KR100433379B1 - 콘크리트 구조물 보강용 복합패널 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강판과 보강섬유의 합성으로 휨, 전단 및 인장 보강을 동시에 가능케 하는 콘크리트 구조물 보강용 패널 이를 이용한 콘크리트 구조물 보강공법에 관한 것이다.

본 발명은 일정크기의 강판(10, steel plate); 상기 강판(10) 상부면에 형성되는 함침접착층(20′); 상기 강판(10) 상부면에 설치되어 함침접착층(20′)에 의해 함침, 접착되는 보강섬유(30); 및, 상기 강판(10) 상부면에 분사되어 함침접착층(20′)에 의해 함침, 접착되는 분말(40);을 포함하여 구성된다. 이 때, 효과적으로 강판의 인장강도를 보강하기 위하여 보강섬유가 여러층으로 적층되거나 강판 양면에 접착될 수 있다.

따라서, 본 발명은 강판과 보강섬유와 같이 서로 다른 이질재료를 합성하여 일체화함으로써 각 재료의 장점은 극대화되고 단점은 서로 보완하게 되며, 아울러, 본 발명에 따르면 1㎜이하의 박막(薄膜)강판을 적용하는 것이 가능하므로 경량화를 꾀하면서 적정한 보강이 가능하게 된다.

Description

콘크리트 구조물 보강용 복합패널 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보강공법 {Panel for reinforcing conc'c body and reinforcing method using the same}

본 발명은 콘크리트 구조물 보강용 패널 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보강방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 강판과 보강섬유의 합성으로 휨, 전단 및 인장 보강을 동시에 가능케 하는 콘크리트 구조물 보강용 패널 및 이를 이용한콘크리트 구조물 보강공법에 관한 것이다.

구조물은 시간 경과로 인한 노화, 재해, 설계 및 시공상의 하자, 사용변경 등 다양한 이유로 내구성, 내하력 및 구조물의 수명에 영향을 받게 되며, 구조적으로 손상된 경우에는 전면 또는 부분적인 보강조치가 요구된다. 따라서 이러한 구조물의 보수와 보강은 구조물의 수명을 증가시키고 안전성의 확보를 위한 필수적인 과정이 된다.

특히 철근 콘크리트 구조물의 경우에는 콘크리트의 중성화 또는 재료분리에 의한 박리현상, 못 또는 앵커에 의한 핀홀 및 공극, 콘크리트의 균열 등에 의하여 구조적으로 치명적인 문제가 종종 발생한다. 이러한 구조적인 문제의 진행을 억제하고 구조물을 보강하고자 여러 가지 보수, 보강공법이 개발되고 있으며,중요 보강공법으로는 강판접착보강공법, 탄소섬유시트보강공법, 유리섬유시트보강공법,아라미드섬유시트보강공법 등이 적용되고 있다.

강판접착공법은 보강 대상 구조물을 표면처리 한 후 앵커 및 용접작업을 이용강판을 설치한 다음 밀봉하고 에폭시 수지를 주입하여 접착시키는 공법으로 재료 자체의 구입이 용이하고 재료의 확실한 성질발현을 기대할 수 있지만, 중량(重量, 소요강도를 확보하기 위해 일반적으로 4.5㎜이상 두께의 강판을 적용함)인 관계로 운반 및 취급상의 어려움과 시공 시 안전관리의 문제점이 있으며, 용접 등 화기의 사용으로 인하여 화재의 위험성이 있다. 또한 보강 후 과다한 사하중의 증가로 인한 보강구조물의 하중부담, 강판 부식의 우려 및 내화성·내열성 등 취약한 열적 성능과 같은 문제점을 갖고 있다.

