KR101102249B1 - 방청 몰탈을 이용한 철근콘크리트 구조물 보수보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근콘크리트 보수보강공법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물 보수보강공법은, 보수대상이 되는 철근콘크리트 구조물을 치핑(chipping) 및 세정하는 단계, 철근콘크리트 구조물 내에 부식된 철근에서 녹을 제거하는 단계, 철근콘크리트 구조물에 보강재를 설치하는 단계, 녹을 제거한 철근과 콘크리트에 알카리부여제를 도포하는 단계, 알카리부여제가 도포된 철근과 콘크리트 상에 프라이머를 도포하는 단계 및 보강재와 철근 및 콘크리트가 매립되도록 프라이머 상에 보수몰탈을 타설하는 단계를 포함하며, 보수몰탈에는 방청제 및 염화물 이온침투 개선제로서 플루오린 실리케이트(fluorine-silicate)와 소듐 실리코네이트(sodium-siliconate)가 포함된다.

Description

방청 몰탈을 이용한 철근콘크리트 구조물 보수보강공법{Method for repairing reinforced concrete structure using mortar having anticorrosive}

본 발명은 노후화된 구조물을 보수 및 보강하는 공법에 관한 것으로서, 특히 철근콘크리트 구조물에서 발생되는 철근의 부식과 이로 인한 콘크리트의 손상을 보수하기 위한 철근콘크리트 보수보강공법에 관한 것이다.

교량, 터널, 지하철, 지하차도, 복개 구조물 및 기타 토목 및 건축용 철근콘크리트 구조물은 시간이 지남에 따라 열화되어 그 수명이 줄어든다. 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 해양환경하에 콘크리트 구조물이 위치하여 해수 속의 염분이 콘크리트 속으로 침투되는 경우 또는 겨울철 제설작업으로 사용한 염화칼슘이 교량의 콘크리트 속으로 침투되는 경우에는 콘크리트 속에 매입되어 있는 철근이 매우 쉽게 부식되며, 부식된 철근은 팽창하여 콘크리트에 미세한 균열을 발생시킨다.

철근콘크리트 구조물의 철근 부식 메커니즘은 초기 강알카리성의 콘크리트가 탄산가스(자동차 매연, 이산화탄소 등)에 의해 중성화되고, 이어 염화물을 함유한 수분이 콘크리트에 침투하여 철근을 감싸고 있는 부동태 피막을 파괴하면 철근의 부식이 가속화된다.

이와 같이 부식된 철근은 자기 체적의 2.5배까지 팽창하며, 이러한 팽창력이 콘크리트에 가해짐으로써 콘크리트에 균열이 발생되고 종국에는 콘크리트를 탈락시키게 된다.

이러한 문제점을 극복하고자 많은 개선방법이 개발되었으며, 가장 널리 사용되고 있는 방법은 콘크리트 열화 부위를 제거하고 부식된 철근의 방청처리 후 보수용 모르타르를 이용하여 단면을 복구하는 방법이다.

특허공개 제89-5242호에는 지방산 금속염과 염화파라핀에 카본블랙이나 규산알루미늄계 무기분말을 첨가한 후 고분자 수지와 분산제를 혼합하여 제조되는 분말방수재에 관한 기술을 개시하고 있다.

특허공개 제87-1288호에서는 주재인 플라이에쉬에 메타규산소다(물유리), 지방산 금속염인 스테아린산 아연과 조강성 혼화제를 첨가한 방수재 조성물을 제공하고 있다.

또한, 특허공고 제87-1543호에서는 플라이애쉬를 주재로 하고 메틸셀룰로즈, 염화바륨, 메타규산소다, 포조리스 및 스테아린 아연을 첨가하여 제조한 분말 방수재를 제공하고 있다. 이 분말 방수재의 경우 염화바륨을 사용함에 따라 수화반응 시 염화물에 의한 철근부식의 우려가 있어 콘크리트 구조물에 사용하기에는 부적합하다는 단점을 가지고 있다.

특허공개 제01-38952호에서는 실리카흄을 주재로 하고 여기에 고급 지방산 금속염 (스테아린산 아연)과 유동화제, AE감수제, 규사 등을 첨가하여 제조되는 구체분말 방수재 조성물을 제공하고 있다.

그러나 상기의 방수재 분말 또는 방수재 조성물은 지방산이나 파라핀을 주재료로한 발수제 성분과 일반 포졸란이나 실리카흄을 사용하여 콘크리트의 수밀성을 높일 수 있지만, 이를 사용한 콘크리트 구조물은 강도저하에 의해 구조물의 성능저하와 철근이 부식되는 문제가 있다.

또한 상기와 같은 유형의 보수 방법은 구콘크리트와 보수모르타르의 부착불량 및 보수모르타르의 미세 균열 발생시 염화물을 함유한 수분의 침투가 쉽게 되어 철근 부식을 야기하는 문제점도 있다.

