KR100454021B1 - 하이그리드 구조물을 이용한 콘크리트 구조물보수,보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이그리드 구조물을 이용한 콘크리트 구조물 보수,보강공법에 관한 것이며, 그 목적은 탄소섬유 등 각종 강화섬유를 사용하여 격자형으로 제작된 하이그리드 구조물을 다수의 정착구로서 콘크리트 구조물에 설치하여 강도, 강성 및 연성을 증가시킴과 동시에 시공이 용이한 콘크리트 구조물 보수,보강공법을 제공함에 있다.

본 발명은 콘크리트 구조물 표면의 균열 및 박리박락에 의한 손상을 정리하는 표면정리단계와, 중성화가 진행된 콘크리트 구조물의 알카리성을 회복시키기 위한 침투성알카리 회복제를 도포하는 도포단계와, 지지부와 그 양측에 고정부가 일체형으로 형성된 다수의 정착구를 이용하여 하이그리드 구조물을 콘크리트 구조물에 설치하는 설치단계와, 하이그리드 구조물이 설치된 콘크리트 구조물의 외면에 단면복구용 몰탈을 도포하여 콘크리트 구조물의 단면복구 및 표면을 미장을 하는 미장단계와, 발수성 표면처리재를 도포하는 마감단계로 이루어진 콘크리트 구조물 보수,보강공법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

하이그리드 구조물을 이용한 콘크리트 구조물 보수,보강공법{Method for reinforcing concrete structure using hybrid-Grid structure}

본 발명은 하이그리드 구조물을 이용한 콘크리트 보수,보강공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트 구조물이 시간이 경과함에 따라 철근부식, 표면탈락에 따른 단면결손, 처짐 등과 같은 강도상의 노후화현상이 발생되어 구조적 결함 발생시 이를 보수 및 보강하기 위해 탄소섬유 등 각종 강화섬유를 사용하여 격자형으로 제작된 하이그리드 구조물을 이용하여 콘크리트 구조물의 구조적 결함을 제거하는 보수,보강공법에 관한 것이다.

일반적으로 철근 콘크리트 구조물은 콘크리트의 약점인 낮은 인장강도를 철근이 보완하고, 철근의 약점인 부식과 좌굴을 콘크리트가 억제하는 상호보완작용을 함으로서 우수한 내구성을 발휘하여 많은 구조물에 사용되고 있으나, 시간이 경과함에 따라 철근부식, 표면탈락에 따른 단면결손, 처짐 등과 같은 강도상의 노후화현상이 발생하며, 이러한 노후화현상은 구조내력 저하에 치명적 결함을 초래하게 된다.

이와 같이 콘크리트 구조물의 구조내력 저하가 현저할 경우 압축이나 휨 변형 등에 대한 보강이 필요하게 되고, 이와 같이 콘크리트 구조물의 구조내력 증진을 위한 휨부재를 보강하는 공법으로, 강판(Steel Plate)을 에폭시로 접착하는 강판 접착공법이 주로 적용되고 있으나, 이 공법은 강판의 과도한 자중으로 인해 시공이 용이하지 못하고, 기존의 철근과 콘크리트의 상호보완성과 비교하여 현저한 성능저하 및 수분 및 외기온 변화에 따른 접착계면의 부식에 의한 강판 박리 또는 조기파괴 등의 결함이 발생되는 문제점이 발생되었다.

이와 같은 문제점을 보완하기 위하여 탄소섬유시트나 탄소섬유 적층판(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics Laminate) 등을 이용한 공법이 제시되었으나, 보강재가 지나치게 얇고, 과도한 유연성을 가지며, 부착시 기존 구조체에 밀착되지 않아 주름이 잡히는 등 보강효과를 저해하게 되고, 특히 탄소섬유시트는 비내화 재료로 내화피복 모르터 등의 후속공정이 요구되는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 그 목적은 탄소섬유 등 각종 강화섬유를 사용하여 격자형으로 제작된 하이그리드 구조물을 다수의 정착구로서 콘크리트 구조물에 설치하여 강도, 강성 및 연성을 증가시킴과 동시에 시공이 용이한 콘크리트 구조물 보수,보강공법을 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 콘크리트 구조물 표면의 균열 및 박리박락에 의한 손상을 처리 및 정리하고, 하이그리드 구조물을 별도의 정착구를 이용하여 콘크리트 구조물의 표면에 밀착되도록 설치하며, 이렇게 설치된 하이그리드 구조물을 덮는 단면복구용 몰탈을 도포한 다음, 그 외부에 발수성 표면처리재를 도포하는 것으로 구성된 하이그리드 구조물을 이용한 콘크리트 구조물 보수,보강공법을 제공함으로써 달성된다.

