KR101246114B1 - Tbm 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물 및 이에 의하여 제조된 고성능 콘크리트 세그먼트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 시멘트와 고로슬래그 미분말을 포함하는 결합재 500 내지 600 kg/m3; 콘크리트 단위체적에 대하여, 잔골재 800 내지 900 kg/m3; 콘크리트 단위체적에 대하여, 굵은 골재 800 내지 1000 kg/m3; 콘크리트 단위체적에 대하여, 물 140 내 180 kg/m3; 콘크리트 단위체적에 대하여, 조기강도 발현제 2.52 내지 5.04 kg/m3; 콘크리트 단위체적에 대하여, 내화섬유 0.414 내지 0.972 kg/m3; 및 콘크리트 단위체적에 대하여, 보강섬유 10 내지 60 kg/m3 을 포함한다.
Description
본 발명은 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물 및 이에 의하여 제조된 콘크리트 세그먼트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고장력 철근을 활용하여 세그먼트에 사용되는 보강 철근의 개수를 줄이면서도 강성 및 내화 성능이 향상된 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물 및 이에 의하여 제조된 콘크리트 세그먼트에 관한 것이다.
최근의 콘크리트 및 모르타르와 같은 시멘트계 복합재료는 대부분 압축성능을 향상시키기 위한 개발만이 진행되어 매우 높은 압축강도를 발현할 수 있는 고강도의 모르타르 및 콘크리트의 제조가 가능하게 되었다.
그러나 이러한 콘크리트 및 모르타르도 휨강도 및 인장강도가 매우 낮고, 또한 강한 취성적 성질로 인해 파괴 시 균열발생 후 급격한 응력저하가 발생하며, 철근 등에 의해 보강된 경우에도 균열이 일부에만 국한적으로 발생되어 구조물의 구조성능 및 내구성에 많은 문제점을 나타내고 있다.
한편, 이를 보완하기 위해 최근에는 다양한 섬유보강 콘크리트가 개발되고 있으나 대부분이 휨 및 인장성능의 향상만을 목적으로 하고 있어 콘크리트구조물에 높은 휨 및 인장성능을 부여하지 못하며, 또한 시공성 저하, 복잡한 제조공정 등의 이유로 일부에만 구한되어 사용되고 있는 실정이다.
특히 국내에서 사용화 되고 있는 TBM 공법에 적용되는 세그먼트는 30 내지 45 Mpa에서 제작되고 있고, 콘크리트의 설계 기준 상 SD400 내지 SD600의 고장력 철근의 활용도가 높아지고 있는데 고장력 철근이 적용되면 이에 따라 콘크리트의 단면도 증가하게 된다. 그러나 콘크리트의 단면이 증가하지 않도록 콘크리트 강도의 증가가 필요하게 된다.
콘크리트 강도의 증가로 세그먼트의 단면은 증가하지 않지만, 사용되는 철근의 개수가 줄어들게 되면 철근사이의 간격이 넓어지게 되어 콘크리트에 균열 등이 발생되는 문제점이 있다. 또한, 고강도 콘크리트를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 경우 조립과정에서 단부끼리 부딪히거나, 운송도중 단부파괴 균열 등 제품의 품질을 저하할 수 있는 문제점으로 인하여 제품의 하자 발생율이 높은 편이다.
