KR100432318B1 - 탄소봉을 이용한 기존 건축·토목 구조물의 보수 및보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소봉을 이용한 기존의 건축·토목 구조물의 보수 및 보강공법에 관한 것으로, 토목·건축 구조물의 노후로 인한 처짐이나 휨 또는 전단 등을 보강하기 위하여 인장강도 및 탄성강도가 대단히 뛰어난 탄소봉을 구조물 내부로 매립시킨 후, 에폭시 접착제로 노후 구조물과 일체화시킴으로 간편하게 노후 콘크리트 구조물을 보강함과 동시에 보수할 수 있는 특징이 있다.

그 구성을 공정순서에 따라 살펴보면, 우선 보강하고자 하는 구조물의 보강부위에 매립홈(32)을 가공하되, 탄소봉(20)이 수장될 수 있도록 사각 장홈 형태의 매립홈(32)을 회전식 절삭공구 등을 이용하여 매립홈 절삭공정(S1)을 완료한 다음, 가공된 매립홈(32)의 내부를 세밀한 회전식 절삭공구 등을 이용하여 표면을 평활하게 하고 분진을 제거하는 매립홈 내부 정리공정(S2)을 완료한 후, 침투력이 있는 에폭시 프라이머(21)를 매립홈(32) 전체에 도포하는 프라이머 도포공정(S3)을 완료한 다음으로는, 에폭시 접착제(22)를 매립홈(32) 심부에 도포하는 에폭시 접착제 도포공정(S4)을 완료한 뒤, 별도로 제작된 단면이 역사다리꼴 형태의 탄소봉(20) 상단면을 매립홈(32)의 내측 심부로 삽입하여 상기 도포된 에폭시 접착제(22) 도포 층에 접착하는 탄소봉 접착 공정(S5)을 완료한 후, 접착력이 높고 점성이 커서 처짐이 없는 에폭시 접착제(22)로 탄소봉(20) 하단면을 포함한 매립홈(32) 내부 전체를 메우는 충진 마감공정(S6)을 완료한 후에 그 표면을 매끄럽게 가공하여 본 발명의 공정을 완료한다.

한편, 주거용 건물의 보수 및 보강의 경우에는, 상기 충진 마감공정(S6)을 완료한 후, 화재로 인한 피해를 최소로 할 수 있는 내화도료 도포공정(S7)을 선택적으로 실시하여 본 발명의 공정을 완료한다.

또한, 더욱 튼튼한 보강을 위해서는 종래에 사용되어진 탄소판(10)을 구조물의 저면에 부착·시공 함으로써 대단히 견고한 보수 및 보강을 얻을 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 보의 하면이나 측면, 슬래브의 하면에 매립홈을 가공한 후, 인장강도 및 탄성강도가 대단히 뛰어난 탄소봉을 매립하고, 접착력과 경도가 뛰어난 에폭시 접착제로 충진 함으로써 보다 적극적인 보강을 이룰 수 있으며, 구조물의 재질과 표면상태에 구애됨 없이 보수 및 보강이 가능한 효과가 있다.

또한, 폭이 좁은 보의 경우에도 충분한 시공이 가능하며, 보 전체 길이의 양측단 1/4정도만 탄소봉을 매립·시공하여도 전단력이 보강되어 사인장 파괴를 예방할 수 있으며, 휨과 전단을 동시에 보강하는 효과가 있다.

또, 슬래브의 경우에는 탄소봉은 가로방향으로 매립하고, 탄소판은 세로방향으로 부착하는 이중공법을 통해 보강이 필요한 어떠한 구조물에도 적용이 가능하며, 간편한 시공으로 공기를 단축할 수 있고, 경제적인 보강을 이룰 수 또 다른 효과가 있다.

특히, 기존 구조물의 하면에 미장이 되어있거나 페인트 등으로 마감이 되어 있어서 외부적인 보강방법이 곤란할 경우에 본 공법은 매우 효과적이다.