도 1 은 본 발명에 사용된 하이그리드 구조물의 구성을 나타낸 사시도

도 2 는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수,보강공법의 시공순서를 나타낸 블록도

도 3 은 본 발명에 사용된 정착구의 형상을 나타낸 사시도

도 4 는 본 발명에 따른 하이그리드 구조물의 설치과정을 나타낸 사시도

도 5 는 본 발명에 따른 하이그리드 구조물간 이음부위의 고정상태를 나타낸 사시도

도 6 은 본 발명에 의해 보수,보강이 완료된 콘크리트 구조물의 단면구조를 나타낸 단면도

도 7 은 본 발명에 의해 보수,보강된 콘크리트 구조물의 피로하중에 대한 저항성을 평가한 결과를 나타낸 그래프

도 8 은 본 발명에 의해 보수,보강된 콘크리트 구조물의 하중과 처짐의 관계를 나타낸 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10)(10`) : 하이그리드 구조물

(11) : 하이브리드 바 (20) : 정착구

(21) : 지지부 (22) : 고정부

(23) : 앵커 (30) : 단면복구용 몰탈

(40) : 앵커체결공 (50) : 콘크리트 구조물

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 사용된 하이그리드 구조물의 구성을 나타낸 사시도를 도시한 것으로, 상기 하이그리드 구조물(10)은 탄소섬유 및 아라미드섬유 등의 강화섬유로 구성된 하이브리드 바(11)를 격자형으로 적층 및 가압하여 구성된 것으로, 상기 하이브리드 바(11)는 중심부에 다수 가닥의 코어섬유가 위치하고, 상기 코어섬유의 둘레를 다수 가닥의 피복섬유가 감싼 것으로 구성되었다.

이와 같이 구성된 하이그리드 구조물(10)은 흡사 그물망과 같은 격자형으로 재질의 특성상 중량이 가벼워 취급이 용이한 반면, 인장강도는 높아 작은 단면에서도 큰 하중을 지탱할 수 있으며, 내식성 및 내구성이 높은 특징을 갖고 있다.

도 2 는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보수,보강공법을 나타낸 블록도를 도시한 것으로, 본 발명은 콘크리트 구조물(50) 표면의 균열 및 박리박락에 의한 손상을 정리하는 표면정리단계와, 중성화가 진행된 콘크리트 구조물(5)의 알카리성을 회복시키기 위한 침투성알카리 회복제를 도포하는 도포단계와, 하이그리드 구조물(10)을 다수의 정착구(20)를 이용하여 콘크리트 구조물(50)에 설치하는 설치단계와, 하이그리드 구조물(10)이 설치된 콘크리트 구조물(50)의 외면에 단면복구용 몰탈(30)을 시공하여 콘크리트 구조물(50)의 단면복구 및 표면을 미장을 하는 미장단계와, 발수성 표면처리재를 도포하는 마감단계로 구성되었다.

상기 표면정리단계는 콘크리트 구조물(50)의 표면에 미세균열이 발생된 경우에는 그라인더를 이용하여 면갈기를 한 후 표면의 불순물을 중저압세척기를 이용하여 세척하게 되고, 균열이 비교적 클 경우에는 주입제를 사용하여 균열부에 주입제를 충진한 후, 그라인더를 이용하여 표면을 정리해 주게 된다.

이와 다른 경우로서 콘크리트 구조물(50) 표면이 열화상태가 심하여 박리박락 현상이 국부적으로 발생된 경우에는 그라인더 또는 브레이커를 이용하여 열화된 부분을 제거하고, 고압세척기를 이용하여 표면을 깨끗이 세척한 다음 단면복구용 몰탈을 사용하여 결손된 콘크리트 표면을 평탄하게 처리하여 주게 된다.

이때, 철근에 부식이 발생된 경우, 녹이 발생된 철근은 와이어브러쉬를 이용하여 녹을 제거한 후 방청제를 도포해주게 된다.

상기 도포단계는 콘크리트 구조물의 내부로 탄산가스, 염소이온 등이 침투되어 중성화된 콘크리트 구조물에 대해 알카리성을 부여하기 위한 침투성알카리 회복제를 로울러, 붓, 스프레이 등을 이용하여 노출철근 및 콘크리트의 파취부분에 균일하게 도포하여 주게 된다.

상기 설치단계는 격자형으로 구성된 하이그리드 구조물(10)을 콘크리트의 표면에 별도의 정착구(20)를 이용하여 설치하는 것으로, 상기 정착구(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 중앙부에 하이그리드 구조물(10)을 지지하는 지지부(21)가 형성되고, 그 양측에 앵커(23)에 의해 콘크리트 구조물(50)에 고정되는 고정부(22)가 일체형으로 형성되어 구성되었다.

이와 같이 정착구(20)에 의해 고정되는 하이그리드 구조물(10)은 도 4에 도시된 바와 같이 시공할 부분의 크기에 맞추어 일정한 크기로 재단하게 되고, 콘크리트 구조물(50)의 표면에 정착구(20)가 고정되는 앵커체결공(40)을 일정간격으로 다수개 천공하게 되며, 이때 앵커체결공(40)은 정착구(20)가 m²당 6개가 설치되도록 하는 것이 바람직하다.