본 발명은 고장력 철근을 사용하여 세그먼트의 철근의 개수를 줄일 수 있으면서도 고장력 철근 사이의 콘크리트의 강성 및 내화 성능을 향상시켜 설계기준 강도를 만족시킬 있으며, 콘크리트의 균열 및 파손을 방지할 수 있는 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물 및 이에 의하여 제조된 콘크리트 세그먼트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물에 있어서, 콘크리트 단위체적에 대하여, 시멘트와 고로슬래그 미분말을 포함하는 결합재 500 내지 600 kg/m3; 콘크리트 단위체적에 대하여, 잔골재 800 내지 900 kg/m3; 콘크리트 단위체적에 대하여, 굵은 골재 800 내지 1000 kg/m3; 콘크리트 단위체적에 대하여, 물 140 내 180 kg/m3; 콘크리트 단위체적에 대하여, 조기강도 발현제 2.52 내지 5.04 kg/m3; 콘크리트 단위체적에 대하여, 내화섬유 0.414 내지 0.972 kg/m3; 및 콘크리트 단위체적에 대하여, 보강섬유 10 내지 60 kg/m3 을 포함하는 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명은, 상기 결합재는, 콘크리트 단위체적에 대하여, 상기 시멘트 250 내지 550 kg/m3; 및 콘크리트 단위체적에 대하여, 상기 고로슬래그 미분말 50 내지 300 kg/m3 을 포함하는 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명은, 상기 결합재에 대한 상기 물의 중량비는 28 내지 38 인 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명은, 상기 결합재는, 콘크리트 단위체적에 대하여, 상기 시멘트 250 내지 550 kg/m3; 콘크리트 단위체적에 대하여, 상기 고로슬래그 미분말 50 내지 300 kg/m3; 및 콘크리트 단위체적에 대하여, 플라이애시 50 내지 60 kg/m3 을 포함하는 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명은, 잔골재율은 45 내지 55% 인 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명은, 상기 조기강도 발현제는, 80 내지 99 중량부의 폴리카르본산계 감수제; 및 1 내지 20 중량부의 티오황산염계 화합물을 포함하는 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명은, 상기 내화섬유는 습강 종이를 수용매에 분산시키고, 상기 분산물을 시트화하고 건조하여 건조된 시트를 제조하고, 상기 건조된 시트를 건식해면하여 얻어지는 해면 종이인 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명은, 상기 보강섬유는 스틸 화이버(steel-fiber)를 포함하는 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명의, 다른 측면에 따르면 본 발명은, 콘크리트 조성물에 의하여 제조된 TBM 공법에 적용되는 콘크리트 세그먼트를 제공한다.
본 발명에 따른 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물은 다음과 같은 효과가 있다.
고장력 철근의 사용으로 세그먼트 콘크리트에 보강되는 철근의 개수를 줄여 콘크리트 단면의 크기가 증가하는 것을 방지할 수 있으며, 철근의 사용량을 줄임으로써 세그먼트 콘크리트의 제조원을 줄일 수 있고, 철근의 사용량이 줄어들어 철근의 간격이 넓어짐으로 인해 발생될 수 있는 문제는 강섬유를 활용하여 해결할 수 있다. 그리고 조기강도 발현제, 내화섬유 및 보강섬유에 의해 콘크리트의 강성 및 내화성능을 향상시키는 효과를 가질 수 있다.
특히, 기존에는 프리캐스트 콘크리트 분야에서 산업부산물인 고로슬래그 미분말을 적용할 경우 조기강도가 부족하여, 탈형강도가 나오지 않았던 문제점을 조기강도 발현제를 포함함으로써 해결할 수 있고, 조기강도 발현제가 포함됨으로써 콘크리트가 양생하는 동안 발생될 수 있는 균열을 방지하여 콘크리트의 강도를 향상시키는 효과를 가질 수 있다.
그리고 콘크리트에 내화섬유를 적용함으로써 50Mpa 이상의 콘크리트에 필수적으로 적용되는 내화성능 확보 기준을 만족시킬 수 있어 열기에 의한 콘크리트 폭렬 현상을 방지할 수 있다. 또한, 보강섬유가 포함되어 있어 콘크리트 강도와 사용성 측면에서 콘크리트의 설계 기준에 부합하는 강도를 만족시킬 수 있어 전술한 바와 같이 고장력 철근의 사용으로 철근의 개수가 줄어들면서 고장력 철근들 사이의 콘크리트의 강성이 보완된 고강도 콘크리트를 제조할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 세그먼트를 제조할 때 고로슬래그 미분말의 치환율에 따라 콘크리트 세그먼트의 압축강도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 세그먼트를 제조할 때, 고로슬래그 미분말의 치환율에 따라 콘크리트 세그먼트의 염화물 침투 깊이를 나타낸 실험 결과이다.
