KR100411614B1 - 스트립형 섬유보강쉬트 및 이를 이용한 구조물 보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트립(폭이 작고 긴 형태) 섬유보강쉬트 및 연결 섬유보강쉬트에 의해 형성되는 불연속면이 형성된 스트립형 섬유보강쉬트 및 이를 이용한 구조물 보수공법에 관한 것이다. 상기 스트립형 섬유보강쉬트는 구조물에 따라 일정한 방향으로 형성되는 스트립 섬유보강쉬트 및 상기 섬유보강쉬트를 연결하는 연결 섬유보강쉬트를 포함하여 구성되며, 이를 이용한 구조물 보강공법은 균열보강이 필요한 구조물(11,12,13)의 보강부위를 면처리하는 단계; 상기 보강부위에 스트립형 섬유보강쉬트(100)를 부착하는 단계; 및 상기 스트립형 보강쉬트(100)의 부착부위를 마무리하는 단계를 포함한다. 본 발명의 스트립형 섬유보강쉬트를 이용함으로서, 섬유보강쉬트의 함침작업이 용이하며, 섬유보강쉬트를 에폭시로 함침 시 불연속면을 통하여 함침 시에 발생되는 기포의 제거가 용이하여 품질확보에 유리하고, 보강 후 추가균열이 발생하는 경우 그 관측이 용이하며, 구조물 내부로부터 누수되는 물이 상기 불연속면을 통해 용이하게 증발되어, 상기 수분의 장시간 잔존에 따른 섬유보강쉬트의 부착응력의 저하를 방지할 수 있으며, 전체 보강면적을 줄이지 않으면서, 스트립 섬유보강쉬트 및 연결 섬유보강쉬트를 통해 외부하중에 의한 부착응력이 분산되어 보강성능을 확보할 수 있고, 탄소섬유쉬트의 조기탈락 방지를 위한 U자형 보강이 가능하다.

Description

스트립형 섬유보강쉬트 및 이를 이용한 구조물 보강공법{Strip-type fiber sheet and structure reinforcement method using the same}

본 발명은 스트립형 섬유보강쉬트 및 이를 이용한 구조물보강공법에 관한 것이다.

더욱 구체적으로, 스트립 섬유보강쉬트를 불연속면이 형성되도록 일정간격을 두고 다수개를 일체로 하여 형성되며, 상기 스트립 섬유보강쉬트는 연결 섬유보강쉬트로 연결하는 스트립형 섬유보강쉬트를 휨이나 전단력을 받는 구조물(빔, 슬래브 및 기둥 등)에 길이방향 또는 길이방향과 직각으로 연속하여 부착함으로서 종래의 섬유보강쉬트를 이용한 구조물 보강공법의 문제점을 해결한 스트립형 섬유보강쉬트 및 이를 이용한 구조물보강공법에 관한 것이다.

휨이나 전단력을 받는 구조물을 보강하는 공법으로서 섬유보강쉬트 및 섬유보강판을 이용하는 방법은, 보강재로 이용되는 섬유(탄소섬유 또는 아라미드섬유)가 통상적으로 이용되는 강재보다 인장강도측면에서 대략 5-10배의 인장강도를 가지고 있어 보강량을 적게 투입하고도 보강효과가 크고, 보강 후에도 보강되는 구조물의 최종 형상에 변화가 없으며, 지진에 의한 변형에 고내구성을 확보할 수 있으며, 강재 보다 비중이 1/5 정도 밖(아라미드 섬유의 경우)에 되지 않아 보강 후 중량증가로 인한 보강대상 구조물을 지지하는 기초에 가해지는 영향을 피할 수 있으며, 보강작업에 별도의 숙련된 기능이 필요치 않아 시공성이 뛰어나고, 목적에 따라 보강량을 용이하게 변경할 수 있어 경제적으로 구조물을 보강할 수 있다.

