본 연구에서는 기존의 균열보수 주입공법의 문제점을 해결하기 위하여 일반포트와는 다르게 중앙부에 높은 압력을 견딜 수 있도록 저장관의 재질은 고탄성 라텍스를 사용하였으며, 균열부위에 보수용액을 주입시 콘크리트 균열 내부에 존재하고 있는 공기가 배출될 수 있도록 TPS 공법을 개발 하였다. 또한 보수용액의 역류를 차단하는 밸브를 주입구에 설치한 새로운 주입식 포트를 개발하고 이에 대한 물리적 특성을 분석하였다. 분석 결과, 기존 주사기 공법에 비해 보수용액 주입속도가 향상되고, 시험조건에서 균열부위가 완전히 충전되는 것을 알 수 있었다. 보수 후의 품질은 압축강도 및 인장강도의 경우 주사기 공법 적용시에는 보수 후 약 20% 정도 저하하는 것으로 나타났고, TPS 공법 은 보수 후 강도가 오히려 약 2~7% 증가하는 경향으로 나타났다. 본 연구 결과를 통하여 탄성저장관을 사용한 주입식 포트 공법은 기존의 주사기 공법과 비교하여 주입성능 및 보수 후 품질이 증가하는 것을 알 수 있었고, 이를 활용하여 실구조물 적용 및 상용화를 위한 기반 자료로서 활용하고자 한다.
본 연구에서는 기존의 균열보수 주입공법의 문제점을 해결하기 위하여 일반포트와는 다르게 중앙부에 높은 압력을 견딜 수 있도록 저장관의 재질은 고탄성 라텍스를 사용하였으며, 균열부위에 보수용액을 주입시 콘크리트 균열 내부에 존재하고 있는 공기가 배출될 수 있도록 TPS 공법을 개발 하였다. 또한 보수용액의 역류를 차단하는 밸브를 주입구에 설치한 새로운 주입식 포트를 개발하고 이에 대한 물리적 특성을 분석하였다. 분석 결과, 기존 주사기 공법에 비해 보수용액 주입속도가 향상되고, 시험조건에서 균열부위가 완전히 충전되는 것을 알 수 있었다. 보수 후의 품질은 압축강도 및 인장강도의 경우 주사기 공법 적용시에는 보수 후 약 20% 정도 저하하는 것으로 나타났고, TPS 공법 은 보수 후 강도가 오히려 약 2~7% 증가하는 경향으로 나타났다. 본 연구 결과를 통하여 탄성저장관을 사용한 주입식 포트 공법은 기존의 주사기 공법과 비교하여 주입성능 및 보수 후 품질이 증가하는 것을 알 수 있었고, 이를 활용하여 실구조물 적용 및 상용화를 위한 기반 자료로서 활용하고자 한다.
In this study, to solve the problems of the conventional crack repair and injection method, high elasticity latex was used as the material of the storage tube to withstand the high pressure in the center part differently from the general port. When the repair solution was injected into the crack par...
In this study, to solve the problems of the conventional crack repair and injection method, high elasticity latex was used as the material of the storage tube to withstand the high pressure in the center part differently from the general port. When the repair solution was injected into the crack part, The TPS method was developed so that the air existing in the TPS can be discharged. In addition, a new infusion port in which a valve blocking the backflow of the remediation solution was installed at the injection port was developed and the physical characteristics of the port were analyzed. As a result of the evaluation, it was found that the filling rate of the remedial solution was improved compared to the existing ordinary injector method, and the cracks were completely filled in the test conditions. Compressive strength and tensile strength after repair showed about 20% decrease after repair in case of using ordinary injector method, while TPS method showed about 2~7% increase after repair. The results of this study showed that the injection port method using the elastic storage tube increased the injection performance and the quality after repair compared to the conventional injector method. The result of this study is expected to be utilized as the basic data for application and commercialization of the result to the practical structure.