탄소섬유시트보강공법, 유리섬유시트보강공법 및 아라미드섬유시트보강공법은 보강 대상 구조물을 표면처리 한 후 프라이머를 도포하고 에폭시 퍼티제를 이용 표면을 평면작업 한 후 에폭시 수지(접착 함침용)를 사용하여 섬유시트(탄소섬유시트, 유리섬유시트, 아라미드섬유시트)를 구조물에 접착시켜 시공하는 공법이다. 이러한 섬유시트를 이용한 보강공법은 높은 인장강도와 탄성계수, 경량, 운반 및 취급의 용이성 등의 장점을 갖고 있으나, 그 보강 효과 및 성능실현이 현장 기능인력에 의한 의존도가 너무 높다는 단점을 갖고 있다. 또한, 적정의 보강 강도를 확보하기 위해 수 차례에 걸친 번거로운 적층 작업이 필요하다는 점과 내화성 및 내열성에 취약하다는 점, 그리고 휨 균열이 생긴 부위의 휨 보강에는 전술하는 강판접착공법에 비해 비효과적이라는 단점을 갖는다.

따라서 본 발명자는 전술하는 종래의 콘크리트 구조물의 보강공법을 개선하는 콘크리트 구조물 보강용 복합패널 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보강공법을 개발하게 되었다.

본 발명의 목적은 강판과 보강섬유의 합성으로 휨, 전단 및 인장 보강을 동시에 가능케 하는 콘크리트 구조물 보강용 패널 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보강공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 강판과 보강섬유와 같이 서로 다른 이질재료를 합성하여 일체화함으로써 각 재료의 장점은 극대화되고 단점은 서로 보완하는 콘크리트 구조물 보강용 패널 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보강공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 보강재료로 1㎜이하의 박막(薄膜)강판을 적용가능케 함으로 경량화를 꾀할 수 있으며, 동시에 운반 및 취급이 용이하여 보강 공사시 작업성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 구조물 보수용 복합패널 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보강공법을 제공하는 것이다.

제1도 및 제2도는 본 발명의 콘크리트 구조물 보강용 복합패널의 구체예의 단면도 및 그 제조방법을 도시한 순서도이다.

제3도 및 제4도는 본 발명의 콘크리트 구조물 보강용 복합패널의 다른 구체예의 단면도 및 그 제조방법을 도시한 순서도이다.

제5도는 본 발명의 콘크리트 구조물 보강공법 중 바탕면을 정리하는 방법을 순서대로 도시한 도면이다.

제6도는 본 발명의 콘크리트 구조물 보강용 복합패널을 이용하여 콘크리트 구조물을 보강하는 방법에 대한 전체 과정을 순서대로 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부호의 설명>

10: 강판 11, 51, 501: 앵커홀

15: 연결부 20: 접착층

20′: 함침접착층 30: 보강섬유

40: 분말

100, 200: 콘크리트 구조물 보강용 복합패널

500: 콘크리트 바탕면

첨부한 도면에 따라 본 발명의 바람직한 구체예를 설명한다.

제1도 및 제2도는 본 발명의 콘크리트 구조물 보강용 복합패널의 구체예의 사시도 및 그 제조방법을 도시한 순서도로, 그 구성은 일정크기의 강판(10, steel plate); 상기 강판(10) 상부면에 형성되는 함침접착층(20′); 상기 강판(10) 상부면에 설치되어 함침접착층(20′)에 의해 함침, 접착되는 보강섬유(30); 및, 상기 강판(10) 상부면에 분사되어 함침접착층(20′) 표면에 함침, 접착되는 분말(40);을 포함하여 형성된다. 또한, 그 제조방법은 일정크기로 재단된 강판(10) 일표면에 함침접착층(20′)을 형성시키는 제1단계; 상기 함침접착층(20′)이 형성된 강판(10) 일표면에 보강섬유(30)를 함침, 접착시키는 제2단계; 상기 강판(10) 일표면에 분말(40)을 분사하여 함침, 접합시키는 제3단계; 및, 상기 제2단계에서 형성된 함침접착층(20′)을 경화시키는 제4단계;를 포함하여 이루어진다.