따라서 상기의 문제점을 모두 충족하기 위한 보수 공법 및 이에 사용되는 전용 보수몰탈의 개발이 요청되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방청성 및 염화물 이온침투성이 개선에 효율적이며, 복구된 철근콘크리트 구조물의 강도가 증진되도록 하는 철근콘크리트 구조물 보수보강공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물 보수보강공법은, 보수대상이 되는 철근콘크리트 구조물을 치핑(chipping) 및 세정하는 단계; 상기 철근콘크리트 구조물 내에 부식된 철근에서 녹을 제거하는 단계; 상기 철근콘크리트 구조물에 보강재를 설치하는 단계; 녹을 제거한 상기 철근과 콘크리트에 알카리부여제를 도포하는 단계; 상기 알카리부여제가 도포된 상기 철근과 콘크리트 상에 프라이머를 도포하는 단계; 및 상기 보강재와 철근 및 콘크리트가 매립되도록 상기 프라이머 상에 보수몰탈을 타설하는 단계;를 포함하며, 상기 보수몰탈에는 방청제 및 염화물 이온침투 개선제로서 플루오린 실리케이트(fluorine-silicate)와 소듐 실리코네이트(sodium-siliconate)가 포함된다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 보수몰탈에는 증점제로서 잔탄검(xanthan gum)이 포함되며, 상기 방청제는 및 염화물 이온침투 개선제로 작용하는 플루오린 실리케이트는 상기 보수몰탈 전체에서 1.0~3.0 중량부, 소듐 실리코네이트는 보수몰탈 전체에서 0.5~2.0 중량부의 비율로 포함되며, 상기 잔탄검은 상기 보수몰탈 전체에서 0.1~0.3 중량부의 비율로 포함된다.

그리고 상기 알카리부여제는 플루오린 실리케이트, 소듐 실리코네이트, 잔탄검을 포함하여 이루어진다. 상기 알카리부여제는 상기 플루오린 실리케이트 12~18 중량부, 상기 소듐 시리코네이트 8~16 중량부, 진크 설페이트(zinc-sulphate) 8~14 중량부, 잔탄검 2~4 중량부 및 물 56~68 중량부의 비율로 혼합하여 액상으로 제조가능하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보강재는 탄소섬유로 이루어진 봉에 유리섬유 또는 아라미드 섬유를 감싼 로드와, 상기 로드에 도포되는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지의 접착제와, 상기 접착제에 의해 상기 로드에 부착되며 다수의 슬래그 볼(slag ball)을 포함하는 강도보강제를 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 강도보강제는 다수의 돌로마이트와 상기 슬래그 볼을 혼합하며, 상기 슬래그 볼은 직경이 0.5~1.0mm 범위의 것과, 직경이 0.1~0.5mm 범위의 것을 함께 사용하고, 상기 돌로마이트는 직경이 0.1~0.5mm 범위인 것을 사용한다.

본 발명에서는 플루오린 실리케이트, 소듐실리케이트를 사용하여 철근콘크리트 구조물의 방청성과 염화물이온 침투 저항성이 획기적으로 개선된다는 장점이 있다.

또한 알카리 부여제로서 플루오린 실리케이트, 소듐실리케이트 및 잔탄검을 사용함으로써 방청성 및 염화물이온 침투 저항성을 향상시킨다.

그리고 본 발명에서는 슬래그볼 또는 슬래그볼과 돌로마이트를 혼합한 강도보강재를 사용함으로써 철근콘크리트 구조물의 강도를 향상시키고, 콘크리트와 보수몰탈 사이의 접합력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 보수보강공법의 개략적 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에서 사용되는 보강재의 개략적 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 보강재의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 의해 보수된 콘크리트 구조물의 개략적 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철근콘크리트 구조물 보수보강공법에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물 보수보강공법의 개략적 흐름도이며, 도 4는 본 발명에 의해 보수된 콘크리트 구조물의 개략적 단면도이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물 보수보강공법(M100)에서는 우선 보수대상이 되는 철근콘크리트 구조물의 콘크리트(10)를 취핑(chipping) 및 세정한다. 예컨대 교량과 같은 철근콘크리트 구조물의 손상된 단면을 깎고 다듬어서 신선한 면이 외부로 노출되도록 한다. 손상된 단면을 치핑한 후에는 고압수로 콘크리트(10)의 단면을 세정하여 콘크리트 파편 등 이물질을 손상면으로부터 완전히 제거한다.

상기한 바와 같이, 철근콘크리트 구조물의 손상면에 대하여 취핑 및 세정을 수행한 후에는, 부식된 철근(20)으로부터 녹을 제거한다. 종래기술에서도 설명한 바와 같이, 철근이 부식되면 녹이 슬면서 부피가 2배 이상 팽창하게 되는 바, 물리적 수단을 이용하여 녹을 제거한다.

녹을 제거한 후에는 철근콘크리트 구조물을 보강하기 위한 보강재(30)를 설치한다. 예컨대, 교량에서는 교량의 하부면에 보강재를 설치하는 것이 일반적이다. 보강재는 다양한 형태가 있으나, 본 실시예에서는 철근콘크리트 구조물의 강도를 증진시키는 한편, 후술할 보수몰탈과의 결합력을 증대시키기 위하여 강도보강재(33)가 부착되어 있는 보강재를 사용한다.

