KR101309612B1 - 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수용 조성물 및 이를 이용한 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법 - Google Patents

철근 콘크리트 구조물의 단면 보수용 조성물 및 이를 이용한 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수용 조성물 및 이를 이용한 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수용 조성물 및 이를 이용한 단면 보수방법은 이산화탄소나 염소 이온에 의해 부식이 진행된 철근 콘크리트 구조물의 단면을 효과적으로 보수할 수 있으며, 또한 부식이 진행되지 않아 보수가 행해지지 않은 비보수 부위의 보강 철근에 추가적 부식을 방지하는 효과가 있다. 또한 보수된 보강 철근과 인접하고 있는 비보수 부위의 보강 철근 경계에 자주 발생하는 링 애노드를 방지하는 효과가 있다.

Description

철근 콘크리트 구조물의 단면 보수용 조성물 및 이를 이용한 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법{Composition for cross-section repairment of reinforced concrete structures and repairing method for cross-section of reinforced concrete structures using the same}
본 발명은 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수용 조성물 및 이를 이용한 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 관한 것이다.
일반적으로 철근 콘크리트 구조물은 철근 또는 콘크리트가 높은 내구성을 구비하고 있어 반영구적으로 사용할 수 있는 것으로 인정되어 왔으나, 최근의 많은 연구 결과와 기존 구조물의 조사 결과 철근 콘크리트 구조물도 경년 열화현상을 피할 수 없는 것으로 밝혀지고 있다. 특히 구조물의 축조 후 수십 년을 넘기지 못하고 본래의 기능을 상실하게 되는 사례가 종종 보고되고 있다.
또한 철근 콘크리트 구조물은 콘크리트의 떨어지는 인장응력으로 말미암아 균열이 발생 되며, 균열 폭이 어느 한도 이상으로 크면 균열 부위로 주위의 공기와 습기가 침입하여 철근을 부식시키고 침투된 물이 동절기에는 동결팽창하여 콘크리트를 파손시키는 경우가 있다.
또한 콘크리트는 건조수축, 온도 변화 등에 의해서도 균열이 발생되며, 이러한 구조물의 균열부위 및 표면에서 콘크리트의 중성화가 촉진됨과 동시에 구조물의 콘크리트 부분에서 열화현상이 복합적으로 발생되어 구조물의 표면이 박리, 박락 현상을 보이는 문제점이 있었다.
특히, 하자 없는 콘크리트의 경우 pH가 12.5 정도의 고알칼리성이기 때문에 보강철근 표면에는 20-60 Å 두께의 부동태 피막이 형성되어 보강 철근의 부식이 방지된다. 그러나 외부로부터 이산화탄소가 침투하면 콘크리트의 수화생성물인 알칼리성의 수산화칼슘이 반응하여 중성인 탄산칼슘이 형성되면서 pH가 10 이하로 내려가는 탄산화가 진행된다. 이로 인해 보강 철근을 보호하고 있는 보강 철근 표면의 부동태 피막은 투과성이 높아져 산소와 수분에 노출되면 전기화학적 부식이 진행된다. 또한 보강 철근의 부식은 염소 이온이 존재할 경우 표면의 부동태 피막이 파괴되어 부식이 촉진되고 커지며, 콘크리트의 pH는 더욱 낮아져 보강 철근 표면의 부동태 피막의 투과성이 더욱 높아져 철근 콘크리트 구조물에 균열이 발생하거나 단면이 탈락하게 된다.
이러한 손상에 대한 해결책으로서 종래에는 염소 이온에 의해 보강 철근이 부식되어 손상된 콘크리트를 제거하는 방식으로 보수하였다. 그리하여 보강 철근의 부식이 진행되는 양극 반응을 저지시키고, 보수재료로 단면을 보수하였는데, 모든 염소 이온을 제거하는 것은 어렵기 때문에 단면 복구 후에도 보강 철근의 부식이 계속 진행되는 것을 막는 것은 어려웠고, 결과적으로는 계속적인 보수가 뒤따라야 한다는 문제점이 있었다.
또한 보강 철근의 부식이 진행된 경우에는 보수를 한 후에도 보강 철근의 보수 부위와 비보수 부위간 경계 지역에서 링 애노드(ring anode) 현상이 발생하는 문제점이 있었다. 링 애노드 현상이란 염소 이온의 농도 차이에 의해 보수 부위에서 비보수 부위로 부식되며, 부식이 발생하지 않는 음극 반응에서 부식이 발생하는 양극 반응으로 전이되는 현상이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 아연이나 아연합금을 포함한 희생 양극재를 채택하여 도료로서 보강 철근에 도장하거나, 구조물로 조립하여 보강 철근을 연결하는 방식으로 보수하였다. 하지만 이러한 방법들도 희생 양극재를 소량으로 사용하는 경우에는 그 효과가 미비하여 추가 부식이 뒤따르고, 이를 방지하기 위해 많은 양을 사용하는 경우에는 보수 비용이 지나치게 상승한다는 문제점이 있었다.
또한 종래 선행기술로서 대한민국 등록특허 제10-1104812호(특허문헌 1)는 철근 콘크리트 구조물의 단면 복구 보수방법에 관한 것으로서, 외적 환경 요인에 의해 성능이 저하된 철근 콘크리트 구조물 단면을 침투확산성 부식제어재와 고강도 내식성 보수재를 이용하여 복구 보수하는 것에 관한 것이다. 하지만 상기 특허문헌 1에서 침투확산성 부식제어재는 보강 철근의 부식을 억제하는 효과가 있으나 침투확산성 부식제어재가 경화되기까지 많은 시간을 기다려야 하고, 공극의 크기가 작고 개수가 적은 콘크리트의 경우에는 경화 후 콘크리트 표면에 잔유물이 존재하여 표면이 불규칙해지면서 콘크리트와 프라이머 간에 접착력이 약하다는 문제점이 있었다.
더불어 종래 보수방법들은 방청재를 부식이 진행된 보강 철근에만 도포하는 방식으로 이루어져, 보수 및 도포가 이루어지지 않은 비보수 부위의 보강 철근이 부식되는 링 애노드 현상을 여전히 방지할 수 없다는 문제점이 존재하였다.
또한 종래의 단면복구용 보수재료는 강도에 중점을 두고 사용되고 있기 때문에 내구성에 대한 문제는 소홀하게 취급되고 있는 실정이다. 따라서 보강 철근의 부식 요인인 이산화탄소나 염소이온 등의 침투에 대한 저항성은 규산질의 포졸란 반응에 의해 형성되는 공극 충전이나 혼입된 폴리머가 형성시키는 막에 의존하고 있어 물리적 방법으로 해결하였다. 이렇게 형성된 공극이나 막에 의한 물리적 해결 방법은 부식에 원인이 되는 유해 물질을 차단하는 성능이 부족하였다. 특히 폴리머에 의해 형성된 막을 통해 차단시키는 단면복구용 보수재료의 경우에는 많은 양의 폴리머를 사용하기 때문에 기존 콘크리트와의 열적 거동 특성이 상이하고, 이로 인해 장기적인 접착력이 저하되어 보수 공사 후 단시간 내에 보수재료가 탈락하는 문제점이 있었다.