강판(10)은 휨강도가 우수한 것으로 통상 강판보강공법에 사용되는 강판이면 무방하며, 보강 대상 구조물의 요구 강도에 따라 그 두께를 조절하여 적용할 수 있다. 즉, 강판(10)에는 인장강도 및 탄성계수가 우수한 보강섬유(30)가 보강되므로, 1㎜이하의 박막(薄膜)강판을 적용할 수 있다. 박막강판의 적용은 본 발명의 복합패널의 경량화를 꾀하여 보강 후 콘크리트 구조물의 단면 및 전체 사하중이 증가하지 않게 하며, 이는 곧 보, 기둥, 하부구조의 요구내력에 영향을 끼치지 않게 한다. 또한, 박막강판의 적용은 본 발명의 복합패널을 롤형으로 제작하도록 가능케 함으로써 운반 및 취급을 용이하게 하는바, 현장에서의 작업효율성을 향상시킬 수 있다(현장에서는 롤형의 복합패널을 적정길이에 맞게 절단하여 사용한다). 상기와 같은 복합패널 제조 공정에서는 강판(10) 표면에 유분 및 기타 이물질이 함유되지 않도록 샌딩작업과 같은 강판 표면 처리작업이 선행되도록 한다.

함침접착층(20′)은 상기 강판의 상부면에 함침접착제를 도포하여 형성되는 것으로, 함침접착제로는 강판과의 뛰어난 접착력과 보강섬유의 함침이 용이하고 적정이상의 강도를 보유하고 있는 함침접착용 에폭시 수지와 같은 함침 접착 전용수지가 적당하다. 상기 함침접착층(20')은 상기 강판(10) 표면을 코팅하는 역할을 하게 됨으로 강판(10)의 부식을 방지하여 내식성을 향상시킨다.

보강섬유(30)는 상기 강판(10) 상부면에 설치되어 함침접착층(20′)에 의해 함침, 접착되는 것으로, 강판(10)을 보강한다. 상기 보강섬유로는 인장강도, 탄성계수 내구성이 우수한 탄소섬유(carbon fiber), 유리섬유(glass fiber) 또는 아라미드 섬유(aramide fiber)중 어느 하나를 선택하거나 둘 이상을 선택하여 합성한 것을 적용한다. 또한, 보강섬유(30)는 보강 대상 구조물의 요구 강도에 따라 여러층으로 적층할 수 있음은 당연하다. 보강섬유(30)가 여러층으로 적층되는 경우에는 함침접착층(20′)을 형성시키고 보강섬유(30)를 함침, 접착시키는 과정을 반복하되, 기포가 제거되어 완전 함침이 되도록 주의한다. 결국, 강판(10)은 휨 또는 전단에 대하여 보강하고 보강섬유(30)는 강판의 인장을 보강하여 고인장력에 대응할 수 있게 함으로써 보강 대상 구조물은 보강작업 후 휨, 전단 및 인장에 대한 완전한 보강이 이루어지게 되는바 본 발명의 복합패널은 충분한 안전성을 확보하게 한다.

분말(40)은 함침접착층(20′)이 경화하기 전에 함침접착층(20′) 표면에 분사되어 함침, 접착되는 것으로, 본 발명의 복합패널의 표면을 거칠게 함으로서 접착용 수지와의 접착력을 증대함으로서 보강대상 구조물과의 일체화를 도모한다. 분말로는 규사 또는 고로제강슬래그 등을 적용할 수 있다.

제3도 및 제4도는 본 발명의 콘크리트 구조물 보강용 복합패널의 다른 구체예의 사시도 및 그 제조방법을 도시한 순서도로, 전술하고 있는 제1도의 복합패널(100)과 전체적으로 동일하나 강판(10)의 타표면에 함침접착층(20′), 보강섬유(30) 및 분말(40)이 더 설치 분사되어, 적층된다는 점에서 차이가 있다. 즉, 복합패널(200)은 전술하고 있는 제1도의 복합패널(100) 제조공정이 끝나면, 강판(10) 타표면에 함침접착층(20′)을 형성시키는 제5단계; 상기 함침접착층(20′)이 형성된 강판(10) 타표면에 보강섬유(30)와 분말(40)이 함침, 접착시키는 제6단계; 및, 상기 제5단계에서 형성된 함침접착층(20′)을 경화시키는 제7단계;를 더 포함하여 제조된다는 특징을 갖는다. 이때, 제6단계에서의 분말(40)은 강판(10) 하부면의 일부에만 형성시킬 수 있는데, 이는 일정크기의 복합패널(200)을 연속 설치하는 경우 서로 겹치되록 연결함으로써 상기 강판 하부면의 분말(40)에 의해 연속, 설치되는 복합패널간(200)의 연결부위의 부착성능을 향상시킴으로 밀실하게 처리하기 위함이다. 상기와 같이 제조되는 복합패널(200)의 경우에는 강판(10) 양면에 함침접착층(20′)에 의한 보강섬유(30)가 보강되는 바 양면 코팅으로 부식이 전혀 발생하지 않으며, 강도발현에 더욱 효과적이다. 도시하고 있지는 않지만, 제1도 및 제3도의 복합패널(100, 200)의 강판 상부면에 함침 접착된 분말 위로 강판 하나를 더 설치하여 샌드위치 패널로 제작할 수도 있다.이하, 제5도 및 제6도를 참고하여 본 발명의 콘크리트 구조물 보강용 복합패널을 이용한 콘크리트 구조물의 보강공법을 설명한다.