In this study, to solve the problems of the conventional crack repair and injection method, high elasticity latex was used as the material of the storage tube to withstand the high pressure in the center part differently from the general port. When the repair solution was injected into the crack part, The TPS method was developed so that the air existing in the TPS can be discharged. In addition, a new infusion port in which a valve blocking the backflow of the remediation solution was installed at the injection port was developed and the physical characteristics of the port were analyzed. As a result of the evaluation, it was found that the filling rate of the remedial solution was improved compared to the existing ordinary injector method, and the cracks were completely filled in the test conditions. Compressive strength and tensile strength after repair showed about 20% decrease after repair in case of using ordinary injector method, while TPS method showed about 2~7% increase after repair. The results of this study showed that the injection port method using the elastic storage tube increased the injection performance and the quality after repair compared to the conventional injector method. The result of this study is expected to be utilized as the basic data for application and commercialization of the result to the practical structure.
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문제 정의
이에, 본 연구에서는 기존의 균열보수 주입공법의 취약점을 보완하는 기계식 주입방법과 탄성에 의한 2차 주입방법이 모두 가능한 주입공법을 개발하기 위하여 일반포트와 달리 중앙부에 높은 압력을 견디는 고탄성 라텍스 저장관(Latex Storage Pot)의 사용을 검토하고, 콘크리트 균열 내부에 존재하고 있는 공기는 배출하고, 보수용액의 역류를 차단하는 밸브를 주입구에 설치하여 작업자의 주입 작업 시간을 단축하고, 균열 폭과 깊이에 상관없이 보수용액을 미세균열까지 주입하여 콘크리트 균열보수의 시공성능 및 보수 이후 품질향상을 목표로 하는 주입식 포트를 개발하고 이에 대한 물리적 특성을 분석하고자 한다.
본 연구의 실험계획은 Table 1과 같다. 기존 현장에서 가장 많이 사용되고 있는 고무줄 주사기 주입공법과 본 연구 대상인 탄성저장관을 활용한 주입식 포트 공법(이하, TPS 공법)을 대상으로 주입성능과 주입 후 강도 특성을 분석하고자 한다.
본 연구는 콘크리트 구조물의 균열 주입공법에 관한 것으로서 재래식 공법과 탄성저장관에 의한 포트공법을 비교실험하고자 한다. 개발된 탄성저장관(Expanded Storage Tube; T포트)에 의한 TPS공법공법의 시공순서는 Fig.
제안 방법
주입성능을 확인하기 위해서는 특수 제작된 아크릴 판넬 (300×1,000×60 mm)을 시험체로 활용하였으며, 강도를 측정 하기 위한 방법으로 보수재료 주입 이후 균열 방향을 기준으로 앞면(이하 O), 뒷면(이하 B), 측면(이하 S) 3방향에서 시료를 채취하기 위하여 콘크리트 시험체를 사각형[500(W)×200(D)×350 mm(H)]으로 제작하였다.
3D) 2수준으로 제작하였다. 실험항목은 주입 깊이, 압축강도, 압축강도비 및 인장 강도를 측정하고 분석하는 것으로 실험 계획하였다.
따라서 본 실험에서는 보수보강 공사에서 활용되고 있는 공법과 일치하도록 시험순서를 ① 실링제 혼합 → ② 실링처리 → ③ Base 실링작업 → ④ 탄성저장관 설치 → ⑤ 보수재 주입→ ⑥ 마감처리 순으로 진행하였다.
개발된 저장관의 저장용량은 1회에 보수용액을 40 cc 이상 (라텍스 튜브 길이에 따라 조정가능)을 한 번에 저장할 수 있도록 설계되어 있어 재래식 주입공법에서 사용되는 주사기 형태 보다 약 2배 이상의 보수용액을 저장할 수 있도록 제작되어 재래식 공법보다 보수용액의 저장용량은 물론 팽창 및 수축이 가능하도록 제작된 시스템이다. 따라서 재래식 공법 보다 주입시 압력이 높아 균열보수에 공사를 수행하는데 작업의 용이성은 물론 주입이 진행될수록 주입압력이 증가하여 깊은 균열에도 주입이 가능하다.
주입용액의 주입 깊이를 측정하기 위하여 균열의 폭이 0.3 mm 전·후로 제작된 시험체를 대상으로 균열부위에 대하여 코어 (크기 : ⵁ50 mm×100 mm )를 채취하여 측정하였다.
제작된 공시체의 압축강도 및 인장강도를 측정하기 위하여 균열부위에 주입재를 주입한 이후 압축강도의 경우 KS F 2405, 인장강도의 경우 KS F 2423에 의거하여 양생기간 7일이 경과된 이후 코어로 채취하여 인장강도와 압축강도를 측정하였다.
