KR100882830B1 - 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물에 발생하는 균열을 제어하기 위한 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모르타르에 유기섬유를 혼입하여 내부에 중공이 형성된 관 형상으로 경화시킨 유기섬유보강 모르타르 경화체를, 구조물의 길이방향을 따라 일정간격 이격되게 구조물 내부에 설치하되, 구조물의 길이방향과 수직으로 설치하는 것을 특징으로 하는 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조에 관한 것이다.

본 발명에 따른 유기섬유보강 모르타르 경화체를 사용한 균열유발구조를 사용하는 경우에는 유사 재료 사용에 따른 구조물의 내력 보존이 가능하고, 방수재의 설치 없이도 어느 정도의 방수 기능을 확보할 수 있으며, 균열이 발생하더라도 구조물의 보수·보강이 용이하다.

균열유발줄눈, 유기섬유, 모르타르, 스터드

Description

유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조{Crack induction structure using hardened body of organic fiber reinforced mortar}

도1은 종래 벽체의 균열을 제어하기 위하여 사용된 방법을 나타내는 평면도이다.

도2는 본 발명에 따라 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조의 실시예를 나타내는 평면도이다.

도3은 벽체의 균열 양상을 나타내는 평면도로, 도3의 (a)와 (b)는 각각 PVC 파이프와 유기섬유보강 모르타르 경화체를 벽체 내부에 설치했을 경우이다.

도4는 본 발명에 따라 벽체에 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조의 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 유기섬유보강 모르타르 경화체

20: 균열유발 홈

30: 스터드

본 발명은 콘크리트 구조물에 발생하는 균열을 제어하기 위한 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모르타르에 유기섬유를 혼입하여 내부에 중공이 형성된 관 형상으로 경화시킨 유기섬유보강 모르타르 경화체를, 구조물의 길이방향을 따라 일정간격 이격되게 구조물 내부에 설치하되, 구조물의 길이방향과 수직으로 설치하는 것을 특징으로 하는 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조에 관한 것이다.

길이가 긴 콘크리트 벽체나 슬래브는 온도변화, 건조수축 등으로 인하여 콘크리트 내에 인장응력이 발생하여 균열이 일어난다. 균열은 구조물의 내구성뿐만 아니라 미관을 저해하는 요인으로서, 구조물의 계획 및 시공 단계에서 미리 적절하게 제어하여야 한다.

종래에는 이러한 균열을 제어하기 위하여 도1의 (a)에서와 같이 구조물의 표면에 미리 균열유발줄눈을 설치하였다. 균열유발줄눈이란 균열이 생기기 쉬운 벽면 등에 균열을 집중시키기 위하여 미리 설치하여 두는 줄눈을 가리킨다. 콘크리트 표준시방서에서는 벽체의 경우 균열유발줄눈의 간격을 부재높이의 1~2배로 하고, 줄눈의 단면 결손율을 20% 이상으로 규정하고 있다. 여기에서 단면결손율은 도1의 (a)에서 a와 b를 합한 값을 벽체의 두께로 나누어 산출한 퍼센트 값이다. 통상적으 로 철근은 역학적인 측면에서는 부재 표면 가까이에 배치하는 것이 유리하나, 부착강도·내화성·내구성 측면에서는 부재 내부에 깊이 배근하는 것이 바람직하다. 따라서 이러한 사항을 종합적으로 고려하여 부위별 최소 피복두께를 확보하도록 하여야 한다. 피복두께는 슬래브의 경우 20mm, 내력벽의 경우 30mm가 요구되며, 흙에 접하는 부재의 경우에는 10mm가 추가된다. 그러나 도1에서와 같이 종래 균열유발줄눈의 경우 벽체에서 실내외측 줄눈의 깊이는 각각 15mm 이상, 25mm 이상이므로, 구조적으로 철근을 절단하기 어려운 부분에서는 20% 이상의 단면결손율을 확보하면서 30mm의 피복두께를 확보하기 어려웠다.

따라서 피복두께를 만족시키면서 충분한 단면결손율을 확보하기 위한 방안으로, 도1의 (b)에서와 같이 구조물 내부에 PVC 파이프를 매설하여 균열유발줄눈을 구성하였다. 그러나 이 방안의 경우, PVC 파이프와 구조물을 구성하는 콘크리트가 서로 이질재료이기 때문에 발생하는 문제점들이 있다.

