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보수재
보수재는 구조물 또는 시설의 보수 및 보강에 사용되는 재료를 말한다. 누수 보수재, 도로 보수재, 균열 보수재, 건축용 보수재 등이 있다.
보수재의 성능 및 특징
보수재료의 요구 성능
보수공법에 알맞은 재료를 선정한다. 사용 목적과 시공방법에 적당한 보수하고, 보수재료로써의 기본적인 성능 또한 만족하여야 한다.
- 보수 재료의 요구 성능
보수․보강 재료의 선택은 시공후의 성능과 내구성을 좌우하는 중요한 선택이다. 그러므로 재료의 선택은 물리적 화학적 특성과 설계자가 요구하는 성능을 만족하는지, 주위의 환경에 적당한지 등 여러가지 사항이 고려되어야 한다.
보수재의 종류
- 균열보수재
일반적으로 균열보수재료는 수지계와 무기질계(시멘트계) 등으로 나눈다.
① 수지계 재료
일반적으로 사용되고 있는 재료의 종류로는 에폭시계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 고무, 아스팔트계 등이 있으며 최근에는 불소계의 수지가 사용되고 있다. 이들 수지계 보수재료로서 에폭시 수지가 일반적으로 사용되고 있으며 이 에폭시 수지는 경화제에 의한 가교반응을 통하여 고리상의 구조에서 3차원의 방상구조로 변화하여 기계적인 특성을 발휘하는 열경화성 수지이다. 특히 사용되는 경화제의 종류 및 조합방법에 따라 혼합물의 점도, 가사시간, 경화시간 등이 달라지고, 경화물의 성능이 크게 좌우되기 때문에 사용하는 목적, 피착재의 상태, 공법 및 작업현장의 환경 등을 고려하여 선택하여야 한다. 이러한 수지계 보수재의 용도로서는 콘크리트 구조물에 발생한 균열을 보수하는 주입재, 내력부족 등에 대하여 강판 혹은 탄소섬유시트 등으로 대표되는 보강재의 접착재, 또는 중성화, 염해 등 콘크리트의 성능저하를 방지 억제하는 표면 피복재 등 이있다.
② 무기질계 재료
시멘트계 보수재료의 종류로는 폴리머시멘트슬러리, 폴리머시멘트페이스트, 폴리머시멘트모르터, 시멘트충전재, 팽창시멘트주입재 등이 있다. 현재 시멘트계 보수재료로써 사용실적이 가장 많은 것은 폴리머시멘트계 재료이다. 폴리머 시멘트계 재료는 시멘트 혼화용의 폴리머 디스퍼션을 혼입하므로 볼베어링 효과에 의하여 시공시 유동성이 향상된다. 여기서 시멘트가 수화하는 과정에서 그 조직 중의 시멘트 수화물과 폴리머 필름과의 복합체가 형성된다. 따라서 폴리머를 혼입하지 않은 모르터에 비하여 차염성, 중성화억제효과 및 물,산소 확산에 대한 저항성이 높은 경화체가 얻어진다. 이러한 이유에 따라 폴리머시멘트계 재료는 통상의 시멘트모르터에 비교하여 철근 콘크리트 구조물의 높은 보수성능을 지닌다고 말할 수 있다.
시멘트계 재료는 수지계에 비하여 바탕 콘크리트의 물성을 살리면서 성능저하된부위를 개선시킬 수 있는 것이 그 장점이다. 그러나 보수될 콘크리트와의 접착성능은수지계 재료와 비교하여 현저히 떨어지므로 특히 구조내력이 요구되는 곳의 사용은 주의 할 필요가 있으며 적절한 접합용 바인더(신․구 접착재 등)의 사용이 요구된다.
- 콘크리트 구체 처리재
방수성을 개선시키거나 취약한 콘크리트의 표면을 강화시키며, 철근의 부식환경을 개선하는 등의 목적으로 콘크리트 표면에 도포하고 함침시키는 재료로서, 그 목적에 따라 다음의 여러 재료로 나눌 수 있다.