하지만 도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이 빔과 같은 구조물 저면부 및/또는 양측면부 표면에 섬유보강쉬트를 부착하는 방법에 있어서, 보강효과의 증대를 위해 보강부위 전체에 대하여 섬유보강쉬트를 에폭시를 이용하여 함침,부착하는 방법이 통상 이용된다. 하지만 상기 섬유보강쉬트(200)는 통상 직사각형상으로 연속적으로 이어져 제조(필요시 일정크기로 재단됨)되어 구조물의 보강부위의 접착면을 모두 뒤덮는 방법(감싸는 형식)으로 부착되기 때문에 섬유보강쉬트로 보강된 구조물에 향후 균열이 추가로 발생하는 경우, 관측이 곤란하므로 구조물의 유지관리의 어려움이 있다는 단점이 있으며,

에폭시에 의한 함침공사 시 보강되어야 할 면과 섬유보강쉬트 사이에 발생되는 기포를 제거하기가 용이하지 않다는 단점(보강되어야 할 부위의 면적이 큰 경우 기포제거가 매우 어렵다, 나아가 기포발생이 적은 에폭시를 사용할 수 있으나 그러한 에폭시는 값이 매우 비싼 단점이 있다)이 있으며,

교량의 빔과 같이 외부에 노출된 구조물의 경우 구조물 내부로부터의 물 등과 같은 누수가 섬유보강쉬트 사이에 장기간 존재하여 섬유보강쉬트의 부착력을 감소시켜 재 보강 작업이 요구되는 단점이 있다.

또한 다수의 섬유보강쉬트를 공장에서 적층한 후 경화된 섬유보강판의 형태로 현장에서는 부착하는 방법의 경우에 도1c와 같이 적층되어 추가로 확보되는 보강능력의 증가분만큼 섬유보강판(300)의 폭을 줄일 수 있어 경제적이며, 무엇보다도 발생된 기포의 제거가 폭이 줄어드는 만큼 용이하며, 보강 후 추가균열의 관측이 용이하다는 장점이 있으나, 여러 층의 섬유보강쉬트를 적층함으로서 동일한 보강 능력을 기준으로 부착폭을 줄이는 방법을 이용하기 때문에 보강부위에 하중(휨)의 응력집중이 발생하여 부착된 섬유보강쉬트의 조기탈락을 방지하기 위한 부착응력의 확보를 위해 부착길이가 증가될 수밖에 없다는 단점이 있으며, 도1d와 같이 조기탈락 방지를 위한 U형으로 보강(빔의 양 측면부에 작용하는 전단력에 의한 균열보강목적도 있음)할 필요가 있는 경우 섬유보강판의 곡률가공이 어렵기 때문에 적용이 불가능하며, 적층되는 섬유보강쉬트 양이 증대되어 경제성이 떨어진다는 단점이 있다.

이에 본 발명자는 스트립(폭이 좁고 긴 형태) 섬유보강 쉬트 다수개를 일정간격으로 위치시키고, 상기 다수개의 스트립형상의 섬유보강쉬트 사이사이를 연결 섬유보강쉬트로 연결하게 함으로서, 스트립형 섬유보강쉬트 및 연결 섬유보강쉬트에 의하여 둘러싸여지는 불연속면(기포제거를 위한 자유면)이 형성되기 때문에 에폭시를 함침시켜 부착시켜도 기포제거가 매우 용이하며(기포발생이 적지만 비용이 고가인 에폭시를 굳이 이용하지 않아도 된다), 불연속면이 부착되는 방향으로 연속적으로 형성되기 때문에 보강 후 추가균열의 관측이 매우 용이하며, 설사 구조물 내부로부터 물이 누수 되더라도 조기 증발이 가능하여 섬유보강쉬트의 부착응력의 저하가 발생하지 않으며, 여러 층으로 적층하여 보강하는 보강판 형식이 아닌 단일층의 쉬트형식이기 때문에 U자형의 가공이 가능하고 경제성 측면에서도 매우 유리한 스트립형 섬유보강쉬트 및 이를 이용한 구조물 보강공법을 개발하게 되었다.