특허문헌 1. 대한민국 등록특허 제10-1104812호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 철근 콘크리트 구조물의 부식된 부위를 보수함과 동시에, 보수 부위와 인접하는 비보수 부위 보강 철근의 새로운 부식을 방지하고, 또한 보수 부위의 노출된 보강 철근과 비보수 부위의 노출되지 않은 보강 철근 경계에서 발생하는 링 애노드 현상을 방지하는 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수용 조성물 및 이를 이용한 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수에 사용되는 방청접착재용 조성물은 인산염계 접착증진제 24.84-25.47 중량%, 확산방청제 15.58-16.32 중량%, 고분자 에멀젼 51.46-51.78 중량% 및 혼화제 7.17-7.38 중량%를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수에 사용되는 고내구성 보수재용 조성물은 카르복실산계 접착증진제 1.62-1.76 중량%, 확산방청제 1.04-1.12 중량%, 세라믹 분말 7.16-7.45 중량%, 시멘트 22.34-23.82 중량%, 재유화형 분말수지 3.36-3.54 중량%, 규사 56.33-58.81 중량%, 혼화재 5.28-5.98 중량%, 혼화제 0.27-0.32 중량% 및 보강섬유 0.07-0.13 중량%를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법은
보강 철근이 부식된 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 있어서,
1) 손상된 콘크리트를 제거하는 단계;
2) 상기 제거된 콘크리트 표면 및 상기 콘크리트가 제거되어 노출된 보강 철근의 표면을 청소하는 단계;
3) 상기 청소된 보강 철근의 표면에 철근 방청제를 도포하는 단계;
4) 상기 청소된 콘크리트 표면 및 철근 방청제가 도포된 보강 철근의 표면에 방청접착재를 도포하는 단계;
5) 상기 방청접착재를 도포한 후, 고내구성 보수재로 제거된 콘크리트 부위를 보수하는 단계; 및
6) 상기 보수된 부위 중 구조물의 외부로 노출된 표면을 표면 보호재로 코팅하는 단계;
를 포함하며,
상기 방청접착재는 인산염계 접착증진제 24.84-25.47 중량%, 확산방청제 15.58-16.32 중량%, 고분자 에멀젼 51.46-51.78 중량% 및 혼화제 7.17-7.38 중량%를 포함하고,
상기 고내구성 보수재는 카르복실산계 접착증진제 1.62-1.76 중량%, 확산방청제 1.04-1.12 중량%, 세라믹 분말 7.16-7.45 중량%, 시멘트 22.34-23.82 중량%, 재유화형 분말수지 3.36-3.54 중량%, 규사 56.33-58.81 중량%, 혼화재 5.28-5.98 중량%, 혼화제 0.27-0.32 중량% 및 보강섬유 0.07-0.13 중량%를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법은
콘크리트가 박리 박락된 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 있어서,
1) 손상된 콘크리트를 제거하는 단계;
2) 상기 제거된 콘크리트의 표면을 청소하는 단계;
3) 상기 청소된 콘크리트 표면에 방청접착재를 도포하는 단계;
4) 상기 방청접착재를 도포한 후, 고내구성 보수재로 제거된 콘크리트 부위를 보수하는 단계; 및
5) 상기 보수된 부위 중 구조물의 외부로 노출된 표면을 표면 보호재로 코팅하는 단계;
를 포함하며,
상기 방청접착재는 인산염계 접착증진제 24.84-25.47 중량%, 확산방청제 15.58-16.32 중량%, 고분자 에멀젼 51.46-51.78 중량% 및 혼화제 7.17-7.38 중량%를 포함하고,
상기 고내구성 보수재는 카르복실산계 접착증진제 1.62-1.76 중량%, 확산방청제 1.04-1.12 중량%, 세라믹 분말 7.16-7.45 중량%, 시멘트 22.34-23.82 중량%, 재유화형 분말수지 3.36-3.54 중량%, 규사 56.33-58.81 중량%, 혼화재 5.28-5.98 중량%, 혼화제 0.27-0.32 중량% 및 보강섬유 0.07-0.13 중량%를 포함한다.
또한 상기 확산방청제는 5-아미노-N-아세틸트립타민(5-Amino-N-acetyltryptamine), 5-아미노발레르산(5-Aminovaleric acid), 4-아미노니코틴산(4-Aminonicotinic acid), 4-아미노페닐알라닌(4-Aminophenylalanine) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 인산염계 접착증진제는 디메타크릴로이록시 에틸 하이드로젠 인산염(Dimethacryloyloxy ethyl hydrogen phosphate), 메타크릴로이록시 에틸 하이드로젠 인산염(Methacryloyloxy ethyl dihydrogen phosphate), 디아크릴로이록시 에틸 하이드로젠 인산염 (Diacryloyloxy ethyl hydrogen phosphate), 아크릴로이록시 에틸 디하이드로젠 인산염(Acryloyloxy ethyl dihydrogen phosphate) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고분자 에멀젼은 아크릴(Acryl) 에멀젼, 아크릴-스티렌(Acryl-Styrene) 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene vinyl acetate) 에멀젼, 아크릴-에틸렌 비닐 아세테이트(Acryl-Ethylene vinyl acetate) 에멀젼 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 카르복실산계 접착증진제는 아크릴로이록시 에틸산 숙신산염(Acryloyloxy ethyl acid succinate), 아크릴로이록시 에틸산 프탈레이트(Acryloyloxy ethyl acid phthalate), 아크릴로이록시 프로필산 프탈레이트(Acryloyloxy propyl acid phthalate), 아크릴로이록시 에틸산 메틸프탈레이트(Acryloyloxy ethyl acid methylphthalate), 아크릴로이록시 부틸산 프탈레이트(Acryloyloxy butyl acid phthalate) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 세라믹 분말은 질화알루미늄, 질화규소, 산화지르코늄 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 플라이애시 시멘트, 실리카흄 시멘트, 고로슬래그 시멘트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나이고,
상기 재유화형 분말수지는 아크릴(Acryl) 분말, 아크릴-스티렌(Acryl-Styrene) 분말, 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene vinyl acetate) 분말, 아크릴-에틸렌 비닐 아세테이트(Acryl-Ethylene vinyl acetate)분말 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나이며,
상기 규사는 20~80mesh인 것을 특징으로 하고,
상기 혼화재는 무기계 광물질인 고강도 실리카흄, 플라이애시, 메타카올린, 고로슬래그 미분말, 소석회, 팽창재 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나이며,
상기 혼화제는 고성능 감수제, AE감수제, 유동화제, 증점제, 방수제, 응결촉진제, 응결지연제, 소포제 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나이며,
상기 보강섬유는 강 섬유(Steel fiber), 폴리프로필렌 섬유(Polypropylene fiber), 폴리에틸렌 섬유(Polyethylene fiber), 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(Polyethyleneterephthalate fiber), 폴리비닐알코올 섬유(Polyvinyl alcohol fiber) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 표면 보호재는 아크릴계, 에폭시계, 우레탄계, 우레아계 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수용 조성물 및 이를 이용한 단면 보수방법은 이산화탄소나 염소 이온에 의해 부식이 진행된 철근 콘크리트 구조물의 단면을 효과적으로 보수할 수 있으며, 또한 부식이 진행되지 않아 보수가 행해지지 않은 비보수 부위의 보강 철근에 추가적 부식을 방지하는 효과가 있다. 또한 보수된 보강 철근과 인접하고 있는 비보수 부위의 보강 철근 경계에 자주 발생하는 링 애노드를 방지하는 효과가 있다.
도 1은 실시예 1의 과정을 도식화한 그림이다.
도 2는 실시예 1에 따른 시편의 단면을 보여주는 그림이다.
도 3은 실시예 2의 과정을 도식화한 그림이다.
도 4는 실시예 2에 따른 시편의 단면을 보여주는 그림이다.