도 2 및 도 3에는 본 실시예에서 사용하는 보강재가 도시되어 있다. 도 2는 도 1에 도시된 실시예에서 사용되는 보강재의 개략적 사시도이며, 도 3은 보강재의 개략적 횡단면도이다.

보강재(100)는 탄소섬유로 이루어진 봉(31a)을 유리섬유 또는 아라미드섬유(31b)로 감싼 로드로 구성하여 강도를 증진시킨다. 또한 로드의 표면에 에폭시수지 또는 아크릴수지(32)를 도포한다. 이 에폭시수지 또는 아크릴수지는 후술할 강도보강제를 접착시키는 작용을 한다.

상기한 바와 같이, 로드는 탄소섬유를 유리섬유(또는 아라미드섬유)로 감싸서 일체화하였는데, 각각의 층을 구성하는 물성의 상호 보완적관계에 의해 동일구경의 철근에 비해 10배 정도의 강도와 1/10 이하의 중량을 유지하게 되고, 시간의 경과에 따른 물성의 변화가 거의 없다는 장점이 있다.

또한, 아크릴수지 또는 에폭시수지(32)의 표면에는 강도보강제(33)가 부착되는데, 본 실시예에서는 강도보강제로서 슬래그 볼(slag ball)을 단독으로 사용하거나, 슬래그 볼과 돌로마이트를 혼합하여 사용한다. 보강재의 표면에는 규사를 부착하는 것이 일반적인데, 본 실시예에서는 규사에 비하여 강도가 우수한 슬래그 볼을 사용함으로써 강도증진효과를 발생시킨다. 또한, 슬래그 볼은 규사에 비하여 후술할 보수몰탈과의 접착력이 우수하여 보수몰탈과 보강재가 일체로 거동하게 하는 작용을 한다.

본 발명에서 사용되는 슬래그 볼은, 통상 피에스 볼(PS Ball; Precious Slag ball)이라고 불리는 것으로서, 용융된 제강 슬래그를 급냉각시킴과 동시에 안정된 분자구조로 변환시키는 SAT(Slag Atomizing Technology) 라는 기술을 이용하여 생산된 것이다.

이와 같은 슬래그 볼은 제철소 제강과정에서 발생되는 용융상태의 제강 슬래그에 적당한 풍압으로 일정시간 동안 물을 분무(Atomizing)하여 급냉시키는 슬래그 분무공법으로 가공함으로써 철 이외의 고순도의 금속 원자들을 스피널(Spinel) 구조 즉, 원형의 안정된 구조를 갖는 물질을 얻게 된다. 이렇게 얻어진 슬래그 볼의 물성을 살펴보면 다음과 같다.

상기 슬래그 볼의 화학적 성분과 함량은 CaO 40.3중량%, Fe₂O₃ 26.06 중량%, SiO 12.69 중량%, MgO 7.95 중량%, Mn 4.40 중량%, FeO 3.35 중량%, Al₂O₃ 2.22 중량% 및 기타 3.03%로 구성된다.

상기한 구성의 슬래그 볼은 납, 비소, 카드뮴, 수은, 시안 등 유해물을 포함하지 않아 안전하며, 전로 슬래그나 전기로 슬래그와 같은 제강슬래그에 비하여 우수한 특성을 가진다. 즉, 마모율에 있어서 슬래그 볼은 11.6%에 불과하지만 제강 슬래그는 20%를 나타내며, 연석량에 있어서도 슬래그 볼은 0.1%에 불과하지만 제강 슬래그는 1%를 나타낸다. 경도에 있어서도 슬래그 볼이 7.5(강도)인 반면 제강슬래그는 4~4.5를 나타낸다. 또한, 제강슬래그는 비산성이 보통이지만, 슬래그 볼은 비산성이 거의 없어 작업성에서도 우수한 품질을 나타낸다.

상기한 구성의 슬래그 볼은 미끄럼 방지재로 사용되었으나, 본 실시예에서는 슬래그 볼이 가지는 물성이 보강재에 부착되는 강도보강제로서 적합하다는 것을 인지하여 새롭게 적용하게 되었다.

또한, 본 실시예에서는 동일한 규격의 슬래그 볼을 사용하는 것이 아니라 2가지 크기의 슬래그 볼을 조합하여 사용한다. 즉, 직경이 0.5~1mm 범위를 가지는 슬래그 볼과, 직경이 0.1~0.5mm 범위를 가지는 슬래그 볼을 혼합하여 사용함으로써 강도증진 효과를 배가시킬 수 있다. 슬래그 볼의 크기는 보강제의 직경에 따라 달라지는데, 본 실시예에서 직경 1cm의 보강제를 사용하고 있는 바, 슬래그 볼의 직경이 1mm 이상이면 보강제와 슬래그 볼 부착시 접착제가 과다하게 사용되어야 하며 0.1mm 미만이면 몰탈과의 접착성이 떨어지므로 바람직하지 않다.