Description

탄소봉을 이용한 기존 건축·토목 구조물의 보수 및 보강공법{use a carbon point the existing structure of repair ＆ reinforcement method or construction}

본 발명은 탄소봉을 이용한 기존의 건축·토목 구조물의 보수 및 보강공법에 관한 것으로, 토목·건축 구조물의 노후로 인한 처짐이나 휨 또는 전단 등을 보강하기 위하여 인장강도 및 탄성강도가 대단히 뛰어난 탄소봉을 구조물 내부로 매립시킨 후, 에폭시 접착제로 노후 구조물과 일체화시킴으로 간편하게 노후 콘크리트 구조물을 보강함과 동시에 보수할 수 있는 공법에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트 구조물은 시공 후에 장기간 사용에 따라 과다한 상재 하중이 가해지거나 지반의 불균형에 의한 부등침하, 콘크리트 자체의 노후 등 여러 가지 복합적인 원인에 의해 구조물의 프레임을 형성하는 구조부재 등은 피로현상이 가중되고, 피로한계에 도달 시에는 급격한 파괴 등이 일어나고, 이로 인해 대형사고가 발생되는 등의 위험이 따르게 된다.

이러한 노후 구조물의 경우 정기적으로 안전도 검사가 실시되며, 안전도 검사의 결과에 따라 취약한 구조부재 등에는 구조물 보수 및 보강공법이 실시되게 된다.

노후 구조물의 보수 및 보강을 위해서 종래에는 국부적인 균열의 경우 등에는 보강부위에 시멘트나 실리콘 등을 인젝션 그라우팅 공법에 의해 강제 주입하여 구조물의 보강을 실시하게 되며, 또 구조물의 전체적인 보강을 위해서는 본 발명에서 사용되는 탄소봉과 동일한 물성을 가진 탄소판을 이용한 구조물 보수 보강공법이 적용되기도 하였다.

종래의 탄소판을 이용한 구조물의 보수 및 보강상태가 도 1에 예시되어 있는데, 그 구성을 공정 순서를 통해 살펴보면, 철근 콘크리트 보(30)의 저부에 퍼티(putty) 상태의 탄소판(10) 전용 접착제(11)를 골고루 펴서 바르고, 그 저부에는 에폭시 수지(epoxy resin)에 함침되어 접착력이 향상된 탄소판(10)을 접착시킨 후, 양측 단부에 보강지지대(13)를 앵커체(14)에 의해 고정시키므로 철근 콘크리트 보(30)의 보강을 완료하였다.

상기 탄소판이 부착되어지는 노후 건물의 콘크리트 보나 슬래브의 표면에는 미장 모르타르(mortar)층이 부착되어 있는 경우가 많으며, 또 여러 차례의 도색으로 인해 여러 겹의 도색 층을 있어서, 탄소판의 면접착을 의해서는 반드시 도색층 등의 제거를 위해서는 그라인더(grinder) 등의 장비를 이용하여 이를 제거하여야 하며, 제거 작업시 페인트 먼지 등이 비산되는 등의 시공상의 어려움이 뒤따랐다.

또한, 시공 후에는 구조적으로 취약한 탄소판 양측단부의 접착력이 약화되어탄소판의 단부는 이탈되는 문제점이 있었으며, 이를 방지할 목적으로 단부에는 보강지지대와 앵커체에 의해 탄소판의 단부를 고정하도록 하는 2차작업이 수행되게 되었다.

또 폭이 좁은 보의 경우에는 다수의 탄소판을 배열하지 못하므로 완벽한 보강을 이룰 수 가 없으며, 실질적으로 사인장 파괴가 일어나는 부분인 보의 양 끝단 1/4 지점에는 효과적인 보강이 불가능하여 시공 후에도 파괴위험이 잔존해 있는 또 다른 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 보의 하면 또는 측면이나 슬래브의 하면에 매립홈을 가공한 후, 인장강도가 대단히 뛰어난 탄소봉을 매립함으로써 보다 적극적인 보강을 이룰 수 있으며, 구조물의 표면상태에 구애됨 없이 효과적인 보강을 할 수 있음을 목적으로 한다.