도 5는 실험예 1에 따른 각 시편의 접착 강도 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 6은 실험예 2에 따른 각 시편의 휨 강도 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 실험예 3에 따른 각 시편의 압축 강도 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8은 실험예 4에 따른 각 시편의 열팽창계수 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9는 실험예 5에 따른 각 시편의 중성화 저항성 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
도 10은 실험예 6에 따른 각 시편의 염화물 이온 침투 저항성 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
도 11은 실험예 7에 따른 각 시편의 철근 부식 억제 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
이에 본 발명자들은 부식이 진행 중인 철근 콘크리트 구조물을 보수하면서 보강 철근의 보수 부위와 비보수 부위의 경계에서 발생하는 링 애노드 현상을 방지하는 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수용 조성물 및 이를 이용한 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법을 개발하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 본 발명에 따른 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수용 조성물 및 이를 이용한 단면 보수방법을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
보강 철근은 철근 콘크리트 구조물의 축조시 구조물의 지지체 및 골격으로서 설치 되며, 이러한 보강 철근을 골격으로 하여 콘크리트를 타설하게 된다. 그리하여 보강 철근은 콘크리트의 내부에 위치하게 된다.
한편 철근 콘크리트 구조물의 이산화탄소에 의한 탄산화는 하기 반응식 1에 따라 진행되며, 염소 이온에 의한 보강 철근의 부식은 하기 반응식 2에 따라 부식이 진행된다.
[반응식 1]
Figure 112013041166994-pat00001
[반응식 2]
Figure 112013041166994-pat00002

콘크리트에 이산화탄소가 침투하면 상기 반응식 1과 같은 반응이 진행하며, 구체적으로는 수화생성물인 알칼리성의 수산화칼슘이 상기 반응식 1과 같이 반응하여 중성인 탄산칼슘이 형성되며, pH가 약 10 이하로 내려가는 탄산화가 진행되고, 이로 인해 보강 철근 표면의 부동태 피막은 투과성이 높아져 산소와 수분이 접촉되어 전기화학적 부식이 진행된다.
또한 염소 이온에 의한 보강 철근의 부식은 상기 반응식 2와 같은 반응에 의해 부식되는데, 구체적으로는 염소 이온이 존재할 경우 보강 철근 표면의 부동태 피막이 파괴되어 부식이 빠르게 진행되며, 콘크리트의 pH는 더욱 낮아져 보강 철근 표면의 부동태 피막의 투과성이 높아지게 된다. 그리하여 부식으로 인한 산화물의 내부 팽창으로 인해 약 50 N/㎟ 정도의 팽창압력이 발생하고, 결국 철근 콘크리트 구조물에 균열이 발생하면서 단면이 탈락하거나 손상되게 된다. 본 발명은 이렇게 단면이 손상된 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수용 조성물 및 이를 이용한 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법을 제공하는 것이며, 또한 보수 부위에 인접한 비보수 부위 보강 철근의 추가적 부식을 예방하는 것에 관한 것이다. 또한 염소 이온의 농도 차이에 의해 보강 철근의 보수 부위에서 비보수 부위로 부식되며, 음극 반응에서 양극 반응으로 전이되는 현상인 보강 철근의 링 애노드(Ring Anode) 현상을 방지하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수에 사용되는 방청접착재용 조성물은 바람직하게는 인산염계 접착증진제 24.84-25.47 중량%, 확산방청제 15.58-16.32 중량%, 고분자 에멀젼 51.46-51.78 중량% 및 혼화제 7.17-7.38 중량%를 포함한다.
상기 방청접착재용 조성물은 보수 부위의 보강 철근으로서 노출된 보강 철근의 표면에 보호 피막인 부동태 산화 피막을 형성함과 동시에 이러한 보수 부위와 인접하고 있는 비보수 부위 보강 철근으로서 노출되지 않은 보강 철근에도 부동태 산화 피막을 형성하게 한다. 이를 통해 보수 부위의 보강 철근뿐만 아니라 비보수 부위 보강 철근의 추가적 부식을 방지할 수 있다. 또한 보수 부위의 노출된 보강 철근과 비보수 부위의 노출되지 않은 보강 철근의 경계에서 발생하는 링 애노드 현상을 방지할 수 있다. 또한 상기 방청접착재용 조성물은 콘크리트와 본 발명에 따른 고내구성 보수재용 조성물과의 접착력을 우수하게 달성하는 효과가 있다.
상기 방청접착재용 조성물은 인산염계 접착증진제 24.84-25.47 중량%, 확산방청제 15.58-16.32 중량%, 고분자 에멀젼 51.46-51.78 중량% 및 혼화제 7.17-7.38 중량%인 것이 보강 철근의 부식 방지 및 링 애노드 현상을 효과적으로 방지할 수 있어 바람직하며, 더불어 기존 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수를 위한 조성물보다 접착력이 우수하게 달성되어 바람직하다.
상기 인산염계 접착증진제는 콘크리트와 고내구성 보수재 또는 콘크리트와 표면 보호재의 접착력을 증진시키기 위한 것으로서 디메타크릴로이록시 에틸 하이드로젠 인산염(Dimethacryloyloxy ethyl hydrogen phosphate), 메타크릴로이록시 에틸 하이드로젠 인산염(Methacryloyloxy ethyl dihydrogen phosphate), 디아크릴로이록시 에틸 하이드로젠 인산염 (Diacryloyloxy ethyl hydrogen phosphate), 아크릴로이록시 에틸 디하이드로젠 인산염(Acryloyloxy ethyl dihydrogen phosphate) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다. 이러한 인산염계 접착증진제를 통해 기존 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에서 보수 부위 표면에 존재하는 잔유물로 인해 보수재와 콘크리트 간의 접착력이 약해 보수 후 쉽게 보수재가 이탈되는 현상을 방지하게 된다. 또한 이러한 인산염계 접착증진제는 경화 시간이 단축되어 작업 시간을 대폭 단축시키는 효과가 있다.
또한 상기 인산염계 접착증진제가 24.84 중량% 미만이면 콘크리트와 고내구성 보수재의 접착력이 미흡하고, 25.47 중량%를 초과하면 방청접착재의 작업성이 저하되므로 그 배합비를 24.84-25.47 중량%로 하는 것이 바람직하다.
상기 확산방청제는 노출된 보수 부위의 보강 철근 및 이와 인접한 비보수 부위의 노출되지 않은 보강 철근 표면에 보호 피막을 형성시키고 내재염분 및 비례염분을 고정시키기 위한 것으로서, 5-아미노-N-아세틸트립타민(5-Amino-N-acetyltryptamine), 5-아미노발레르산(5-Aminovaleric acid), 4-아미노니코틴산(4-Aminonicotinic acid), 4-아미노페닐알라닌(4-Aminophenylalanine) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다. 이러한 확산방청제로 인해 노출된 보수 부위의 보강 철근 부식을 방지함과 동시에 비보수 부위의 노출되지 않은 보강 철근의 부식도 막을 수가 있다. 또한 링 애노드 현상이 발생하는 것을 예방할 수 있다.
또한 상기 확산방청제가 15.58 중량% 미만이면 보강철근 표면에 보호피막 형성과 내재염분 및 비례염분 고정 성능이 미흡하고, 16.32 중량%을 초과하면 방청 접착재의 이상응결에 의해 불규칙한 균열이 발생되므로 그 배합비를 15.58~16.32 중량%로 하는 것이 바람직하다.
상기 고분자 에멀젼은 방청접착재의 수밀성, 기밀성을 증진시키기 위한 것으로서, 아크릴(Acryl) 에멀젼, 아크릴-스티렌(Acryl-Styrene) 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene vinyl acetate) 에멀젼, 아크릴-에틸렌 비닐 아세테이트(Acryl-Ethylene vinyl acetate) 에멀젼 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한 상기 고분자 에멀젼이 51.46 중량% 미만이면 다공성의 방청접착재가 되고, 51.78 중량% 를 초과하면 방청접착재의 흐름성이 커져 작업성이 저하되므로 그 배합비를 51.46-51.78 중량%로 하는 것이 바람직하다.