그리고 본 실시예에서는 위 2가지의 슬래그 볼 이외에도 돌로마이트(백운석 또는 고회석)를 함께 첨가하여 강도보강제로 사용한다. 이 돌로마이트는 탄산석회와 탄산마그네슘이 대략 1:1 비율로 혼합된 복탄산염을 이루다.

돌로마이트는 슬래그 볼 보다 경제적이며 마름모의 결정으로 보강제와 몰탈의 접착강도를 높여주며 원석이 백색으로 슬래그 볼(흑색)과 혼합하여 보강제와 부착될 경우 보강제의 색을 콘크리의 색상과 유사하게 나타낼수 있다.

상기한 바와 같이, 본 실시예에서는 강도보강제로 크기가 다른 2종류의 슬래그 볼과 돌로마이트를 혼합하여 사용하는데, 직경이 큰 슬래그 볼이 30~ 80 중량%, 직경이 작은 슬래그 볼과 돌로마이트가 각각 10~35중량%의 비율로 혼합한다. 본 실시예에서는 큰 슬래그 볼 50중량%, 작은 슬래그 볼과 돌로마이트가 각각 25중량%의 비율로 사용된다. 이렇게 크기가 다른 슬래그 볼을 사용하면 몰탈과의 접착강도가 상승하는 효과가 있다.

상기한 바와 같이, 강도보강제로서 2종류의 슬래그 볼과 돌로마이트를 조합한 형태를 사용하게 되면, 기존의 규사를 강도보강제로 사용하는 경우에 비하여 강도증진효과는 물론 보수몰탈과 보강재 사이의 접착력을 높일 수 있는 이점이 있다. 본 실시예에서 상기한 구성의 보강재(30)는 후술할 보수몰탈과의 부착강도가 2.2N/mm²으로 매우 강하게 나타났다.

한편, 상기한 구성의 보강재는, 도 2에 도시된 바와 같이, 대략 'U'자 형상의 브래킷(35)을 이용하여 콘크리트에 설치한다. 즉, 브래킷(35)에는 양측에 구멍(36)이 형성되어 있는데, 보강재(30)를 브래킷(35)에 끼운 후 스크류(37)를 구멍(36)에 삽입하여 콘크리트(10)에 정착시킨다.

본 실시예에서 복수의 보강재(30)를 콘크리트에 나란하게 설치함으로써 일방형 시트를 구성하여 사용할 수 있다. 또한, 도시하지는 않았지만, 보강재(30)를 격자형으로 배치한 양방향형 시트를 사용하여 강도증진 효과를 배가시킬 수도 있음을 첨언한다.

위와 같이, 보강재(30)를 철근콘크리트 구조물에 설치한 후에는 취핑 공정을 마친 콘크리트(10)와 녹이 제거된 철근(20)에 알카리부여제(40)를 도포하여 방청성을 향상시킨다.

즉, 알카리부여제(40)를 콘크리트와 철근에 부여하게 되면 중성화된 콘크리트(10)에 알카리성을 회복시키며, 철근(20)의 표면에 비활성막을 생성함으로써 철근의 부식을 방지할 수 있다.

본 실시예에서는 방청성능과 염화물 이온 침투저항성을 개선하기 위하여, 플로우린 실리케이트(fluorine silicate), 소듐 실리코네이트(sodium siliconate), 잔탄검(xanthan gum) 및 진크설페이트(zinc sulphate)와 물을 혼합한 액상의 알카리부여제를 사용한다.

그리고 플루오린 실리케이트 12~18 중량부, 소듐 실리코네이트 8~16 중량부, 진크 설페이트 8~14 중량부, 잔탄검 2~4 중량부 및 물 56~68 중량부의 비율로 혼합한다. 보다 구체적으로 본 실시예에서는 플루오린 실리케이트 15중량부, 소듐실리코네이트 14중량부, 진크설페이트 12중량부, 잔탄검 2중량부 및 물 59중량부의 비율로 혼합하였다.

진크설페이트는 알카리부여제로서 널리 사용되고 있는 재료인 바 별도의 설명은 생략하기로 한다. 본 실시예에서 알카리부여제로서 플루오린 실리케이트와 소듐실리코네이트 및 잔탄검을 사용한데 특징이 있다.

플루오린 실리케이트(불소 규산염)는 pH 11~12 정도의 강알카리 환경을 형성함으로써 방청성과 염화물 이온 침투 저항성을 향상시키는 이점이 있으며, 경화되지 않은 몰탈에서는 응결시간 촉진에 따른 강도증진 효과를 부여한다.

그리고 소듐실리코네이트는 높은 pH로 인해 철근 및 콘크리트에 알카리성을 부여할 뿐만 아니라, 콘크리트 표면의 강도를 높여주는 역할을 한다.

실리코네이트는 하나의 규소에 4개의 산소가 결합되어 있는 실리케이트에서 산소 원자 하나가 탄소로 치환된 것이다. 소듐실리코네이트가 콘크리트에 투입되면 비체계적 접착과 파괴된 구조물을 이루기 때문에 2차원의 구조로 직선형태의 반응을 일으켜 콘크리트의 표면강도를 증대시킨다.

