KR100776808B1 - 로드부재 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 로드부재는 아마리드 섬유로 구성된 보강부재층 및 상기 보강부재층의 외면에 형성된 수지층으로 구성된 로드와, 상기 로드의 외면에 형성되는 가넷층이 포함되어 구성되고, 상기 가넷층은 300~800㎛의 크기의 다수의 가넷으로 구성되고, 상기 다수의 가넷 중 일부는 상기 수지층의 내부에 혼입되고 나머지 일부는 상기 수지층의 외부로 돌출되어 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로드부재 제조방법은 섬유를 이용하여 보강부재층을 형성하는 단계와, 상기 보강부재층의 외면에 수지층을 형성하여 로드를 제작하는 단계와, 상기 로드의 외면에 가넷을 1차 및 2차 압력살포하여 가넷층을 형성하는 단계가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 한다.

Description

로드부재{ROD MEMBER}

본 발명은 로드부재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 섬유와 수지를 이용하여 로드(Rod)를 제작하고 상기 로드의 외면에 가넷(garnet)을 형성하여 시멘트 모르타르(cement mortal)와의 결합력을 높게 할 수 있는 로드부재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

콘크리트를 이용한 철근 콘크리트 구조물 및 콘크리트 구조물은 박리, 박락, 크랙 등의 원인으로 콘크리트가 손상됨으로써, 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도가 저하되어 구조물의 붕괴 등의 안전 사고가 발생한다.

철근 콘크리트 구조물에서 콘크리트는 강알카리성(PH=12.5)을 가지고 있어 철근의 부식을 방지한다.

그러나, 철근 콘크리트 구조물은 탄산가스, 산성물질, 염물질(염소이온)이 침투하거나, 알카리 골재 반응이 일어나거나, 기상 조건에 의해 영향을 받아 철근 콘크리트의 중성화 현상이 진행되어 철근에 녹(rust)이 발생하는 경우가 있다.

또한, 철근 콘크리트에 혼합되는 자갈 또는 모래가 화산암인 경우 철근 콘크리트의 중성화 현상이 가속화되는 것으로 알려져 있다.

철근에 녹이 발생하게 되면 녹의 팽창으로 인하여 콘크리트 조직에 균열이 발생될 수 있으며, 이로 인하여 콘크리트의 박리, 박락, 크랙 현상이 생기고 철근 콘크리트 구조물의 손상은 급속도로 진행된다.

상기와 같은 철근 콘크리트 구조물 또는 콘크리트 구조물의 손상을 보수/보강함에 있어서 모르타르, 콘크리트, 에폭시 수지를 사용하여 시공하고 있으나 손상된 구조물과 보수/보강 부재가 일체화되지 못하여 일정 기간이 경과하면 보수/보강 기능이 상실되는 문제점이 있다.

상기 보수/보강 부재의 구체적인 예로 FRP(Fiber Reinforced Plastic)를 들 수 있는데, 상기 FRP는 유리섬유를 주된 보강재로 하는 저압 성형용 열경화성 수지의 적층성형물로 탄성계수가 작아서 강성이 크게 요구되는 곳에 적용하기에 어려움이 있으며, 습한 표면에는 부착력이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 그라우트(grout) 조성물의 경우 콘크리트의 피복 부족현상 또는 콘크리트의 박리에 의해 철근이 노출된 구조물에 주로 사용되고 있다. 상기 그라우트 조성물 중에서 시멘트계 재료를 결합 재료로 사용한 그라우트 조성물은 수축이 발생되지 않으나 수중 작업이 불가능하며 접착 강도가 떨어지는 문제점이 있다.

근래에는 철근 콘크리트 구조물, 철물 구조물 및 금속 구조물 등을 보수/보강하기 위하여 방수 피막제, 투명광택 마감제, 미끄럼방지용 방활제, 도킹용 도막제, 녹 처리제 등의 성능이 개선된 제품들이 선보이고 있다.

하지만, 이러한 제품들은 가격이 고가이고, 공정이 까다로워 시공비가 증가되는 문제가 있다.