11은 균열 종류에 따른 보수 이후 압축강도비를 나타낸 그래프이며, 이에 대한 실험 결과 데이터는 Table 5에 제시하였다. 주사기 공법의 보수 후 압축강도 평균을 100%로 설정하여 실험 분석하였다. 전반적으로 주사기 공법에 비해 TPS 공법 조합에서 압축강도비가 높은 경향을 나타내었는데, 세부적으로 보면 0.
3) 재래식 공법과 TPS 공법의 압축강도를 비교하기 위하여 보수 이후 압축강도를 측정하였다. 그 결과 재래식 공법을 적용한 공법은 압축강도가 Plain과 비교하여 보수재 주입 이후 약 20% 강도 저하가 나타나는 것으로 측정되었으며, TPS 공법을 적용한 균열 보수공법에서는 Plain보다 보수 후 강도가 약 5~7% 증가하는 것으로 측정되어 주사기를 이용한 보수 공법에 비해 제안공법이 효과적인 것으로 분석되었다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 보수재료는 국내에서 일반적으로 사용되는 에폭시계를 사용하였으며, 그 물리적 및 화학적 성질은 Table 2와 같다.
실험에 사용된 라텍스 튜브는 내경 4 mm×외경 10 mm 튜브형태로 제작하였으며, 길이는 48 mm 크기로 절단하여 사용하였다.
실험체 크기는 300 mm(W)×1,000 mm(D)×600 mm(H)으로 하였으며, 균열 폭은 임으로 0.3 mm를 기준으로 제작하였다.
3 mm를 기준으로 제작하였다. 시험체의 재질은 보수용액이 주입되는 현황과 주입되는 속도를 육안으로 측정하기 위하여 아크릴을 사용하였으며 제작방법은 다음과 같이하였다.
모의 시험체는 Fig. 5에서 보여주는 바와 같이 콘크리트로 제작(크기: 500 mm(W)×200 mm(W)×350 mm(H))하였으며, 시험체 내부 균열의 크기는 400 mm(W)×300 mm(H)으로 인위적으로 제작하였다.
3 mm 이상 및 이하를 기준으로 공시체를 제작하기 위하여 공시체 제작시 강철판을 삽입하여 콘크리트를 타설하고 10시간이 지난 이후 콘크리트가 경화되기 이전에 강철판을 제거하여 균열을 형성시켰다. 콘크리트 배합은 설계기준강도 27 MPa, W/C 48%, 단위수량 175 kg/m3으로 강제식 팬타입 믹서로 혼합하여 제작하였다. 단, Plain 공시 체를 제작하기 위하여, 모의시험체 제작 시 균열판을 넣지 않고, 제작하였다.
성능/효과
6은 주입공법에 따른 주입 속도 및 준비완료 시간을 나타낸 그래프이다. 먼저, 기존 주사기를 사용한 저압 주입공법은 보수재가 경화되어 주입이 불가한 시점이 되었을 때 목표 면적의 1/3 밖에 주입되지 못하여 최종주입 완료시간 측정이 불가능하였다. 그러나 TPS 공법은 주입이 시작하고 6.
5분이 경과한 시점에서 전체 면적에 주입이 가능하여 주입 성능에 서 큰 차이를 나타내었다. 또한, 100cc의 보수용액을 주입하는 시간은 기존 공법의 경우 약 7.2 분, TPS 공법의 경우 약 2.2 분으로 주입시간이 크게 단축되는 경향을 나타냄에 따라 작업능률 및 공기단축 효과가 향상되는 것으로 나타났다.
7과 8에 각각 제시하였으며, 이에 대한 실험 결과는 Table 3과 같다. 재래식 공법(주사기 공법)을 사용한 조합에서는 평균 약 130~150 mm 충전되는 것으로 측정되었으며, TPS 공법을 사용한 조합에서는 완전 충전되는 것으로 측정되어 TPS공법이 재래식 공법에 비해 충전성능이 우수한 것으로 나타났다. 그 원인은 다음과 같이 두 가지로 분석된다.