본 발명의 목적은 섬유보강쉬트를 에폭시로 함침시켜 부착하는 경우, 섬유보강쉬트에 불연속면이 형성되어 있어, 불연속면을 통하여 함침 시에 발생하는 기포의 제거가 용이하므로, 섬유보강쉬트의 함침작업에 대한 품질확보가 용이한 스트립형 섬유보강쉬트 및 이를 이용한 구조물 보강공법을 제공하는 것이다

본 발명의 다른 목적은 섬유보강쉬트의 불연속면을 통해 보강 후 추가균열이 발생하는 경우 그 관측이 용이한 스트립형 섬유보강쉬트 및 이를 이용한 구조물 보강공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 섬유보강쉬트의 불연속면에 의하여 구조물 내부로부터 누수되는 물이 상기 불연속면을 통해 용이하게 증발되어, 상기 수분의 장시간 잔존에 의한 섬유보강쉬트의 부착응력의 저하를 방지할 수 있는 스트립형 섬유보강쉬트 및 이를 이용한 구조물 보강공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 적층하여 부착함으로서 보강면적의 폭을 줄이기 때문에 부착부위에 외부하중에 의한 응력이 집중되는 섬유보강판 형식과는 달리 내부에 연속적인 불연속면이 형성되어 있더라도 전체적인 보강면적을 줄이지 않고 스트립 섬유보강쉬트 및 연결 섬유보강쉬트에 의해 외부하중에 대항하는 부착응력을 분산하여 확보할 수 있고, 조기탈락의 방지가 가능하도록 U자형 보강이 가능한 스트립형 섬유보강쉬트 및 이를 이용한 구조물 보강공법을 제공하는 것이다.

도1a 내지 도1d는 기존의 섬유쉬트보강공법에 이용되는 섬유쉬트의 부착형태를 도시한 개념도이다.

도2는 본 발명의 스트립형 섬유보강쉬트의 평면도이다.

도3a 내지 도3e는 구조물(빔, 슬래브, 기둥)에 설치된 본 발명의 스트립형 섬유보강쉬트의 부착형태를 도시한 개념도이다.

<도면의 주요 부호의 설명>

10:구조물 11:구조물 중 빔(beam)

12:구조물 중 슬래브(slab) 13:구조물 중 기둥(column)

20:스트립 섬유보강쉬트 21:스트립 섬유보강쉬트의 불연속면

30:연결 섬유보강쉬트 100:스트립형 섬유보강쉬트

200:종래의 섬유보강쉬트 300:종래의 섬유보강판

본 발명의 구체적인 예를 도2 내지 도3에 의하여 상세히 설명한다.

본 발명의 스트립형 섬유보강 쉬트(100)는 도2와 같이, 폭이 작고 긴 스트립 섬유보강쉬트(20) 다수개가 일정간격을 유지한 상태에서, 상기 스트립 섬유보강쉬트 사이사이에 다수개의 연결 섬유보강쉬트(30)가 형성됨으로서 내부에 불연속면(21)이 형성되는 구조로 되어있다.

스트립 섬유보강쉬트(20)는 탄소섬유쉬트 또는 아라미드섬유쉬트를 폭보다 길이가 길도록 연속하여 형성시킨 것으로서, 그 폭 및 길이는 보강되는 구조물의 성질에 따라 구조적으로 계산되는 필요 보강량(대부분 구조적으로 계산되어지는 휨 및 전단력의 보강분에 해당하는 폭 및 길이)에 의해 정해지게 된다.

일정간격(D)을 가지도록 다수개의 스트립 섬유보강쉬트(20)를 위치시킨 상태에서, 상기 스트립 섬유보강쉬트(20) 사이사이에 스트립 섬유보강쉬트가 형성되는 방향과 직각 또는 경사지게(도2에는 도시되지 않음) 연결 섬유보강쉬트(30)를 다수개 형성시키면, 스트립 섬유보강쉬트(20) 및 연결 섬유보강쉬트(30)에 둘러싸여져 빈공간이 형성되는데 이러한 공간은 불연속면(21)으로 기능하게 된다.