따라서, 건축 콘크리트 구조물, 터널 콘크리트 구조물, 교량 콘크리트 구조 물, 항만 콘크리트 구조물, 댐 콘크리트 등의 보수/보강용 재료로써 철근 콘크리트를 사용하는 것이 일반적이다.

그러나, 상술한 바와 같이 철근 콘크리트의 경우 철근에 녹이 발생하여 콘크리트 구조물의 수명이 단축되고 무게가 무거워 운반이 용이하지 않은 문제점이 있으며, 특히, 습지나 수중에서 시공되는 구조물의 경우 철근을 사용하게 되는 경우 녹의 발생에 의해 강도가 급속도로 악화되는 문제점이 있다.

발명의 개시

본 발명은 콘크리트 구조물 및 철근 콘크리트 구조물이 손상된 경우 저렴한 가격으로 용이하게 보수/보강할 수 있는 로드부재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 콘크리트 구조물 및 철근 콘크리트 구조물을 신축하는 경우 철근을 대체하거나 철근과 함께 사용될 수 있는 로드부재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 녹이 발생되지 않아 습지나 수중의 콘크리트 구조물에 적합하게 사용될 수 있는 로드부재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 무게가 가벼워 운반 및 시공이 용이한 로드부재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 로드부재는 섬유를 봉 형상으로 형성한 보강부재층과, 상기 보강부재층의 외면에 형성된 수지층과, 상기 수지층에 형성된 가넷층이 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 로드부재는 아마리드 섬유로 구성된 보강부재층 및 상기 보강부재층의 외면에 형성된 수지층으로 구성된 로드와, 상기 로드의 외면에 형성되는 가넷층이 포함되어 구성되고, 상기 가넷층은 300~800㎛의 크기의 다수의 가넷으로 구성되고, 상기 다수의 가넷 중 일부는 상기 수지층의 내부에 혼입되고 나머지 일부는 상기 수지층의 외부로 돌출되어 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로드부재 제조방법은 섬유를 이용하여 보강부재층을 형성하는 단계와, 상기 보강부재층의 외면에 수지층을 형성하여 로드를 제작하는 단계와, 상기 로드의 외면에 가넷을 1차 및 2차 압력살포하여 가넷층을 형성하는 단계가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 한다.

도 1은 본 발명에 따른 로드부재의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 로드부재의 단면을 설명하기 위한 개략도

도 3A 내지 도 3C는 본 발명에 따른 로드부재에서 가넷층을 형성하는 과정을 설명하는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 로드부재의 사용 상태를 설명하는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 로드부재를 구조물에 적용한 상태를 설명하는 도면.

발명의 최선의 실시예

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 로드부재 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 로드부재의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 로드 부재의 단면을 설명하기 위한 개략도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 로드부재(1)는 보강부재층(10)과, 수지층(20)과, 가넷층(30)이 포함되어 구성된다.

보다 상세히, 상기 보강부재층(10)은 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유(방향족 폴리 아미드섬유) 중 어느 하나를 이용하여 봉 형상으로 형성한다.

상기 탄소섬유는 강도와 탄성계수가 매우 크나, 파단 시 변형율이 작아 높은 취성(brittleness)을 가지는 문제가 있다. 그리고, 상기 유리섬유는 강도와 탄성계수가 작은 문제점이 있으며, 아라미드섬유는 적당한 강도와 탄성계수를 갖는다.

따라서, 상기 보강부재층(10)은 아라미드섬유를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.

상기 수지층(20)은 상기 보강부재층(10)의 외면에 수지를 형성하는 것으로, 바람직하게 에폭시 수지, 아크릴수지, 폴리비닐에스테르수지 중 어느 하나를 사용하여 형성한다. 여기서, 상기 폴리비닐에스테르수지는 파괴시 신율이 높은 장점이 있어 보강시 구조물의 연성효과를 확보할 수 있는 장점이 있고 경화시간이 빨라 생산성이 좋다.

따라서, 상기 수지층(20)은 폴리비닐에스테르수지를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.