Table 3에서 보여주는 바와 같이 재래식 공법에서는 측면 부분에 비해 중앙부에서 주입 깊이가 크게 나타났다. 세부적으로 0.3U-O의 경우 20 mm, 0.3D-O의 경우 10 mm, 0.3U-B 와 0.3D-B의 경우는 10 mm, 0.3U-S 및 0.3D-S의 경우 30 mm 로 측정되어 주입깊이는 평균 약 20 mm로 모두 중앙부에서 주입하는 것이 우수한 경향을 나타내었다.
또한, TPS 공법을 사용한 인장강도는 Plain 인장강도의 경우 2.41 MPa를 나타낸 반면에, 보수 이후의 인장강도는 평균 약 2.48 MPa로 보수 이전 인장강도에 비해 보수 이후의 인장 강도가 높게 나타났다.
실험결과 재래식공법의 압축강도는 Plain과 비교하여 보수 이후 약 20% 강도가 저하하는 경향을 나타낸반면에, TPS 공법을 사용한 경우 약 7% 강도가 증가하는 경향을 나타내었다.
또한, TPS 공법을 사용한 조합에 경우는 Plain 압축강도에서 25.2 MPa를 나타낸 반면에, 보수 이후 압축강도의 경우는 평균 약 27 MPa로 보수 전에 비해 높은 압축강도 발현율을 나타내었다. 세부적으로 보면 0.
2 MPa를 나타낸 반면에, 보수 이후 압축강도의 경우는 평균 약 27 MPa로 보수 전에 비해 높은 압축강도 발현율을 나타내었다. 세부적으로 보면 0.3U-O 조합의 경우 2 MPa, 0.3D-O 의경우 1.7 MPa, 0.3U-B의 경우 2 MPa, 0.3D-B의 경우 1.7 MPa, 0.3U-S의 경우 1.6 MPa, 0.3D-S의 경우 1.7 MPa로 평균 약 1.8 MPa로 압축강도가 우수한 경향을 나타내었는데, 이는 보수재 주입시 내부 공극 및 미세균열에 보수재가 밀실하게 충전되어 압축강도가 다소향상된 것으로 판단된다.
주사기 공법의 보수 후 압축강도 평균을 100%로 설정하여 실험 분석하였다. 전반적으로 주사기 공법에 비해 TPS 공법 조합에서 압축강도비가 높은 경향을 나타내었는데, 세부적으로 보면 0.3U-O조합의 경우 36.7%, 0.3D-O의 경우 34.7%, 0.3U-B의 경우 35.2%, 0.3D-B의 경우 34.7%, 0.3U-S 의 경우 35.2%, 0.3D-S의 경우 36.2%로 평균 약 35.4% 압축강도가 크게 증가하는 것으로 나타났다.
먼저, 재래식 공법을 사용한 인장강도는 Plain 인장강도의 경우 2.35 MPa를 나타낸 반면에, 보수 이후 인장강도에서 평균 약 1.83 MPa로 Plain 인장강도에 비해 낮은 인장강도 발현율을 나타내었다. 세부적으로 보면, 0.
83 MPa로 Plain 인장강도에 비해 낮은 인장강도 발현율을 나타내었다. 세부적으로 보면, 0.3U-O 조합의 경우 0.38 MPa, 0.3D-O의 경우 0.78 MPa, 0.3U-B의 경우 0.51 MPa, 0.3D-B의 경우 0.47 MPa, 0.3U-S의 경우 0.47 MPa, 0.3D-S의 경우 0.49 MPa로 평균 약 0.52 MPa의 인장강도가 저하하는 것으로 나타났다.
세부적으로 보면 0.3U-O 조합의 경우 0.07 MPa, 0.3D-O의 경우 0.05 MPa, 0.3U-B의 경우 0.07 MPa, 0.3D-B의 경우 0.06 MPa, 0.3U-S의 경우 0.07 MPa, 0.3D-S의 경우 0.05 MPa로 평균 약 0.06 MPa로 인장강도가 다소 증가하는 것으로 나타났다.
1) 보수재 주입속도를 측정한 결과 100cc의 보수용액을 주입하는 시간은 재래식 공법의 경우 약 7.2 분이 소요되는 것으로 측정되었으며, TPS 공법은 약2.2분으로 측정되어 TPS공법이 재래식 공법보다 약 3배 이상 주입시간이 단축되는 것으로 분석되었다.