또한, 역사다리꼴형의 탄소봉을 매립한 후 그 외면 즉, 에폭시 접착제 층이 쐐기형으로 매립 일체화됨으로써 매립된 탄소봉의 단부가 쉽게 이탈되는 것을 방지하고자 함을 그 목적으로 한다.

또한, 폭이 좁은 보의 경우에도 시공이 가능하며, 보 전체 길이의 양측단 1/4정도만 탄소봉을 매립·시공하여도 사인장 파괴를 보다 효과적으로 예방할 수 있음을 또 다른 목적으로 한다.

또, 종래 기술과의 접목을 통해 탄소판의 부착과 탄소봉을 매립하는 이중공법을 실시함으로써 보강이 필요한 어떠한 구조물에도 적용이 가능하며, 탄소판만으로 보강된 불완전한 구조물의 효과적인 보강을 가능케 하며, 간편한 시공으로 공기를 단축할 수 있고, 경제적인 보강을 이룰 수 있는 또 다른 목적이 있다.

도 1은 종래 탄소판을 이용한 보의 보강상태 사시도

도 2는 본 발명의 탄소봉을 이용한 슬래브의 보강상태 사시도

도 3은 본 발명의 탄소봉을 이용한 보의 보강상태 사시도

도 4는 본 발명의 탄소봉과 탄소판을 이용한 보의 보강상태 사시도

도 5는 본 발명이 단순보에 적용되는 사용상태 단면도

도 6은 본 발명에 사용되는 탄소봉의 사시도

도 7은 본 발명의 작업공정 순서도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

10 : 탄소판 11 : 접착제

12 : 마감재 13 : 보강지지대

14 : 앵커체 20 : 탄소봉

21 : 에폭시 프라이머 22 : 에폭시 접착제

23 : 내화도료 도포층 30 : 철근 콘크리트 보

31 : 철근 콘크리트 슬래브 32 : 매립홈

33 : 철근 S1 : 매립홈 절삭공정

S2 : 매립홈 내부 정리공정 S3 : 에폭시 프라이머 도포공정

S4 : 에폭시 접착제 도포공정 S5 : 탄소봉 접착 공정

S6 : 충진 마감공정 S7 : 내화도료 도포공정

본 발명은 탄소봉을 이용한 기존의 건축·토목 구조물의 보수 및 보강공법에 관한 것으로, 토목·건축 구조물의 노후로 인한 처짐이나 휨 또는 전단 등을 보강하기 위하여 인장강도 및 탄성강도가 대단히 뛰어난 탄소봉을 구조물 취약부에 매립시킨 후, 에폭시 접착제로 노후 콘크리트 구조물과 일체화시킴으로 간편하게 노후 구조물을 보강함과 동시에 보수할 수 있는 특징이 있다.

이하 본 발명의 실시예를 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 탄소봉을 이용한 보의 보강상태를 예시한 사시도로써, 대부분의 보(beam)는 단순보 혹은 고정보 형태가 주류를 이루며, 구조적 조건으로서는 하중에 의한 최대 휨모멘트에 견디고, 최대 전단력에 견디어야 한다. 또한, 보(30)의 단면은 일반적으로 휨모멘트에 의해서 설계되고 전단력과 처짐에 의해서 검토된다.

상기와 같이 설계·검토되어 설치 및 시공되는 보(30)는 기간이 경과함에 따라 점차적으로 노후현상을 나타내게 되는데, 하중으로 인해 발생되는 처짐은, 인장측에서 압축측 방향으로 사인장 전단균열이 진전되어 사인장 파괴가 나타날 수도 있으며, 변동하는 외력이 반복적으로 가해짐에 따라 피로파괴도 발생할 수 있다.

