민근형
(Geunhyeong Min)
1
김기환
(Kihwan Kim)
2
정유석
(Yoseok Jeong)
3
김우석
(WooSeok Kim)
4,*
-
충남대학교 토목공학과 박사과정
(Graduate Student, Department of Civil Engineering, Chungnam National University, Daejeon
34134, Rep. of Korea)
-
도로교통연구원 구조물연구실 수석연구원
(Principal Researcher, Expressway & Transportation Research Institute, Construction
& Environment Research Group, Hwaseong 20896, Rep. of Korea)
-
경북대학교 건설방재공학부 부교수
(Associate Professor, Department of Construction and Disaster Prevention Engineering,
Kyungpook National University, Sangju 37224, Rep. of Korea)
-
충남대학교 토목공학과 교수
(Professor, Department of Civil Engineering, Chungnam National University, Daejeon
34134, Rep. of Korea)
Copyright © 2026 Korea Concrete Institute
핵심용어
단면복구공사, 부착강도, 부착성능, 보수성능
Keywords
section repair work, bonding strength, bonding performance, repair performance
1. 서 론
1.1 연구 배경
콘크리트 구조물은 공용 중에 균열, 재료분리, 박락 등의 손상이 발생하여 보수를 실시하고 있으며 Lee et al.(2023)에 의하면 한국도로공사의 보수비용은 2005년 기준 104억 원에서 2014년에는 246억 원, 2019년에는 536억 원으로 415 %가 증가하였다.
콘크리트 구조물의 보수는 손상, 열화로 인한 성능저하가 발생한 구조물의 기능을 회복시키는 것을 목적으로, 사용 초기 시점의 콘크리트 고유의 기능성을
유지 또는 현재의 성능을 향상시켜 구조물의 사용 기간 중에 문제점이 발생하지 않도록 콘크리트의 성질을 회복시키는 행위를 말한다(Kim and Park 2023).
손상 종류와 부위, 재료의 성질 등에 따라 균열보수공법, 단면복구공법, 지수공법, 표면피복공법, 포장보수공법, 신축이음장치보수공법, 교량받침보수공법으로
구분한다(KALIS 2019;
Kim and Park 2023). 콘크리트 손상 중에 콘크리트 구체 손상 부위에 대한 처리방법에서 구체복원의 경우 단면복구공법이 있다(Kim and Park 2023).
단면복구공사는 열화된 콘크리트를 제거하고 강도와 부착강도가 국가기준 또는 관리주체의 기준을 만족하는 재료를 사용하여 원래의 단면과 성능을 복구하는
공법이다. Min et al.(2021)에 의하면 단면과 성능을 복구하기 위해 단면복구공사를 실시한 단면에 일정 기간 이후 재손상이 발생하는 빈도가 증가하고 있으며 주로 재료적인 요인과
환경하중 등에 의해 보수재에 균열과 모재와 보수재 사이 들뜸이 주로 발생한다. 단면복구공사 완료 후의 구조물은 신・구재료로 구성된 복합체를 형성하기
때문에 신・구재료 사이의 부착성능에 의해 복합체의 성능이 좌우된다(Park and Kim 2010). 보수재와 기존 콘크리트 사이의 들뜸이나 보수재의 재손상이 발생하였을 경우 단면복구공사를 실시한 구조물의 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 보수재료의
가장 중요한 성능 중 하나인 부착성능의 개선이 필요한 실정이다.
1.2 연구 목표 및 범위
본 연구는 단면복구공사 후 1년 이후의 중장기 부착성능 향상을 위하여 단면복구공사의 열화부 제거 방법, 표면처리 여부, 보수재에 굵은 골재 사용 여부,
양생제 사용 여부에 따른 단면복구공사의 성능을 확인하고자 하였으며, 1년 동안 일정 기간을 두고 부착강도 시험을 수행하였다.
먼저 실내시험을 통해 단면복구공사에 사용되는 상용 보수재료인 모르타르와 체적안정성 개선을 위해 굵은 골재를 혼입한 보수 콘크리트의 재료 특성과 부착강도에
영향을 미치는 항목의 성능을 분석하였다.
이후, 현장 시험 시공을 위해 폐교의 교대를 대상으로 단면복구공사를 진행하였으며 시공은 한국도로공사의 단면복구공사 시공 및 품질 관리 방안(KEC 2014)을 따라 진행하였다. 한국도로공사에서는 준비단계, 기존 콘크리트 정리(열화부 제거), 철근 녹제거, 신구 콘크리트 접착제 도포, 보수용 몰탈 타설,
양생으로 이루어진 6단계로 이루어지며 본 연구에서 고려한 변수로는 단면복구공사 시 사용하는 재료의 종류, 열화부 제거 방법, 표면처리 여부, 양생제
사용으로 정하였다.