또한 잔탄검은 천연 증점제로서 몰탈의 thixotropic성 상승에 따른 미장 및 스프레이 작업성능 개선제로 사용되는데, 잔토모나스 캄페스트리스(Xanthomonas Campestris) 균을 사용하여 탄수화물을 순수배양 발효하여 얻은 고분자 다당류 검물질을 아이소프로필알코올에 정제·건조·분쇄한 것으로서 포도당, 마노스 및 글루크론산의 나트륨, 칼륨 및　칼슘염 등으로 구성된 혼합물이다.　엷은 노란색 가루로서 물에 잘 녹으며 수용액은 중성이다. 물에 녹으며 에탄올에 녹지 않는다.

특히 냉수에서 분산되고 열수에서 용해되는데, 용해되는 온도에 따라 점도의 차이가 거의 없다. 우수한 내열성을 가지고 있으며 특히 빙초산, 시트르산 등이 있으면 가열하더라도 점도 저하가 적은 편이다.

잔탄검은 일반 포틀랜트 시멘트의 알칼리 환경에서 pH에 의한 점도 저하가 없으며 pH 2~13의 범위 내에서도 안정함을 특징으로 한다.

알카리부여제는 적절한 점도를 유지하여야 최적의 침투깊이를 나타낼 수 있다. 적절한 점도를 유지할 경우 일정 면적당 알카리 부여제의 투입량이 늘어나며, 투입량이 늘어야 침투깊이도 깊어진다. 본 실시예에서는 알카리 환경에서도 점도를 유지할 수 있는 잔탄검을 사용하여 알카리부여제의 침투깊이를 확보한다.

그리고 진크설페이트는 알카리부여제로서 가장 널리 사용되는 재료인 바 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기한 구성의 알카리부여제는 액상으로 pH 13, 침투깊이 3.5mm를 나타냈으며, 마모감량은 0.56 나타났다. 본 출원인은 상기한 조성의 알카리 부여제에 대하여 혼합비율을 다르게 하여 많은 실험을 수행하였으나, 마모감량과 침투깊이에 있어서 상기한 배합비율이 최적임을 확인하였다.

상기한 바와 같이, 콘크리트(10)와 철근(20)에 알카리부여제(40)를 도포하여 방청성을 확보한 후에는 콘크리트(10)와 철근(20) 위에 프라이머(50)를 도포한다. 프라이머(50)는 알카리부여제(40) 위에 적층되어, 후술할 보수몰탈(60)과 콘크리트(10)가 상호 견고하게 접합되도록 한다.

프라이머(50)는 에폭시 수지 콘크리트 접착제 또는 변성 아크릴계 수지 콘크리트 접착제를 포함한다. 보다 구체적으로, 프라이머는 기존 철근콘크리트구조물( 표면 위에 새로운 콘크리트를 타설하여 일체화시키기 위한 에폭시 수지 콘크리트 접착제로서, 가용시간이 길어 도포 후 철근 및 거푸집 작업을 가능하게 하며, 고속도로 교량, 포장도로, 항만, 공장 옹벽공사 이어치기 부위에 이상적이다. 또한 수평, 가수분해에 대한 저항성이 있어 내외부 및 수직면 모두에 사용하기에 적합하며, 강도가 높다. 그리고 접착력이 구 콘크리트의 인장강도 보다 우수하며, 가사시간이 길다는 장점이 있다.

특히, 상기 에폭시 수지 콘크리트 접착제는 솔벤트 없는 에폭시 수지로서 색소와 미세한 충전제를 함유하고 있으며, 현장에서 바로 사용할 수 있도록 2종류의 재료가 각각 계량되어 공급된다.

상기한 바와 같이, 프라이머(50)를 도포한 후에는 보수몰탈(60)을 타설하여 철근콘크리트 구조물의 단면을 복구한다. 보수몰탈(60)은 거푸집 등을 설치한 후 철근콘크리트 구조물의 손상면과 보강제(30)가 모두 매립되도록 타설한다.

보수몰탈(60)은 방청성과 강도 및 콘크리트와의 접착력이 보장되어야 한다.

본 실시예에서 사용하는 보수몰탈은 시멘트, 규사, 팽창제, 증점제, 폴리머, 보강섬유 , 유동화제, 강도증진제, 염화물 이온침투 개선 및 방청제를 포함한다.

상기 시멘트는 보통 포틀랜드시멘트로 구성된다.

또한, 규사는 산화규소로 SiO 또는 SiO₂ 백색 석영질의 규사로서 순도 98% 이상을 사용한다.

그리고 팽창제는 칼슘설포알루미네이트(CSA: Calcium Sulfo Aruminate)로 구성되는데, 이 칼슘설포알루미네이트는 중장기의 수축을 보상하고, 건조수축 저감 및 균열을 억제한다. 또한 팽창제로서 칼슘설포알루미네이트(CSA: Calcium Sulfo Aruminate)와 산화칼슘(CaO)계 팽창성 무기질 혼합재를 혼합하여 사용할 수 있다.