도 4는 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물에 의해 제조된 콘크리트의 내화 성능을 실험한 결과가 도시된 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 콘크리트 세그먼트를 제조할 때 강섬유 혼입율에 따라 콘크리트 세그먼트의 인장강도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 세그먼트를 제조할 때, 고로슬래그 미분말의 치환율에 따라 콘크리트 세그먼트의 염화물 침투 깊이를 나타낸 실험 결과이다.
도 4는 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물에 의해 제조된 콘크리트의 내화 성능을 실험한 결과가 도시된 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 콘크리트 세그먼트를 제조할 때 강섬유 혼입율에 따라 콘크리트 세그먼트의 인장강도 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 현재 국내에서 상용화되어 있는 TBM 공법에 적용되는 세그먼트는 30 내지 45 Mpa 에서 제작되고 있다. 그리고 콘크리트의 설계 기준 상 철근은 SD400 내지 SD600을 적용할 수 있으며, 고장력 철근의 활용도가 높아짐에 따라 콘크리트의 단면 증가가 예측된다.
한편, 콘크리트의 단면증감 없이 고장력 철근을 적용하기 위해서는 철근 강도 증가에 따라 콘크리트 강도도 증가되어야 한다. 최근에는 콘크리트의 강도가 50Mpa 이상이면 고장력 철근(SD500, SD600)의 활용성이 높아진다고 보고되고 있다. 따라서 이하의 상세한 설명에서는 콘크리트 강도 50 이상 60 Mpa 이며, 고장력 철근을 사용함에 따라 고장력 철근의 개수를 줄인 콘크리트를 제조하기 위한 콘크리트 조성물을 대표적인 예로 들어 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 TMB 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물은, 결합재, 잔골재, 굵은 골재, 물, 조기강도 발현제, 내화섬유 및 보강섬유를 포함한다. 상기 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트는 상기의 콘크리트 조성물 이외에도 철근이 포함된다. 특히 본 실시예에서는 상기 철근은 전술에서도 언급되었듯이, SD500, SD600의 고장력 철근으로 구비될 수 있다. 그러나 상기 철근이 SD500, SD600의 고장력 철근에 한정될 필요는 없으며, 종래에 사용되었던 SD400의 철근이 구비되어도 무방하다. 특히, 철근량에 따라 철근의 직경이 커지면 철근의 개수를 줄일 수 있는데, 상기의 전술된 콘크리트 조성물들이 포함되면서 상기 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트의 강성 및 내화성능이 향상될 수 있다.
(1) 결합재
상기의 전술된 콘크리트 조성물들 중 먼저, 상기 결합재는 시멘트와 고로슬래그 미분말을 포함한다. 상기 시멘트는 가장 통상적으로 사용되는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)를 의미한다. 이것은 칼슘, 실리콘 및 알루미늄의 산화물의 혼합물로 이루어지고, 시멘트, 모르타르(mortar) 및 플래스터(plaster)의 기본성분으로 사용된다. 그러나 상기 시멘트가 보통 포틀랜드 시멘트에 한정될 필요는 없으며, 통상적으로 구입 가능한 다양한 종류의 시멘트가 모두 사용될 수도 있다.
상기 고로슬래그 미분말은 시멘트 수화열 저감, 수화 생성물의 증대, 치밀한 조직의 형성 및 장기강도 증진의 목적으로 사용한다. 상기 고로슬래그 미분말의 종류는 특별히 한정되지 않고 2종 내지 3종 중 어느 하나의 고로슬래그 미분말을 사용할 수 있다.