① 침투성 흡수방지재
콘크리트 표면에 도포 함침하는 것에 의해 콘크리트 표층부에 흡수방지층을 형성하여 외부로부터의 물과 염화물이온의 침투를 억제하는 것이고, 아래와 같이 분류된다.
침투성 흡수방지재의 성질과 특증은 다음 아래와 같다.
② 침투성 고화재
취약한 콘크리트의 표면층을 강화하는 것이다. 침투성 고화재를 함침시킴으로써 마감도재의 부착성 개선을 기대할 수 있고 그와 같은 재료의 프라이머로서도 사용된다. 그러나 취약층의 깊이까지 침투하지 않는 경우에는 미함침부분이 결함이 되어 표층박리와 마감도재 등의 부착성 저하를 초래하기 때문에 침투성 고화재의 사용시에는취약층을 완전하게 강화할 필요가 있다
③ 무기질 침투성 방수재
콘크리트 표층부에 도포하는 것에 의해 재료중의 활성성분이 함침하고, 콘크리트 내부의 물에 용출하고 있는 칼슘이온(Ca2+)과 반응해서, 불용성의 결정체를 생성하고, 콘크리트 표층부에 치밀한 방수층을 형성한다.
④ 침투성 알칼리성 부여재
중성화된 콘크리트에 알칼리성을 부여하여 철근을 보호하는 것으로, 콘크리트 표면에 도포하여 그함침부분의 철근부식을 방지한다.
⑤ 도포형 방청재
염화물을 함유한 콘크리트의 철근부식 환경을 개선하는 것으로, 콘크리트 혼화용의 방청재를 도포함침재로서 사용하는 것이고, 철근 근방에 함침하는 것에 의해서 전기화학적 효과에 의해 철근의 부식을 억제한다.
⑥ 폴리머 함침재
폴리머계 함침재를 콘크리트에 함침시킨 후 중합조작을 거쳐 경화시키고, 콘크리트의 기공을 충전한다. 침투성 고화재 등에 비해서 견고한 경화체가 되기 때문에 콘크리트 조직을 치밀하게 할 수 있을 뿐만 아니라 콘크리트의 내하력 개선효과가 우수하다. 콘크리트의 취약층, 중성화부분, 고염화물 함유부분 등의 열화층은 기본적으로 제거하는 것이 좋으나, 실제로는 완전히 제거하는 것이 곤란하기 때문에 도포함침재가이용되게 되었다고 볼 수 있다. 특히 부재두께가 적은 건축물은 깨어내기 깊이를 적게 할 필요가 있고, 유효한 도포함침재의 이용이 요망되고 있다.
도포함침재 중 침투성 흡수방지재는 조기보수에 의한 콘크리트의 내구성을 개선하는데 그 목적이 있으며, 도포형 방청재는 보수공법 적용에 있어서 깨어내기 작업에의한 콘크리트의 파괴를 경감하여 콘크리트 구조물의 내구성개선을 도모하는데 그 목적이 있다.
- 철근방청처리재
철근방청처리재는 녹 제거작업이 되어있는 철근에 도포해서 사용되는 것으로 에폭시수지계, 타르에폭시수지계 등의 방청도료 또는 방청제를 함유한 폴리머시멘트페이스트 및 모르터 등이 사용된다. 일본의 경우 시스템화된 보수공법으로 최근에는 폴리머의 시멘트계의 비율이 증가하는 경향을 나타내고 있다. 폴리머시멘트계에 사용되는 시멘트혼화용 폴리머의 종류로써, SBR계와 PAE계가 많이 시판되고 있다. 일반적으로 SBR계는 방수성, 중성화에 대한 저항성이 우수하고,PAE계는 초기접착성, 시공성이 우수하다고 평가되고 있어 각각 특징이 있으며 우수한 철근방청처리재로 생각되고 있다.
