2.1 현장개요

본 연구는 ○○ 나들목 지하차도 하자 보수공사를 진행하 였으며, 그 개요는 Table 1과 같고, 현장 사진은 Fig.1과 같다. 먼저, 현장 위치는 ○○시에 위치해 있으며, 약 2개월간 균열 보수 공사로서 다양한 콘크리트 균열에 대하여 균열보수를 진행하였다.

Table 1

Field summary

Fig. 1

Cheonan Construction site

또한, 지하차도의 형태는 U자형태의 U-Type과 사각형 형 태의 Box-Type 2가지 type으로 되어있다.

2.2 균열조사

Table 2는 본 현장의 균열 조사 결과를 표로 나타낸 것이며, Fig. 2는 외관 진단 조사 모습을 나타낸 것이고, Fig. 3 및 4는 횡 및 종 방향의 균열을 나타낸 것이다.

Table 2

Crack diagnosis result

Fig. 2

Diagnostic Investigation

Fig. 3

Transverse Crack

Fig. 4

Longitudinal Crack

먼저, 균열은 크게 횡 방향 및 종 방향의 균열 두가지로진단 되었다. 먼저, 균열의 폭은 0.3 mm 이상 및 0.3 mm 미만의 균 열 두가지로 구분하며, 각각의 균열길이는 336 m, 396 m 발 생한 것으로 조사 되었다.

3.1 스마트 밸브

Fig. 6은 스마트 밸브 개념도이다. 먼저, 일 방향 탄성판 밸 브로 보수액이 주입될 때 주입방향으로 휘어지며 열려서 주 입이 되고, 주입이 끝나면 탄성관에 채워진 보수액이 탄성관 의 수축력에 의해 주입 반대 방향으로 탄성판을 밀어 주기 때 문에 주입되는 방향과 반대방향으로 휘어지며 주입구를 자동 으로 차단하는 구조로 되어있다.

Fig. 6

Smart valve

이 때, 스마트 밸브를 통하여 에어가 빠져 나갈 수 있는 공 간이 존재하기 때문에 균열내부에 있던 에어가 자연스럽게밀 려 나가며 배출된다.

3.2 라텍스 탄성 저장관

Fig. 7은 라텍스 탄성 저장관을 나타낸 것이다. 기존 주사기 공법은 주사기 1개당 보수액 최대 저장량이 25 cc이고, 주입 할수록 압력이 저하하는 단점을 지니고 있는 반면에 TPS 공 법은 고탄성의 라텍스 재질로 개발된 저장관을 사용함에 따 라 보수액을 40 cc 이상 한번에 저장할 수 있고, 재주입이 간편 하여 시공성이 우수하다. 또한, 주입이 진행 될수록 주입압력 이 높아져 균열 끝까지 주입이 가능하고, 팽창 및 수축된 저장 관의 형태를 가지고 주입 압력에 대한 육안 판단이 가능하다.

Fig. 7

Latex storage tube

3.3 T-Port 및 Pin-Port

Fig. 8 및 9는 T-Port와 PIN-Port를 나타낸 것이다. 먼저, T-Port의 경우 스마트 밸브 및 탄성 저장관이 집약된 보수액 주입장치로서 부착용 좌대와 저장관 및 주입구를 일체화 시 켜 주입한다.

Fig. 8

T-Port

Fig. 9

Pin-Port

PIN-Port의 경우는 T-Port로 시공이 곤란한 누수 균열부 위, 코너 부위, 표면상태가 고르지 못한 요철부위, 백화가 생성된 균열 부위 등에 시공하기 위한 기술로서 더블컷팅기를 활용 하여 홈을 내고 고정 돌기 부위를 회전하여 설치한다. 기타 시 공 방법은 T-Port와 동일하다.

3.4 확인창

Fig. 10은 확인창을 나타낸 것이다. 기본적으로 주입공법은 보수액이 균열 밖으로 빠져나가지 못하게 하기 위하여 사전 에 균열 표면에 씰링 작업을 하고 보수를 실시하기 때문에 주 입 성공여부를 판단하는 방법이 구조체에 손상을 주는 코어 채취법이 유일하다. 하지만, TPS 공법은 주입포트 사이에 확 인창을 설치 함으로서 보수액이 주입되는 과정을 시공자 및 감독관이 육안으로 확인 할 수 있어 주입 품질을 향상 시킬 수 있다.

Fig. 10

Confirmation window

3.5 T-7 무선주입기

Fig. 11은 T-7 무선 주입기를 나타낸 것이다. T-7 무선 주입 기의 경우는 유선 전기를 사용하기 않고, 18V 4A 리튬 배터리 를 사용하는 주입기로서 장소에 상관없이 간편하게 시공이 가능하고 무게가 9 kg으로 경량이기 때문에 작업자 휴대 및 이동이 편리하여 작업 능률이 개선된다.