| 고로슬래그 치환율 (%) |
물/시멘트 (중량비, %) |
잔골재율 (부피비, %) |
물 (kg/m3) |
OPC (kg/m3) |
고로슬래그 미분말 (kg/m3) |
OPC+SP (kg/m3) |
잔골재 (kg/m3) |
굵은골재 (kg/m3) |
조기강도 발현제 (kg/m3) |
| 구분 | W/B | S/a | W | C | S/P | B | S | G | AD |
| 10 | 28 | 46 | 140 | 450 | 50 | 500 | 803 | 947 | 4.5 |
| 20 | 28 | 46 | 140 | 400 | 100 | 500 | 803 | 947 | 4.5 |
| 30 | 28 | 46 | 140 | 350 | 150 | 500 | 803 | 947 | 4.5 |
| 40 | 28 | 46 | 140 | 300 | 200 | 500 | 803 | 947 | 4.5 |
| 50 | 28 | 46 | 140 | 250 | 250 | 500 | 803 | 947 | 4.5 |
| 60 | 28 | 46 | 140 | 200 | 300 | 500 | 803 | 947 | 4.5 |
표 1은 콘크리트를 제조할 때 시멘트의 일부에서 치환되는 고로슬래그 미분말의 치환율을 다르게 하였을 때를 나타낸 것이고, 도 1은 표 1에 따라 콘크리트의 압축강도 변화를 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 고로슬래그 치환율에 따라 콘크리트의 압축강도가 변화하는 것을 알 수 있다. 콘크리트는 고로슬래그 미분말의 치환율이 10 내지 50% 일 때까지는 압축강도가 변화가 없고, 고로슬래그 미분말의 치환율이 60% 였을 때 28일 경과 후부터 압축강도가 저하되는 것을 알 수 있다. 이는 시멘트의 양이 적어 나타난 결과로 분석할 수 있다.
도 2 및 도 3은 콘크리트의 염해내구성을 실험한 것으로, 도 2 및 도 3을 참조하면 알 수 있듯이 고로슬래그 미분말이 함유되어 있지 않을 때에는 염화물의 콘크리트 침투 깊이가 70mm 로 가장 깊이 침투되고, 고로슬래그 미분말을 30% 치환하였을 경우에는 염화물의 침투 깊이가 50mm 이며, 고로슬래그 미분말을 50% 치환하였을 경우에는 염화물의 침투 깊이가 30mm로 고로슬래그 미분말의 치환량이 많을수록 염화물의 침투량이 적어지는 것을 알 수 있다. 이러한 실험 결과들에 따라 고로슬래그 미분말의 치환율은 10 내지 50% 의 범위 내에서 결정한다.
상기와 같은 시멘트 및 고로슬래그 미분말을 포함하는 상기 결합재의 함유량은 콘크리트 단위체적에 대하여 500 내지 600 kg/m3의 범위 내에서 포함된다. 이러한 상기의 결합재에서 상기 시멘트의 함유량은 콘크리트 단위체적에 대하여 250 내지 600 kg/m3의 범위 내에서 포함되고, 상기 고로슬래그 미분말의 함유량은 콘크리트 단위체적에 대하여 50 내지 300 kg/m3의 범위 내에서 포함된다.
한편, 상기 결합재의 다른 실시 형태로는 상기 시멘트, 상기 고로슬래그 미분말과 함께 플라이애시를 더 포함할 수 있다. 상기 플라이애시(flyash)는 화력발전소 등에서 분탄을 연소시킬 때 불연부분이 용융상태로 부유한 것을 냉각 고화시켜 채취한 부산물을 의미하고, 화학적 주성분은 SiO2, Al2O3, CaO 등으로 이루어진다. 상기 플라이애시의 입자크기는 1 내지 140 ㎛ 정도이며, 형태가 거의 매끈한 구형 입자이고, 큰 입자들 가운데는 중앙부가 비어 있는 형태로 존재하거나, 내부가 미세한 구상의 입자로 채워져 있어 콘크리트 조성물의 유동성 향상에 기여할 수 있다.
즉, 플라이애시는 표면의 매끈한 구형 입자가 볼 베어링 작용을 하여 콘크리트의 워커빌리티(유동성)를 좋게 하고, 콘크리트 속에서 물에 녹아 있는 수산화칼슘과 상온에서 천천히 화합하여 불용성 화합물을 생성시킴으로써 수화열 저감, 장기강도 및 수밀성을 증대시킬 수 있다.