2. 재료 실험
기존에 주로 쓰이던 보수용 모르타르와 굵은 골재를 사용한 보수용 콘크리트의 기본 성능과 부착강도를 확인하고자 재료실험을 실시하였다.
2.1 시험항목
국내・외 보수재료의 성능기준과 선행연구를 통한 단면복구공사에 영향을 미치는 인자를 고려하여 압축강도, 휨강도, 부착강도, 길이변화율, 균열저항성,
열팽창계수, 탄성계수를 시험항목으로 선정하였다.
압축강도는 콘크리트 구조물에 적용되는 기본적인 역학특성으로, 다양한 특성이 압축강도와 긴밀한 연관성을 가지고 있으며(Lee et al. 2023) 기초가 되는 성능이다. ACI(2014a)에 따르면 보수 콘크리트 압축강도는 모재 콘크리트와 유사한 것이 가장 유리하다. 압축강도가 클수록 구조가 치밀하여 내구성에 유리하나 건조수축이 증가하게
된다. 또한, 압축강도와 긴밀한 탄성계수가 커져 보수 부위에 하중이 작용할 경우 보수재와 모재 사이 계면에 응력이 집중되는 등의 불리한 영향을 야기할
수 있어 높은 압축강도는 피해야 한다(Lee et al. 2023). ACI 546.3R(2014b)에서 제시하는 콘크리트 압축강도는 21~70 MPa이다. 국내 콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르(KATS 2022)에서 압축강도는 20.0 MPa 이상으로 제시하고 있으며, EN 1504(BSI 2005)에서 교량 보수에 사용하는 재료에 적용하는 Class R4의 경우 45 MPa 이상이다.
보수단면이 휨을 받는 경우 휨인장 균열을 방지하고 원활한 하중분배를 위해(Lee et al. 2023) 보수재의 휨 성능은 중요한 역할을 한다. 모재와 보수재의 휨 성능 차이가 클 경우 응력 집중이 발생할 수 있어 보수재의 휨 성능은 모재와 유사한
수준이 요구되기 때문에 휨강도를 확인하고자 하였다. 국내의 콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르(KATS 2022)에서는 휨강도를 6.0 MPa 이상으로 제시하고 있으며, 유럽과 미국에서는 휨강도를 제시하지 않고 있다.
보수재는 기존 콘크리트 위에 시공되어 서로 다른 신, 구재료로 구성된 복합체를 형성하며 성능은 새로 적용된 신 보수재료의 물성보다는 신, 구재료 사이의
부착성능에 의해 크게 좌우된다(Wall and Shireve 1988;
Abu-tair et al. 1996;
Minaru et al. 2001;
Al-Zahranj 2003;
Park and Kim 2010). 부착강도가 높을수록 모재와 보수재가 일체거동을 하며 활하중에 저항하게 된다. 국내 보수재 기준인 KS F 4042(KATS 2022)에서는 보수용 폴리머 시멘트 모르타르의 표준 조건과 온냉 반복 후 부착강도 모두 1.0 MPa 이상으로 제시하고 있으며, 유럽의 EN 1504(BSI 2005)에서는 표준 조건에서 2.0 MPa 이상, 미국의 ACI(2014a)의 경우 28일 기준 1.7~2.1 MPa으로 제시하고 있다.
건조수축은 콘크리트 내부의 수분이 증발하며 생기는 현상으로 콘크리트 고유의 현상이며 초기에 발생하는 수축량은 매우 작지만 건조의 진행으로 흡착수가
증발하면서 수축량이 커진다(Kim 2003). 길이변화율은 건조수축에 의해 발생하며 지나치게 클 경우 균열발생, 부착계면에서의 전단응력 발생, 장기부착강도 감소 등으로 이어져 건조수축이 적은
재료가 유리하다(Lee et al. 2023). 따라서, 보수재의 건조수축을 확인하기 위하여 길이변화율 시험을 수행하고자 하였다. 국내 보수재 기준인 KS F 4042(KATS 2022)에서는 보수용 폴리머 시멘트 모르타르의 길이변화율을 ±0.15 % 이내로 규정하고 있으며 미국의 ACI(2014a)에서는 –0.05~0.02로 규정하고 있다. 유럽의 경우 길이변화율을 규정하고 있지 않으나 EN 12617-4에 의해 시험을 진행한 후 부착강도를
측정하는 것으로 대체한다. EN 12617-4 시험에서 시험체는 고정되어 시험환경에 노출되고, 이후 균열은 0.05 mm 이하로 발생하여야하며 부착강도는