Fig. 11

T-7 Wireless injector

4.1 평가계획

본 연구의 현장실험계획은 Table 3과 같다. 먼저, 주입공법 의 경우 기존 주사기공법(이하, I)와 TPS 공법(이하, T) 2가지 를 사용하고, 구조물의 경우 U자형태의 구조물 U-Type(이하, U)과 사각형 형태의 구조물 Box-Type(이하, B), 균열 폭의 경 우 0.3 mm 이상(이하, 0.3U)과 및 0.3 mm 미만(이하, 0.3D) 두 가지로 분류하여 계획 하였다. 실험변수로는 기존 주사기 공 법과 TPS 공법을 기준으로 각각 4 항목씩 총 8 항목의 실험변 수를 계획하였다. 또한, 실험은 초음파 테스트와 주입 깊이를 측정하는 것으로 계획하였으며, 압축강도의 경우는 코어채취 를 통하여 측정하는 것으로 계획하였다.

Table 3

Experimental plan of Construction site

4.2 사용재료

본 논문에 사용된 건식 경질형 주입재는 균열 부위 위치 및 환경에 따라 K사 제품을 사용하였는데, 그 성질은 Table 4와 같다.

Table 4

Chemical and physical properties of Epoxy

4.3 실험방법

4.3.1 초음파 테스트

현장에서 Fig. 12와 같이 콘크리트 내 보수액 침투력을 평 가하기 위해 초음파속도 테스트를 실시하였다. 즉, 일반적으 로 초음파 테스트는 균열이나 공극에 따라 초음파 통과시간 이 달리 나타나는데, 균열이 완전히 충전된 콘크리트는 균열 이 없는 콘크리트와 비슷한 통과 시간으로 측정되는 반면에 미 충전된 곳은 통과 시간이 지연되는 것으로 나타난다.

Fig. 12.

Ultrasonic Test

또한, Petroleum jelly을 사용하여 표본의 양 쪽 면에 부착한 두 대의 54 Hz 변환기에 미터기를 연결하여 각각 진동기와 리 씨버로서 사용하고, 표본을 통과한 파장 이동 시간을 기록하 였다.

4.3.2 주입깊이

Fig. 13은 주입깊이를 나타낸 것이다. 주입 깊이 평가는 육 안으로 관찰하기 위해서 0.3 mm 전·후 실험체 균열부위에 대 하여 20×300 mm에 코어를 채취하여 측정하였다.

Fig. 13.

Injection of Depth

4.3.3 압축강도

본 연구의 압축강도 및 할열 인장강도의 경우는 KS 규격에 의거하여 실험을 진행하며, Fig 14와 같이 보수 전, 보수 후에 코어를 채취하여 UTM-300 Ton 기기를 사용하여 강도를 측 정하였다.

Fig 14.

Core Collection

5.1 초음파 테스트

Table 5는 위치에 따른 초음파테스트 실험결과를 표로 나타 낸 것이고, Fig. 15 및 16은 이를 그래프로 나타낸 것이다. 보수 전 건전한 구조물의 경우 20 mm/sec로 평가되었다. 전반적으 로, 주사기 공법에 비해 TPS 공법을 사용한 조합에서 초음파가 빠른 속도로 통과하는 경향을 나타내었다. 즉, 주사기 공법의 경우는 U-0.3U의 조합사용에서 58 mm/sec, U-0.3D 조합의 경 우 64 mm/sec, B-0.3U 조합의 경우 45 mm/sec, B-0.3D 조합의 경우 59 mm/sec로 측정되어 평균 약 57 mm/sec를 나타내었다. 또한 TPS 공법의 경우는 U-0.3U의 조합사용시 21 mm/sec, U-0.3D의 경우 20 mm/sec, B-0.3U의 경우 19 mm/sec, B-0.3D 조합의 경우 22 mm/sec로 평균 약 21 mm/sec로 평가됨에 따라 주사기 공법에 비해 TPS공법을 사용할 경우 평균 약 36 mm/sec 로 초음파가 빠른 속도로 통과하는 것을 알 수 있었는데 이는 TPS 공법이 주사기 공법에 비해 높은 주입 압력과 탄성 저장관 등의 영향으로 미세한 균열 부위까지 밀실하게 충전되었음을 알 수 있다.

Table 5

Chemical and physical properties of Epoxy

Fig. 15

Ultrasonic Test according to crack type(Injection method)

Fig. 16

Ultrasonic Test according to crack type(TPS method)

즉, 상대적으로 보수 후 구조체의 성능 복구에도 우수할 것 으로 예상된다.

5.2 주입깊이

Table 6은 균열종류에 따른 주입깊이 실험결과를 표로 나 타낸 것이고, Fig. 17 및 18은 이를 그래프로 나타낸 것이다. 먼 저, 주사기 공법을 사용한 조합에서는 약 140∼155 mm로 부 분적으로 충전되는 경향을 나타낸 반면에, TPS 공법을 사용 한 조합에서는 300 mm 완전 충전되는 우수한 경향을 나타내 었다.

