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문제 정의
- 본 연구에서는 다양한 지하 콘크리트 구조물에서 발생하는 누수에 대해 발생 부위에 대해서만 직접 차수하지 않고 유도 배수하는 격실방수 방식을 제안하였다. 본 방식은 지하 콘크리트 구조물의 미관확보 및 보수 효과를 동시에 확보할 수 있는 유도배수공법이다.
- 본 연구에서는 지하 콘크리트 구조물 내에서 발생한 지하수의 누수를 유도하여 배수하는 공법중 신속하고 장기내구성을 갖는 기술을 제안하였다. 또한, 제안된 공법은 다양한 지하 콘크리트 구조물에서 미관을 확보하면서 신속하게 시공하는데 중점을 두었다.
- 개발된 유도배수판의 제원은 가로 50 cm, 세로 50 cm, 두께 3 mm이다. 이것은 누수가 발생하는 콘크리트 단면의 크기와 형상에 상관없이 유도배수판을 서로 연결하여 부착하는 시공이 가능하도록 하였다.
제안 방법
- 1. 유도배수공법의 단면 복구와 미관 확보를 위한 광물질 혼화재료를 혼입한 모르타르를 적용하였다. 광물질 혼화재료 혼입 모르타르를 선정하기 위하여 표준 모르타르 배합에서 고로슬래그 미분말을 20%, 30%, 및 50%로 치환한 모르타르에 대한 유동성, 압축강도, 휨 강도, 부착강도에 대한 실내실험을 수행하였다.
- 2. 유도배수공법의 현장 시공성 및 성능 검증을 위하여 재래식 콘크리트라이닝 터널과 콘크리트 옹벽에서 시험 시공을 수행하였다. 유도배수공법의 시공은 누수가 발행한 콘크리트 표면을 정리하고 공압타카와 고정핀을 사용하여 유도배수판을 콘크리트 표면에 부착시킨다.
- 유도배수판 표면에 타설된 뿜어 붙임 모르타르의 부착 성능을 검증하기 위하여 철망을 적용한 유도배수공법과 철망을 적용하지 않은 유도배수공법으로 시험 시공된 유도배수시스템들에 대하여 부착력 실험을 수행하였다. Fig. 10에서 보여주듯이 재래식 콘크리트라이닝 터널과 콘크리트 옹벽에 시험 시공된 유도배수시스템에서 뿜어 붙임 모르타르의 부착력을 측정하였다. 뿜어 붙임 모르타르의 부착력 실험은 KS F 4715에 준하여 측정되었다.
- 뿜어 붙임 모르타르의 장기내구성 확보를 위하여 광물질 혼화재료인 고로슬래그미분말(SG)와 실리카흄(SF)을 채택하였다. Table 1에서 보여주듯이 광물질 혼화재료의 최적 배합비율을 결정하기 위하여 표준 모르타르(OPC) 배합에서 고로슬래그 미분말을 20%(SG20), 30%(SG30), 및 50%(SG50)로 치환한 모르타르 배합을 선정하여 공학적 성능 검증을 수행하였다.
- 유도배수공법의 단면 복구와 미관 확보를 위한 광물질 혼화재료를 혼입한 모르타르를 적용하였다. 광물질 혼화재료 혼입 모르타르를 선정하기 위하여 표준 모르타르 배합에서 고로슬래그 미분말을 20%, 30%, 및 50%로 치환한 모르타르에 대한 유동성, 압축강도, 휨 강도, 부착강도에 대한 실내실험을 수행하였다. 이중 고로슬래그미분말을 30% 치환한 모르타르가 표준 모르타르보다 전반적으로 뛰어난 성능을 보여주었고 고로슬래그미분말 치환비율이 다른 2종류의 모르타르보다도 약간 우수한 성능을 보여주었다.
- Table 1에서 제시된 4종류의 배합 모르타르들을 KS L 5105규정에 따라 유동성 시험을 수행하였다. 또한 Fig.5에서 보여주듯이 뿜어 붙임 모르타르 장비를 사용하여 4종류의 모르타르에 대한 압축강도, 휨강도 및 부착강도를 측정하기 위하여 시편들을 제작하였다.
- 지하 콘크리트 구조물내에서 누수된 지하수를 유도배수하기 위하여 유도배수판을 콘크리트 표면에 시공한 후 유도배수판 표면을 처리하고 미관확보를 위하여 광물질 혼입 모르타르를 적용하였다. 또한 광물질 혼입 모르타르는 시공성 향상을 위하여 뿜어 붙이는 공법을 채택하였다.