2.0 MPa 이상이어야 한다.
과도한 체적변화는 콘크리트에 균열을 발생시킨다(Kim 2003). 단면복구공사는 변형이 종료된 모재에 새로운 보수재를 타설하며, 보수재는 모재에 구속된 상태로 변형이 시작되어 균열이 발생한다. 균열발생 여부는
건조수축변화량, 탄성계수, 균열인장강도 등에 의해 결정(Lee et al. 2023)되기 때문에 길이변화율 시험과 별개로 균열저항성 시험을 추가로 수행하였다. 국내에는 보수재의 균열저항성에 관한 기준은 없으나, 고속도로 전문시방서
시멘트 콘크리트 포장공사(KEC 2024)에서 콘크리트 포장의 경우 56일 동안 균열이 없어야 한다고 제시하고 있다. ACI(2014a)에서는 체적안정성 고려 시 ASTM C1581(2018)을 따라 시험하도록 제시하고 있다. ICRI(2018)에서는 균열이 발생하기까지 시간이 길수록 좋으며 28일 이후에 균열이 발생하도록 제시하고 있다.
Lee et al.(2003)에 의하면 콘크리트 포장 덧씌우기 공사에서 재료의 열팽창계수가 다른 경우 기존 포장과 덧씌우기 포장 사이의 열적 불안정성이 생긴다. 단면복구공사도
기존 콘크리트에 보수재를 덧씌우는 공법으로 열팽창계수가 다른 경우 열적 불안정성이 생길 수 있다. Lee et al.(2023)에 의하면 모재 콘크리트의 열팽창계수는 4.0~20×10-6/°C이나 보수재의 열팽창계수는 더 크며 기존 콘크리트와 보수재의 열팽창계수가 다를 경우 부착 계면에 전단응력을 발생시켜 부착성능의 감소가 발생한다고
언급하고 있다.
Min et al.(2025)에 의하면 모재와 보수재의 탄성계수가 유사할 경우 모재와 보수재의 변형이 유사하게 나타나나 보수재의 탄성계수가 클 경우 보수재에 응력이 집중되어 모재와
보수재의 부착면이 분리되는 들뜸이 발생할 수 있다. Lee et al.(2023)에 의하면 보수재에 응력 집중이 발생하면 부착 계면에 전단응력이 발생할 수 있다. EN 1504(BSI 2005)에서 보수재의 탄성계수는 15 GPa 이상을 제시하고 있으며 ACI 546.3R(2014b)은 탄성계수의 범위를 6.8~38 GPa로 제시하고 있다. ICRI 320.2R(2018)의 경우 모재와 유사한 탄성계수를 갖도록 하고 있다.
위의 항목들을 크게 구조성능, 체적안정성으로 분류하였으며 한국산업표준(KS)에서 제시하는 항목별 기준을 Table 1에 정리하였다.
Table 1 Test methods and standards of test items
|
Category
|
Test method
|
Standard
|
|
Mechanical properties
|
Compressive strength
(MPa)
|
Mortar
|
KS F 2476
|
≥20.0
|
|
Concrete
|
KS F 2405
|
|
Bonding strength
(MPa)
|
Standard
|
Mortar
|
KS F 4042
|
≥1.0
|
|
After thermal cycling
|
KS F 4042
|
|
Standard
|
Concrete
|
KS F 2762
|
|
Volumetric stability
|
Length change rate
(%)
|
Mortar
|
KS F 2424
|
≤±0.15
|
|
Concrete
|
KS F 2424
|
|
Coefficient of thermal expansion
(/°C)
|
Mortar &
concrete
|
KS F 2608
|
4.0~25.0×10-6
|
|
Elastic modulus
(GPa)
|
Mortar &
concrete
|
KS F 2438
|
6.8~38.0
|
2.2 재료배합
본 연구는 폴리머 시멘트 모르타르(polymer cement mortar, 이하 PCM)와 폴리머 시멘트 콘크리트(polymer cement concrete,
이하 PCC)를 사용하였으며 재료배합은 Table 2와 같다. 실험에 사용한 재료는 현장 실험에서도 사용할 재료로서 재료 타설 시 숏크리트 장비를 이용하며 노즐의 막힘을 방지하기 위하여 굵은 골재 최대치수를
13 mm까지로 제한하였다.
