KR102136797B1

KR102136797B1 - 맨홀 보수보강용 고온증기 주입 열경화장치

Info

Publication number: KR102136797B1
Application number: KR1020190138514A
Authority: KR
Inventors: 이승일
Original assignee: 이승일
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2039-11-01

Abstract

본 발명은 맨홀 보수보강용 고온증기 주입 열경화장치에 관한 것으로, 파손, 균열, 부식, 누수 등의 결함이 발생된 맨홀 내벽에 도포된 모르타르의 경화 및 양생 시간을 최소화하여 전체 공정에 소요되는 시간 및 경비를 최소화하고 강도 보강과 부식 방지 효과를 거둘 수 있도록 한 것이다.
이러한 발명은, 맨홀 입구에 장착되어 맨홀 입구를 차단하며, 상면에는 증기주입관이 구비되어 콤프레셔에 의해 외부 보일러로부터 가압 이송되는 고온의 증기를 내부 챔버에 공급받을 수 있도록 한 장치본체; 상기 장치본체의 외주면에 설치되어 맨홀 입구에 장치본체를 밀착시켜주는 패킹; 상단부가 상기 장치본체의 하면 중앙을 관통하여 지지된 상태에서 하방으로 길게 설치되어 맨홀 내부에 인입되도록 하며, 상단부가 개구된 중공의 몸체로 이루어지고 몸체 외주면에는 둘레방향을 따라 방사상 배치되어 한 조를 이루고 있는 복수의 노즐이 몸체의 길이방향을 따라 다수의 지점에 설치되어 상기 증기주입관을 통해 장치본체에 공급된 증기가 맨홀 내벽을 향해 분사되도록 유도하는 증기분사관; 및 상기 장치본체를 상하방향으로 완전히 관통하여 맨홀 내부에서 범람하는 증기가 외부로 자연 배출되도록 유도하는 배기관;을 포함한다.

Description

맨홀 보수보강용 고온증기 주입 열경화장치{HIGH TEMPERATURE STEAM INJECTION THERMOSETTING APPARATUS FOR MANHOLE REPAIRING AND REINFORCING}

본 발명은 맨홀 보수보강용 장치에 관한 것으로, 특히 파손, 균열, 부식, 누수 등의 결함이 발생된 맨홀 내벽에 도포된 모르타르의 경화 및 양생 시간을 최소화하여 전체 공정에 소요되는 시간 및 경비를 최소화하고 강도 보강과 부식 방지 효과를 거둘 수 있도록 한 맨홀 보수보강용 고온증기 주입 열경화장치에 관한 것이다.

일반적으로 지중에 매설된 하수도, 통신, 전신 등의 맨홀은 콘크리트 구조물이 대부분이며 맨홀 내부에는 하수관으로부터 폐수, 오수, 우수가 흐르고 있다.

이같은 맨홀은 콘크리트가 주성분이므로 다년간 사용되면서 풍화작용 및 노후화로 인한 파손, 균열, 부식, 누수 등이 발생되면서 폐수, 오수, 우수의 누수 및 지하수 유입 등으로 하수량을 증가시키는 등 토양오염과 수질오염 및 씽크홀 발생의 주범이 되고 있다.

이에 따라 맨홀을 보수할 목적으로 국외 기술이 다양하게 도입되고는 있으나 현장 조건에 맞는 맨홀을 시공하다보니 맨홀의 깊이와 규격이 맞지 않는 상황에 처하게 되고 보수해야할 맨홀 대부분이 표준 규격이 생기기 전에 매설되었기 때문에 선진기술의 접목이 난해할 수밖에 없었다.

또한 현장에서 맨홀을 보수할 때 상류로부터 흐르는 하수를 차수하거나 물돌리기를 실시하는데다가 도로를 점거하는 경우가 대부분이므로 최대한 신속히 보수하는 것은 대단히 중요한 사항이라 할 수 있다.

하지만, 맨홀을 보수하기 위해 여러 공정들을 진행하다보면 많은 시간이 소요되는 것이 불가피하였으며, 특히 여러 공정들 중에서도 파손, 균열, 부식, 누수 등 결함이 발생된 맨홀 내벽에 도포된 모르타르가 경화 및 양생되는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