따라서 상기 결합재는 시멘트의 일부가 고로슬래그 미분말로 치환된 실시 형태로 구비되거나, 시멘트의 일부가 고로슬래그 미분말 및 플라이애시로 치환되는 다른 실시 형태로 구비될 수 있다. 그리고 상기 시멘트, 상기 고로슬래그 미분말 및/또는 상기 플라이애시를 포함하는 상기 결합재의 경우에는 물에 대한 중량비가 28 내지 38의 범위에서 포함하도록 한다. 상기 시멘트, 상기 고로슬래그 미분말, 상기 플라이애시를 포함하는 상기 결합재의 경우, 상기 시멘트는 콘크리트 단위체적에 대하여 250 내지 550 kg/m3의 범위, 상기 고로슬래그 미분말은 콘크리트 단위체적에 대하여 50 내지 300 kg/m3의 범위, 상기 플라이애시는 콘크리트 단위체적에 대하여 50 내지 60 kg/m3의 범위 내에서 포함한다. 한편, 상기 플라이애시가 상기 고로슬래그 미분말로 치환되는 경우에는, 상기 플라이애시를 상기 시멘트에 대한 중량비가 10 이하의 범위에서 포함한다.
(2) 잔골재 및 굵은 골재
상기 잔골재 및 상기 굵은 골재는 일반적으로 콘크리트용으로 알려진 것이면 모두 사용 가능하며, 그 종류가 특별히 한정될 필요는 없다. 상기 잔골재는 일반 레미콘에서 사용하는 모래보다 일정한 입도를 갖고 표면수가 일정한 세척사, 인조규사, 부순모래 등을 사용할 수 있고, 이들은 단독 또는 혼합사용 가능하며 그 종류와 혼합비율이 특별히 한정되는 것은 아니다. 일반적으로는 상기 잔골재는 입경 0.15 내지 2.5mm, 절대건조밀도 2.5g/㎤ 이상, 흡수율 3% 이하, 안정성 10% 이하인 것을 사용할 수 있다. 그리고 조립율이 2.7 내지 3.0 수준의 것을 사용하는 것이 콘크리트의 유동성 확보 및 점성저하를 위해 바람직하다. 상기 잔골재의 사용량은 콘크리트 단위체적에 대하여, 800 내지 900 kg/㎥ 의 범위 내에서 포함하는 것이 콘크리트의 재료분리방지 측면에서 바람직하다.
상기 굵은 골재는 입경 2.5 내지 40mm, 절대건조밀도 2.5 g/㎤ 이상, 흡수율 3%이하, 안정성 10% 이하, 마모율 40% 이하인 것을 사용할 수 있다. 일반적으로는 콘크리트의 강도를 고려하여 자갈과 같이 25mm 수준의 골재를 사용하는 것이 좋다. 상기 굵은 골재의 사용량은 콘크리트 단위체적에 대하여 800 내지 1000 kg/㎥ 의 범위 내에서 포함하는 것이 콘크리트의 재료분리방지 측면에서 바람직하다.
(3) 조기강도 발현제
상기 조기강도 발현제는 상기와 같이 전술된 콘크리트 조성물을 이용하여 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트를 제조하였을 때, 상기 콘크리트의 조기강도 및 설계강도가 충분히 발현되도록 첨가되는 것이다. 이러한 상기 조기강도 발현제의 함유량은 콘크리트 단위체적에 대하여, 2. 52 내지 5.04 kg/m3 의 범위 내에서 포함된다. 상기 조기강도 발현제는 폴리카르본산계 감수제와 티오황산염계 화합물을 포함한다.