이를 예방하기 위해 철근 콘크리트 보(30)의 시공 시, 전단력을 받는 부재의 복부에 배근하여 사인장 응력에 저항하는 사인장 철근(33)을 사용하여 시공을 하지만 이 또한 기간이 경과함에 따라 노후현상을 나타내게 된다.

상기와 같이 노후 현상을 나타내는 철근 콘크리트 보(30)의 보강을 위해 제공되는 본 발명을 도 7의 공정순서에 따라 살펴보면, 우선 보강 예정부에 매립홈 (32)을 가공하되, 전체 철근 콘크리트 보(30)의 측면 양측단 1/4의 길이 만큼과, 보(30)의 저부에 보(30)의 길이만큼으로 탄소봉(20)이 수장되어질 수 있는 사각 장홈 형태의 매립홈(32)을 회전식 절삭공구 등을 이용하여 매립홈 절삭공정 (S1)을 완료한다.

그런 다음, 상기 가공된 매립홈(32)의 내부 표면은 상당히 거칠게 가공되어 있어서 탄소봉(20)의 접착이 곤란하므로, 세밀한 회전식 절삭공구 등을 이용하여 표면을 평활하게 하는 매립홈 내부 정리공정(S2)을 완료한다.

그 후, 침투력이 있는 에폭시 프라이머(21)를 매립홈(32) 전체에 도포하여 후술하는 에폭시 접착제(22)가 콘크리트 구조물과 견고히 접착되도록 하는 프라이머 도포공정(S3)을 완료한다.

그런 다음, 굽힘 강도와 경도 등의 성질이 우수하고, 점성이 높아서 흘러내림이 없으며, 접착력이 뛰어난 에폭시 접착제(22)를 매립홈(32) 심부에 도포하여에폭시 접착제 도포층을 형성하는데, 이는 매립홈(32)의 표면을 일층 평활하게 만듦과 동시에 접착력을 향상시키는 역할을 하는 에폭시 접착제 도포공정(S4)을 완료한다.

상기 공정을 완료한 다음으로는, 본 발명 도 6에 도시한 바와 같이 별도로 제작된, 단면이 역사다리꼴 형태의 탄소봉(20)을 삽입하여 상기 에폭시 접착제(22) 도포층에 접착시키되, 탄소봉(20)의 상단면 즉, 면적이 넓은 면이 매립홈(32)의 내측 심부로 삽입되어 에폭시 접착제(22)에 접착되는 탄소봉 접착 공정(S5)을 완료한다.

그 후, 점성이 높아서 처짐이 없고 접착력이 우수한 에폭시 접착제(22)를 탄소봉(20) 하단면을 포함한 매립홈(32) 전체 내부로 충진 시켜서 탄소봉(20)의 외부를 에폭시 접착제(22)가 포위하고 있는 형태를 취하며, 에폭시 접착제(22)는 매립홈(32)의 외부, 즉 노후된 보(30)와는 상기 에폭시 프라이머(21)와의 결합에 의해 완전히 일체형으로 접착되어진 형상을 가지는 충진 마감공정(S6)을 완료한다.

상기 충진된 에폭시 접착제(22)가 완전히 경화된 후에는 표면을 매끄럽게 가공하여 노후 구조물의 보수 및 보강을 완료한다.

만약, 주거용 건물의 보수 및 보강의 경우에는, 상기 충진 마감공정(S6)을 완료한 후, 화재로 인한 피해를 최소로 할 수 있는 내화도료 도포공정(S7)을 선택적으로 실시하게 되는데, 이는 내화도료 도포층(23)을 에어리스 스프레이(airless spray) 방식으로 균일한 표면을 갖도록 도포하게 되면, 화재발생 시 도막이 화염에 의해 가열되면 급속하게 발포 팽창하여 원래의 도막보다 50 ~ 100배의 체적을 갖는단열 층을 형성하고, 단열층 표면부에는 세라믹층을 이루게되어 화염에 의한 열이 가연성인 에폭시 접착제(22)로 전달되는 것을 차단하므로 화재로 인한 피해를 최소로 할 수 있는 내화도료 도포공정(S7)을 완료한다.