한국등록특허공보 제1630346호(2016.06.08.)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 파손, 균열, 부식, 누수 등의 결함이 발생된 맨홀 내벽에 도포된 모르타르의 경화 및 양생 시간을 최소화하여 전체 공정에 소요되는 시간 및 경비를 최소화하고 강도 보강과 부식 방지 효과를 거둘 수 있도록 한 맨홀 보수보강용 고온증기 주입 열경화장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 속성 맨홀 보수보강용 열경화장치는, 손상된 맨홀을 보수 및 보강하기 위한 맨홀 보수보강 시, 맨홀 내벽에 도포된 열경화성 폴리머 모르타르에 고온의 증기를 가하여 속성으로 경화 및 양생시키기 위한 맨홀 보수보강용 열경화장치로서, 맨홀 입구에 장착되어 맨홀 입구를 차단하며, 상면에는 증기주입관이 구비되어 콤프레셔에 의해 외부 보일러로부터 가압 이송되는 고온의 증기를 내부 챔버에 공급받을 수 있도록 한 장치본체; 상기 장치본체의 외주면에 설치되어 맨홀 입구에 장치본체를 밀착시켜주는 패킹; 상단부가 상기 장치본체의 하면 중앙을 관통하여 지지된 상태에서 하방으로 길게 설치되어 맨홀 내부에 인입되도록 하며, 상단부가 개구된 중공의 몸체로 이루어지고 몸체 외주면에는 둘레방향을 따라 방사상 배치되어 한 조를 이루고 있는 복수의 노즐이 몸체의 길이방향을 따라 다수의 지점에 설치되어 상기 증기주입관을 통해 장치본체에 공급된 증기가 맨홀 내벽을 향해 분사되도록 유도하는 증기분사관; 상기 장치본체를 상하방향으로 완전히 관통하여 맨홀 내부에서 범람하는 증기가 외부로 자연 배출되도록 유도하는 배기관;을 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 증기분사관은 맨홀 깊이에 대응하여 신축 가능하도록 자바라 타입의 열호스로 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 증기분사관은 상단부가 베어링에 의해 상기 장치본체에 회전 가능하도록 지지되고, 상기 장치본체에 설치된 모터에 의해 구동력을 제공받아 회전하면서 증기를 분사할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 장치본체에는 맨홀 내부에 주입되는 증기의 온도 및 압력을 측정하기 위한 온도게이지 및 압력게이지가 설치되고, 상기 증기주입관과 배기관에는 공급되는 증기와 배기되는 증기의 유량을 조절하기 위하여 개폐밸브가 각각 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 배기관은 상기 장치본체를 상하로 완전히 관통하는 관통관과, 상기 관통관 중 장치본체의 상측으로 노출된 부위에 텔레스코픽 타입으로 신축 가능하게 결합된 다수의 보조관으로 이루어져 증기의 배출 높이를 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 열경화장치는 플렉시블한 재질의 내열 실리콘을 소재로 후단부가 개방된 길쭉한 풍선형으로 이루어지고 선단부에는 다수의 분사공이 형성된 플렉시블 분사부재를 더 구비하며, 상기 플렉시블 분사부재는 후단부가 상기 증기분사관의 노즐에 결합되며, 평상시에는 하방으로 처진 상태가 되어 맨홀 입구를 통과하기 용이하도록 하며, 상기 증기분사관의 노즐에서 증기가 분사되면 증기압에 의해 팽창하여 수평하게 세워지면서 선단부가 맨홀 내벽 인근까지 도달하게 되어 선단부에 형성된 다수의 분사공을 통해 맨홀 내벽 인근에서 증기를 분사할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 속성 맨홀 보수보강 공법용 열경화장치는, 맨홀 구조에 최적화되어 맨홀 내벽에 도포된 열경화성 폴리머 모르타르에 효과적으로 열을 가할 수 있도록 함으로써 파손, 균열, 부식, 누수 등 결함이 발생된 맨홀 내벽에 도포된 폴리머 모르타르의 경화 및 양생 시간 및 경비를 최소화하고 강도 보강 및 부식 방지 효과를 거둘 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 열경화장치를 적용하는 속성 맨홀 보수보강 공법을 설명하기 위한 흐름도
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 의한 열경화장치를 적용하는 속성 맨홀 보수보강 공법에서 중요 단계들을 부분적으로 설명하기 위한 일련의 참조도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 열경화장치를 적용하는 속성 맨홀 보수보강 공법에 사용되는 열경화장치의 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 열경화장치의 구성을 설명하기 위한 종단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 열경화장치에서 플렉시블 분사부재가 추가 장착된 상태의 참조도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 열경화장치에서 추가 장착된 플렉시블 분사부재의 동작 및 작용을 설명하기 위한 참조도

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 속성 맨홀 보수보강용 열경화장치에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

<실시예>

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 열경화장치를 적용한 속성 맨홀 보수보강 공법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 의한 열경화장치를 적용한 속성 맨홀 보수보강 공법에서 중요 단계들을 부분적으로 설명하기 위한 일련의 참조도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 열경화장치의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 열경화장치의 구성을 설명하기 위한 종단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 열경화장치를 적용하는 속성 맨홀 보수보강 공법은 사전조사 단계(S11), 준설 및 세정 단계(S12), 물돌리기 단계(S13), 표면처리 단계(S14), 보강재 설치 단계(S15), 프라이머 도포 단계(S16), 열경화성 폴리머 모르타르 도포 단계(S17), 열경화장치 설치 단계(S18), 열경화 및 양생 단계(S19), 마감재 도포 단계(S20), 후처리 단계(S21)를 포함하여 이루어진다.