- 유도배수판 표면 및 철망에 타설한 뿜어 붙임 모르타르에서는 약간의 미세한 균열과 백태만 관찰 될 뿐 심각한 문제점들이 발견되지 않았다. 또한 유도배수시스템의 유도배수 능력을 검증하기 위하여 한달에 한번씩 주기적으로 유도배수시스템 상단 끝면과 만나는 콘크리트 표면에 물을 부었다. 콘크리트 표면을 따라 유도배수시스템 내부로 흘려 들어 간 물은 유도배수판의 타원형 돌기사이로 흘려서 유도배수시스템 하부로 흘러나왔다.
- 유도 배수판은 콘크리트에서 발생한 균열로부터 누수된 지하수가 배수구까지 원활하게 흘러 갈수록 있도록 개발되었다. 또한, 누수된 지하수가 콘크리트 표면과 유도배수판 사이를 흐를 때 지하수에 포함된 토사를 비롯한 부유물로 막히는 것을 예방할 수 있도록 하였다.
- 본 연구에서는 지하 콘크리트 구조물 내에서 발생한 지하수의 누수를 유도하여 배수하는 공법중 신속하고 장기내구성을 갖는 기술을 제안하였다. 또한, 제안된 공법은 다양한 지하 콘크리트 구조물에서 미관을 확보하면서 신속하게 시공하는데 중점을 두었다. 이를 위하여 단면 복구 및 미관을 확보하면서 지하 콘크리트 구조물에서 신속하게 시공할 수 있는 광물질 혼입 모르타르의 배합을 선정하였다.
- 본 연구에서 제사된 유도배수공법의 현장 시공성 및 성능을 검증하기 위하여 재래식 콘크리트라이닝 터널과 콘크리트 옹벽에서 시험시공을 수행하였다. 현장 시험시공을 위한 재래식 콘크리트라이닝 터널은 과거에 철도터널로 사용되었으나 현재에는 농로로 사용되고 있다.
- 신속한 시공과 누수된 지하수를 유도 배수하기 위한 유도배수판을 설계하고 제작하였다. 본 연구에서 제시된 유도배수공법은 지하 콘크리트 구조물 뿐 만 아니라 콘크리트 표면에서 누수가 발생할 수 있는 지상 콘크리트 구조물에서 시험시공을 수행하여 성능을 검증하고 분석하였다.
- 뿜어 붙임 모르타르의 부착력 실험은 KS F 4715에 준하여 측정되었다. 시험 시공된 각각의 유도배수시스템 단면에서 3회의 부착력 실험을 수행하였다. 또한 부착력 실험은 유도배수공법이 시험 시공된 후 14일과 3년이 경과한 후 수행되었다.
- 이를 위하여 단면 복구 및 미관을 확보하면서 지하 콘크리트 구조물에서 신속하게 시공할 수 있는 광물질 혼입 모르타르의 배합을 선정하였다. 신속한 시공과 누수된 지하수를 유도 배수하기 위한 유도배수판을 설계하고 제작하였다. 본 연구에서 제시된 유도배수공법은 지하 콘크리트 구조물 뿐 만 아니라 콘크리트 표면에서 누수가 발생할 수 있는 지상 콘크리트 구조물에서 시험시공을 수행하여 성능을 검증하고 분석하였다.
- 유도배수공법을 시험시공한 직후와 3년이 경과한 후, 유도배수시스템의 성능을 검증하였다. 재래식 콘크리트라이닝 터널과 콘크리트 옹벽에서 시험시공된 유도배수시스템은 콘크리트 표면에 단단하게 고정되어 있었다.
- 현장 시험시공을 위한 재래식 콘크리트라이닝 터널은 과거에 철도터널로 사용되었으나 현재에는 농로로 사용되고 있다. 유도배수공법의 현장 시험시공 후 장기 내구성을 검증하기 하기 위하여 일정기간이 경과한 후 유도배수판의 부착성능 및 배수성능과 단면보수용 뿜어 붙임 모르타르의 부착성능을 수행하였다.
- 유도배수판 표면에 타설된 뿜어 붙임 모르타르의 부착 성능을 검증하기 위하여 철망을 적용한 유도배수공법과 철망을 적용하지 않은 유도배수공법으로 시험 시공된 유도배수시스템들에 대하여 부착력 실험을 수행하였다. Fig.