Table 2 Polymer cement mortar (PCM) and polymer cement concrete (PCC) mix design
|
Material
|
W/B (%)
|
Water (kg)
|
Powder (kg)
|
Aggregate (kg)
|
|
$G_{\max}$ 10 mm
|
$G_{\max}$ 13 mm
|
|
PCM
|
18.0
|
4.5
|
25
|
—
|
|
PCC
|
3 mm
|
18.0
|
4.5
|
25
|
—
|
|
10 mm
|
18.4
|
4.6
|
25
|
8.4
|
—
|
|
13 mm
|
18.4
|
4.6
|
25
|
—
|
8.4
|
2.3 재료시험결과
실내실험 결과는 Table 3과 같이 나타났으며, 실험결과가 실험 항목별 기준에 부합하는지 검토하였다.
콘크리트 압축강도는 모든 재료에서 35 MPa 이상을 보였으며 굵은 골재을 사용한 PCC의 경우 굵은 골재의 치수가 작을수록 압축강도가 45.50
MPa로 높게 나타났으며 굵은 골재를 사용하지 않은 PCM의 경우 44.20 MPa로 가장 높게 나타났다.
부착강도를 확인했을 때 모든 재료에서 보수재 기준(KATS 2022)인 1.00 MPa 이상을 보였으며 PCC 3 mm에서 3.16 MPa로 가장 높게 나타났고 PCC 10 mm에서 2.36 MPa로 가장 낮게 나타났다.
PCM의 경우 2.77 MPa가 나타났다.
길이변화율의 경우 모든 재료가 보수재 기준인 ±0.15 % 이하를 보였으며 PCC 3 mm에서 0.11 % 수축하여 길이변화율이 가장 큰 것으로 나타났다.
굵은 골재를 사용하였을 때 골재가 수축을 억제하여 길이변화율이 적을 것으로 예측하였으나, PCM의 길이변화율이 0.011 %로 가장 적게 나타났다.
열팽창계수의 경우 PCC 3 mm가 23.5×10-6/°C로 가장 높게 나타났으며 나머지 PCC와 PCM의 경우 17.7~18.7×10-6/°C 값을 나타내 비교적 일정하게 나타났다. 두 값은 도로교 설계기준(MOLIT 2021)에서 제시하는 정밀한 자료가 없는 경우의 열팽창계수 10×10-6/°C를 초과하는 값이다.
탄성계수의 경우 PCC 3 mm가 가장 낮은 3.1 GPa를 보였으며 10 mm와 13 mm는 10.1 GPa와 10.5 GPa를 보였다. PCM의
경우 29.4 GPa로 가장 큰 값을 나타냈다.
Table 3 Overview of laboratory test results
|
Category
|
PCM
|
PCC
|
|
3 mm
|
10 mm
|
13 mm
|
|
Mechanical properties
|
Compressive strength (MPa)
|
Mortar
|
45.50
|
43.40
|
—
|
—
|
|
Concrete
|
44.20
|
40.50
|
36.20
|
35.90
|
|
Bonding strength (MPa)
|
Standard
|
Mortar
|
2.16
|
2.22
|
—
|
—
|
|
After thermal cycling
|
1.71
|
1.68
|
—
|
—
|
|
Standard
|
Concrete
|
2.77
|
3.16
|
2.36
|
2.98
|
|
Volumetric stability
|
Length change rate (%)
|
Mortar
|
-0.034
|
-0.139
|
—
|
—
|
|
Concrete
|
-0.011
|
-0.110
|
-0.033
|
-0.030
|
|
Coefficient of thermal expansion ($\times$10-6/°C)
|
All
|
18.4
|
23.5
|
18.7
|
17.7
|
|
Elastic modulus (GPa)
|
All
|
29.4
|
3.1
|
10.1
|
10.5
|
3. 현장 부착강도 실험
재료 실험을 통해 성능을 확인한 보수재를 사용하여 시험 시공하였다. 재료 실험의 경우 수중 양생, 통제된 환경 등의 상태로 진행되나 보수 현장에서는
작업 현장의 환경과 공법 등의 차이로 단면복구공사의 성능이 일정하게 발현되지 않는다. 따라서, 실제 교량의 교대에 단면복구공사를 진행하고 단면복구공사의
성능 확인을 위해 부착강도를 측정하고자 하였다.