상기 속성 맨홀 보수보강 공법은 위와 같은 공정들을 통해 손상된 맨홀(M1)을 고품질로 보수 및 보강할 수 있는데 특히 파손, 균열, 부식,누수 등의 결함이 발생된 맨홀 내벽에 도포된 모르타르의 경화 및 양생 시간을 최소화하여 전체 공정에 소요되는 시간을 최소화할 수 있게 되어 도로를 점거하는데 따른 문제를 해소하고 인력 및 비용을 절감할 수 있는 것이다.

이하, 상기 각 단계들을 중심으로 속성 맨홀 보수보강 공법에 대해 상세히 설명한다.

먼저 상기 사전조사 단계(S11)에서는, 손상된 맨홀(M1) 내부 상태를 조사하게 된다. 이를 위해 맨홀(M1) 내부에 CCTV가 장착된 조사장치를 투입하거나 조사를 담당하는 작업자가 직접 맨홀 내부에 들어가서 육안으로 점검하여 기록 및 보고한다.

상기 준설 및 세정 단계(S12)에서는, 맨홀(M1) 내부에 퇴적된 토사 및 슬러지를 제거하게 된다. 이를 위해 준설차가 맨홀 내부에 고압의 흡입력을 갖는 준설호스를 투입하여 토사 및 슬러지를 흡입하며, 세정차는 고압수를 맨홀(M1) 내부에 분사하여 준설 후 남아 있는 토사 및 슬러지를 깨끗이 제거한다.

상기 물돌리기 단계(S13)에서는, 맨홀(M1)을 중심으로 연결된 상류측 관로(M1b)와 하류측 관로(M1a)를 인버터(20)로 연결하여 맨홀 내부에서 하수가 고이거나 차오르지 않도록 하면서 상류측 관로(M1b)로부터 하류측 관로(M1a)로 하수의 흐름이 유지되도록 하는 물돌리기를 실시한다. 이를 위해 사용되는 인버터(20)는 도 2a에서 볼 수 있는 것처럼 기본적으로 물돌리기용 배관(21)과 그 양단부 외주면에 각각 설치되어 상류측 관로와 하류측 관로의 오수를 차단하는 지수패커(22)로 이루어진다.

상기 표면처리 단계(S14)에서는, 면갈이나 치핑기를 사용하여 맨홀(M1) 내벽에서 돌출된 부분들을 포함하여 표면이 균일하지 못한 부분들을 연마하여 제거한다. 이때 부분적으로 파손이 심한 부위에 대해서는 차후 폴리머 모르타르 도포와 별도로 보수재로 충진하여 부분 보수를 진행한다.

상기 보강재 설치 단계(S15)에서는, 폴리머 모르타르를 도포하기에 앞서 도 2b에서 볼 수 있는 것처럼 맨홀(M1) 내벽에 관형의 와이어 혹은 금속 메시를 보강재(30)로 하여 설치한다. 상기 보강재(30)의 경우 맨홀(M1)에 삽입한 후 먼저 설치한 앵커에 고정한다. 그리고나서 확관기를 사용하여 보강재(30)가 맨홀(M1) 내벽에 밀착될 정도로 확관하여 주면 된다. 이같이 폴리머 모르타르를 도포하기 앞서 와이어 혹은 금속 메시를 보강재(30)로 설치하게 되면 단순히 폴리머 모르타르만 도포하는 경우보다 높은 수준으로 강도를 보강할 수 있다.

상기 프라이머 도포 단계(S16)에서는, 폴리머 모르타르를 도포하기에 앞서 폴리머 모르타르의 접착력을 증진시키기 위한 용도의 프라이머를 맨홀(M1) 내벽에 먼저 도포한다. 폴리머 모르타르의 경우 콘크리트로 이루어진 맨홀 내벽에 대한 부착력이 우수하지만 보다 충분한 부착력을 확보하기 위해 프라이머를 도포한다. 상기 프라이머의 설계는 폴리머 모르타르에 사용한 레진 바인더의 화학적 성질에 관련이 있다. 예컨대, 아크릴계 바인더의 경우 메타크릴산 메칠 바인더와 사용되며 스티렌 또는 우레탄 바인더는 폴리에스테르 폴리머 콘크리트와 사용되고 있다. 또한, 에폭시 또는 개량 에폭시 레진의 경우 일반적인 폴리머 콘크리트 오버레이용 바인더로서 흔히 사용한다.