상기 보강부재층(10)과 수지층(20)은 비율은 매우 중요하다. 예를 들어, 상기 보강부재층(10)에 비하여 수지층(20)이 너무 두꺼울 경우 취성을 나타내고 중량이 무거워지는 문제가 있으며, 기포 발생으로 인하여 생산성이 떨어지게 된다.

이를 고려하여, 상기 보강부재층(10) 및 수지층(20)을 각각 60~80중량％ 및 20~40중량％ 정도로 사용하여 로드(rod)를 제작한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 보강부재층(10)은 70중량％, 상기 수지층(20)은 30중량％ 사용하여 상기 로드를 형성하는 것이 바람직하다.

상기 가넷층(30)은 상기 로드 외면의 수지층(20)에 굵기가 상이한 가넷을 접착하여 형성하는 것으로 이는 시멘트 모르타르와의 결합력을 최대화 하기 위함이다.

상기 가넷은 규산염광물의 총칭으로써, 300~800㎛ 크기의 것을 사용한다.

본 발명에 따른 콘크리트 구조물을 위한 로드부재 및 그 제조방법에서 상기 가넷층(30)의 형성은 매우 중요한 부분이다.

상기 보강부재층(10) 및 수지층(20)으로 구성된 로드의 표면에 상기 가넷층(30)을 형성함으로써 콘크리트 속에서 높은 부착성능을 갖는 표면조직을 형성시킬 수 있다.

도 3A 내지 도 3C에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 상기 가넷층(30)은 2회에 걸쳐 압력살포된다.

먼저, 도 3A와 같이 보강부재층(10)과 수지층(20)으로 구성된 로드를 준비한다. 상기 보강부재층(10)과 수지층(20)이 포함된 로드의 지름은 대략 9mm로 준비될 수 있다.

그리고, 도 3B와 같이 가넷(31)을 1차 압력살포하여 가넷(31)이 상기 수지층(20)의 내부로 침투되도록 한다. 1차 압력살포시 상기 수지층(20)의 경화상태가 초 기단계이기 때문에 상기 수지층(20)의 내부로 상기 가넷(31)이 용이하게 혼입된다.

이때, 상기 수지층(20)을 일부분이 돌출되나 전반적으로 매끈한 형태를 취하게 된다.

그리고, 도 3C와 같이 가넷(31)을 2차 압력살포하여 가넷(31)이 상기 수지층(20)의 외부로 돌출되도록 형성한다.

2차 압력살포시 상기 수지층(20)의 경화상태가 상당부분 진행되어 상기 가넷(31)이 상기 수지층(20)의 내부로 깊게 혼입되지 않으며, 1차 압력살포로 인하여 상기 수지층(20)의 내부에 가넷(31)이 위치하고 있으므로 2차 압력살포로 인하여 대부분의 가넷(31)은 상기 수지층(20)의 외부로 돌출되어 전반적으로 거친 표면을 형성한다.

상기 가넷층(30)의 형성시 상기 수지층(20)의 온도는 섭씨 60도~80도의 상태를 유지하는 것이 바람직하다.

그리고, 1차 압력살포시 가넷(31)은 30~45중량％ 사용되고, 2차 압력살포시 가넷(31)은 55~70중량％ 사용된다.

2차 압력살포시 사용되는 가넷(31)이 상기 로드부재(1)의 표면을 형성하므로 2차 압력살포시 가넷(31)의 양이 1차 압력살포시 가넷(31)의 양보다 많아야 한다.

실시예로써, 상기 보강부재층(10)과 수지층(20)이 포함된 봉의 지름이 대략 9mm 일 때, 가넷(31)은 1차 압력살포시 15g/m, 2차 압력살포시 25g/m의 양이 살포된다.

상기와 같이 본 발명에 따른 로드부재의 제조방법을 정리하면 다음과 같다.

먼저, 봉 형태의 보강부재층(10)을 형성하고, 상기 보강부재층(10)은 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 중 어느 하나를 이용할 수 있다.

그리고, 상기 보강부재층(10)의 외면에 수지층(20)을 형성하여 로드를 제작한다 상기 수지층(20)은 에폭시 수지, 아크릴수지, 폴리비닐에스테르수지 중 어느 하나를 이용할 수 있다.