- 유도배수판위에 타설된 뿜어 붙임 모르타르의 부착력을 검증하기 위하여 유도배수판 표면에 철망을 설치한 경우와 설치하지 않은 경우로 구분하여 유도배수시스템이 시험시공되었다. 즉 철망을 설치한 유도배수시스템과 철망을 설치하지 않은 유도배수시스템2가지 경우 모두를 재래식 콘크리트라이닝 터널 및 콘크리트 옹벽에서 시험 시공하였다.
- 7 MPa이다. 제작된 바탕 콘크리트 시험체 표면을 습윤상태로 유지하면서 4종류의 보수 모르타르들을 두께 50 mm 정도로 뿜어 붙인 후 KS F 4715에 의거하여 재령 3, 7, 14, 28일의 부착강도를 측정하였다.
- 유도배수판위에 타설된 뿜어 붙임 모르타르의 부착력을 검증하기 위하여 유도배수판 표면에 철망을 설치한 경우와 설치하지 않은 경우로 구분하여 유도배수시스템이 시험시공되었다. 즉 철망을 설치한 유도배수시스템과 철망을 설치하지 않은 유도배수시스템2가지 경우 모두를 재래식 콘크리트라이닝 터널 및 콘크리트 옹벽에서 시험 시공하였다.
- 지하 콘크리트 구조물내에서 누수된 지하수를 유도배수하기 위하여 유도배수판을 콘크리트 표면에 시공한 후 유도배수판 표면을 처리하고 미관확보를 위하여 광물질 혼입 모르타르를 적용하였다. 또한 광물질 혼입 모르타르는 시공성 향상을 위하여 뿜어 붙이는 공법을 채택하였다.
대상 데이터
- 2는 유도배수판의 설계도, 앞면과 뒷면을 보여주고 있다. 개발된 유도배수판의 제원은 가로 50 cm, 세로 50 cm, 두께 3 mm이다. 이것은 누수가 발생하는 콘크리트 단면의 크기와 형상에 상관없이 유도배수판을 서로 연결하여 부착하는 시공이 가능하도록 하였다.
- 단면 복구용 보수재료를 위하여 KS L 5201의 규정에 적합한 1종 보통포틀랜드시멘트(ordinary Portland cement, OPC)와 잔골재를 사용하였다. 또한 유동화제는 멜라민계인 백색분말을 사용하였다.
- 단면 복구용 보수재료를 위하여 KS L 5201의 규정에 적합한 1종 보통포틀랜드시멘트(ordinary Portland cement, OPC)와 잔골재를 사용하였다. 또한 유동화제는 멜라민계인 백색분말을 사용하였다.
- 보수 모르타르의 유동성 실험, 재령별 압축강도 및 부착강도에 대한 실내실험 결과들을 바탕으로 본 연구에서는 30%의 고로슬래그미분말을 함유한 보수 모르타르를 단면 복구 및 미관확보를 위한 보수재료로 선정하였다.
- 부착강도를 측정하기 위하여 바탕시험체 크기는 600 × 600 × 100 mm로 제작하였다.
- 를 비롯한 유해 가스에 노출될 수 있으므로 단면 복구 및 미관확보를 위하여 모르타르의 장기 내구성이 확보되어야 한다. 뿜어 붙임 모르타르의 장기내구성 확보를 위하여 광물질 혼화재료인 고로슬래그미분말(SG)와 실리카흄(SF)을 채택하였다. Table 1에서 보여주듯이 광물질 혼화재료의 최적 배합비율을 결정하기 위하여 표준 모르타르(OPC) 배합에서 고로슬래그 미분말을 20%(SG20), 30%(SG30), 및 50%(SG50)로 치환한 모르타르 배합을 선정하여 공학적 성능 검증을 수행하였다.
- 압축강도를 측정하기 위하여 50 × 50 × 50 mm 크기의 시편들을 제작하였다.
- 또한, 제안된 공법은 다양한 지하 콘크리트 구조물에서 미관을 확보하면서 신속하게 시공하는데 중점을 두었다. 이를 위하여 단면 복구 및 미관을 확보하면서 지하 콘크리트 구조물에서 신속하게 시공할 수 있는 광물질 혼입 모르타르의 배합을 선정하였다. 신속한 시공과 누수된 지하수를 유도 배수하기 위한 유도배수판을 설계하고 제작하였다.
이론/모형
- Table 1에서 제시된 4종류의 배합 모르타르들을 KS L 5105규정에 따라 유동성 시험을 수행하였다. 또한 Fig.