먼저 서로 다른 재료인 PVC 파이프와 콘크리트 사이의 부착력이 약하여, 줄눈으로 유도한 균열이 PVC 파이프의 표면을 따라서 성장하여 관통 균열이 일어나는 문제점이 있다. 종래에 벽체의 균열을 제어하는 방법에서는 실외측 표면에 위치하는 균열유발줄눈 상부에 코킹재 등의 방수재를 설치하여 벽체의 균열을 관통하여 실내로 유입되는 수분을 차단하였다. 그러나 이러한 방수재는 시간이 지남에 따라 경질화되고, 관통 균열은 구조물의 두께 전반에 걸쳐 일어나기 때문에, 시간의 경과에 따라 관통 균열을 통하여 누수가 발생하는 문제점을 유발한다.

한편, PVC 파이프의 탄성계수는 콘크리트에 비하여 상당히 낮은 편이다. 따 라서 도1의 (b)와 같이 PVC 파이프를 이용하여 균열유발줄눈을 구성하는 경우, PVC 파이프 내부에 무수축 모르타르 등을 채워 넣더라도, PVC 파이프와 PVC 파이프 주위의 콘크리트와의 일체 거동을 기대하기 어렵다. 따라서 구조물에 상당한 크기의 하중이 작용하는 경우에는, PVC 파이프와 콘크리트가 일체로 거동하지 않는 특성으로 인하여, 좌굴로 인한 부재의 단면 결손으로 구조적인 내력 문제가 발생한다. 특히 매스 구조물에서는 균열유발줄눈을 구성하기 위한 방안으로, 구조물의 두께에 걸쳐 다수 개의 PVC 파이프를 일렬로 설치할 뿐 아니라, 구조물의 길이 방향으로도 2~3m 간격으로 균열유발줄눈을 설치하기 때문에 이러한 내력 문제는 더욱 가중될 수 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, 중공이 형성된 유기섬유보강 모르타르 복합체를 설치하여, 단면결손율과 피복두께를 모두 충족하면서 구조물의 균열을 제어하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

둘째, 유기섬유보강 모르타르 복합체와 콘크리트의 부착력으로 인하여 유기섬유보강 모르타르 경화체의 표면을 따라 발생하는 관통균열이 차단되므로, 보수가 요구되는 균열의 개소가 감소될 뿐 아니라, 구조물 내부로 침투하는 수분를 막아 어느 정도의 방수 효과를 얻을 수 있는 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조를 제공하는 것을 본 발명의 다른 목적으로 한다.

셋째, 균열이 발생하더라도 균열을 보수하고 유기섬유보강 모르타르 경화체의 내부를 모르타르 등으로 보강하면, 구조물 전체가 균질 재료로 구성되게 되어 일체 거동하므로, 구조물의 단면력 유지가 가능하여 비구조체뿐 아니라 구조체에서도 사용 가능한 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조를 제공하는 것을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 콘크리트 구조물에 발생하는 균열을 제어하기 위하여, 모르타르에 유기섬유를 혼입하여 내부에 중공이 형성된 관 형상으로 경화시킨 유기섬유보강 모르타르 경화체를, 구조물의 길이방향을 따라 일정간격 이격되게 구조물 내부에 설치하되, 구조물의 길이방향과 수직으로 설치하는 것을 특징으로 하는 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조를 제공한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도2는 본 발명에 따라 벽체에 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조의 실시예를 나타내는 평면도이다.

도2의 (a), (b)와 같이 본 발명에서는 균열을 제어하기 위하여 벽체 내부에 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)를 설치하였다. 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)는 모르타르에 유기섬유을 여러 방향으로 혼입하여 경화시킨 것이다. 여기에 서 모르타르는 시멘트에 물을 혼합한 시멘트 페이스트뿐 아니라, 시멘트 페이스트에 모래를 혼합한 것을 포함한다. 단, 상기 모르타르에는 실리카 흄, 고로슬래그, 플라이 애쉬 등의 혼화재를 넣어 성분을 개량할 수도 있다. 유기섬유보강 모르타르는 콘크리트와의 부착력이 우수하고, 인성이 커서 큰 변형 에너지를 흡수할 수 있는 장점이 있다. 여기에서 유기섬유는 인성 및 시공성이 뛰어난 편으로, 우수한 균열제어능력을 얻을 수 있다.

본 발명에서 사용되는 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)는 내부에 중공이 형성된 것을 특징으로 한다. 벽체의 균열 발생을 유도하기 위하여는 20% 이상의 단면결손율이 요구되는데, 유기섬유보강 모르타르 경화체(10) 내부에 형성된 중공은 부재에 요구되는 단면결손율을 충족시킨다. 따라서 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)를 벽체 내부에 설치하는 것에 더하여 부재의 내외측 표면에 간단한 V컷을 형성하는 것만으로도 균열유발줄눈의 구성이 가능해지므로, 부재의 피복두께를 충분히 확보할 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같이 형성된 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)를 구조물의 길이방향을 따라 일정간격 이격되게 구조물 내부에 설치하되, 구조물의 길이방향과 수직으로 설치한다. 아울러 본 발명은 도2의 (b)와 같이, 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)가 설치되는 부분에서 콘크리트 구조물의 내외측 표면은 벽체의 균열발생을 유도하기 위한 균열유발 홈(20)이 형성될 수 있다.