Table 6

Experiment result of Injection of Depth

Fig. 17

Injection of Depth according to crack type(Injection method)

Fig. 18

Injection of Depth according to crack type(TPS method)

세부적으로 보면, 주사기 공법의 경우는 U-0.3U의 조합사 용 시 150 mm, U-0.3D 조합의 경우는 140 mm, B-0.3U 조합의 경우는 155 mm, B-0.3D 조합의 경우는 145 mm로 평균 약 148 mm 부분 충전되는 것을 알 수 있었으며, TPS 공법의 경우 는 위에서 언급한 바와 같이 모든 배합에서 300 mm 완전 충전 되는 경향을 나타내었는데, 이는 균열 내부 공기를 배출하고, 강력한 기계식 주입으로 인하여 균열 내부 속까지 주입재료 가 충전된 것으로 판단된다. 또한, 완벽한 주입은 투수계수 향 상에도 큰 영향을 미치므로 향후 누수 방지 선능에서도 우수 할 것으로 예상된다.

5.3 압축강도 및 압축강도비

5.3.1 압축강도

Table 7은 시험체에 따른 압축강도 실험결과를 표로 나타 낸 것이고, Fig 19 및 20은 이를 그래프로 나타낸 것이다.

Table 7

Experiment result of Compressive stength

Fig 19.

Compressive strength according to crack type (Injection method)

Fig 20.

Compressive strength according to crack type (TPS method)

먼저, 보수 전 건전한 구조체의 경우 32.2 MPa로 평가되었 다. 전반적으로 주사기 공법에 비해 TPS 공법을 사용한 조합 에서 우수한 압축강도를 나타내었다.

세부적으로 보면 주사기 공법의 경우는 U-0.3U의 조합사 용 시 30.2 MPa, U-0.3D 조합의 경우는 29.5 MPa, B-0.3U 조 합의 경우는 29.8 MPa, B-0.3D 조합의 경우는 29.9 MPa로 평 균 약 29.9 MPa를 나타낸 반면에, TPS 공법의 경우는 U-0.3U 의 조합사용 시 33.3 MPa, U-0.3D 조합의 경우는 34.5 MPa, B-0.3U 조합의 경우는 36.1 MPa, B-0.3D 조합의 경우는 35.8 MPa로 평균 약 35 MPa로 주사기 공법에 비해 평균 약 5 MPa 압축강도가 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 균열 부위에 60∼80 MPa의 고강도에폭시가 밀실하게 주입됨에 따라 압축 강도가 증진한 것으로 사료된다. 즉, 완벽한 주입에 의해 주사 기 공법 대비 TPS 공법의 경우가 모체와 동등 이상의 압축강 도가 발현되는 것으로 판단된다.

5.3.2 압축강도비

Table 8은 균열 종류에 따른 보수 후 압축강도 비에 실험결 과를 표로 나타낸 것이고, Fig 21은 이를 그래프로 나타낸 것 이다. 먼저, 주사기 공법의 압축강도의 평균을 100 %로 가정 하여 실험 분석하였다. 전반적으로 주사기 공법에 비해 압축 강도비가 높은 경향을 나타내었는데, 세부적으로 보면 U-0.3U 조합의 경우 약 11.4 %, U-0.3D의 경우 약 15.4 %, B-0.3U의 경우 약 20.7 %, B-0.3D의 경우 약 19,7 %로 평균 약 16.8 % 압축강도가 우수한 것을 알 수 있었다.

Table 8

Experiment result of Compression strength ratio

Fig 21.

Compressive strength ratio according to crack type

5.4 시공성 분석

Table 9는 주사기공법과 TPS 공법간의 시공성 비교를 표로 나타낸 것이다. 전반적으로 주사기 공법에 비해 TPS 공법을 사용하였을 시 약 5일의 시공기간이 단축되는 경향을 나타내 었다. 세부적으로 보면, 주사기공법의 경우 6일의 시공기간에 투입된 인원은 약 24명이 필요한 반면, TPS 공법의 경우 11일 의 시공기간에 투입된 인원은 약 44명의 경향을 나타내었다. 또한, 일일 작업 속도의 주사기 공법의 경우 약 33.3 m/day로 시공효율로 비교분석하였을 시 m 당 약 0.12 person/m이 필 요한 것으로 나타낸 반면, TPS 공법의 경우 일일 작업속도의 경우 약 48.3 m/day로 시공효율로 비교분석 하였을 시 m 당 약 0.08 person/m이 필요한 것으로 나타났다.

Table 9

Comparison of workability result

특히, 주사기 공법의 비해 TPS 공법을 사용하였을 시 공사 기간 및 작업 효율성이 효과적인 것으로 나타났는데, 이는 강 한 압력의 기계식 무선 주입기를 사용하여 균열 부위를 밀실 하게 충전함에 따라 시공성 및 작업효율성에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 즉, 당 현장의 경우 교통량에 의한 신속 공 사가 필수 조건으로서 향후 유사 현장의 공기단축에도 효과 가 있을 것으로 판단된다.