상기 불연속면(21)은 스트립 섬유보강쉬트(20)가 형성되는 방향으로 연속적으로 형성됨으로서, 본 발명의 스트립형 섬유보강쉬트가 구조물의 보강부위에 에폭시 함침으로 인한 기포제거 시 기포를 로울러 등으로 밀어낼 수 있는 자유면으로 작용한다. 다수개의 불연속면이 연속하여 형성되어 있기 때문에 넓은 보강면에 연속적으로 기포가 발생하더라도 제일 밀어내기 용이한 방향으로 기포를 밀어내면 되기 때문에 기포를 제거하기 위한 작업이 매우 용이하다.

또한 동일한 부착응력을 기준으로 볼 때, 섬유쉬트를 공장에서 여러 겹 적층하여 경화된 섬유판의 형태로 구조물을 보강하는 방법(보강판형식)의 경우 부착면적이 본 발명의 경우(불연속면을 포함한 섬유보강쉬트전체면적)보다 작아져 상대적으로 부착응력의 집중현상이 발생하여 섬유보강쉬트의 조기탈락이 발생할 여지가 많은 반면, 본 발명의 경우 스트립 섬유보강쉬트가 서로 연결되어 확보되는 전체 면적이 상기 섬유판 보강방법보다 크고, 스트립 섬유보강쉬트 및 연결 섬유보강쉬트를 경유하여 부착응력이 분산되어 확보되기 때문에 도3b와 같이 빔과 같은 구조물의 경우 하부를 U자형으로 감싸는 경우 조기탈락을 방지할 수 있다.

또한 불연속면은 빈공간으로 형성되기 때문에 보강 후, 외부하중에 의한 추가 균열 발생 시 균열발생 부위를 육안으로 확인할 수 있어 구조물 전체를 다시 보강할 필요없이 필요한 부분만 보강하면 되므로 보강 후 구조물 균열방지를 위한 품질 유지 및 확보가 용이하다.

또한 불연속면은 빈공간으로서 자유면에 해당하기 때문에, 구조물 내부로부터 물이 균열 등에 의하여 유입되는 경우, 외기에 접해있기 때문에 빠른 시간 내에 증발하게 되어 기존의 공법과 같이 불연속면이 없어 섬유보강쉬트와 부착부위 사이에 오랜시간 동안 잔존되어 섬유보강쉬트의 부착력에 영향(부식)을 줄 수 있는 요인이 제거되어 보강효과가 뛰어나다.

연결 섬유보강쉬트(30)의 재료도 상기 스트립 섬유보강쉬트와 동일한 재료가 이용되나, 주된 기능은 스트립 섬유보강쉬트를 연결하는 것이므로 구조물에 부착되어 보강효과를 가질 수 있는 재료라면 섬유보강쉬트의 재료로 한정되지 않음은 당연하다.

본 발명의 스트립형 섬유보강 쉬트(100)를 구조물에 부착시켜 구조물을 보강하는 공법은 균열보강이 필요한 구조물(11,12,13)의 보강부위를 면처리하는 단계; 상기 보강부위에 스트립형 섬유보강쉬트(100)를 부착하는 단계; 및 상기 스트립 보강쉬트(100)의 부착부위를 마무리하는 단계를 포함한다. 이하 도3a 내지 도3d를 기준으로 설명한다.

균열보강이 필요한 구조물(10)은 도3에서는 대표적으로 교량의 거더(girder)로 이용되는 철근콘크리트 빔(11,beam), 철근콘크리트 슬래브(12, slab) 및 철근콘크리트 기둥(13,column)을 도시하였으나 그 외 휨이나 전단력의 작용으로 인한 균열제어가 필요한 구조물 즉, 굴뚝, 사이로 탱크, 댐, 수로, 교각, 교대 등도 이에 포함됨은 당연하다. 이하 빔(11), 슬래브(12) 및 기둥(13)을 기준으로 설명한다.

균열보강이 필요한 구조물(11,12,13)은 종류에 관계없이, 기설치된 작업대가 있는 경우를 제외하고는 보강작업을 위한 가설장비(작업용 비계)를 별도로 설치한 후, 보강부위의 표면을 그라인딩 등을 통하여 콘크리트 표면을 고르게 한다. 필요시 균열을 실링제로 충진하며, 에어건으로 부착물질을 깨끗하게 제거한다. 즉 표면을 고르게 하여 요철에 의한 섬유보강쉬트의 들뜸현상을 방지한다.