상기 폴리카르본산계 감수제는 콘크리트 혼화제로 상용된 것으로서 미국특허 제4,471,100호, 제4,808,641호, 제4,962,173호, 제6,939,935호에서 폴리알킬렌글리콜모노알킬에테르계 단량체와 말레인산을 공중합시키는 형태, 아크릴산과 메톡시폴리에칠렌글리콜메타아크릴레이트를 공중합시키는 형태, 아크릴산, 메톡시폴리에칠렌글리콜메타아크릴레이트와 메타알릴설포네이트 형태의 3개의 수용성 비닐단량체를 공중합시킨 형태 또는 말레인산과 무수말레인산을 알킬폴리에칠렌글리콜과 에스테르화시켜 단량체를 제조하고, 이를 아크릴산과 중합하는 형태로 제조하는 방법 등이 개시되어있다. 또한, 국내에는 대한민국 특허공개 제064529호에서 제시된 불포화폴리알킬렌글리콜에테르 기재의 단량체와 말레인산을 공중합시킨 형태의 폴리카르본산계 화합물 등이 개시되어 있다. 본 발명에 적용되는 폴리카르본산계 감수제는 전술한 사항의 것은 물론 본 발명의 출원 후에 도출되는 어떠한 것이라도 "폴리카르본산계 감수제"로서의 본질에서 벗어나지 않는 한 선택적으로 적용할 수 있다.
상기 티오황산염(thiosulfate)계 화합물은 티오황산(황산기의 산소 원자 하나와 황 원자가 바뀌어 된 불안정한 산)의 수소 이온이 금속 이온 등의 양이온과 치환된 화합물을 통칭한다. 이러한 티오황산염계 화합물은 배합수에 첨가되어 OH-의 농도를 높이고, 결합재의 주요 성분으로 고로슬래그 미분말이 함유되어 있는 콘크리트 조성물을 증기 양생하는 과정에서 고로슬래그 미분말의 잠재수경성 반응을 촉진시킨다.
이와 같은 상기 폴리카르본산계 감수제는 전체 조기강도 발현제의 조성에 80 내지 99 중량부의 범위 내에서 포함될 수 있고, 상기 티오황산염계 화합물은 전체 조기강도 발현제의 조성에 1 내지 20 중량부의 범위 내에서 포함될 수 있다.
(4) 내화섬유
상기 내화섬유는 전술한 조성물들에 의해 제조될 상기 콘크리트가 화재로 인해 폭렬되는 것을 방지하는 내화성을 향상시키고, 상기 콘크리트 타설 시 요구되는 시공성과 경제성 뿐 아니라 압축강도가 우수해지도록 포함되는 것이다. 한편, 본 발명의 실시예에서 사용되는 상기 내화섬유는 습강 종이를 수용매에 분산시키고, 상기 분산물을 시트화하고 건조하여 건조된 시트를 제조하고, 상기 건조된 시트를 건식해면하여 얻어지는 해면 종이해면 종이이며, 상기 내화섬유는 등록특허 제10-0899838호에 상세히 개시되어 있다. 따라서 본 발명에서는 상기 내화섬유에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
| 내화섬유 혼입율 (kg/m3) |
물/시멘트 (중량비, %) |
잔골재율 (부피비, %) |
물 (kg/m3) |
OPC (kg/m3) |
고로슬래그 미분말 (kg/m3) |
OPC+SP (kg/m3) |
잔골재 (kg/m3) |
굵은골재 (kg/m3) |
조기강도 발현제 (kg/m3) |
내화실험 결과 |
| 구분 | W/B | S/a | W | C | S/P | B | S | G | AD | |
| 0.275 | 28 | 46 | 140 | 350 | 150 | 500 | 803 | 947 | 4.5 | 폭렬발생 |
| 0.414 | 28 | 46 | 140 | 350 | 150 | 500 | 803 | 947 | 4.5 | 폭렬없음 |
| 0.55 | 28 | 46 | 140 | 350 | 150 | 500 | 803 | 947 | 4.5 | 폭렬없음 |
| 0.69 | 28 | 46 | 140 | 350 | 150 | 500 | 803 | 947 | 4.5 | 폭렬없음 |
| 0.83 | 28 | 46 | 140 | 350 | 150 | 500 | 803 | 947 | 4.5 | 폭렬없음 |
| 0.972 | 28 | 46 | 140 | 350 | 150 | 500 | 803 | 947 | 4.5 | 폭렬없음 |
표 2는 전술한 바와 같은 조성물로 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트를 제작할 때, 내화섬유의 혼입율을 다르게 하여 폭렬 발생 실험을 한 결과를 나타내는 것이다. 표 2에서 보는 바와 같이 내화섬유의 혼입율이 약 0.3 이하일 때에는 폭렬이 발생되었으나, 내화섬유의 혼입율이 0.414 내지 0.972 범위에서는 폭렬이 발생되지 않은 것을 알 수 있다. 따라서 표 2에 따른 실험 결과를 바탕으로 상기 내화섬유의 함유량은 콘크리트 단위체적에 대하여 0.414 내지 0.972 kg/m3 의 범위 내에서 정할 수 있다.