상기 혼화제는 방청접착재의 물성 및 시공성을 개선시키고 경화시간을 조절하기 위한 것으로서, 고성능 감수제, AE감수제, 유동화제, 증점제, 방수제, 응결촉진제, 응결지연제, 소포제 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
또한 상기 혼화제가 7.17 중량% 미만이면 방청접착재의 성질을 개선시키는 효과가 미흡하고, 7.38 중량%를 초과하면 방청접착재의 이상응결로 인해 품질이 저하되므로 그 배합비를 7.17-7.38 중량%로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수에 사용되는 고내구성 보수재용 조성물은 바람직하게는 카르복실산계 접착증진제 1.62-1.76 중량%, 확산방청제 1.04-1.12 중량%, 세라믹 분말 7.16-7.45 중량%, 시멘트 22.34-23.82 중량%, 재유화형 분말수지 3.36-3.54 중량%, 규사 56.33-58.81 중량%, 혼화재 5.28-5.98 중량%, 혼화제 0.27-0.32 중량% 및 보강섬유 0.07-0.13 중량%를 포함한한다.
상기 고내구성 보수재용 조성물은 단면이 탈락되거나 단면 보수에 의해 제거된 콘크리트 부위를 보수하기 위한 것이다. 즉, 상기 고내구성 보수재용 조성물이 제거된 콘크리트를 대체하여 새롭게 메워지면서 철근 콘크리트 구조물에 설치되어 고내구성 보수재로 사용된다. 이러한 본 발명에 따른 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수에 사용되는 고내구성 보수재용 조성물은 기존의 단면 보수용 보수재료와는 달리 막 형성의 물리적 방법뿐 만 아니라 화학적 방법에 의해 보강 철근의 부식을 막으면서 본 발명에 따른 방청접착재용 조성물과의 접착력을 우수하게 달성할 수 있다. 즉, 상기 확산방청제가 내재염분 및 비례염분을 고정시켜 철근 콘크리트 구조물의 추가적 부식을 막게 된다. 또한 상기 세라믹 분말에 의해 내화학성 및 열충격성을 크게 안정화시켜 화학적으로 안정한 상태를 유지하면서 보수 후에도 철근 콘크리트 구조물 상태가 장기간 안정적으로 유지될 수 있게 한다.
상기 고내구성 보수재용 조성물은 카르복실산계 접착증진제 1.62-1.76 중량%, 확산방청제 1.04-1.12 중량%, 세라믹 분말 7.16-7.45 중량%, 시멘트 22.34-23.82 중량%, 재유화형 분말수지 3.36-3.54 중량%, 규사 56.33-58.81 중량%, 혼화재 5.28-5.98 중량%, 혼화제 0.27-0.32 중량% 및 보강섬유 0.07-0.13 중량%로 이루어지는 것이 콘크리트와의 접착력이 우수하면서 내화학성 및 열충격에 대한 안정성이 우수하여 보수 후 장기간 안정적으로 보수재의 상태를 유지하게 하여 바람직하다.
상기 카르복실산계 접착증진제는 고내구성 보수재용 조성물의 접착력을 증진시키기 위한 것으로서, 아크릴로이록시 에틸산 숙신산염(Acryloyloxy ethyl acid succinate), 아크릴로이록시 에틸산 프탈레이트(Acryloyloxy ethyl acid phthalate), 아크릴로이록시 프로필산 프탈레이트(Acryloyloxy propyl acid phthalate), 아크릴로이록시 에틸산 메틸프탈레이트(Acryloyloxy ethyl acid methylphthalate), 아크릴로이록시 부틸산 프탈레이트(Acryloyloxy butyl acid phthalate) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한 상기 카르복실산계 접착증진제가 1.62 중량% 미만이면, 고내구성 보수재용 조성물의 접착력이 미흡하고, 1.76 중량%를 초과하면 고내구성 보수재용 조성물을 인력으로 도포하거나 뿜칠 장비로 도포한 후 마감 미장을 할 때 작업성이 불량하게 되므로 그 배합비를 1.62-1.76 중량%로 하는 것이 바람직하다.
상기 확산방청제는 내재염분 및 비례염분을 고정시키기 위한 것으로 상기 고내구성 보수재용 조성물 내에서의 상기 확산방청제가 1.04 중량% 미만이면 기존 내재염분 및 비례염분 고정 성능이 미흡하고, 1.12 중량%을 초과하면 고내구성 보수재용 조성물의 이상응결에 의해 불규칙한 균열이 발생되므로 그 배합비를 1.04-1.12 중량%로 하는 것이 바람직하다.
상기 세라믹 분말은 고내구성 보수재용 조성물의 내화학성 및 내열충격성을 증진시키고 고내구성 보수재용 조성물의 열팽창계수를 콘크리트와 유사하게 하기 위한 것으로서, 세라믹 분말의 크기는 제한을 두지 않으나 분말도가 대략 7,000-9,000 ㎠/g인 질화알루미늄, 질화규소, 산화지르코늄 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한 상기 세라믹 분말이 7.16 중량% 미만이면 고내구성 보수재용 조성물이 산, 알칼리 및 열충격에 대한 저항성이 저하되며, 열팽창계수가 증가하여 콘크리트와의 장기 접착력이 저하되고, 7.45 중량%를 초과하면 고내구성 보수재용 조성물의 유동성이 저하되어 작업성이 불량하게 되므로 그 배합비를 7.16-7.45 중량%로 하는 것이 바람직하다.
상기 시멘트는 고내구성 보수재용 조성물 내에서 바인더 역할을 하고 고내구성 보수재용 조성물의 강도를 증진시키기 위한 것으로서, 포틀랜드 시멘트, 플라이애시 시멘트, 실리카흄 시멘트, 고로슬래그 시멘트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한 상기 시멘트가 22.34 중량% 미만이면 고내구성 보수재의 강도가 충분히 발현되지 않고, 23.82 중량%를 초과하면 시멘트의 수화반응 시 과다한 반응열이 생성되어 보수 후 보수재의 표면에 폭이 넓은 균열이 발생되므로 그 배합비를 22.34-23.82 중량%로 하는 것이 바람직하다.
상기 재유화형 분말수지는 시멘트의 수화반응에 의해 생성된 수화물과 규사를 견고하게 결합시키고 수화물들 사이에 탄성 띠를 형성하여 고내구성 보수재용 조성물의 수밀성과 기밀성 증진 및 미세균열의 확장을 억제시키기 위한 것으로서, 아크릴(Acryl) 분말, 아크릴-스티렌(Acryl-Styrene) 분말, 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene vinyl acetate) 분말, 아크릴-에틸렌 비닐 아세테이트(Acryl-Ethylene vinyl acetate)분말 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한 상기 재유화형 분말수지가 3.36 중량% 미만이면 고내구성 보수재용 조성물에서 재료분리가 일어나며 고내구성 보수재용 조성물의 수밀성, 기밀성 및 미세균열 확장 억제성이 저하되고, 3.54 중량%를 초과하면 시멘트의 수화반응이 방해되고 과다한 기포가 발생되어 고내구성 보수재의 강도가 저하되므로 그 배합비를 3.36-3.54 중량%로 하는 것이 바람직하다.
상기 규사는 고내구성 보수재용 조성물의 강도를 증진시키고 균열의 확장을 억제시키기 위한 것으로서, 20~80 mesh인 것이 바람직하다.