3.1 대상 교량
현장 부착강도 실험을 수행하기 위해 대상 교량을 선정하였으며 선정된 교량은 1999년에 준공된 25 m의 라멘교이며 2006년에 도로확장공사로 인해
폐교 처리되었다.
3.2 시공 단계 및 변수
폐교 시험 시공에서는 단면복구공사의 단계별 공법에 따른 부착강도를 확인하고자 하였다. 고속도로 전문시방서(KEC 2021)에서 제시하는 단면보수 절차를 따라 열화부 제거, 콘크리트 표면 준비, 타설, 양생의 순서로 진행하였다.
국내의 고속도로공사 전문시방서(KEC 20211)에서 열화부 제거 시 백호 장비나 전공압 공구를 이용하도록 제시되어 있으며, 미국의 경우 커팅공법, 충격공법, 고압워터젯 등을 사용하도록 제시하고
있다(ACI 2014b). 열화부 제거 시 충격공법을 사용할 경우 모재 표면에 마이크로 균열 또는 손상이 발생할 수 있으며, 미국의 ACI 546.R-14 Guide to
Concrete Repair(ACI 2014b)에서는 충격공법 적용 후 블라스팅 또는 워터젯으로 2차 작업을 수행하도록 하고 있다. 따라서, 본 실험의 열화부 제거 공법으로 충격공법으로 주로 사용되는
브레이커와 고압 워터젯을 적용하여 기존표면을 기준으로 60 mm 깊이로 열화부 제거하고, 거푸집을 덧대어 40 mm를 추가로 타설하여 총 100 mm의
두께로 타설하였다.
열화부 제거 후 단면복구공사 시공 및 품질관리 방안(KEC 2021)에서는 모재 표면에 고압세척기 등을 이용한 청소를 통해 표면의 잔여물을 제거하도록 제시하고 있으며 미국의 ACI 506R-05(2015)에서는 보수재 타설 직전에 모재 내부를 수분으로 포화상태를 만들고 표면은 건조된 상태인 표면건조포화상태(saturated surface-dry, 이하
SSD)를 만들도록 하여 보수재의 배합수가 모재로 이동하여 보수재의 성능을 하락시키는 것을 방지하도록 제시하고 있다.
보수재료의 부착강도는 재료의 여러 성능의 영향을 받는다. 부착강도가 낮은 재료를 사용하면 보수 후 짧은 기간 내에 들뜸 또는 탈락이 발생하게 되며
길이변화율이 클 경우 건조수축에 의해 수축과 균열이 발생하여 모재와 보수재의 슬립과 부착력 저하가 발생할 수 있다. 따라서, 현장 부착강도 실험에
사용한 재료는 재료 실험을 통해 성능을 확인한 재료를 사용하였으며, Table 2의 배합비를 적용하여 Table 4의 변수를 설정하여 단면복구공사를 수행하였다. 단면복구공사는 Fig. 1과 같이 뿜칠로 타설을 수행하였다.
Fig. 1 Application of shotcrete
3.3 부착강도 실험
타설 완료 후 30일, 60일, 90일, 180일, 365일의 양생기간을 가진 후 부착강도 실험을 수행하여 단면복구공사 성능을 확인하고자 하였다.
부착강도 실험은 콘크리트 보수᠂보호재의 접착강도 시험방법인 KS F 2762(KATS 2016)을 준용하였다. KS F 2762(KATS 2016)에서 제시하는 코어 지름은 50.0±1.0 mm이나 본 연구에서는 55 mm 코어날을 사용하였다. KS F 2762(KATS 2016)에서 제시하는 천공 깊이는 보수재의 두께에서 15.0±5.0 mm 더 깊게 천공하게 되어있으나, 본 연구에서는 워터젯을 이용한 단면의 산과 골의 높이
차이가 약 30 mm 정도 발생하여 모재를 50.0 mm까지 천공하였다.
케이스별로 부착강도 실험은 3개의 위치에서 수행하며 천공 중에 코어가 부러지거나 떨어져 나온 코어는 개수에서 제외하고 추가 천공하였다.
3.4 실험결과
시험 시공한 단면에 대해 양생기간이 30일, 90일 180일, 365일에 부착강도 실험을 수행하여 단계별 공법이 중장기 부착강도에 미치는 영향을 확인하고자
하였다. 케이스별 양생기간에 따른 부착강도 결과는 Fig. 2와 같다. 초기 30일 양생 후 부착강도가 가장 높았다가 낮아지는 경향을 보였으나 양생기간이 길어짐에 따라 부착강도가 다시 높아지는 경향을 확인하였다.