표면물질 및 면을 고르게 한 후, 로울러 등을 이용하여 프라이머를 도포한다. 그라인딩에 의한 면 고르기에는 한계가 있으므로 프라이머를 균일한 두께로 도포하여 섬유보강쉬트의 부착부위의 면이 최대한 고르게 하기 위함이다.

상기 프라이머층 위에 에폭시를 로울러 및 고무주걱을 이용하여 고르게 도포하고, 에폭시가 완전히 경화되기 전에 본 발명의 스트립형 섬유보강쉬트(100)를 부착시켜 에폭시에 의해 함침되도록 한다. 에폭시를 도포하는 방법은 상기의 경우와 같이 콘크리트의 부착면에 에폭시를 도포하는 방법 외에도 섬유쉬트 면에 에폭시를 도포한 후 이를 보강될 콘크리트 면에 부착하는 방법도 적용할 수 있다. 함침 후 에폭시 경화되기 전에, 스트립형 섬유보강쉬트와 부착부위 사이에 발생되는 내부기포에 의한 들뜸현상을 방지하기 위해 롤러 등으로 스트립형 섬유보강쉬트의 불연속면쪽으로 기포를 밀어내어 기포를 제거한다. 본 스트립형 섬유쉬트에 의한 보강공법은 불연속면이 연속되어 다수 형성되어 있어 기포제거 작업이 매우 용이하며, 기포발생이 적지만 고가인 에폭시를 이용할 필요가 없다.

보강되어야 할 구조물(10)중 대표적인 빔(11), 슬래브(12) 및 기둥(13)을 기준으로 본 발명의 스트립 섬유보강쉬트의 부착방법을 상세히 설명한다.

[교량의 거더에 이용되는 빔(11)의 보강방법의 경우(구체예1)]

빔의 경우, 폭보다 길이가 상대적으로 길기 때문에 길이방향(L)으로 연속적으로 본 발명의 스트립형 섬유보강쉬트를 설치한다. 즉 빔의 복부의 저면부 표면에 스트립형 섬유보강쉬트를 도3a와 같이 연속적으로 길이방향으로 부착하며, 이러한 부착방식은 주로 휨보강을 위한 것이다.

또한 도3b 및 도3c와 같이 빔의 한쪽 측면부로부터 저면부를 경유하여 타쪽측면부를 감싸는 형태 즉 U자형으로 하되, 길이방향(L)으로 연속하여 부착하거나 길이방향으로 일정간격을 두고 연속하여 부착(도면에는 도시하지 않음)할 수 있다. U자형으로 부착하는 경우 빔의 복부에 수직 하방으로 작용하는 전단력에도 저항할 수 있다는 장점이 있다.

[슬래브(12)의 보강방법의 경우(구체예2)]

보강되어야 할 구조물이 슬래브인 경우에는 폭 또는 길이방향을 구분할 필요가 없이, 1방향 슬래브로 설계되는 경우에는 도3d와 같이 슬래브의 저면부에 휨응력이 작용하는 방향으로 본 발명의 스트립형 섬유보강쉬트를 일자형으로 연속하여 부착한다.

2방향 슬래브로 설계되는 경우에는 도면에는 도시하지 않았으나 슬래브의 저면부에 격자형으로 연속하여 본 발명의 스트립형 섬유보강쉬트를 부착할 수 있다.

[기둥(13)의 보강방법의 경우(구체예3)]

보강되어야 할 구조물이 기둥(column)인 경우에는 축방향하중에 의해 발생되는 휨균열 및 전단균열의 발생방향과 하나이상 엇갈리도록 본 발명의 스트립형 섬유보강쉬트를 도3e와 같이 축방향 하중이 작용하는 방향으로 일자형 또는 격자형(도면에는 도시하지 않음)로 부착한다.

본 발명의 스트립형 섬유보강쉬트를 부착한 후에는 필요에 따라 에폭시를 다시 도포(TOP COATING)하여 부착성능을 높이거나, 안료 등을 도포함으로서 미감을 효과를 나태낼 수 있는 마감작업함으로서 보강작업을 마무리 한다.