특히 CSA 첨가시 수화반응에 의한 화학적 결합수가 증대되고 에트링자이트(Ettringite)라는 침상결정이 생성되는데, 에트링자이트(3CaO, Al₂O₃, 32H₂O)는 수 마이크로의 매우 작은 결정으로, 시멘트 페이스트의 경화과정에서 콜로이드상으로 겔 사이의 미세한 공극에 밤송이 모양의 침상으로 발포된다. 이에 겔이 경화함에 따라 공극이 감소되어도 에트링자이트에 의하여 콘크리트의 건조수축이 줄어들며, 아울러 팽창시키는 작용을 하게 된다.

또한, CSA는 수화반응 과정에서 에트링자이트의 침상결정이 생성되어 체적이 팽창하며, 팽창압에 의해 콘크리트 내부의 철근이 긴장되고, 이 반력으로 콘크리트에 압축응력을 도입하여 구조물의 인장강도를 증대시킨다.

그리고 팽창제의 팽창작용으로 콘크리트 내 미세공극을 메우면서 장기적으로 안정적이고 치밀한 구조를 형성함에 따라 콘크리트의 수밀성 향상 및 안정적인 강도증진에 효과적이다. 또한, 수화열 억제형 팽창제 CSA 100R을 보통 포틀랜드시멘트에 혼합하면 중용열 포틀랜드시멘트와 유사한 수화속도를 나타내고 대량 타설 콘크리트에서도 수화열의 상승을 억제한다.

그리고 상기 팽창제는 석회, 석고, 보크사이트를 주성분으로 하는 소성화합물(Calcium Sulfo Aruminate)을 적정입도로 공정에서 분쇄한 것으로 아우인(Hauyne, 3CaO, 3Al₂O₃, CaSO₄), 유리석회(CaO), 유리석고(CaSO₄)란 광물로 구성된다.

증젬제로는 알카리부여제로 사용되었던 잔탄검이 사용된다. 잔탄검은 보수몰탈 전체에서 0.1~0.3 중량부의 비율로 혼합된다.

잔탄검은 천연 증점제로서 몰탈의 thixotropic성 상승에 따른 미장 및 스프레이 작업성능 개선제로 사용되는데, 잔토모나스 캄페스트리스(Xanthomonas Campestris) 균을 사용하여 탄수화물을 순수배양 발효하여 얻은 고분자 다당류 검물질을 아이소프로필알코올에 정제·건조·분쇄한 것으로서 포도당, 마노스 및 글루크론산의 나트륨, 칼륨 및　칼슘염 등으로 구성된 혼합물이다.　엷은 노란색 가루로서 물에 잘 녹으며 수용액은 중성이다. 물에 녹으며 에탄올에 녹지 않는다.

특히 냉수에서 분산되고 열수에서 용해되는데, 용해되는 온도에 따라 점도의 차이가 거의 없다. 우수한 내열성을 가지고 있으며 특히 빙초산, 시트르산 등이 있으면 가열하더라도 점도 저하가 적은 편이다. 잔탄검은 일반 포틀랜트 시멘트의 알칼리 환경에서 pH에 의한 점도 저하가 없으며 pH 2~13의 범위 내에서도 안정함을 특징으로 한다.

또한, 폴리머는 EVA 고분자 변성아크릴 폴리머로서 비닐 에스테르에 기초하여 에틸렌 비닐 아세테이트를 공중합체의 중합방법으로 제조한 것으로서, 고분자 입자의 볼베어링 효과 및 피막형성에 의해 모르타르의 유동성을 향상시키는 역할을 하며, 몰탈의 점성을 갖게 하여 기존 콘크리트와의 부착성능을 향상시키면서 휨강도 및 몰탈의 표면경도가 증가할 수 있도록 할 뿐만 아니라 피막형성에 의한 부식방지효과가 있어서 보수 후 철근의 부식을 미리 방지할 수 있도록 한다.

그리고 보강섬유는 4mm의 Homopolymer Polypropylene로 섬유보강재인 PP화이버는 모르타르 1㎥에 약 850만 개 이상의 섬유를 불규칙하게 분포시켜서 콘크리트 조직 상호 간의 결합력을 증대시킴으로 몰탈의 균열방지는 물론 외부의 충격, 마모, 부식 및 동해 등의 열화 요인에 대한 저항성을 증대시킨다. 또한 보강섬유는 콘크리트/몰탈의 수축(경화/건조) 균열 억제, 마모 및 침식에 대한 저항력 증대, 충격 및 파손에 대한 저항력 증대, 동결융해에 대한 저항력 증대, 투수성의 감소, 철근부식의 감소, 피로 및 반복하중에 의한 저항력 증대와 경도가 증대되는 효과가 있다.