열화부 제거 방법, 표면건조포화상태 적용, 굵은 골재 사용, 양생제 사용에 따른 부착강도를 확인하기 위하여 해당 변수를 제외한 변수가 동일한 케이스별로
비교하였다.
Fig. 2 Bonding strength using the removal method
3.4.1 열화부 제거 방법에 따른 부착강도
열화부 제거 방법에 따른 부착강도를 확인하기 위해 Case 1과 Case 6, Case 2와 Case 3의 결과를 Fig. 3과 같이 정리하고 비교하였다. Case 1과 Case 6은 SSD를 적용하지 않았으며 Case 2와 Case 3은 SSD를 적용하였다. Case 1과
Case 6을 비교했을 때, 워터젯을 적용한 Case 6가 365일 제외한 양생기간에서 더 높은 부착강도를 나타냈다. Case 2와 Case 3을
비교했을 때, 초기 30일 양생 후에는 브레이커의 부착강도가 높게 나타났으나 90일 이후에는 워터젯의 부착강도가 더 높은 것으로 나타났다.
SSD를 고려하지 않고 열화부 제거 공법에 따른 평균 부착강도를 계산할 경우 Table 5와 같으며, 워터젯을 사용했을 경우의 평균은 1.0 MPa 이상으로 보수재의 부착강도 기준을 만족했지만, 브레이커를 사용할 경우 기준을 만족하지 못하는
것으로 나타났다. 또한, 워터젯을 사용할 경우 브레이커를 사용할 경우보다 최소 약 120 %, 최대 약 167 %의 부착강도를 나타냄을 보였다. 이는
미국(ACI, 2014)에서 언급한 브레이커 사용 시 모재에 미세 균열 및 손상 발생으로 보수재가 모재에 접착하여도 모재의 손상부에서 파괴가 발생하여 낮은 부착강도가 측정된
것으로 판단된다.
Table 4 Average of bonding strength by removal method
|
Category
|
Curing (day)
|
Avg. bond strength (MPa)
|
|
Breaker (①)
|
Water-jet (②)
|
(②-①)/① (%)
|
|
Bonding strength (MPa)
|
30
|
0.86
|
1.03
|
120.0
|
|
90
|
0.85
|
1.42
|
167.2
|
|
180
|
0.98
|
1.45
|
165.8
|
|
365
|
0.93
|
1.11
|
152.7
|
Fig. 3 Results of bonding strength over time
3.4.2 표면건조포화상태에 따른 부착강도
표면건조포화상태 적용에 따른 부착강도를 확인하기 위해 Case 1과 2, Case 6과 3, Case 5와 4를 각각 비교하기위하여 Fig. 4와 같이 정리하였다. Case 1과 2는 브레이커를 사용하고 양생제를 도포하지 않은 경우로 최초 30일과 180일의 부착강도는 표면건조포화상태를 적용했을
때 더 높게 나타났으나 365일의 경우 0.3 MPa로 가장 낮게 나타났다. 워터젯을 사용하고 양생제를 도포하지 않은 Case 6과 3의 경우에도
표면건조포화상태를 적용하지 않았을 때 부착강도가 높게 나타났으며 적용했을 때 0.93 MPa로 낮게 나타났다. 워터젯을 사용하고 양생제를 도포한 Case
5와 4의 경우에도 표면건조포화상태를 적용하지 않았을 때 부착강도가 높게 나타났으며 365일 양생 후에 1.32 MPa로 표면건조포화상태를 적용한
결과와 동일하게 나타났다.
표면건조포화상태 적용 여부에 관한 비교 결과는 Table 6과 같다. 표면건조포화상태를 적용한 경우, 최소 약 9 %에서 최대 약 40 %까지 강도가 낮게 측정되었다. 이는 표면건조포화상태 형성을 위한 살수
시간이 충분하지 않아 모재 내부를 충분히 포화상태로 만들지 못하였고, 건조시간 또한 부족하여 모재 표면에 잔존한 수분이 부착을 저해한 것으로 판단된다.