본 발명의 불연속면이 형성된 스트립형 섬유보강쉬트를 보강대상 구조물에 부착함으로서, 섬유보강쉬트를 에폭시로 함침시키는 경우, 섬유보강쉬트에 불연속면이 형성되어 있어, 불연속면에 의한 부착면이 적어지기 때문에 섬유보강쉬트의 함침작업이 용이하며, 함침 후 발생하는 기포의 제거가 용이하여 경제적이고, 품질확보가 용이하고, 섬유보강쉬트의 불연속면을 통해 보강 후 추가균열이 발생하는 경우 그 관측이 용이하며, 섬유보강쉬트의 불연속면에 의하여 구조물 내부로부터 누수되는 물이 상기 불연속면을 통해 용이하게 증발되어, 상기 수분의 장시간 잔존에 의한 섬유보강쉬트의 부착응력의 방지가 가능하며, 적층하여 부착함으로서 보강면적의 폭을 줄이기 때문에 부착부위에 응력이 집중하는 섬유보강판 형식과는 달리 전체 보강면적을 줄이지 않으면서, 스트립 섬유보강쉬트 및 연결 섬유보강쉬트를 통해 외부하중에 의한 부착응력이 분산되어 확보될 수 있으며, 경제적으로 조기탈락 방지를 위한 U자형 보강이 가능하다.

Claims (7)

1. 보강이 필요한 구조물(10)에 부착되는 섬유 보강쉬트로서,

   상기 구조물(10)을 보강해야할 부위에, 구조물에 작용하는 하중에 저항하는 방향으로 다수개가 일정간격을 두고 연속적으로 부착되어 내부에 불연속면(21)이 형성되는 스트립 섬유보강쉬트(20); 및,

   상기 스트립 섬유보강쉬트 사이사이에 부착되어, 스트립 섬유보강쉬트를 연결하는 다수개의 연결 섬유보강쉬트(30);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트립(strip)형 섬유보강쉬트.
2. 제1항에서, 상기 스트립 섬유보강쉬트(20)는, 균열보강 대상 구조물(10)이 빔(11,beam)과 같이 폭에 비해 길이가 긴 구조물의 경우에, 휨모멘트 및 전단력에 대항하도록 상기 빔의(11)의 길이방향(L)으로 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스트립(strip)형 섬유보강쉬트.
3. 제2항에서, 상기 빔(11)의 길이방향(L)으로 연속적으로 형성되는 스트립 섬유보강쉬트(20)는, 빔(11)의 한 쪽 측면부로부터 빔의 저면부를 감싸면서 타 측면부에 부착되어 전체적으로 U자형으로 형성되는 스트립 섬유보강쉬트가 빔(11)의 길이방향(L)으로 연속적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 스트립형 섬유보강쉬트.
4. 제2항에서, 상기 빔(11)의 길이방향으로 연속적으로 형성되는 스트립 섬유보강쉬트는, 빔의 하부 저면부 표면에 부착되어 전체적으로 일자형상의 스트립 섬유보강쉬트가 빔(11)의 길이방향(L)으로 연속적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 스트립형 보강쉬트.
5. 제1항에서, 상기 스트립형 보강쉬트(20)는, 균열보강 대상 구조물(10)이 슬래브(12, SLAB)와 같은 판 형상인 구조물의 경우에, 휨모멘트에 대항하도록 상기 슬래브(12)의 하부 저면부 표면에 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스트립 보강쉬트.
6. 제1항에서, 상기 스트립형 보강쉬트(20)는, 균열보강 대상 구조물(10)이 기둥(13,column)과 같은 구조물의 경우에, 휨모멘트 및 전단력에 대항하도록 상기 기둥(13)의 외주면 표면에 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스트립형 섬유보강쉬트.
7. 균열보강이 필요한 구조물(11,12,13)의 보강부위를 면처리하는 단계;

   상기 보강부위에 상기 제1항의 스트립형 섬유보강쉬트(100)를 부착하는 단계; 및,

   상기 스트립 보강쉬트(100)의 부착부위를 마무리하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트립형 섬유보강쉬트를 이용한 구조물보강공법.