유동화제는 몰탈의 펌핑성능 개선 및 작업성 상승과 여름철 작업성 유지를 위한 원료이다. 본 실시예에서 사용하는 유동화제는 폴리카본산계로 Polycarboxyrate는 높은 감수성능을 발휘하는 분산제(Dispersing & Water Reducing Agent)의 역할과 시간 경과에 따라 발생하는 몰탈의 작업성 감소를 방지하는 유지제(Slump-loss Preventing Agent)의 역할을 한다.

기존의 몰탈은 나프탈렌계, 멜라민계 등의 유동화제를 사용하는데, 본 유동화제는 기존의 몰탈의 작업시간인 30분보다 2배가량 긴 1시간 이상의 작업유지성능을 나타내며, 소량의 투입으로 높은 작업성능을 나타낸다. 또한, 몰탈 자체의 치밀성을 배가시켜 강도 증진 및 염화물이온 침투 저항성을 높이고, 모르타르의 전도성을 낮추는 역할을 한다.

그리고 강도증진제로는 실리카퓸이 사용되며, 실리카퓸은 강도 증인은 물론 염화물이온 침투저항성도 상승시키는 작용을 한다.

무엇보다도, 본 실시예에서 사용하는 몰탈은 염화물 이온 침투개선 및 방청성을 함께 향상시키기 위한 재료가 사용되는데, 이 재료는 플루오린 실리케이트와 소듐실리코네이트와 진크설페이트의 혼합물로 이루어진다. 플루오린 실리케이트는 보수몰탈 전체에서 1.0~3.0 중량부, 소듐실리케이트는 보수몰탈 전체에서 0.5~2.0 중량부, 진크설페이트는 보수몰탈 전체에서 0.5~2.0 중량부의 비율로 혼합된다.

플루오린 실리케이트(불소 규산염)는 pH 11~12 정도의 강알카리 환경을 형성함으로써 방청성과 염화물 이온 침투 저항성을 향상시키는 이점이 있으며, 경화되지 않은 몰탈에서는 응결시간 촉진에 따른 강도증진 효과를 부여한다.

소듐실리코네이트는, 알카리부여제에서도 설명한 바와 같이, 보수몰탈에 알카리성을 부여함과 동시에 보수몰탈의 표면의 강도를 증대시키는 작용을 한다.

상기한 재료는 몰탈에 혼합되면 몰탈의 미세 공극에 자리하여 몰탈을 치밀하게 함으로써 강도를 증가시키며, 염화물 이온의 침투저항성을 향상시키고, 몰탈의 전도성을 낮추는 작용을 한다.

상기한 구성의 보수몰탈에 대한 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

보수몰탈은 시멘트 39중량부, 규사 51중량부, 팽창제 3중량부, 증점제 0.2중량부, 폴리머 1.5중량부, 보강섬유 0.2중량부, 유동화제 0.5중량부, 실리카퓸 1.6중량부 및 염화물 이온 침투개선 및 방청제 3.0 중량부로 구성하였다.

본 보수몰탈과의 비교를 위해 기준몰탈을 제조하였다. 기준몰탈은 증점제를 웰란검으로 사용하였으며, 방청제는 진크설페이트만 단독으로 사용하였다. 보다 구체적으로, 기준몰탈은 시멘트 39중량부, 규사 51.1중량부, 팽창제 3중량부, 증점제 0.1 중량부, 폴리머 1.5중량부, 보강섬유 0.2중량부, 유동화제 0.5중량부, 실리카퓸 1.6중량부, 방청제(진크설페이트) 3중량부로 구성하였다.

본 실시예에 따른 보수몰탈과 기준몰탈의 성능을 비교하였다.

기준몰탈이 초결시간 5시간 50분, 종결시간 9시간 10분을 나타낸 반면, 본 보수몰탈은 초결시간 3시간 30분, 종결시간 5시간 30분을 나타내어 양생시간이 많이 단축되는 것으로 조사되었다.

또한 압축강도에 있어서도 기준몰탈은 49.1N/mm²인 반면 본 몰탈은 61.6N/mm²로 증가되었으며, 휨강도 역시 기준몰탈은 7.2N/mm² 였으나, 본 몰탈은 9.8N/mm² 로 증가된 것을 확인하였다.

그리고 기준몰탈은 내알카리성 44.4N/mm², 중성화저항성 1.4mm, 투수량 0.9g, 습기투과저항성 0.2m로 나타났으나, 본 실시예에 따른 몰탈은 내알카리성 49.4N/mm², 중성화저항성 1.9mm, 투수량 0.8g, 습기투과저항성 0.7m로 나타나 기준몰탈에 비하여 우수한 것으로 확인되었다.

또한 표준조건에서의 부착강도도 기준 몰탈은 1.5N/mm²였으나 본 보수몰탈은 1.7N/mm²로 우수하게 나타났다.

무엇보다도, 염화물 이온침투 저항성(coulomb)에 있어서, 기준몰탈은 793이었은, 본 보수몰탈은 570으로 현저하게 낮게 나타났고, 방청율에 있어서도 기준몰탈은 50.4%였으나, 본 보수몰탈은 97.7로 거의 완벽한 방청율을 보였다.