2) 주입 깊이를 분석한 결과 주사기 공법의 주입용액의 충전 깊이는 약 130~150 mm로 측정되었으나, TPS 공법은 주입 깊이 300 mm 모두 충전된 것으로 조사되었다. 이러한 원인은 균열부위의 내부 공기를 배출하고, 기계식 1차 주입과 탄성저장관의 2차 주입으로 TPS 공법에 사용된 기계시스템이 균열보수에 최적화된 시스템으로 평가되었다.
3) 재래식 공법과 TPS 공법의 압축강도를 비교하기 위하여 보수 이후 압축강도를 측정하였다. 그 결과 재래식 공법을 적용한 공법은 압축강도가 Plain과 비교하여 보수재 주입 이후 약 20% 강도 저하가 나타나는 것으로 측정되었으며, TPS 공법을 적용한 균열 보수공법에서는 Plain보다 보수 후 강도가 약 5~7% 증가하는 것으로 측정되어 주사기를 이용한 보수 공법에 비해 제안공법이 효과적인 것으로 분석되었다. 이러한 원인은 보수용액의 주입 깊이의 영향으로 주입 깊이가 깊을수록 콘크리트 균열 내부에 보수용액이 밀실하게 충전되어 압축강도가 증가한 것으로 분석되었다.
4) 인장강도를 분석한 결과 주사기 공법을 적용한 실험체에서는 Plain 공시체 강도보다 보수 이후의 강도가 약 25% 저하하는 경향을 나타내었으며, TPS 공법을 사용한 인장 강도는 Plain 강도보다 보수 이후의 인장강도가 약 2.6% 증가하는 것으로 측정되었다.
상기 TPS 공법과 재래식 공법의 실험결과를 분석한 결과 TPS 공법이 고무줄을 사용하는 주사기 주입공법보다 주입 속도와 주입 깊이 측면에서 주입속도가 향상되고 균열 내부 전체가 충전이 가능한 공법으로 분석되었으며, 균열 내부 전체에 주입용액의 충전이 가능하여 보수품질의 향상은 물론 재하자발생이 저감될 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주입공법이 가장 널리 사용되는 이유는?
특히, 주입공법의 경우는 공법의 단순함과 작업의 용이함 등의 장점을 지니고 있어 건설현장에서 가장 널리 사용되고 있는 공법이다. 대표적으로 고무줄 주사기, 철재 패커, 스프링 주사기, Port 등의 주입 장치를 이용하여 균열에 유기계 보수재를 주입하는 공법으로 주입량 점검이 용이하고, 균열 속 깊이 주입 할 수 있다.
콘크리트가 널리 사용되는 이유는?
건축물에 중요한 재료 중 하나인 콘크리트는 다른 재료에 비해 경제성이 우수하고, 시공성이 높아 건축 및 토목 구조물에 널리 사용되고 있다. 그러나 콘크리트 구조물은 재료 특성상 다양한 원인에 의하여 크고 작은 균열이 발생하게 된다 (Baek et al.
주입공법의 대표적인 공법는?
특히, 주입공법의 경우는 공법의 단순함과 작업의 용이함 등의 장점을 지니고 있어 건설현장에서 가장 널리 사용되고 있는 공법이다. 대표적으로 고무줄 주사기, 철재 패커, 스프링 주사기, Port 등의 주입 장치를 이용하여 균열에 유기계 보수재를 주입하는 공법으로 주입량 점검이 용이하고, 균열 속 깊이 주입 할 수 있다. 그러나 기존의 주입장치에 의한 주입 방법은 주입량 부족과 주입이 진행될수록 주입압력이 저하하는 등의 이유로 제대로 균열보수가 이루어지지 않아 균열보수공사에 대한 전체적인 신뢰도가 하락되어 있어 이에 대한 개선 방안이 필요한 실정이다(Lee et al.
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Lee, D. K., Bae, K. S., Kwak, S. J., and Baek, J. M. (2006), Injection System by Inorganic Material for Crack Repair of Concrete Stuctures, Journal of the Korean Institute for Structural Maintenance and Inspection, 10(2), 165-170.
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