- 10에서 보여주듯이 재래식 콘크리트라이닝 터널과 콘크리트 옹벽에 시험 시공된 유도배수시스템에서 뿜어 붙임 모르타르의 부착력을 측정하였다. 뿜어 붙임 모르타르의 부착력 실험은 KS F 4715에 준하여 측정되었다. 시험 시공된 각각의 유도배수시스템 단면에서 3회의 부착력 실험을 수행하였다.
- 압축강도를 측정하기 위하여 50 × 50 × 50 mm 크기의 시편들을 제작하였다. 압축강도는 lime 수용액에서 일정기간 양생한 시편을 이용하여 KS L 5105에 의거하여 재령3, 7, 14, 28일 일때 측정되었다. 부착강도를 측정하기 위하여 바탕시험체 크기는 600 × 600 × 100 mm로 제작하였다.
성능/효과
- 3. 재래식 콘크리트라이닝 터널과 콘크리트 옹벽에 시공된 유도배수공법에 타설된 뿜어 붙임 모르타르의 부착력은 재령14일과 3년에 측정되었다. 뿜어 붙임 모르타르의 초기 부착력은 철망의 설치 유·무에 상관없이 기준 부착력 1 MPa보다 높게 평가되었다.
- 이러한 결과는 SG와 SF의 혼입과 유동화제의 혼입으로 재료들 사이에서 베어링 효과가 발휘되어 유동성이 좋아진 것으로 판단된다. 30%의 고로슬래그미분말을 함유한 보수모르타르의 유동성이 가장 좋은 것으로 측정되었다.
- 뿜어 붙임 모르타르의 초기 부착력은 철망의 설치 유·무에 상관없이 기준 부착력 1 MPa보다 높게 평가되었다. 3년의 시간이 경과된 후 철망을 사용한 경우의 뿜어 붙임 모르타르의 부착력은 초기 부착력보다 증가하였으나 철망을 사용하지 않은 경우의 부착력은 기준 부착력인 1MPa보다 낮게 평가되었다.
- 3년의 시간이 경과된 후 철망의 설치 유·무에 따라 부착력의 성능은 차이를 보였다.
- 7(a)에서 보여주듯이 광물질을 혼입한 3종류의 모르타르 압축강도는 재령 14일까지는 표준 모르타르의 압축강도보다 낮지만 재령 28일에는 표준 모르타르의 압축강도와 동등하거나 크게 평가되었다. 고로슬래그의 혼입이 20%와 30%인 모르타르의 경우 재령 28일에서 표준모르타르를 역전하는 현상을 보이는 것을 확인되었다. 고로슬래그의 혼입이 50%인 경우는28일 재령에서 표준 모르타르의 압축강도와 거의 동등한 결과를 보여주고 있다.
- 3종류의 광물질 혼입 모르타르 부착강도들은 2 MPa보다 크게 측정되었다. 광물질 혼입 모르타르의 부착강도들은 표준 모르타르의 부착강도보다도 약 1 MPa정도 크게 측정되었다. 특히, 고로슬래그의 혼입이 20% 및 30%인 광물질 혼입 모르타르들은 표준 모르타르에 비해 전반적으로 뛰어난 성능을 보여주고 있다.
- 뿜어 붙임 모르타르의 초기 부착력은 철망의 설치 유·무에 상관없이 기준 부착력 1 MPa보다 높게 평가되었다.
- 광물질 혼화재료 혼입 모르타르를 선정하기 위하여 표준 모르타르 배합에서 고로슬래그 미분말을 20%, 30%, 및 50%로 치환한 모르타르에 대한 유동성, 압축강도, 휨 강도, 부착강도에 대한 실내실험을 수행하였다. 이중 고로슬래그미분말을 30% 치환한 모르타르가 표준 모르타르보다 전반적으로 뛰어난 성능을 보여주었고 고로슬래그미분말 치환비율이 다른 2종류의 모르타르보다도 약간 우수한 성능을 보여주었다.
후속연구
- 따라서, 콘크리트 구조물의 형상과 노출 위치에 관계없이 유도배수공법을 적용시 철망을 반드시 사용하여야 유도배수공법의 안정성을 확보하고 뿜어 붙임 모르타르 자중으로 인한 탈락 현상을 방지할 수 있을 것으로 판단된다.
- 이는 고로슬래그 미분말의 화학적 특성인 잠재수경성 때문에 초기의 압축강도들과 28일 압축강도가 적거나 동등하게 측정된 것으로 보여진다. 하지만 장기적인 압축강도 측정시 잠재수경성을 가지고 있는 고로슬래그 미분말의 수화작용으로 인하여 표준 모르타르의 압축강도를 상위하는 결과를 보일 것으로 판단된다.
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