공기를 공급하도록 숏팅안내부재에 관통된 공기공급공을 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법.
청구항 9에 있어서, 상기 공기공급공은,

상기 숏팅안내몸체의 외주면에 방사상으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법.
청구항 1에 있어서,

상기 보강부재를 정착구로 정착하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고성능 숏크리트와 보강부재를 이용한 합체식 사면 보강방법.