이후, 하이그리드 구조물(10)을 콘크리트 구조물(50) 표면에 손으로 밀착시킨후 정착구(20) 및 앵커(23)를 이용하여 고정하게 되며, 이와 같은 작업을 반복하여 콘크리트 구조물(50)의 표면에 하이그리드 구조물(10,10`)을 설치하게 된다.

이때, 하이그리드 구조물(10,10`)간의 이음부위는 도 5에 도시된 바와 같이 각 구조물(10,10`)간 1개 이상의 격자가 겹치도록 하이그리드 구조물(10`)을 위치시게 되고, 이렇게 겹친 부위를 정착구(20)를 이용하여 고정하게 되며, 보강면은 기존면과 50cm이상 겹치도록 시공하게 된다.

상기 미장단계는 속경성 몰탈을 숏크리트 방식으로 도 6에 도시된 바와 같이 하이그리드 구조물(10)을 완전히 덮도록 시공하게 되고, 1회 바름두께는 8mm 정도로서 초벌, 재벌, 정벌 3회 미장을 실시하게 된다.

상기 마감단계는 미장단계를 거쳐 단면이 복구된 콘크리트 구조물의 표면에 발수성 표면처리재를 도포하는 것으로, 콘크리트 구조물(50)의 수직면을 기준으로 하여 0.15kg/m²을 1회 도포량으로 하고, 도포상태에 따라 수차례 도포하여 주게 된다.

도 7은 100만회 피로하중이 재하된 콘크리트 구조물에 단조가력을 가하여 피로하중에 대한 저항성을 평가한 결과를 나타낸 그래프를 도시한 것으로, 급격한 피해를 경험한 콘크리트 구조물(A)에 대하여 보강한 경우, 무손상된 콘크리트 구조물(B)과 대등한 피로거동을 보이고 있고, 100만회 피로하중이 재하된 후 잔여강도 평가를 위한 단조가력시, 최대내력이후 피해를 경험한 콘크리트 구조물은 피해를 경험하지 않은 콘크리트 구조물에 비해 취성적인 파괴특성을 보이고 있으나, 최대내력에 이를 때까지 강도 및 강성에 있어서 대등한 성능을 보유하고 있는 것을 알 수 있으며, 설계내력의 40%에서 20만회 피로하중을 경험한 후, 하이그리드 구조물이 설치된 콘크리트 구조물(C)은 무손상된 콘크리트 구조물(B)과 대등한 피로특성 및 잔여강도 특성을 갖고 있는 것으로 나타났다.

또한, 도 8은 각 보강공법에 따른 하중과 처짐의 관계를 나타낸 그래프를 도시한 것으로, 최대내력의 70%까지 하중재하 후 손상된 보를 본 발명에 따른 보강공법에 의해 보강할 경우 항복 및 최대강도가 증진됨을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 각종 강화섬유로 구성된 하이브리드 바가 격자형을 이루도록 적층되어 구성된 하이그리드 구조물을 다수의 정착구를 이용하여 콘크리트 구조물에 설치하게 됨으로써, 콘크리트 구조물과 하이그리드 구조물간의 슬립량 감소 및 부착강도의 증가로 인해 보강효과를 상승시킬 수 있고, 시공이 용이함과 동시에 시공비는 절감할 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 콘크리트 구조물(50) 표면의 균열 및 박리박락에 의한 손상을 정리하는 표면정리단계와,

   중성화가 진행된 콘크리트 구조물(5)의 알카리성을 회복시키기 위한 침투성알카리 회복제를 도포하는 도포단계와,

   하이그리드 구조물(10)을 지지하는 지지부(21)의 양측에 앵커(23)에 의해 콘크리트 구조물(50)에 고정되는 고정부(22)가 일체형으로 형성된 다수의 정착구(20)를 이용하여 하이그리드 구조물(10)을 콘크리트 구조물(50)에 설치하는 설치단계와,

   하이그리드 구조물(10)이 설치된 콘크리트 구조물(50)의 외면에 단면복구용 몰탈(30)을 시공하여 콘크리트 구조물(50)의 단면복구 및 표면을 미장을 하는 미장단계와,

   상기 단면복구용 몰탈의 외면에 발수성 표면처리재를 도포하는 마감단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이그리드 구조물을 이용한 콘크리트 구조물 보수,보강공법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 설치단계는 하이그리드 구조물(10)을 시공할 부분의 크기에 맞추어 재단하고, 콘크리트 구조물(50)의 표면에 일정간격으로 앵커(23)가 체결되는 앵커체결공(40)을 천공하며, 하이그리드 구조물(10)을 콘크리트 구조물(50)의 표면에 밀착시킨 다음, 정착구(20)와 앵커(23)를 이용하여 하이그리드 구조물(10)을 고정시키되,

   하이그리드 구조물(10,10`)간 이음부위는 각각의 하이그리드 구조물(10,10`)간 1개 이상의 격자가 겹치도록 하이그리드 구조물(10`)을 위치시키고, 이렇게 겹친 부위에 정착구(20)를 설치하여 하이그리드 구조물(10)을 고정시키는 것을 특징으로 하는 하이그리드 구조물을 이용한 콘크리트 구조물 보수,보강공법.