상기 열경화성 폴리머 모르타르 도포 단계(S17)에서는, 도 2c에서 볼 수 있는 것처럼 맨홀(M1) 내벽에 열경화성 폴리머 모르타르(MR)를 도포한다. 이같이 도포되는 폴리머 모르타르(MR)는 개시제와 조촉매를 희석 후 경화되면서 발열현상이 나타나며, 1~2시간 안에 경화되는 조기강도 발현과 고강도 특성 그리고 고부착력과 우수한 신장률(4~9%)의 재료적 특성을 가지고 있으며, 이러한 특성은 단면보수 재료로 매우 적합하며, 시멘트 콘크리트 도로에 적용 시 단시간에 고강도를 확보할 수 있어 공사로 인한 교통정체를 최소화 할 수 있는 시공성 향상의 장점이 있다. 또한, 염분 또는 염화칼슘 등에 의한 콘코리트의 열화현상을 방지할 수 있으므로 도로 및 구조물의 수명을 연장시킬 수 있으며, 인장률을 높여 휨강도, 인장강도를 높일 수 있다는 장점이 있다.

여기에 사용되는 열경화성 폴리머 모르타르는 올소프탈계 불포화 폴리에스테르로 이루어진 폴리머 수지 35~80중량%, 이소프탈계 불포화 폴리에스테르로 이루어진 유연성 수지 5~40중량%, 비닐 톨루엔 0.001~0.1중량%, 미네랄 스프릿 6% 수용액인 개시제 및 나프텐산 코발트 및 디메틸 아닐리인 조촉매 0.2~1중량%, 입도가 30~40ㅅm인 이산화규소와 입도가 0.1~1000nm인 실리카 또는 실리카 흄 계열의 혼합물을 1개 이상 혼합한 형태의 충전제 5~26중량%, 화이버 0.05~3중량%로 이루어진 폴리머 콘크리트:혼합규사:콩자갈을 1:3:2의 중량비율로 혼합하여 이루어진다.

여기서, 상기 폴리머 수지는 올소프탈계 불포화 폴리 에스테르로 80℃ 및 pH 10이하에서 내약품성을 지니고 있다. 상기 폴리머 수지는 기계적 강도를 향상시키기 위해 이용되는데, 임계치 미만으로 혼합하였을 시에는 일정 이상의 기계적 강도 발현이 어렵고, 임계치를 초과하여 사용할 경우 높은 취성을 형성해 적합하지 않다.

상기 올소프탈계 불포화 폴리 에스테르로 이루어진 폴리머 수지에 유연성을 부과하여 인장신율 향상 및 점도를 낮춰 취성을 보강함으로써 파괴인성을 향상시킬 수 있도록 이소프탈계 불포화 폴리 에스테르로 이루어진 유연성 수지가 혼합된다.

상기 유연성 수지는 폴리올과 이소프탈산의 응축에 의해 제조된 이소프탈계 불포화 폴리 에스테르로 폴리머 수지와 반응하여 점도를 낮춤으로써 폴리머 수지를 초기에 액체화시킬 수 있도록 작용한다. 특히, 유연성 수지와 반응한 초기 액체의 폴리머 수지는 자유기 가교반응에 의해 고체로 변환이 된다. 이는 불포화 결합에 있는 자유기에 의해 이루어지게 되며 주변 분자에 있는 다른 불포화 결합에 연쇄반응으로 전파되어 이루어지게 되는 것이다. 이러한, 유연성 수지는 폴리올과 이소프탈산의 응축에 의해 제조되며 직접 인장신율은 50~60%정도를 형성하고 있다.

여기서, 상기 유연성 수지는 임계치 미만으로 혼합할 경우 폴리머 수지에 유연성을 부과하는 정도가 낮아 인장신율 및 파괴인성을 일정강도 발현하기 어려워 시공 후 시공부분의 파손율이 높아져 시공부분이 미관을 저해할 우려가 있으며, 임계치를 초과하여 혼합할 경우에는 전반적인 비용 상승을 초래하는 문제점이 발생하게 된다.

상기 비닐 톨루엔은 모노머로 구비된다. 일반적으로 모노머는 폴리에스테르 수지와 결합하여 폴리머 수지의 전반적인 점도를 낮추도록 작용하게 된다. 이러한, 모노머 중 가장 일반적인 것은 경제적인 측면에 볼 때에 스티렌이 적합하지만, 스티렌은 매우 강한 냄새가 발생하여 시공시 시공자의 불편함을 초래하는 문제가 발생하게 된다. 본 발명에서는 폴리머 수지의 기계적인 물성의 변화를 초래하지 않으면서 폴리머 수지 및 유연성 수지의 냄새를 줄여줄 수 있는 비닐 톨루엔을 이용한다. 상기 비닐 톨루엔의 경우 스티렌에 비해 폴리머 수지 및 유연성 수지가 혼합된 상태였을 때에 수축량을 줄여 전체적인 파괴인성을 향상 및 이로 인해 미세균열보강에도 상당한 효과를 얻을 수 있게 된다.