또한 상기 규사가 56.33 중량% 미만이면 고내구성 보수재용 조성물의 제조비용이 많이 소요되어 경제성이 저하되며 혼합수의 양이 많아져서 고내구성 보수재용 조성물의 건조수축이 커지고, 58.81 중량%를 초과하면 뿜칠 장비로 단면을 도포할 때 고내구성 보수재용 조성물의 탈락률이 많이 발생되고 복구된 단면이 거칠어 후속 공정인 표면 보호재 마감코팅이 어려워지므로 그 배합비를 56.33-58.81 중량%로 하는 것이 바람직하다.
상기 혼화재는 고내구성 보수재의 강도 및 내구성을 증진시키기 위한 것으로서, 무기계 광물질인 고강도 실리카흄, 플라이애시, 메타카올린, 고로슬래그 미분말, 소석회 및 팽창재 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 인 것이 바람직하다.
또한 상기 혼화재가 5.28 중량% 미만이 되면 강도 및 내구성 증진 효과가 저하되고, 5.58%를 초과하면 고내구성 보수재용 조성물의 응결 이상으로 품질이 저하되므로 그 배합비를 5.28-5.58 중량%로 하는 것이 바람직하다.
상기 혼화제는 고내구성 보수재용 조성물의 작업성과 내구성을 증진시키고 경화시간을 조절하기 위한 것으로서, 고성능 감수제, AE감수제, 유동화제, 증점제, 방수제, 응결촉진제, 응결지연제, 소포제 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한 상기 혼화제가 1.33 중량% 미만이면 0.27 중량% 미만이면 고내구성 보수재용 조성물의 성질을 개선시키는 효과가 저하되고, 0.32 중량%를 초과하면 고내구성 보수재의 강도가 저하되고 유동성이 과다하게 증가되며 품질이 저하되므로 그 배합비를 0.27-0.32 중량%로 하는 것이 바람직하다.
상기 보강섬유는 고내구성 보수재의 인장강도, 휨강도를 증시키고 미세균열이 확장되는 것을 억제할 뿐만 아니라 화재 시에 콘크리트 내부에 존재하는 해리된 수분을 밖으로 배출하여 수증기압에 의한 폭열현상을 방지하는 것으로서, 강 섬유(Steel fiber), 폴리프로필렌 섬유(Polypropylene fiber), 폴리에틸렌 섬유(Polyethylene fiber), 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(Polyethyleneterephthalate fiber), 폴리비닐알코올 섬유(Polyvinyl alcohol fiber) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한 상기 보강섬유가 0.07중량% 미만이면 보수 후 고내구성 보수재의 인장강도, 휨강도가 저하되며 미세균열의 확장을 억제하는 성능이 저하되고, 0.13 중량%를 초과하면 보강섬유가 뭉치는 파이버 볼(Fiber Ball) 현상이 발생되고 스프레이의 노즐이 막혀 시공상의 어려움이 발생되므로 그 배합비를 0.07-0.13 중량%로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 보강 철근이 부식된 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법은
보강 철근이 부식된 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 있어서,
1) 손상된 콘크리트를 제거하는 단계;
2) 상기 제거된 콘크리트 표면 및 상기 콘크리트가 제거되어 노출된 보강 철근의 표면을 청소하는 단계;
3) 상기 청소된 보강 철근의 표면에 철근 방청제를 도포하는 단계;
4) 상기 청소된 콘크리트 표면 및 철근 방청제가 도포된 보강 철근의 표면에 방청접착재를 도포하는 단계;
5) 상기 방청접착재를 도포한 후, 고내구성 보수재로 제거된 콘크리트 부위를 보수하는 단계; 및
6) 상기 보수된 부위 중 구조물의 외부로 노출된 표면을 표면 보호재로 코팅하는 단계;
를 포함하며,
상기 방청접착재는 인산염계 접착증진제 24.84-25.47 중량%, 확산방청제 15.58-16.32 중량%, 고분자 에멀젼 51.46-51.78 중량% 및 혼화제 7.17-7.38 중량%를 포함하고,
상기 고내구성 보수재는 카르복실산계 접착증진제 1.62-1.76 중량%, 확산방청제 1.04-1.12 중량%, 세라믹 분말 7.16-7.45 중량%, 시멘트 22.34-23.82 중량%, 재유화형 분말수지 3.36-3.54 중량%, 규사 56.33-58.81 중량%, 혼화재 5.28-5.98 중량%, 혼화제 0.27-0.32 중량% 및 보강섬유 0.07-0.13 중량%를 포함한다.
상기 1)단계는 손상된 콘크리트를 제거하는 단계로서, 상기 제거의 방법은 손상된 콘크리트를 제거할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 모두 적용할 수 있으며, 바람직하게는 현장의 여건에 적합하게 인력치핑이나 샌드블라스터, 워터젯, 착암기 및 기타 적절한 방법으로 실시할 수 있다.
상기 2)단계의 청소에서 콘크리트 표면은 표면에 존재하는 잔류물 등을 제거하고, 보강 철근 표면의 청소는 표면에 존재하는 녹을 제거하는 것으로서, 이들은 와이어브러쉬, 워터젯, 워터샌드젯 및 기타 적절한 방법으로 청소하면서 녹을 제거하게 된다. 특히 콘크리트 표면과 보강 철근 표면에 접착을 방해하는 먼지 및 유류 등의 이물질을 워터젯이나 진공흡입기 등 적절한 방법으로 제거하되, 워터젯으로 실시하는 경우 접착에 방해가 되는 수막이 표면에 형성되지 않게 실시하는 것이 바람직하다. 또한 콘크리트의 제거로 노출된 보강 철근의 녹을 제거한 뒤 보강 철근이 심하게 부식되어 인장력이 부족함을 발견하거나 철근 콘크리트 구조물의 용도 변경 등으로 인해 내하력을 증진시켜야 할 필요성이 있다면 새로운 보강 철근이나 섬유로드 등의 보강재를 설치하여 철근 콘크리트 구조물을 보강할 수 있다.
상기 3)단계의 철근 방청제를 도포하는 단계는 노출된 보강 철근의 부식을 방지하기 위한 것으로서 붓이나 롤러 또는 스프레이를 사용하여 실시하는 것이 바람직하며, 보강 철근의 뒤쪽까지도 밀실하게 도포하는 것이 바람직하다.
상기 4)단계의 방청접착재를 도포하는 단계는 보수 부위의 보강 철근으로서 노출된 보강 철근의 표면에 보호 피막인 부동태 산화 피막을 형성함과 동시에 이러한 보수 부위와 인접하고 있는 비보수 부위 보강 철근으로서 노출되지 않은 보강 철근에도 부동태 산화 피막을 형성하게 된다. 이를 통해 보수 부위의 보강 철근뿐 만 아니라 비보수 부위의 보강 철근의 추가적 부식을 방지할 수 있으며, 이를 통해 링 애노드 현상을 방지할 수 있다.
상기 방청접착재는 인산염계 접착증진제 24.84-25.47 중량%, 확산방청제 15.58-16.32 중량%, 고분자 에멀젼 51.46-51.78 중량% 및 혼화제 7.17-7.38 중량%인 것이 보강 철근의 부식 방지 및 링 애노드 현상을 효과적으로 방지할 수 있어 바람직하며, 더불어 기존 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수를 위한 조성물보다 접착력이 우수하게 달성되어 바람직하다.
상기 5)단계는 고내구성 보수재로 탈락되거나 상기 1)단계에 의해 제거된 콘크리트 부위를 보수하는 단계이다. 즉, 상기 고내구성 보수재가 제거된 콘크리트를 대체하여 새롭게 메워지면서 철근 콘크리트 구조물에 설치된다.