즉, 본 실시예에 따른 보수몰탈은 강도와 접착력은 물론 염화물이온 침투 저항성 및 방청성에서 기준 몰탈에 비하여 매우 우수한 성능을 보였으며, 이에 따라 본 보수몰탈을 이용하면 철근콘크리트 구조물을 내구성있게 보강할 수 있다는 것을 확인하였다.

상기한 보수몰탈을 타설한 후에는 중성화 방지제(70)를 도포한다.

중성화 방지제는 불순물이 없는 지방성 아크릴 폴리머가 주성분인 탄력성의 수성 보호 코팅제로서, 대기중에 노출된 철근콘크리트구조물을 산성가스, 염소이온, 산소, 물로부터 보호하며 특히 크랙 발생가능성이 있는 면에 적합하며, 내륙 및 해안가의 모든 철근콘크리트구조물에 사용할 수 있다.

특히, 상기 중성화방지제는 2㎜ 크랙과 0.3㎜의 움직임이 있는 크랙에 대하여 저항성이 있으며, CO₂, Cl^-, O₂, 물에 대한 방어력이 우수하며, 아크릴 폴리머는 먼지 침착을 최소화하며, 철근콘크리트구조물로부터 수증기 증발이 가능하며, 자외선에 대한 저항성이 우수하다.

상기한 바와 같이, 중성화 방지제(70)를 보수몰탈(60) 위에 코팅함으로써 본 실시예에 따른 보수공법이 완료된다.

상기한 재료들은 출원인에 의하여 제조되는 바, 보강재는 'BD-Rod', 알카리부여제는 'BD-AC', 프라이머는 'BD-Primer', 보수몰탈은 'BD-Palster', 중성화 방지제는 'BD-Coat'라는 명칭을 가진다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10 ... 콘크리트 20 ... 철근
30 ... 보강재(BD-Rod) 40 ... 알카리부여제(BD-AC)
50 ... 프라이머(BD-Primer) 60 ... 보수몰탈(BD-Palster)
70 ... 중성화 방지제(BD-Coat)

Claims (10)

1. 보수대상이 되는 철근콘크리트 구조물을 치핑(chipping) 및 세정하는 단계;
   상기 철근콘크리트 구조물 내에 부식된 철근에서 녹을 제거하는 단계;
   상기 철근콘크리트 구조물에 보강재를 설치하는 단계;
   녹을 제거한 상기 철근과 콘크리트에 알카리부여제를 도포하는 단계;
   상기 알카리부여제가 도포된 상기 철근과 콘크리트 상에 프라이머를 도포하는 단계; 및
   상기 보강재와 철근 및 콘크리트가 매립되도록 상기 프라이머 상에 보수몰탈을 타설하는 단계;를 포함하며,
   상기 보수몰탈에는 방청제 및 염화물 이온침투 개선제로서 플루오린 실리케이트(fluorine-silicate)와 소듐 실리코네이트(sodium-siliconate)가 포함되며,
   상기 알카리부여제는 상기 플루오린 실리케이트 12~18 중량부, 상기 소듐 시리코네이트 8~16 중량부, 진크 설페이트(zinc-sulphate) 8~14 중량부, 잔탄검 2~4 중량부 및 물 56~68 중량부의 비율로 혼합하여 액상으로 제조되며,
   상기 보강재는 탄소섬유로 이루어진 봉에 유리섬유 또는 아라미드 섬유를 감싼 로드와, 상기 로드에 도포되는 에폭시 수지 또는 아크릴 수지의 접착제와, 상기 접착제에 의해 상기 로드에 부착되며 다수의 슬래그 볼(slag ball)과 돌로마이트를 포함하는 강도보강제를 포함하여 이루어지고,
   상기 슬래그 볼은 직경이 0.5~1.0mm 범위의 것과, 직경이 0.1~0.5mm 범위의 것을 혼합하여 사용하며, 상기 돌로마이트는 직경이 0.1~0.5mm 범위인 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 보수보강공법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보수몰탈에는 증점제로서 잔탄검(xanthan gum)이 포함된 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 보수보강공법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 방청제는 및 염화물 이온침투 개선제로 작용하는 플루오린 실리케이트는 상기 보수몰탈 전체에서 1.0~3.0 중량부, 소듐 실리코네이트는 보수몰탈 전체에서 0.5~2.0 중량부의 비율로 포함되며, 상기 잔탄검은 상기 보수몰탈 전체에서 0.1~0.3 중량부의 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 보수보강공법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 보수몰탈은,
   보수몰탈은 보통 포틀랜드 시멘트 39중량부, 규사 51중량부, 팽창제 3중량부, 증점제 0.2중량부, 폴리머 1.5중량부, 보강섬유 0.2중량부, 유동화제 0.5중량부, 실리카퓸 1.6중량부 및 염화물 이온 침투개선 및 방청제 3.0 중량부의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 보수보강공법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 프라이머는 에폭시 수지 콘크리트 접착제 또는 변성 아크릴계 수지 콘크리트 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 보수보강공법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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