보강된 구조물이 구조계산된 적정의 강도를 발휘하기 위해서는 구조물의 보강작업에 앞서 작업환경을 면밀히 검토하여 다음과 같은 시공지침을 따르도록 하는 것이 바람직하다. 저온에서는 접착층 또는 함침접착층을 형성시키기 위해 사용되는 에폭시 수지가 배합 후 점도 증가와 경화반응의 지연으로 접착부의 주입, 충진 및 경화, 접착 불량이 발생될 수 있으므로, 동계 한냉지 등에서는 시공조건을 검토하여 5℃ 이하에서는 시공을 삼가도록 한다. 또한, 보강 대상 구조물에서 결로현상의 발생 또는 수분의 존재는 에폭시 수지의 접착을 저해하는 요소로 작용하므로 누수가 있는 경우에는 지수, 도수 처리가 선행되어야 하며, 수분 함수율이 8% 이상일 경우에나 우천시에는 시공하지 않는다. 상기와 같은 조건을 만족시키면 보강작업을 착수해도 무방하다.본 발명에 따른 보강공법에서는 제5도에서 도시하고 있는 바와 같이 적용되는 보강부재가 소요 강도를 발현하기 위해 바탕면(500) 정리작업이 필수적으로 선행되는데, 이는 보강부재의 접착력을 증대하여 기존 보강 대상 구조물과 보강부재가 완전한 일체화를 이루어 안정된 소기의 보강 효과를 거두기 위함이다.

통상 바탕면(500) 정리작업은 다음과 같이 이루어진다. 보강 대상 구조물에 마감 미장 모르타르가 있는 경우에는 전기해머드릴 등 기타 파취장비를 이용하여 미장 모르타르를 완전히 제거하고(제5b도) 이후 노출된 중성화, 박리, 노화, 열화 및 부실한 부분을 전기해머드릴, 망치 등 기타 파취장비를 이용하여 제거한다(제5c도). 이어 고압 집진기가 부착된 핸드 그라인더 등을 이용하여 콘크리트 표면의 도장, 레이턴스, 이형체 등 기타 오염물질 및 잔여먼지를 완전히 제거한 후 건조상태를 확인한다(제5d도). 제5c도의 파취작업으로 콘크리트 표면의 부실한 부분의 제거로 철근의 노출되는 경우에는 샌드 그라인더 등으로 철근의 녹을 제거한 후 방청제를 도포하여 방청하고(제5e도), 콘크리트 균열부에는 에폭시 주입공법 등으로 보수작업한다(제5f도). 이어 평활한 바탕면의 처리를 위해 오목부위는 고접착용 에폭시 퍼티 등을 충진하여 단면을 복구하고, 돌출부위는 해머드릴, 핸드 그라인더 등을 이용 돌출부를 완전 제거하거나 승인된 수평몰탈을 이용하여 표면의 평활도가 유지되도록 하며, 핀홀, 곰보 등과 같이 보강부재가 바탕면에 접착한 후 기포의 원인이 되는 부위는 고접착용 퍼티 등으로 전면 메꿈 작업한다(제5g도). 이후, 고 접착용 에폭시 접착제를 이용한 표면 메꿈 작업이 완료된 후 규사를 살포하면 보강부재는 바탕면에 효과적으로 접착한다.