Fig. 4 Bonding strength with coarse aggregate maximum size coarse aggregate
Table 5 Summary of rxperimental case studies for polymer cement mortar (PCM) and polymer
cement concrete (PCC) speciment
|
|
Case 1
|
Case 2
|
Case 3
|
Case 4
|
Case 5
|
Case 6
|
Case 7
|
Case 8
|
Case 9
|
Case 10
|
Case 11
|
Case 12
|
|
Water-Jet
|
Breaker
|
Breaker
|
○
|
○
|
○
|
○
|
○
|
○
|
○
|
○
|
○
|
○
|
|
SSD
|
X
|
○
|
○
|
○
|
X
|
X
|
X
|
○
|
X
|
○
|
X
|
○
|
|
Aggregate (mm)
|
X
|
X
|
X
|
X
|
X
|
X
|
3
|
3
|
10
|
10
|
13
|
13
|
|
Curing agent
|
X
|
X
|
X
|
○
|
○
|
X
|
X
|
○
|
X
|
○
|
X
|
○
|
|
Material
|
PCM
|
PCC
|
Table 6 Average bonding stength with application of saturated surface dry (SSD)
|
Category
|
Curing (day)
|
Avg. bond strength (MPa)
|
|
Non-SSD
|
SSD
|
|
Bonding strength (MPa)
|
30
|
1.21
|
1.01
|
|
90
|
1.33
|
0.97
|
|
180
|
1.44
|
1.31
|
|
365
|
1.34
|
0.80
|
|
Rate to non-SSD (%)
|
30
|
100.0
|
84.0
|
|
90
|
100.0
|
73.0
|
|
180
|
100.0
|
91.0
|
|
365
|
100.0
|
59.6
|
3.4.3 굵은 골재 적용 여부에 따른 부착강도
굵은 골재 적용 여부에 따른 부착강도를 측정하여 Fig. 5와 같이 나타내었다. 표면건조포화상태와 양생제를 사용하지 않은 Case 6과 7, 9, 10을 비교하였으며 표면건조포화상태와 양생제를 사용한 Case
4와 8, 10, 12를 비교하였다. Case 6과 7, 9, 10을 비교했을 때 365일 기준으로 PCC 13 mm가 1.76 MPa로 가장 높았으며,
그다음 PCC 3 mm였다. PCM의 경우 가장 낮은 1.24 MPa로 나타났다. Case 4와 8, 10, 12를 비교했을 경우 365일의 부착강도는
PCC 3 mm에서 1.62 MPa로 가장 높게 나타났으며 PCM이 1.32 MPa로 가장 낮게 나타났다.
굵은 골재별 평균을 구했을 때 결과는 Table 7과 같다. 3 mm 굵은 골재를 사용했을 때 사용하지 않은 경우보다 최대 약 165 %, 10 mm의 경우 약 136 %, 13 mm의 경우 최대
약 138 %까지 증가하는 것으로 나타났다. 재료실험결과에서 10 mm를 제외한 PCC가 PCM보다 부착강도가 크게 나타나 굵을 골재를 사용하면 부착강도가
증가하는 경향을 보였다. 이는 보수재의 굵은 골재를 사용했을 때, 골재 직경이 증가할수록 미세 균열 길이가 감소하여 부착력이 증가한 것으로 보인다(Grassl et al. 2010).
Fig. 5 Bonding strength from application of curing agent
Table 7 Average of bonding strength with maximum size coarse aggregate
|
Category
|
Curing (day)
|
Avg. bond strength (MPa)
|
|
PCM
|
PCC
|
|
3 mm
|
10 mm
|
13 mm
|
|
Bonding strength (MPa)
|
30
|
1.36
|
2.24
|
1.85
|
1.88
|
|
90
|
1.20
|
1.32
|
1.42
|
1.48
|
|
180
|
1.39
|
1.84
|
1.69
|
1.77
|
|
365
|
1.28
|
1.66
|
1.46
|
1.59
|
|
Rate to PCM (%)
|
30
|
100.0
|
165.1
|
136.7
|
138.8
|
|
90
|
100.0
|
109.4
|
117.9
|
123.0
|
|
180
|
100.0
|
132.7
|
122.3
|
127.4
|
|
365
|
100.0
|
130.0
|
114.5
|
124.6
|
3.4.4 양생제 사용에 따른 부착강도
양생제 도포에 따른 성능을 확인하기 위하여 Case 6과 5, Case 3과 4의 부착강도를 비교하기 위하여 Fig. 6과 같이 정리하였다. Case 6과 5는 표면건조포화상태를 적용하지 않은 Case로 양생제를 도포했을 경우 최초 30일 양생 후에 1.63 MPa로
도포하지 않은 경우인 1.29 MPa보다 높게 나타났으며, 365일 양생 후 측정했을 경우에도 1.32 MPa로 도포하지 않은 경우의 측정 값인 1.24
MPa보다 높게 나타났다. 표면건조포화상태를 적용한 Case 3과 4의 경우에도 365일 양생 후의 부착강도를 비교하면 양생제를 도포했을 때 1.32
MPa로 도포하지 않은 경우의 0.93 MPa보다 높게 나타났다.