상기 고내구성 보수재는 카르복실산계 접착증진제 1.62-1.76 중량%, 확산방청제 1.04-1.12 중량%, 세라믹 분말 7.16-7.45 중량%, 시멘트 22.34-23.82 중량%, 재유화형 분말수지 3.36-3.54 중량%, 규사 56.33-58.81 중량%, 혼화재 5.28-5.98 중량%, 혼화제 0.27-0.32 중량% 및 보강섬유 0.07-0.13 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 고내구성 보수재는 기존의 단면 보수용 보수재료와는 달리 막 형성의 물리적 방법뿐만 아니라 화학적 방법에 의해 콘크리트 및 보강 철근의 부식을 막으면서 상기 방청접착재와의 접착력을 우수하게 달성할 수 있다. 즉, 상기 확산방청제가 내재염분 및 비례염분을 고정시켜 철근 콘크리트 구조물의 추가적 부식을 막게 된다. 또한 상기 세라믹 분말에 의해 내화학성 및 열충격성을 크게 안정화시켜 화학적으로 안정한 상태를 유지하면서 보수 후에도 철근 콘크리트 구조물 상태가 장기간 안정적으로 유지될 수 있게 한다.
상기 표면 보호재는 철근 콘크리트 구조물의 외부 노출 표면을 마감 처리 할 수 있는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 아크릴계, 에폭시계, 우레탄계, 우레아계 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.
이러한 본 발명에 따른 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법을 이용하여 철근 콘크리트 구조물의 단면을 보수하는 경우, 콘크리트의 탈락으로 노출된 보강 철근 및 콘크리트가 탈락되지 않아 노출되지 않은 보강 철근의 부식을 방지한다. 또한 보수 부위의 보강 철근과 인접한 비보수 부위의 보강 철근 경계에서 발생하는 링 애노드 현상을 방지하는 효과가 있다. 또한 기존 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에서 부식된 콘크리트를 제거하여 보수 부위로 노출된 표면에 부식을 방지하기 위해 처리하였던 부식 제어제로 인해 잔류물이 존재하여 콘크리트와 프라이머 간의 접착력이 약화되던 현상이 있었는데, 이를 해소함으로써 보수 후에도 보수 부위가 철근 콘크리트 구조물에서 탈락되지 않도록 접착력을 향상시켰다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법은
콘크리트가 박리 박락된 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 있어서,
1) 손상된 콘크리트를 제거하는 단계;
2) 상기 제거된 콘크리트의 표면을 청소하는 단계;
3) 상기 청소된 콘크리트 표면에 방청접착재를 도포하는 단계;
4) 상기 방청접착재를 도포한 후, 고내구성 보수재로 제거된 콘크리트 부위를 보수하는 단계;
5) 상기 보수된 부위 중 구조물의 외부로 노출된 표면을 표면 보호재로 코팅하는 단계;
를 포함하며,
상기 방청접착재는 인산염계 접착증진제 24.84-25.47 중량%, 확산방청제 15.58-16.32 중량%, 고분자 에멀젼 51.46-51.78 중량% 및 혼화제 7.17-7.38 중량%를 포함하고,
상기 고내구성 보수재는 카르복실산계 접착증진제 1.62-1.76 중량%, 확산방청제 1.04-1.12 중량%, 세라믹 분말 7.16-7.45 중량%, 시멘트 22.34-23.82 중량%, 재유화형 분말수지 3.36-3.54 중량%, 규사 56.33-58.81 중량%, 혼화재 5.28-5.98 중량%, 혼화제 0.27-0.32 중량% 및 보강섬유 0.07-0.13 중량%를 포함한다.
본 발명에 따른 상기 콘크리트가 박리 박락된 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법은 박리 박락된 철근 콘크리트 구조물의 콘크리트 보수뿐 만 아니라, 콘크리트 내부에 존재하는 보강 철근에 부식이 발생되는 것을 방지하는 효과가 있어 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 상기 콘크리트가 박리 박락된 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법은 보강 철근이 부식되지 않고 보강철근이 노출되지 않게 손상된 콘크리트 단면을 보수하는 것이므로 상기 보강 철근이 부식된 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법과는 달리 보강 철근의 녹을 제거하는 등 보강 철근을 청소하는 공정은 필요하지 않다. 그 외의 공정, 조성물 및 조성비 등은 본 발명의 또 다른 특징에 따른 상기 보강 철근이 부식된 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에서 전술한 바와 동일하다.
이하 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
하기 표 1과 같은 배합비로 이루어진 것으로서 염소 이온과 이산화탄소에 노출되어 30 % 가량 부식이 진행된 철근 콘크리트 시편(25.4×25.4×285.75 mm)을 준비하였다. 특히 콘크리트는 1종 보통포틀랜드시멘트를 사용한 콘크리트로서 시험비비기를 실시하여 압축강도 27~30 MPa를 목표로 하기 표 1과 같이 시적배합설계를 하였고 슬럼프는 18±2.5 cm, 굵은 골재 최대치수는 25 mm이었고, 폴리카본산계 고성능 감수제(S.P)를 사용하였다.
Figure 112013041166994-pat00003
이러한 철근 콘크리트 시편의 부식된 부위를 인력치핑을 이용하여 제거하였다. 상기 제거된 콘크리트 표면은 진공 흡입기로 깨끗하게 청소하였다. 또한 상기 콘크리트의 제거로 인해 노출된 보강 철근에 존재하는 녹은 와이어브러쉬를 통해 제거하면서 청소하였다.
그 후 콘크리트의 제거로 노출된 보강 철근 표면에 수성 아크릴계 철근방청제를 도포하였다. 그리고 상기 콘크리트의 제거 자리에 노출된 콘크리트 표면과 상기 철근방청제가 도포된 보강 철근의 표면에 방청접착재를 도포하였다.
이때 방청접착재는 디메타크릴로이록시 에틸 하이드로젠 인산염 25.22 중량%, 5-아미노발레르산 15.90 중량%, 아크릴 에멀젼 51.60 중량%, 폴리사카라이드계 증점제 6.76 중량% 및 실리콘계 소포제 0.52 중량%를 사용하여 제조된 것이다,
그리고 부식으로 인해 제고된 콘크리트 부위에 고내구성 보수재로 제거 부위를 메웠다. 이때 고내구성 보수재는 아크릴로이록시 에틸산 프탈레이트 1.70 중량%, 5-아미노발레르산 1.08 중량%, 질화규소 7.21 중량%, 1종 보통포틀랜드시멘트 23.06 중량%, 아크릴 분말 3.46 중량%, 5호사(20~30 mesh) 38.45 중량%, 6호사(30~60 mesh) 19.23 중량%, 고강도 실리카흄 1.16 중량%, 고로슬래그 미분말 4.25 중량%, 폴리카본산계 고성능 감수제 0.26 중량%, 실리콘계 소포제 0.03 중량% 및 폴리비닐알코올 섬유 0.11 중량%를 사용하여 제조된 것이다. 이렇게 콘크리트가 제거된 부위를 고내구성 보수재로 메우고 나서 철근 콘크리트의 외부면을 표면 보호재로 코팅하여 마감하였다.
한편 하기 도 1은 이의 제조 공정을 도식화한 그림이고, 도 2는 본 실시예 1에 따른 보수된 철근 콘크리트 시편의 단면도이다.
실시예 2
손상된 콘크리트를 제거하되 보강 철근의 부식이 진행되지 않아 보강 철근이 노출되지 않게 콘크리트를 제거한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 철근 콘크리트 시편을 보수하였다.
한편 하기 도 3은 이의 제조 공정을 도식화한 그림이고, 도 4는 본 실시예 2에 따른 보수된 철근 콘크리트 시편의 단면도이다.
비교예
비교예 1
국내 A사의 액상 프라이머와 보수재를 사용하여 철근 콘크리트 시편을 보수하였다.
비교예 2
국내 B사의 액상 프라이머와 보수재를 사용하여 철근 콘크리트 시편을 보수하였다.