상기 개시제 불포화 폴리에스테르 수지의 자유기, 교차결합 중합에서 전형적으로 이용하는 개시제로서 메틸에틸케톤을 사용한다. 상기 개시제는 과산화 벤조일 혹은 AIBN(α, α'-azoisobutyronitrile)과 같은 니트를 화합물을 바탕으로 하는 자유기 개시제와 같은 다른 화합물도 사용할 수 있다. 여기서 불포화 폴리에스테르 수지는 일반적으로 촉진, 비촉진과 같은 형태로 공급되며, 촉진 불포화 폴리에스테르 수지는 이미 촉매를 포함하고 있는 자유기, 교차결합 중합 조촉매를 사용한다. 이는 수지를 사용하기 편하지만 상대적으로 수지의 저장수명이 짧아 장기간 보관이 어렵기 때문에 현실적으로 사용이 적합하지 않기 때문이다. 촉매가 포함되어 있지 않은 비촉진 불포화 폴리에스테르의 사용이 적합하게 되는데, 이때에 양생화합물인 개시제는 비촉진 불포화 에스테르를 촉진시켜 일정강도의 강도발현이 이루어질 수 있도록 작용하게 된다. 상기 개시제는 미네랄 스프릿 6% 수용액인 나프텐산 코발트로 디메틸 아닐린과 같은 유기아민과 혼합하여 사용함으로써 열경화성 폴리머 모르타르의 셋팅 시간 및 강도발현을 조절할 수 있도록 한다.

상기 충전제는 폴리머 수지 및 유연성 수지의 부분적인 채움을 위해서 탄산칼슘, 규산 마그네슘, 이산화규소를 바탕으로 하는 일반적인 증량제를 이용할 수 있다. 상기 충전재는 일반적으로 마이크론 단위의 입도로 대략적으로는 수 마이크론의 매우 고운 충전재부터 30~40ㅅm의 중간크기의 충전재가 이용될 수 있으며, 규사 및 골재와 같은 굵은 콘크리트를 포함하는 큰 크기의 충전재를 중간크기의 충전재와 혼합하여 이용할 수도 있다. 상기 충전재는 양생시 수축을 줄여주고, 파괴인성을 증가시켜 주는 역할을 수행하게 되며, 종류와 혼합량에 의해 폴리머 수지 및 유연성 수지의 점도가 변화하게 된다. 상기 폴리머 수지 및 유연성 수지를 통해 메움 작업이 이루어지지 않는 공간이 발생할 여지가 있어 점토 광물을 바탕으로 하는 나노입자(0.1~1,000nm) 형태의 충전재가 포함된다.

나노입자의 충전재는 반응성 모노머를 포함하는 열경화성 폴리머 수지와 혼합시 소량을 혼합하더라도 마이크론 크기의 충전재를 첨가한 것과 비교하여 파괴인성을 향상시키는 결과를 얻을 수 있게 된다.

상기 화이버는 파괴인성(충격 저항성)을 증가시키고 콘크리트 구조물에 요구되는 인장 및 휨 강도를 일정량 향상시켜준다. 특히, 상기 화이버는 파괴인성 개선에 필요한 고가의 유연성 수지의 양을 줄여줄 수 있다. 통상적으로, 폴리에스테르 섬유, 셀룰로오스 섬유, 규회석과 같은 자연섬유 및 탄소핏치 섬유 등을 사용할 수 있는데 본 발명에서 이용하는 화이버는 카본 나노화이버 및 카본나노튜브이다. 카본 나노 화이버는 겹쳐쌓은 원뿔 컵 혹은 판과 같이 정렬된 그래핀 층을 가진 원통형 나노구조로 이루어져 있다. 카본나노튜브는 원통형 튜브로 합쳐진 구멍이 육각형인 벌집모양과 비슷한 그래핀 시트를 닮은 다중벽 탄소 구조로 이루어져 있다. 상기 다중벽 카본나노튜브는 많은 튜브가 서로 안쪽에 구성되어 있다. 상기 카본나노튜브는 강철보다 강하여 열경화성 폴리머 수지에 적용하면 파괴인성, 강도 탄성계수 및 피로저항성이 증가되는 효과를 얻을 수 있다. 상기 카본나노화이버 및 카본나노튜브는 열경화성 폴리머 수지에 포함되어 기계적인 물성을 개선하는데 사용된다. 하지만, 카본나노튜브보다 가격적으로 저렴한 카본 나노화이버가 사용될 수 있다. 카본나노화이버 및 카본나노튜브는 속이 비어있는 형태로 크기는 나노미터이다. 카본나노튜브의 직경은 일반적으로 10~30nm이고, 카본나노화이버는 타입에 따라 50~200nm 범위 내에 있다. 이러한, 나노자재들은 길이가 수백 마이크로미터까지 다양하게 구성되는데, 이들의 작은 크기로 인해 반데르발스의 힘은 카본나노튜브에 강하며, 화학 분산제의 사용 또는 분산을 돕고 유지하기 위해 음속기술의 사용이 필요하게 된다. 하지만, 카본나노화이버는 반데르발스 힘에 의한 영향을 덜 받고 분산되어 오랜시간 동안 유지되는 경향이 있어서, 폴리머 수지 및 유연성 수지에 혼합되었을 때에 카본나노화이버를 기계적으로 분산시킬 수 있도록 하여 혼합이 원활히 이루어질 수 있도록 작용하게 된다.