그리고 도 4는 콘크리트 조성물에 내화섬유가 포함된 콘크리트와 내화섬유가 포함되지 않은 콘크리트의 폭렬시험 결과가 도시된 것이다. 도 4의 (a)는 내화섬유가 포함되지 않은 콘크리트이고, 도 4의 (b)는 내화섬유가 포함된 콘크리트인데, 도 4에 도시된 바와 같이 내화섬유가 포함되지 않은 콘크리트는 폭렬이 발생하여 콘크리트가 부분적으로 파손되어 있고, 내화섬유가 포함된 콘크리트는 내화에 저항성이 커 콘크리트가 파손되지 않은 것을 확인할 수 있다.
(5) 보강섬유
상기 보강섬유는 상기 조기강도 발현제 및 상기 내화섬유와 함께 전술된 조성물들에 의해 제조되는 상기 콘크리트의 강성을 향상시키기 위해 포함되는 것이다. 최근에 개정된 콘크리트 설계 기준에 의해 콘크리트 제조 시 포함되는 철근을 SD400에서 SD600을 적용하였을 때, 철근량이 감소함에 따라 철근에 대한 비용은 절감할 수 있으나 철근 직경이 커짐에 따라 철근의 배근 개수가 줄어들게 되고, 철근이 줄어들면 철근과 철근 사이의 간격이 넓어져 균열 및 균열폭 증가의 문제점이 발생되기 때문에 전술한 바와 같이 보강섬유를 포함하는 것이다.
본 실시예에서 상기 보강섬유는 스틸 화이버(steel-fiber)로 구비된다. 상기 스틸 화이버는 콘크리트 제조 시 콘크리트의 강성 향상을 위해 상용되는 것으로 국내의 등록특허 제10-1073393호에 상세히 개시되어 있으며, 이 뿐 아니라 기성 제품으로 출시되어 있는 다양한 스틸 화이버를 첨가할 수 있다. 상기 보강섬유의 함유량은 콘크리트 단위체적에 대하여 10 내지 60 kg/m3 의 범위 내에서 결정한다.
| 강섬유 혼입율 (kg/m3) |
물/시멘트 (중량비, %) |
잔골재율 (부피비, %) |
물 (kg/m3) |
OPC (kg/m3) |
고로슬래그 미분말 (kg/m3) |
OPC+SP (kg/m3) |
잔골재 (kg/m3) |
굵은골재 (kg/m3) |
조기강도 발현제 (kg/m3) |
| 구분 | W/B | S/a | W | C | S/P | B | S | G | AD |
| 10 | 28 | 46 | 140 | 250 | 250 | 500 | 803 | 947 | 4.5 |
| 20 | 28 | 46 | 140 | 250 | 250 | 500 | 803 | 947 | 4.5 |
| 30 | 28 | 46 | 140 | 250 | 250 | 500 | 803 | 947 | 4.5 |
| 40 | 28 | 46 | 140 | 250 | 250 | 500 | 803 | 947 | 4.5 |
| 60 | 28 | 46 | 140 | 250 | 250 | 500 | 803 | 947 | 4.5 |
| 80 | 28 | 46 | 140 | 250 | 250 | 500 | 803 | 947 | 4.5 |
표 3은 콘크리트를 제조할 때 강섬유의 혼입율을 다르게 하였을 때를 나타낸 것이고, 도 5는 표 3에 따라 콘크리트의 인장강도 변화를 나타낸 것이다. 상기 도 5는 전술한 콘크리트 조성물을 이용하여 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트를 제조할 때, 상기 강섬유의 혼입율을 다르게 함에 따라 콘크리트의 인장강도가 도시된 것이다. 상기 도 5를 참조하면, 콘크리트 제조 시 강섬유를 혼입함에 따라 콘크리트의 인장강도가 향상되고, 특히 강섬유의 혼입율이 증가함에 따라 콘크리트의 인장강도도 증진되는 것을 알 수 있다. 그러나 강섬유의 혼입양이 많아질수록 제조비용이 증가하여 부담이 커지므로 상기 강섬유의 혼입양은 전술한 바와 같은 범위에서 결정하도록 한다.