실험예
< 실험예 1: 접착 강도 평가 >
상기 실시예1(PrMo), 비교예 1(A-PrMo) 및 비교예 2(B-PrMo)를 가지고 접착 강도를 비교하는 실험을 진행하였다. 또한 효과적인 비교를 위하여 실시예 1에서 방청접착재는 처리하지 않고 고내구성 보수재만을 처리한 경우(Mo)를 추가하였다. 이의 실험은 KS F 4042-2012 “콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르”에 따라 측정하였다. 또한 이의 결과는 하기 도 5에 나타냈다.
하기 도 5와 같이 Mo가 A사의 프라이머를 도포한 후 보수재를 바른 비교예 1(A-PrMo)및 B사의 프라이머를 도포한 후 보수재를 바른 비교예 2(B-PrMo)보다 동등 이상으로 나타났으며, 또한 본 발명에 따른 실시예 1이 다른 시험체들 보다 훨씬 더 크게 나타나 본 실시예 1에 따른 방청접착재 및 고내구성 보수재 모두가 접착 강도 면에서 우수함을 확인할 수 있었다.
< 실험예 2: 휨 강도 평가 >
본 발명에 따른 고내구성 보수재의 휨강도를 평가하기 위해 KS F 4042-2012 “콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르”에 따라 시험하였으며, 측정 결과는 하기 도 6과 같이 본 발명에 따른 고내구성 보수재(Mo)의 휨강도가 A사의 보수재(A-Mo) 및 B사의 보수재(B-Mo)의 휨 강도 보다 더 크게 나타나 휨 강도가 우수함을 알 수 있었다.
< 실험예 3: 압축 강도 평가 >
본 발명에 따른 고내구성 보수재의 압축강도를 평가하기 위해 상기 KS F 4042-2012 "콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르“에 따라 시험체를 제작하고 휨 강도를 측정하였다. 그리고 절단된 시험체로 휨 강도 측정 직후 압축 강도를 시험하였으며, 측정 결과는 하기 도 7과 같이 본 발명에 따른 고내구성 보수재(Mo)의 압축 강도가 A사의 보수재(A-Mo) 및 B사의 보수재(B-Mo)의 압축 강도 보다 더 크게 나타나 압축 강도가 우수함을 알 수 있었다.
< 실험예 4: 열팽창계수 평가 >
본 발명에 따른 방청접착재와 고내구성 보수재의 열팽창계수를 평가하기 위해 각각의 시편을 28일 동안 대기 중에서 양생시킨 후 ASTM D 696 “Standard Test Method for Coefficient of Linear Thermal Expansion of Plastic”과 KS F 2424 “모르타르 및 콘크리트의 길이변화 시험방법-다이알게이지 방법”에 의하여 열팽창계수를 측정하였으며, 그 결과는 하기 도 8과 같이 양생된 본 발명에 따른 고내구성 보수재의 모든 면에 본 발명에 따른 방청접착재를 도포한 후 1일 양생 시킨 시험체(Pr)와 본 발명에 따른 고내구성 보수재(Mo)의 열팽창계수는 A사의 보수재(A-Mo) 및 B사의 보수재(B-Mo)의 열팽창계수에 비해 콘크리트(Con)의 열팽창계수와 매우 유사하게 나타났다. 한편 일반적으로 알려진 철근의 열팽창계수는 대략 12×10-6/℃이다.
그리하여 철근 콘크리트가 성립되는 것처럼 본 발명에 따른 방청접착재와 고내구성 보수재도 콘크리트와 일체화 될 수 있음을 알 수 있었다.
< 실험예 5: 중성화 저항성 평가 >
본 발명에 따른 고내구성 보수재의 이산화탄소에 의한 중성화 저항성을 평가하기 위해 KS F 4042-2012 “콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르”에 따라 각각의 시편을 시험하였으며, 측정 결과는 하기 도 9와 같이 본 발명에 따른 고내구성 보수재(Mo)의 중성화 깊이가 A사의 보수재(A-Mo) 및 B사의 보수재(B-Mo)의 중성화 깊이보다 훨씬 더 작게 나타나 중성화 저항 성능이 우수함을 알 수 있었다.
< 실험예 6: 염화물 이온 저항성 평가 >
본 발명에 따른 고내구성 보수재의 염화물이온 침투 저항성을 평가하기 위해 KS F 4042-2012 “콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르”에 따라 각각의 시편을 시험하였고 적합성은 하기 표 2와 같이 KS F 2711-2002 “전기 전도도에 의한 콘크리트의 염소이온 침투 저항성 시험 방법”에 의해 판정하였으며, 측정 결과는 시험체 5개에 대해 측정한 값 중 최소값과 최대값을 제외한 시험체 3개의 평균값으로 하여 하기 도 10과 같이 본 발명에 따른 고내구성 보수재(Mo)의 전하량이 A사의 보수재(A-Mo) 및 B사의 보수재(B-Mo)의 전하량보다 훨씬 더 작게 나타나 염소이온 침투 저항 성능이 우수함을 알 수 있었다.
Figure 112013041166994-pat00004
< 실험예 7: 철근 부식 억제 평가 >
본 발명에 따른 실시예 1과 같이 방청 접착재와 고내구성 보수재를 사용하여 콘크리트를 보수한 후 보수 부위와 비보수부위 및 보수 부위와 비보수 부위 경계 부위의 전위를 측정하기 위해 φ10 mm의 원형 강봉을 일면의 피복두께 20 mm로 하여 100×70×400 mm의 콘크리트 속에 매입시키고 상기 일면의 내부 2개소에 100×50×50 mm의 공간을 형성하여 원형 강봉을 노출시키고 피복두께 20 mm로 원형 강봉의 배면까지 1개소는 본 발명에 따른 방청접착재를 도포한 후 고내구성 보수재를 도포하고 다른 1개소는 본 발명에 따른 고내구성 보수재만을 도포한 시험체를 제작하여 대기에서 28일 동안 양생시켰으며, 본 발명에 따른 고내구성 보수재를 도포한 면을 제외하고 모든 면은 에폭시로 코팅한 후 경화시켰다.
또한 상기와 같은 방법으로 100×50×50 mm의 공간 1개소에 A사의 프라이머를 도포하고 보수재를 도포한 시험체와 100×50×50 mm의 공간 1개소에 B사의 프라이머를 도포하고 보수재를 도포한 시험체를 제작하였다.
상기 시험체들은 3.5 %의 염화나트륨 용액에 본 발명에 따른 고내구성 보수재와 A사의 보수재 및 B사의 보수재를 도포한 면을 밑으로 하여 약 20 mm 정도 침지시키고, 비보수 부위(Con), 본 발명에 따른 고내구성 보수재만을 도포한 보수 부위(Mo), 본 발명에 따른 방청 접착재를 도포하고 고내구성 보수재를 도포한 보수부위(PrMo), A사의 프라이머를 도포하고 보수재를 도포한 부위(A-PrMo), B사의 프라이머를 도포하고 보수재를 도포한 부위(B-PrMo), 상기 본 발명에 따른 고내구성 보수재만을 도포한 보수 부위와 비보수 부위의 경계 부위(Mo-B), 상기 본 발명에 따른 방청 접착재를 도포하고 고내구성 보수재를 도포한 보수부위와 비보수 부위의 경계 부위(PrMo-B), 상기 A사의 프라이머를 도포하고 보수재를 도포한 부위와 비보수부
위의 경계 부위(A-PrMo-B) 및 상기 B사의 프라이머를 도포하고 보수재를 도포한 부위와 비보수부위의 경계 부위(B-PrMo-B)에서 자연전위를 측정하였으며, 철근 부식 억제 평가는 하기 표 3과 같이 ASTM C 876-1991 “Standard Test Method for Half-Cell Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete”에 의해 평가하였다.