양생제 도포 여부에 따른 부착강도의 평균을 계산하여 Table 8과 같이 정리하였다. 양생제를 도포 시 부착강도는 미도포 대비 최초 30일 이후에는 약 148 %의 강도를 보였으며 90일 이후에 약 22 % 하락하였으나
365일 이후에는 119 %로 증가하였음을 보였다. 이는 양생제가 수화 반응에 필요한 수분의 증발을 억제함으로써 보수재의 성능을 충분히 발현하도록
한 것으로 보인다.
Fig. 6 Bonding strength from application of curing agent
Table 8 Average of bonding strength with application of curing agent
|
Category
|
Curing (day)
|
Avg. bond strength (MPa)
|
|
Non-curing agent
|
Curing agent
|
|
Bonding strength (MPa)
|
30
|
1.03
|
1.53
|
|
90
|
1.42
|
1.10
|
|
180
|
1.45
|
1.67
|
|
365
|
1.11
|
1.32
|
|
Rate to Non-curing agent (%)
|
30
|
100.0
|
148.2
|
|
90
|
100.0
|
77.6
|
|
180
|
100.0
|
114.7
|
|
365
|
100.0
|
119.0
|
4. 결 론
콘크리트 구조물의 수직면 단면복구공사에서 1년 이상의 중장기 부착성능 시공 영향 인자에 대한 실험연구에서 다음과 같은 결론을 확인하였다.
1) 열화부 제거 공법인 브레이커와 워터젯을 이용하여 열화부 제거를 수행하였으며 공법에 따른 단면복구공사의 부착성능을 확인하였다. 워터젯을 사용했을
경우 브레이커를 사용했을 때 대비 최소 약 120 %에서 최대 약 167 %의 부착강도를 나타내었다. 따라서, 워터젯의 사용 시 부착강도가 약 67
% 상승되어 보수재의 부착강도에 도움이 된다.
2) 타설 전 모재를 표면건조포화상태로 적용할 경우 보수재의 수분이 모재로 이동하는 것을 방지하여 보수재의 성능이 높게 발현되어 부착력 또한 상승할
것으로 추정하였으나 실험 결과 표면건조포화상태를 적용하지 않은 경우에 비해 최소 약 9 %에서 최대 약 40 %가 감소한 것으로 나타났다.
3) 보수재로 폴리머시멘트모르타르(PCM)와 3 mm, 10 mm, 13 mm의 굵은 골재를 혼입한 폴리머시멘트콘크리트(PCC)를 사용하여 굵은 골재가
부착력에 미치는 영향을 확인하였다. PCC 3 mm의 부착강도는 PCM 대비 최대 약 165.1 %의 부착강도를 보였고 10 mm의 경우 약 136.7
%, 13 mm의 경우 최대 약 138.8 %로 증가된 부착강도를 나타냈다. 이는 굵은 골재가 보수재의 건조수축을 억제하여 건조수축균열을 줄여 모재와
보수재의 부착력 저하를 억제한 것으로 보인다. 따라서, 굵은 골재의 적용은 부착강도의 최대 약 65 % 향상에 도움이 된다.
4) 보수재 타설 후 양생제를 도포할 경우 최초 30일의 부착강도는 도포하지 않은 경우의 약 148 %의 증가된 강도를 보였고, 양생 90일의 부착강도가
일시적으로 낮아진 경향이 있었으나 이후에는 계속 증가하여 약 119 %의 증가된 부착강도를 나타냈다. 따라서, 양생제 도포 시 부착강도가 약 19
% 향상되어 양생제 도포는 보수재 부착강도에 도움이 된다.
5) 표면건조포화상태 여부에 따른 부착강도 시험을 확인하기 위하여 살수를 진행하였으나 살수 시간이 충분하지 않아 모재 내부의 포화상태를 만들지 못하여
부착강도가 오히려 낮게 발현되었다. 향후에 살수를 충분히 하여 표면건조포화상태 적용한 보수면의 부착강도를 확인할 계획이다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부/국토교통과학기술진흥원의 지원으로 수행되었음(과제번호 RS-2022-00142566).
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