전술한 바와 같은 콘크리트 조성물에 의해 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트를 제조하면, 고장력 철근을 이용하여 철근의 개수를 줄일 수 있으면서도 철근의 개수가 줄어듦에 따라 철근과 철근 사이의 간격이 넓어져도 철근과 철근 사이의 균열발생 및 균열 폭을 감소시킬 수 있다. 또한, 고강도 콘크리트로 제작된 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 경우 조립과정에서 발생되는 단부 탈락이나, 운송 및 적치하는 과정에서 발생되는 균열 등의 문제점을 효과적으로 방지할 수 있다.
특히 조기강도 발현제는 콘크리트가 양생되는 동안의 강도를 강화시킬 수 있으며 콘크리트의 설계 강도를 만족시킬 수 있고, 내화섬유가 포함됨으로써 콘크리트의 내화 성능을 향상시킬 수 있으면서 보강섬유에 의해 제조 완료된 콘크리트의 전체적인 강도 향상 효과를 가져 콘크리트가 손상 및 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (9)
- TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물에 있어서,
콘크리트 단위체적에 대하여, 시멘트와 고로슬래그 미분말을 포함하는 결합재 500 내지 600 kg/m3;
콘크리트 단위체적에 대하여, 잔골재 800 내지 900 kg/m3;
콘크리트 단위체적에 대하여, 굵은 골재 800 내지 1000 kg/m3;
콘크리트 단위체적에 대하여, 물 140 내 180 kg/m3;
콘크리트 단위체적에 대하여, 조기강도 발현제 2.52 내지 5.04 kg/m3;
콘크리트 단위체적에 대하여, 내화섬유 0.414 내지 0.972 kg/m3; 및
콘크리트 단위체적에 대하여, 보강섬유 10 내지 60 kg/m3 을 포함하고,
상기 결합재는,
콘크리트 단위체적에 대하여, 상기 시멘트 250 내지 550 kg/m3; 및
콘크리트 단위체적에 대하여, 상기 고로슬래그 미분말 50 내지 300 kg/m3 을 포함하며,
상기 결합재에서 상기 고로슬래그 미분말의 치환율은 10 내지 50% 이고,
상기 결합재에 대한 상기 물의 중량비(%)는 28 내지 38 이며,
전체 골재에 대한 잔골재율은 45 내지 55 부피% 인 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 조기강도 발현제는,
80 내지 99 중량부의 폴리카르본산계 감수제; 및
1 내지 20 중량부의 티오황산염계 화합물을 포함하는 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 내화섬유는 습강 종이를 수용매에 분산시키고, 상기 분산물을 시트화하고 건조하여 건조된 시트를 제조하고, 상기 건조된 시트를 건식해면하여 얻어지는 해면 종이인 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 보강섬유는 스틸 화이버(steel-fiber)를 포함하는 TBM 공법에 적용되는 세그먼트용 콘크리트 조성물. - 청구항 1, 청구항 6, 청구항 7 또는 청구항 8 중 어느 한 항의 콘크리트 조성물에 의하여 제조된 TBM 공법에 적용되는 콘크리트 세그먼트.
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