Figure 112013041166994-pat00005
자연전위를 측정한 결과 하기 도 11과 같이 본 발명에 따른 고내구성 보수재만을 도포한 보수 부위(Mo), 본 발명에 따른 방청접착재를 도포한 후 고내구성 보수재를 도포한 보수 부위(PrMo) 및 본 발명에 따른 방청접착재를 도포하고 고내구성 보수재를 도포한 보수 부위와 비보수 부위의 경계 부위(PrMo-B)에서는 철근의 표면에 부동태 피막이 형성되어져 있는 건전한 콘크리트에서의 전위인 -100 ~ -200mv 내에 있기 때문에 철근의 부식 억제 능력이 우수함을 알 수 있었으며, 또한 본 발명에 따른 방청접착재와 고내구성 보수재를 병행하여 철근이 노출된 콘크리트 구조물을 보수할 경우 보수 부위와 비보수 부위 경계에서 새로운 철근 부식이 발생되는 링애노드(Ring Anode)현상은 발생하지 않는 것으로 나타났다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 보강 철근이 부식된 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 있어서,
    1) 손상된 콘크리트를 제거하는 단계;
    2) 상기 제거된 콘크리트 표면 및 상기 콘크리트가 제거되어 노출된 보강 철근의 표면을 청소하는 단계;
    3) 상기 청소된 보강 철근의 표면에 철근 방청제를 도포하는 단계;
    4) 상기 청소된 콘크리트 표면 및 철근 방청제가 도포된 보강 철근의 표면에 방청접착재를 도포하는 단계;
    5) 상기 방청접착재를 도포한 후, 고내구성 보수재로 제거된 콘크리트 부위를 보수하는 단계; 및
    6) 상기 보수된 부위 중 구조물의 외부로 노출된 표면을 표면 보호재로 코팅하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 방청접착재는 인산염계 접착증진제 24.84-25.47 중량%, 확산방청제 15.58-16.32 중량%, 고분자 에멀젼 51.46-51.78 중량% 및 혼화제 7.17-7.38 중량%를 포함하고,
    상기 고내구성 보수재는 카르복실산계 접착증진제 1.62-1.76 중량%, 확산방청제 1.04-1.12 중량%, 세라믹 분말 7.16-7.45 중량%, 시멘트 22.34-23.82 중량%, 재유화형 분말수지 3.36-3.54 중량%, 규사 56.33-58.81 중량%, 혼화재 5.28-5.98 중량%, 혼화제 0.27-0.32 중량% 및 보강섬유 0.07-0.13 중량%를 포함하며,
    상기 재유화형 분말수지는 아크릴(Acryl) 분말, 아크릴-스티렌(Acryl-Styrene) 분말, 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene vinyl acetate) 분말 및 아크릴-에틸렌 비닐 아세테이트(Acryl-Ethylene vinyl acetate)분말 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나이고,
    상기 혼화재는 무기계 광물질인 고강도 실리카흄, 플라이애시, 메타카올린, 고로슬래그 미분말, 소석회, 팽창재 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나이며,
    상기 혼화제는 고성능 감수제, AE감수제, 유동화제, 증점제, 방수제, 응결촉진제, 응결지연제, 소포제 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법.
  4. 콘크리트가 박리 박락된 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법에 있어서,
    1) 손상된 콘크리트를 제거하는 단계;
    2) 상기 제거된 콘크리트의 표면을 청소하는 단계;
    3) 상기 청소된 콘크리트 표면에 방청접착재를 도포하는 단계;
    4) 상기 방청접착재를 도포한 후, 고내구성 보수재로 제거된 콘크리트 부위를 보수하는 단계;
    5) 상기 보수된 부위 중 구조물의 외부로 노출된 표면을 표면 보호재로 코팅하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 방청접착재는 인산염계 접착증진제 24.84-25.47 중량%, 확산방청제 15.58-16.32 중량%, 고분자 에멀젼 51.46-51.78 중량% 및 혼화제 7.17-7.38 중량%를 포함하고,
    상기 고내구성 보수재는 카르복실산계 접착증진제 1.62-1.76 중량%, 확산방청제 1.04-1.12 중량%, 세라믹 분말 7.16-7.45 중량%, 시멘트 22.34-23.82 중량%, 재유화형 분말수지 3.36-3.54 중량%, 규사 56.33-58.81 중량%, 혼화재 5.28-5.98 중량%, 혼화제 0.27-0.32 중량% 및 보강섬유 0.07-0.13 중량%를 포함하며,
    상기 재유화형 분말수지는 아크릴(Acryl) 분말, 아크릴-스티렌(Acryl-Styrene) 분말, 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene vinyl acetate) 분말 및 아크릴-에틸렌 비닐 아세테이트(Acryl-Ethylene vinyl acetate)분말 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나이고,
    상기 혼화재는 무기계 광물질인 고강도 실리카흄, 플라이애시, 메타카올린, 고로슬래그 미분말, 소석회, 팽창재 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나이며,
    상기 혼화제는 고성능 감수제, AE감수제, 유동화제, 증점제, 방수제, 응결촉진제, 응결지연제, 소포제 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 확산방청제는 5-아미노-N-아세틸트립타민(5-Amino-N-acetyltryptamine), 5-아미노발레르산(5-Aminovaleric acid), 4-아미노니코틴산(4-Aminonicotinic acid), 4-아미노페닐알라닌(4-Aminophenylalanine) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법.
  6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 인산염계 접착증진제는 디메타크릴로이록시 에틸 하이드로젠 인산염(Dimethacryloyloxy ethyl hydrogen phosphate), 메타크릴로이록시 에틸 하이드로젠 인산염(Methacryloyloxy ethyl dihydrogen phosphate), 디아크릴로이록시 에틸 하이드로젠 인산염 (Diacryloyloxy ethyl hydrogen phosphate), 아크릴로이록시 에틸 디하이드로젠 인산염(Acryloyloxy ethyl dihydrogen phosphate) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법.
  7. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 고분자 에멀젼은 아크릴(Acryl) 에멀젼, 아크릴-스티렌(Acryl-Styrene) 에멀젼, 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene vinyl acetate) 에멀젼, 아크릴-에틸렌 비닐 아세테이트(Acryl-Ethylene vinyl acetate) 에멀젼 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법.
  8. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 카르복실산계 접착증진제는 아크릴로이록시 에틸산 숙신산염(Acryloyloxy ethyl acid succinate), 아크릴로이록시 에틸산 프탈레이트(Acryloyloxy ethyl acid phthalate), 아크릴로이록시 프로필산 프탈레이트(Acryloyloxy propyl acid phthalate), 아크릴로이록시 에틸산 메틸프탈레이트(Acryloyloxy ethyl acid methylphthalate), 아크릴로이록시 부틸산 프탈레이트(Acryloyloxy butyl acid phthalate) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법.
  9. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 세라믹 분말은 질화알루미늄, 질화규소, 산화지르코늄 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법.
  10. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 플라이애시 시멘트, 실리카흄 시멘트, 고로슬래그 시멘트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나이고,
    상기 규사는 20~80mesh인 것을 특징으로 하며,
    상기 보강섬유는 강 섬유(Steel fiber), 폴리프로필렌 섬유(Polypropylene fiber), 폴리에틸렌 섬유(Polyethylene fiber), 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(Polyethyleneterephthalate fiber), 폴리비닐알코올 섬유(Polyvinyl alcohol fiber) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법.
  11. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 표면 보호재는 아크릴계, 에폭시계, 우레탄계, 우레아계 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 단면 보수방법.

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