한편, 유기섬유보강 모르타르는 성형성이 우수하여 원하는 형태로 압출성형이 가능하다. 따라서 상기 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)의 단면은 원형 또는 사각형을 포함하여 다양한 형태로 제작 가능하다.

다음으로 도3은 벽체의 균열 양상을 나타내는 평면도로, 도3의 (a)와 (b)는 각각 PVC 파이프와 유기섬유보강 모르타르 경화체를 벽체 내부에 설치했을 경우이다. 콘크리트 부재에 균열이 발생하는 경우 균열면을 중심으로 부재가 벌어지려고 하는 인장응력이 작용한다. 그러나 앞서 설명하였듯이 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)는 인성이 큰 편이기 때문에, 균열면의 인장응력에 대응하여 상기 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)는 변형에너지를 흡수하여 신축작용을 한다. 따라서 50μm 이하의 미세한 균열이 다수 형성되어 균열을 제어할 수 있게 되는 것이다. 또한 유기섬유 보강 모르타르 경화체(10)와 콘크리트는 유사한 탄성계수 값을 갖고 있기 때문에, 재료적 특성상 일체로 거동하게 되어 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)의 표면을 따라 균열이 성장하는 것을 막을 수 있다. 따라서 도3의 (a)에서와 같이 PVC 파이프를 사용한 경우와는 달리 구조물의 두께를 관통하는 관통균열이 일어나지 않는다. 한편, 균열이 발생한 이후에는, 유기섬유보강 모르타르 경화체(10) 내부에 무수축 모르타르 등을 채움재로 채워 넣어 보수·보강하는 경우에는, 콘크리트·유기섬유보강 모르타르 경화체(10)·채움재가 일체로 거동하게 되므로, 구조물의 단면결손 문제가 해결되어 단면력이 유지된다.

또한 도4는 본 발명에 따라 벽체에 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)를 설치한 균열유발구조의 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.

여기에서는 상기 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)의 표면에 다수의 스터드(30)가 부착된 것을 특징으로 한다. 이때 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)의 표면에 형성된 스터드(30)는 콘크리트와 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)의 결합면적을 증가시켜, 이들 상호간의 결합력을 증가시킨다. 한편, 콘크리트와 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)의 결합력을 증가시키는 방안으로, 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)의 표면을 거칠게 형성하여 마찰력을 증가시키는 방안도 고려할 수 있겠다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.

첫째, 본 발명의 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조는 중공이 형성된 유기섬유보강 모르타르 복합체를 구조물 내부에 설치함으로써, 단면결손율과 피복두께를 모두 충족하면서 구조물의 균열을 제어할 수 있다.

둘째, 유기섬유보강 모르타르 복합체와 콘크리트의 부착력으로 인하여 유기섬유보강 모르타르 경화체의 표면을 따라 발생하는 관통균열이 차단되므로, 보수가 요구되는 균열의 개소가 감소될뿐 아니라, 방수재를 설치하지 않고도 구조물 내부로 침투하는 수분을 차단하여 어느 정도의 방수 효과를 얻을 수 있다.

셋째, 균열이 발생하더라도 균열을 보수하고 유기섬유보강 모르타르 경화체의 내부를 모르타르 등으로 보강하면, 구조물 전체가 균질 재료로 구성되어 일체 거동하므로, 구조물의 단면력 유지가 가능하여 비구조체뿐 아니라 구조체에서도 본 발명의 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조를 사용할 수 있다.

Claims (3)

1. 콘크리트 구조물에 발생하는 균열을 제어하기 위한 것으로,

   모르타르에 유기섬유를 혼입하여 내부에 중공이 형성된 관 형상으로 경화시킨 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)를, 구조물의 길이방향을 따라 일정간격 이격되게 구조물 내부에 설치하되, 구조물의 길이방향과 수직으로 설치하는 것을 특징으로 하는 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조.
2. 제1항에서,

   상기 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)의 단면은 원형 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조.
3. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 유기섬유보강 모르타르 경화체(10)의 표면에 다수의 스터드(30)가 부착된 것을 특징으로 하는 유기섬유보강 모르타르 경화체를 이용한 균열유발구조.

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