합성수지계로서는 에폭시수지도료(프라이머 포함)의 이용이 가장 많고, 그 외 아크릴수지 및 우레탄수지계의 도료가 시판되고 있다. 이러한 종류의 재료는 경화가 빠르고, 도장작업도 간단하여 공기를 단축할 수 있는 이유로 널리 사용되어 왔으나, 에폭시 수지의 경우 역으로 철근의 부식이 촉진된다는 보고와 함께 콘크리트 중의 철근의 일부를 비전도성 재료로 처리하면 철근의 부식속도가 빨라진다고 하여 콘크리트와 통전성이 다른 철근보수재의 사용에 관한 주의가 요망된다. 방청처리재의 특성은 아래표와 같다.
- 단면복원재
단면복원재는 보수부위의 불건전부를 잘라낸 콘크리트 손상부를 메우기 위해서 사용되는 것으로 바탕콘크리트에 대한 접착성, 열화인자 침입의 억제효과가 기대된다.
보수단면이 큰 경우와 구조보수를 하는 경우에는 보수부의 콘크리트와 역학적인 성질이 유사한 단면 복원재를 선택할 필요가 있다. 그 종류로는 폴리머시멘트모르터, 폴리머모르터 및 시멘트모르터가 있다. 폴리머시멘트모르터의 경우 SBR계, EVA계, PAE계 등의 폴리머시멘트모르터(방청제첨가제를 포함)등이 있으며 재유화형 분말수지를 배합한 기조합제품의 이용이 증가되고 있다. 폴리머모르터의 경우 폴리에스테르수지계, 에폭시수지계, 아크릴수지계 등의 폴리머모르터(레진모르터)등이 있으며 경량골재를 사용한 것이 많다. 시멘트모르터 또는 콘크리트의 경우 보통포틀랜트시멘트, 조강포틀랜드 시멘트, 초속경포틀랜드시멘트, 골재, 혼화제 등을 배합한 보통시멘트모르터 또는 콘크리트가 사용된다.
- 바탕조정․보호재
보수에 사용되는 바탕조정재는 열화된 표면을 깨어내고, 피복의 부족을 보완하는 것을 주목적으로 사용하였으나, 바탕조정을 겸하여 보호층을 형성시키기 위하여 사용되고 있는 것이 많으며, 단면복원과 상관없이 보호피복이 필요한 곳에도 사용된다. 바탕조정재의 종류는 단면복구재와 마찬가지로 폴리머시멘트계와 합성수지계가 있다. 바탕조정재는 단면복구재의 기본성능 중 특히 피복으로 써의 성능이 중요시 되어 중성화방지효과, 차염성, 접착 내구성 등이 중요하다.
- 마감재 (피복재)
마감재는 콘크리트 구조물로의 내구성 부여, 보호 및 미장을 목적으로 보수공법의 최종공정에서 사용 되는 재료이고, 그 사용목적으로부터 콘크리트용 피복재, 도장재, 라이닝재, 표층 개선재 등으로도 불린다. 마감재로서는 침투성 흡수방지재, 도료, 합성수지 라이닝재, 마감도재 등이 있고, 보수의 목적, 특히 열화요인을 충분히 고려한 후에 선택할 필요가 있다. 침투성 흡수방지재는 전술한 콘크리트 구체 처리재로서 사용되지만, 콘크리트 표층부에 함침해도 그 색채가 그다지 변화하지 않기때문에 마감재로서도 이용된다. 한편, 도료의 경우 산소 및 물의 투과를 막아주고 염분을 차단시킨다는 면에서 철근의 부식방지효과도 큰 것으로 생각되어 왔다. 그러나 내부에 염분을 어느 정도 이상 함유하고 있는 기존 콘크리트의 보수에는 효과가 없다. 즉 기밀성이 높은 표면 피복재는 콘크리 트의 내부의 수분을 도막후면에 체류시켜 내부에 부식 요인인 염화물 이온이 존재하면 철근부식은 오히려 촉진된 경우도 있으므로 외부로부터의 우수는 차단하고 내부로부터의 수증기를 방출시킬 수 있는 도료의 활용이 필요하다.
참고자료
- 에이톰엔지니어링, 〈(건축재료) 보수,보강 및 보강재료〉, 《네이버 블로그》, 2015-11-23
- 이보형 기자, 〈아파트 외벽 균열보수재 에코크랙실 개발 출시〉, 《내외경제TV》, 2020-03-12
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