한편, 본 발명 도 4는 종래 기술과 접목을 통한 탄소판(10)을 철근 콘크리트 보(30)의 하단부에 부착·시공하는 이중공법을 실시함으로써 견고한 보수 및 보강을 얻을 수 있다.

본 발명 도 2는 탄소봉을 이용한 슬래브의 보강상태 사시도를 나타낸 것으로, 특히 들보에 의한 지지 없이 직접 기둥 위에 얹은 플랫 슬래브(flat slab)의 경우에는 횡력에 대한 강성이 약한 단점이 있으나 전기, 기계 설비 시스템뿐만 아니라 층고를 최소화 할 수 있어서 고층건물에 널리 사용되고 있다.

이러한 플랫 슬래브는 바닥의 굽힘 강도가 안전한 정도로 유지되도록 특수한 철근(33)을 이용하여 철근 콘크리트 슬래브(31)를 시공하지만, 기간이 경과함에 따라 노후가 진행되어 건물붕괴 등의 위험이 발생할 수 있으므로 정확한 안전진단과 보강 및 보수가 대단히 요구된다.

상기 노후된 철근 콘크리트 슬래브(31)의 보강을 공정순서를 통해 살펴보면, 우선 철근 콘크리트 슬래브(31)의 저면부에 사각장홈 형태의 매립홈(32)을 가공하되, 횡방향으로 탄소봉(20)의 매립수 만큼 매립홈 절삭공정(S1)을 한 후, 보다 세밀한 회전식 절삭공구 등을 이용하여 매립홈 내부 정리공정(S2)을 거친 후, 침투력이 있는 에폭시 프라이머(21)를 매립홈(32) 내부 전체에 도포하는 프라이머 도포공정(S3)을 완료한 뒤, 접착력과 점성이 높은 에폭시 접착제(22)를 매립홈(32) 심부에 도포하는 에폭시 접착제 도포공정(S4)을 완료한 다음, 역사다리꼴 형태의 탄소봉(20) 상단면을 매립홈(32)의 내측 심부로 삽입하여 상기 도포된 에폭시 접착제 (22)에 접착·고정 시키는 탄소봉 접착 공정(S5)을 완료한다.

그 후, 접착력이 높고, 점성이 있어 처짐이 없는 에폭시 접착제(22)를 매립홈(32) 전체 내부로 충진시켜서 철근 콘크리트 슬래브(31)와 완전히 일체가 되도록 경화시키는 충진 마감공정(S6)을 완료한다.

그런 다음, 필요에 따라 표면을 평활하게 가공한 뒤 내화도료 도포층(23)을 형성하여 내화도료 도포 공정(S7)을 완료한다.

더욱 견고한 보강을 위해서 종래 기술의 탄소판(10)을 종방향으로 접착시키면, 탄소판(10)과 탄소봉(20)이 직각으로 교차되는 격자구조의 형태가 완성되어 대단히 견고한 보수와 보강을 이룰 수 있다.

본 발명 도 2와 도 4에서와 같이 탄소봉(20)의 매립과 탄소판(10)을 부착하는 이중공법을 실시함으로써 노후된 철근 콘크리트 보(30)와 철근 콘크리트 슬래브 (31)의 견고한 보강을 이룰 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 보의 하면이나 측면, 슬래브의 하면에 매립홈을 가공한 후, 인장강도 및 탄성강도가 대단히 뛰어난 탄소봉을 매립하고, 접착력과 경도가 뛰어난 에폭시 접착제로 충진함으로써 보다 적극적인 보강을 이룰 수 있으며, 구조물의 재질과 표면상태에 구애됨 없이 보수 및 보강이 가능한 효과가 있다.