이때, 상기 로드의 질량에서 상기 보강부재층(10)은 60~80중량％를 차지하고, 수지층(20)은 20~40중량％를 차지한다.

그리고, 상기 수지층(20)이 도포된 상태에서 가넷(31)을 1차 및 2차 압력살포한다.

이때, 상기 수지층(20)의 온도는 섭씨 60도~80도의 상태를 유지하고 1차 및 2차 압력살포시 가넷(31)의 양은 각각 30~45중량％ 및 55~70중량％가 사용된다.

봉 형태의 아라미드섬유를 준비한다. 그리고, 상기 아라미드섬유의 외면에 폴리비닐에스테르수지를 형성한다. 여기서, 상기 아라미드섬유는 70중량％를 차지하고 상기 폴리비닐에스테르수지는 30중량％를 차지한다.

상기 아라미드섬유 및 폴리비닐에스테르수지로 구성된 봉은 지름이 대략 9mm가 되도록 한다.

상기 폴리비닐에스테르수지가 섭씨 70도를 유지하는 상태에서 300~800㎛ 크기의 가넷을 1차 및 2차 압력살포한다. 1차 압력살포시 가넷은 1m의 봉에 15g이 살포되고 2차 압력살포시 가넷은 1m의 봉에 25g/m가 살포된다.

이때, 1차 압력살포시 압력은 1.02N/㎟이고, 2차 압력살포시 압력은 1.02~5N/㎟이다.

도 4는 본 발명에 따른 로드부재의 사용 상태를 설명하는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 클립(41)과 홀(42)이 균일간격으로 형성된 클립 브라켓(40)에 로드부재(1)을 결합한다.

상기 클립(41)은 상기 로드부재(1)의 결합을 위해 사용되고, 상기 홀(42)을 상기 클립 브라켓(41)을 구조물에 부착하기 위해 사용된다.

도 5는 본 발명에 따른 로드부재를 구조물에 적용한 상태를 설명하는 도면이다.

본 발명에 따른 로드부재(1)를 터널 콘크리트 구조물의 보수/보강 공법에 사용하는 경우 손상된 콘크리트 구조물(110)의 손상면(120)을 치핑(chipping) 공정으로 다듬고, 침투성 경화제(primer) 도포공정을 통해 침투성 경화제 도포층(130)을 형성한다.

그리고, 수성 아크릴 폴리머 모르타르층(140)을 형성하고 상기 클립 브라켓(40)의 홀(42)을 이용하여 상기 로드부재(1)를 결합한다.

그리고, 미장공정으로 수성 아크릴 폴리머 모르타르층(150)을 형성하여 보수/보강부가 손상된 콘크리트 구조물과 일체화되도록 한다.

상기와 같은 공정으로 보수/보강이 이루어질 수 있도록 함으로써 간편한 시공이 가능하고 고정 기간 및 비용을 줄일 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 로드부재는 손상된 콘크리트 구조물 뿐만 아니 라 신축되는 구조물에도 철근 대용으로 적용될 수 있으며, 철근에 비해 가볍고 장시간 보관이 가능하며, 습기에 강한 장점을 갖는다.

본 발명에 따른 로드부재는 다양한 건축/토목 구조물에 적용될 수 있다.

Claims (13)

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5. 아마리드 섬유로 구성된 보강부재층 및 상기 보강부재층의 외면에 형성된 수 지층으로 구성된 로드와, 상기 로드의 외면에 형성되는 가넷층이 포함되어 구성되고,

   상기 가넷층은 300~800㎛의 크기의 다수의 가넷으로 구성되고, 상기 다수의 가넷 중 일부는 상기 수지층의 내부에 혼입되고 나머지 일부는 상기 수지층의 외부로 돌출되어 형성된 것을 특징으로 하는 로드부재.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 보강부재층은 상기 로드의 질량의 60~80％를 차지하는 것을 특징으로 하는 로드부재.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 수지층은 에폭시수지, 아크릴수지, 폴리비닐에스테르수지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 로드부재.
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