상기 열경화장치 설치 단계(S18)에서는, 도 2d에서 볼 수 있는 것처럼 맨홀(M1) 내벽에 도포된 열경화성 폴리머 모르타르(MR)에 고온의 증기를 가하여 속성으로 경화 및 양생시키기 위한 맨홀 보수보강용 열경화장치(10)를 설치한다. 이를 위해 도 3 내지 도 6에 도시된 열경화장치(10)를 맨홀 입구(M2)를 차단하는 형태로 설치한다. 이를 위해 상기 열경화장치(10)의 장치본체(110)를 맨홀 입구(M2)에 위치시킨 상태에서 장치본체(110) 외주면에 설치된 패킹(120)에 공기를 주입하여 팽창시켜주면 장치본체(110)가 맨홀 입구(M2)에 안정적으로 지지되면서 맨홀(M1)에 대한 열경화장치(10)의 설치가 간단히 이루어진다. 이 상태에서 고온의 증기 공급을 위하여 외부 보일러와 장치본체(110)의 증기주입관(111)을 호스로 연결한다. 이로써 열경화장치(10)가 고온의 증기를 공급받아 맨홀(M1) 내부에 분사할 수 있는 상태가 된다.

이때 맨홀(M1) 내부가 비교적 넓어서 열경화장치(10)의 증기분사관(130) 노즐(131)로부터 분사되는 증기가 고온 상태를 유지하면서 맨홀(M1) 내벽에 도달하지 못하고 도중에 식어버릴 수 있다고 판단되는 경우에는 열경화장치(10)를 맨홀(M1)에 설치하기 전에 도 5와 도 6에 도시된 플렉시블 분사부재(160)를 미리 장착하여 준다. 플렉시블 분사부재(160)의 경우 증기분사관(130)에 장착된 상태에서 하방으로 처진 상태에 있으므로 맨홀 입구(M2)를 쉽게 통과할 수 있으며, 열경화장치(10)가 설치된 상태에서 외부 보일러로부터 증기를 공급받으면 도 6에 도시된 것처럼 증기압에 의해 팽창하여 수평하게 세워진 상태가 된다.

상기 열경화 및 양생 단계(S19)에서는, 도 2d에 도시된 것처럼 열경화장치의 장치본체(110)가 맨홀 입구(M2)를 차단한 상태에서 외부 보일러에서 만들어진 고온의 증기를 열경화장치(10)를 통해 맨홀(M1) 내부에 주입하면서 맨홀(M1) 내부 온도와 압력을 적정 수준으로 유지해준다. 그러면 맨홀(M1) 내벽에 도포된 폴리머 모르타르(MR)가 고온의 증기와 지속적으로 접촉하면서 단시간에 경화되어 양생에 이르게 된다. 이 단계에서 맨홀(M1) 내부에서 내벽과 접촉한 증기는 배기관(140)을 통해 자연스럽게 외부로 배출된다. 맨홀(M1) 내부에 주입된 증기에 의해 형성되는 온도 및 압력을 적정수준으로 조절하기 위해 장치본체(110)의 증기주입관(111)과 배기관(140)에 각각 설치된 개폐밸브를 사용하여 공급되는 증기의 유량과 배기되는 증기의 유량을 조절해주면 된다. 상기 장치본체(110)에는 내부 챔버(110a)의 온도와 증기압을 측정하기 위한 온도게이지와 압력게이지가 설치되어 있으므로 온도게이지와 압력게이지에 측정된 온도 및 압력을 근거로 작업자가 개폐밸브를 조절하여 증기의 유량을 조절하면 된다. 이같은 열경화장치(10)는 속성 맨홀 보수보강 공법에서 맨홀(M1) 내벽에 도포된 열경화성 폴리머 모르타르(MR)에 증기를 사용한 열을 효과적으로 가하기 위해 독자적으로 개발된 것으로서 그 세부적인 구성에 대해서는 차후에 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 마감재 도포 단계(S20)에서는, 열화나 부식이 일어나지 않도록 기능하는 마감재를 양생된 폴리머 모르타르(MR) 표면에 도포한다.

상기 후처리 단계에서는, 앞서 진행된 작업들에 사용된 장비들을 맨홀 밖으로 철수시키고, 맨홀 입구(M2)를 뚜껑으로 닫아준다. 이로써, 속성 맨홀 보수보강 공법이 완료된다.