제6도는 제1도의 복합패널(100)을 이용한 콘크리트 구조물 보강공법을 순서적으로 도시하고 있는 도면으로서, 상기 도면을 참조하면 본 발명에 따른 보강 공법은, 보강 대상 구조물의 바탕면(500)을 정리하는 제1단계; 상기 보강 대상 구조물의 바탕면(500)과 콘크리트 구조물 보강용 복합패널(100)의 일표면에 접착층(20)을 형성시키는 제2단계; 및, 상기 보강 대상 구조물의 바탕면(500)에 상기 콘크리트 구조물 보강용 복합 패널(100)을 접착시키는 제3단계;를 포함하여 이루어진다.

보강 대상 구조물의 바탕면(500)의 정리가 완료되면 표면에 침투성 접착층(에폭시 침투성 접착제를 도포함)을 더 형성시킬 수 있는데, 이는 바탕면(500)의 미세 먼지 등을 제거하고 부실한 부분을 강화하여 콘크리트 구조물 보강용 복합패널(100)의 접착력을 현저히 향상시키는 역할을 한다. 바탕면(500)에 도포된 침투성 접착층이 완전 경화된 후 콘크리트 구조물 보강용 복합패널(100)접착용 에폭시 접착제를 약3mm이상 두껍게 도포하여 접착층을 형성시킨다. 또한 콘크리트 구조물 보강용 복합패널(100)의 일표면에도 상기와 같은 접착층을 형성하고 이를 상기 바탕면에 설치한 후 밀착 고정시키면 시공이 완료된다.

본 발명은 강판과 보강섬유의 합성으로 휨, 전단 및 인장 보강을 동시에 가능케 하며, 강판과 보강섬유와 같이 서로 다른 이질재료를 합성하여 일체화함으로써 각 재료의 장점은 극대화되고 단점은 서로 보완된다. 또한, 본 발명은 지금까지 사용이 불가능하였던 1㎜이하의 박막(薄膜)강판을 보강재료로 적용 가능케 함으로 경량화를 꾀할 수 있으며, 적정 보강이 가능하게 되어 경제성이 향상됨은 물론 운반 및 취급이 용이하고 용접작업이 불필요하므로 시공현장의 화재의 위험이 없으며 안정된 보강효과를 얻을 수 있음은 물론, 안전관리와 시공성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

Claims (15)

1. 일정크기의 강판(10, steel plate);

   상기 강판(10) 상부면에 형성되는 함침접착층(20′);

   상기 강판(10) 상부면에 설치되어 함침접착층(20′)에 의해 함침, 접착되는 보강섬유(30); 및,

   상기 강판(10) 상부면에 분사되어 함침접착층(20′) 표면에 함침, 접착되는 분말(40);

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강용 복합패널.
2. 제1항에서, 상기 강판(10)의 하부면에는,

   함침접착층(20′); 상기 강판(10) 하부면에 설치되어 함침접착층(20′)에 의해 함침, 접착되는 보강섬유(30); 및, 상기 강판(10) 하부면에 분사되어 함침접착층(20′) 표면에 함침, 접착되는 분말(40);이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강용 복합패널.
3. 제1항 또는 제2항에서, 상기 강판 상부면에 함침, 접착된 분말 위로 강판이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강용 복합패널.
4. 제3항에서, 상기 보강섬유(30)는 탄소섬유, 유리섬유 또는 아라미드 섬유 중 어느 하나이거나 어느 하나가 적층되어 형성되거나 탄소섬유, 유리섬유 또는 아라미드 섬유 중 둘 이상이 합성되거나 둘 이상이 합성, 적층되어 형성되는 보강섬유인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강용 복합패널.
5. 제1항 또는 제2항에서, 상기 분말(40)은 규사 또는 고로제강슬래그인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강용 복합패널.
6. 보강 대상 구조물의 바탕면(500)을 정리하는 제1단계;

   상기 보강 대상 구조물의 바탕면(500)과 제1항 또는 제2항의 콘크리트 구조물 보강용 복합패널의 일표면에 접착층(20)을 형성시키는 제2단계; 및,

   상기 보강 대상 구조물의 바탕면(500)에 상기 콘크리트 구조물 보강용 복합 패널을 접착시키는 제3단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강공법.
7. 제6항에서, 상기 제1단계가 완료되면 바탕면(500)에 침투성 접착층을 형성, 경화시키는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강공법.
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