또한, 폭이 좁은 보의 경우에도 충분한 시공이 가능하며, 보 전체 길이의 양측단 1/4정도만 탄소봉을 매립·시공하여도 전단력이 보강되어 사인장 파괴를 예방할 수 있으며, 휨과 전단을 동시에 보강하는 효과가 있다.

또, 탄소봉은 가로방향으로 매립하고, 탄소판은 세로방향으로 부착하는 이중공법을 통해 보강이 필요한 어떠한 구조물에도 적용이 가능하며, 간편한 시공으로 공기를 단축할 수 있고, 경제적인 보강을 이룰 수 또 다른 효과가 있다.

특히, 기존 구조물의 하면에는 미장이 되어있거나 페인트 등으로 마감이 되어 있어서 외부적인 보강방법이 곤란할 경우에 본 공법은 매우 효과적이다.

Claims (5)

1. 노후 구조물의 보수 및 보강 예정위치에,

   탄소봉(20)이 수장될 수 있도록 사각 장홈 형태의 매립홈(32)을 회전식 절삭공구를 이용하여 가공하는 매립홈 절삭공정(S1),

   가공된 매립홈(32)의 내부를 세밀한 회전식 절삭공구를 이용하여 표면을 평활하게 한 후, 분진 등을 제거하는 매립홈 내부 정리공정(S2),

   침투력이 있는 에폭시 프라이머(21)를 매립홈(32) 내부 전체에 도포하는 프라이머 도포공정(S3),

   접착력이 높고, 점성이 있어 처짐이 없는 에폭시 접착제(22)를 매립홈(32) 심부에 도포하는 에폭시 접착제 도포공정(S4),

   역사다리꼴 형태의 탄소봉(20) 상단면을 매립홈(32)의 심부로 삽입하여 접착하는 탄소봉 접착 공정(S4),

   접착력이 높고, 점성이 있어 처짐이 없는 에폭시 접착제(22)를 탄소봉(20) 하단면을 포함한 매립홈(32) 내부 전체를 메우는 충진 마감 공정(S6),

   을 통하여 견고한 보수 및 보강을 이룰 수 있음을 특징으로 하는 탄소봉을 이용한 기존 건축·토목 구조물의 보수 및 보강공법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 충진 마감공정(S6)을 완료한 후, 균일한 표면을 갖는 내화도료 도포공정(S7)을 더하여 실시함으로써 화재 발생시 피해를 최소로 할 수 있음을 특징으로 하는 탄소봉을 이용한 기존 건축·토목 구조물의 보수 및 보강공법.
3. 제 1항에 있어서,

   노후된 건축·토목 구조물의 보수 및 보강 공법은 슬래브(31)의 저부 횡방향으로 매립홈(32)을 가공하여 탄소봉(20)을 삽착하며, 슬래브(31)의 저부 종방향으로 탄소판(10)을 접착하는 이중공법으로 적용됨을 특징으로 하는 탄소봉을 이용한 기존 건축·토목 구조물의 보수 및 보강공법.
4. 제 1항에 있어서,

   노후된 건축·토목 구조물의 보수 및 보강 공법은 보(30)의 양측부의 양끝단 1/4길이 만큼과, 보(30)의 저부에 보(30)의 길이만큼 탄소봉(20)이 삽착됨을 특징으로 하는 탄소봉을 이용한 기존 건축·토목 구조물의 보수 및 보강공법.
5. 제 1항에 있어서,

   노후된 건축·토목 구조물의 보수 및 보강 공법은 보(30)의 양측부의 양끝단 1/4길이 만큼에는 매립홈(32)을 가공하여 탄소봉(20)을 삽착하고, 보(30)의 길이만큼 탄소판(10)을 접착하는 이중공법을 채택함을 특징으로 하는 탄소봉을 이용한 기존 건축·토목 구조물의 보수 및 보강공법.