계속해서 아래에서는 속성 맨홀 보수보강 공법에서 열경화성 폴리머 모르타르를 속성으로 열경화 및 양생하기 위한 목적으로 독자 개발된 본 발명의 실시예에 의한 열경화장치에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 의한 열경화장치는 도 3 내지 도 6에 도시된 것처럼 장치본체(110), 패킹(120), 증기분사관(130), 배기관(140)으로 이루어지며, 맨홀 내부의 크기를 고려하여 플렉시블 분사부재(160)가 더 장착될 수 있다.

상기 장치본체(110)는 맨홀 입구에 장착되어 맨홀 입구를 차단하며, 상면에 증기주입관(111)이 구비되어 콤프레셔에 의해 외부 보일러로부터 가압 이송되는 고온의 증기를 장치본체(110)의 내부 챔버(110a)로 공급받을 수 있다. 상기 장치본체(110)의 상단부에는 둘레방향을 따라 플랜지(112)가 설치되어 맨홀 입구에 안전하게 걸칠 수 있도록 한다.

상기 패킹(120)은 장치본체(110)의 외주면에 설치되어 맨홀 입구에 장치본체(110)를 밀착시키는 역할을 한다. 상기 패킹(120)은 고무나 실리콘 혹은 그와 유사한 탄성 재질의 소재로 이루어지며, 외부의 에어콤프레셔와 연결된 에어호스(121)를 통해 공기를 공급받아 팽창함으로써 상기 장치본체(110)와 맨홀 입구 간 틈새를 치밀하게 차단함과 동시에 공기압에 의해 장치본체(110)를 맨홀 입구에 안정되게 지지하는 역할을 한다.

상기 증기분사관(130)은 상단부가 상기 장치본체(110)의 하면 중앙을 관통하여 지지된 상태에서 하방으로 길게 설치되어 맨홀 내부에 인입되도록 한다. 상기 증기분사관(130)은 상단부가 개구된 중공의 몸체로 이루어지고 몸체 외주면에는 둘레방향을 따라 방사상 배치되어 한 조를 이루고 있는 복수의 노즐(131)이 몸체의 길이방향을 따라 다수의 지점에 설치된다. 이로써 증기주입관(111)을 통해 장치본체(110)에 공급된 증기가 상기 증기분사관(130)을 통해 맨홀 내벽을 향해 분사된다. 상기 노즐(131)은 도 3에서 볼 수 있는 것처럼 사방을 향해 형성 또는 설치된 4개가 한 조를 이루도록 구성될 수 있으며, 방사상으로 배치된 3개가 한 조를 이루도록 구성될 수도 있다.

또한, 상기 증기분사관(130)은 회전하면서 고온의 증기를 분사함으로써 증기가 맨홀 내벽에 보다 균일하게 접촉하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 증기분사관(130)은 도 4에 도시된 것처럼 몸체 상단부가 베어링(173)에 의해 장치본체(110)에 회전 가능하도록 지지되고, 장치본체(110)에 설치된 모터(171)에 의해 구동력을 제공받아 회전할 수 있도록 기어조립체(172)에 의해 모터(171) 샤프트와 연동되도록 한다.

또한, 상기 증기분사관(130)은 맨홀 깊이에 대응하여 몸체가 신축 가능하도록 자바라 타입의 열호스로 구비될 수 있다. 이같이 증기분사관(130)이 자바라 타입으로 구비된 구성은 구체적으로 도시되지는 않았지만 베어링(173)에 의해 지지되는 증기분사관(130)의 상단부를 제외한 나머지를 자바라 타입의 열호수로 구비하면 얼마든지 가능하다.

상기 배기관(140)은 장치본체(110)를 상하방향으로 완전히 관통하여 맨홀 내부에서 폴리머 모르타르와 접촉한 후 범람하는 증기를 외부로 자연 배출되도록 유도한다. 상기 배기관(140)은 장치본체(110)를 상하로 완전히 관통하는 관통관(141)과, 상기 관통관(141) 중 장치본체(110)의 상측으로 노출된 부위에 텔레스코픽 타입으로 신축 가능하게 결합된 다수의 보조관(142)으로 이루어진다. 이처럼 상기 배기관(140)이 텔레스코픽 타입으로 신축 가능하게 구성되면 맨홀 밖에서 증기의 배출 높이를 조절할 수 있게 된다. 즉, 맨홀이 보수되는 지역은 대부분 도로 상에 위치하거나 사람들의 왕래가 빈번한 지역인 경우가 많으므로 그처럼 유동인구가 존재하는 지역에서는 배기관(140)의 상부를 최대한 늘려서 증기의 배출 지점을 높게 함으로써 쾌적한 환경을 저해하는 일이 없도록 할 수 있다.

상기 플렉시블 분사부재(160)는 도 5에 도시된 것처럼 플렉시블한 재질의 내열 실리콘을 소재로 후단부가 개방된 길쭉한 풍선형으로 이루어지고 선단부에는 다수의 분사공(162a)이 형성된다. 이같은 플렉시블 분사부재(160)는 후단부에 암나사 형성된 너트(161)가 설치되어 외주면에 수나사 형성된 증기분사관(130)의 노즐(131)에 나사 결합되는 방식으로 장착되도록 한다. 이렇게 장착된 플렉시블 분사부재(160)는 평상시에는 몸체(162)가 하방으로 처진 상태가 되어 맨홀 입구를 통과하기 용이하다. 하지만, 증기분사관(130)에 장착된 상태에서 그 노즐(131)로부터 증기가 분사되면 증기압에 의해 도 6에 도시된 것처럼 팽창하여 수평하게 세워지면서 선단부가 맨홀 내벽 인근까지 도달하게 된다. 그러면 플렉시블 분사부재(160)의 선단부에 형성된 다수의 분사공(162a)을 통해 도중에 식지 않고 고온 상태를 유지하고 있는 증기를 맨홀 내벽 인근에서 집중 분사하는 것이 가능해진다.

이처럼 복잡하거나 신축을 위한 별도의 동력원을 필요로 하지 않는 간단하면서도 독특한 플렉시블 분사부재(160)를 추가 구비하는 구성에 의하여 맨홀 내부가 비교적 넓은 경우에도 맨홀 내벽에 도포된 폴리머 모르타르에 고온의 증기가 식지 않은 상태로 원활하게 접촉되도록 할 수 있다는 점에서 커다란 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims

손상된 맨홀을 보수 및 보강하기 위한 맨홀 보수보강 시, 맨홀 내벽에 도포된 열경화성 폴리머 모르타르에 고온의 증기를 가하여 속성으로 경화 및 양생시키기 위한 맨홀 보수보강용 열경화장치로서,
맨홀 입구에 장착되어 맨홀 입구를 차단하며, 상면에는 증기주입관이 구비되어 콤프레셔에 의해 외부 보일러로부터 가압 이송되는 고온의 증기를 내부 챔버에 공급받을 수 있도록 한 장치본체; 상기 장치본체의 외주면에 설치되어 맨홀 입구에 장치본체를 밀착시켜주는 패킹; 상단부가 상기 장치본체의 하면 중앙을 관통하여 지지된 상태에서 하방으로 길게 설치되어 맨홀 내부에 인입되도록 하며, 상단부가 개구된 중공의 몸체로 이루어지고 몸체 외주면에는 둘레방향을 따라 방사상 배치되어 한 조를 이루고 있는 복수의 노즐이 몸체의 길이방향을 따라 다수의 지점에 설치되어 상기 증기주입관을 통해 장치본체에 공급된 증기가 맨홀 내벽을 향해 분사되도록 유도하는 증기분사관; 및 상기 장치본체를 상하방향으로 완전히 관통하여 맨홀 내부에서 범람하는 증기가 외부로 자연 배출되도록 유도하는 배기관;을 포함하며,
상기 증기분사관은 상단부가 베어링에 의해 상기 장치본체에 회전 가능하도록 지지되고, 상기 장치본체에 설치된 모터에 의해 구동력을 제공받아 회전하면서 증기를 분사할 수 있도록 하며,
플렉시블한 재질의 내열 실리콘을 소재로 후단부가 개방된 길쭉한 풍선형으로 이루어지고 선단부에는 다수의 분사공이 형성된 플렉시블 분사부재를 더 구비하며, 상기 플렉시블 분사부재는 후단부가 상기 증기분사관의 노즐에 결합되어 평상시에는 하방으로 처진 상태가 되어 맨홀 입구를 통과하기 용이하도록 하고, 상기 증기분사관의 노즐에서 증기가 분사되면 증기압에 의해 팽창하여 수평하게 세워지면서 선단부가 맨홀 내벽 인근까지 도달하게 되어 선단부에 형성된 다수의 분사공을 통해 맨홀 내벽 인근에서 증기를 집중 분사할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 맨홀 보수보강용 열경화장치.
제1항에 있어서,
상기 증기분사관은 맨홀 깊이에 대응하여 신축 가능하도록 자바라 타입의 열호스로 구비된 것을 특징으로 하는 맨홀 보수보강용 열경화장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 장치본체에는 맨홀 내부에 주입되는 증기의 온도 및 압력을 측정하기 위한 온도게이지 및 압력게이지가 설치되고,
상기 증기주입관과 배기관에는 공급되는 증기와 배기되는 증기의 유량을 조절하기 위하여 개폐밸브가 각각 설치된 것을 특징으로 하는 맨홀 보수보강용 열경화장치.
제1항에 있어서,
상기 배기관은 상기 장치본체를 상하로 완전히 관통하는 관통관과, 상기 관통관 중 장치본체의 상측으로 노출된 부위에 텔레스코픽 타입으로 신축 가능하게 결합된 다수의 보조관으로 이루어져 증기의 배출 높이를 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 맨홀 보수보강용 열경화장치.
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