KR100896766B1 - 철근콘크리트 구조물 보수보강용 통기성 패널 및 이의 제조방법 - Google Patents

철근콘크리트 구조물 보수보강용 통기성 패널 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철근콘크리트 구조물을 보수·보강할 수 있는 통기성 패널에 관한 것으로서, 상세하게는 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 고인장 섬유를 포함하는 제1 섬유층, 폴리에스테르, 나일론 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 섬유를 포함하는 웨빙테잎 또는 직조형 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드섬유를 포함하는 제2 섬유층; 및 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 고인장 섬유를 포함하는 제3 섬유층으로 이루어지고, 상기 제1, 제2 및 제3 섬유층은 열경화성수지, 폴리비닐 아세테이트계 저수축제, 고온경화제, 저온경화제, 충진제, 희석제, 자외선차단제, 소포제, 유무기계 안료를 포함하는 수지조성물을 전체 패널 중량에 대하여 17~45중량%로 함유하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 보강용 통기성 패널 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 철근콘크리트구조물 보강용 통기성 패널은 무기계 접착제와 같이 사용할 경우 기존 보강재의 통기성 결여로 인한 내구성 저하를 개선할 수 있다.
철근콘크리트구조물, 보수ㆍ보강, 통기성, 통기성 패널, 보강재

Description

철근콘크리트 구조물 보수보강용 통기성 패널 및 이의 제조방법{Permeable Panel for Repairing, Reinforcing Reinforcement Concrete Structure and Method of Thereof}
본 발명은 철근콘크리트 구조물을 보수·보강할 수 있는 통기성 패널에 관한 것으로서, 상세하게는 고인장 섬유, 직조형 섬유 또는 웨빙테잎 타입의 섬유, 비닐에스테르계 열경화성수지, 폴리비닐아세테이트계 저수축제, 고온경화제(TBPB), 저온경화제(bis-(4-t-butylcyclohexyl) peroxy -dicarbonate), 충진제, 희석제, 자외선차단제, 소포제, 및 유무기계 안료를 포함하는 통기성이 개선된 건축용 패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.
철근콘크리트 구조물의 기존의 보강공법으로는, 보강재에 따라서 강판 보강공법과 섬유시트 보강공법 그리고 섬유판 보강공법으로 나눌 수 있고, 시공방식에 따라서 현장 함침보강공법, 압착보강공법, 접착보강공법, 매립보강공법으로 나눌 수 있다.
강판보강공법은 강판의 무거운 중량과 부식에 취약해 시공성과 유지관리적 측면에서 문제점을 가지고 있다. 강판의 무거운 중량으로 인해 시공시에는 중장비 가 필요하고, 용접작업 등으로 인한 화재의 위험도 상존하며 부식을 막기 위해 별도의 방청도장이 필요하다. 또한 통기성 결여로 인한 밀폐현상으로 대상 구조물과 보강재의 계면에서 발생되는 부착력의 약화 등 내구성에 문제점을 가지고 있다.
현장함침 보강공법은 주로 탄소섬유시트, 유리섬유시트, 아라미드섬유시트 등 섬유시트를 현장에서 에폭시 접착제로 함침해서 구조물에 보강하는 공법으로 보강성능에 비해 시공이 힘들고, 작업자의 숙련도, 노하우에 따라 품질이 많이 좌우된다. 이 또한 전면시공으로 인한 통기성의 결여, 유지관리의 어려움 등의 문제점이 있다.
섬유판 보강공법은 재료적 물성은 우수하나 보강대상 구조물과의 부착성능을 에폭시 접착제에만 의존할 수밖에 없는 메카니즘으로 단부박리 등 부착성능의 한계를 가지고 있고 이러한 부착성능의 한계를 해결하기 위하여 별도의 보강철물이 필요하며, 이 공법 또한 전면시공으로 인한 통기성의 결여, 유지관리의 어려움 등의 문제점이 있다.
또한 고인장 섬유를 사용한 패널의 제조방법에 대해서는 한국 등록특허 제 0378217호 “콘크리트 보강용 고인장 박판패널 및 그의 제조방법”, 국내 등록특허 제 0717623호 “섬유강화패널, 이의 제조방법 및 이를 이용한 콘크리트구조물의 보강방법” 등의 기술이 제안되어 있으나 보강재의 통기성을 고려한 기술은 아직까지 제안된바 없다.
본 발명은 종래의 강판이나 섬유시트, 섬유강화패널의 통기성 결여로 인한 문제점을 방지할 수 있는 새로운 구성의 통기성 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 통기성 패널을 효과적으로 제조하기 위한 기재의 조성 및 통기성 패널의 제조 방법을 제공하는 것을 본 발명의 다른 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 고인장 섬유를 포함하는 제1 섬유층, 폴리에스테르, 나일론 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 섬유를 포함하는 웨빙테잎, 또는 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드섬유로 이루어진 직조형 섬유를 포함하는 제2 섬유층; 및 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 고인장 섬유를 포함하는 제3 섬유층으로 이루어지고, 상기 제1, 제2 및 제3 섬유층은 열경화성수지, 폴리비닐 아세테이트계 저수축제, 고온경화제, 저온경화제, 충진제, 희석제, 자외선차단제, 소포제 및 유무기계 안료를 포함하는 수지조성물을 전체 패널 중량에 대하여 17~45중량%로 함유하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 보강용 통기성 패널을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 통기성 패널은 고인장 섬유 50～78 중량%, 직조형 섬유 또는 웨빙테잎 타입의 섬유 2～5 중량%, 열경화성수지 15 ～30 중량%, 저수축제 3～8 중량%, 고온경화제 0.1～2 중량%, 저온경화제 0.1～1 중량%, 충진제 1～2 중량%, 희석제 0.4～1 중량%, 자외선차단제 0.1～0.3 중량%, 소포제 0.1～0.3 중량%, 유무기계 안료 0.2～0.4 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 보강용 통기성 패널을 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 저온 경화제는 비스-(4-t-부틸시클로헥실)페록시-디카르보네이트인 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 보강용 통기성 패널을 제공한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 열경화성수지, 폴리비닐 아세테이트계 저수축제, 고온경화제, 저온경화제, 충진제, 희석제, 자외선차단제, 소포제, 유무기계 안료를 포함하는 수지조성물을 제조하는 단계; 로빙형태의 고인장 섬유 및 직조형 또는 웨빙테잎 형태의 섬유를 상기 수지조성물에 함침하는 단계; 함침된 로빙타입의 고인장 섬유와 직조형 또는 웨빙테잎 타입의 섬유를 금형에 투입하여 80～160℃의 고온으로 성형하여 패널형태로 제조하는 단계; 제조된 패널을 연속적으로 인발하는 단계; 패널의 접착면을 샌딩하는 단계; 및 샌딩된 패널을 절단하고 앵커홀을 천공하는 단계를 포함하는 철근콘크리트 구조물 보강용 통기성 패널의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 철근콘크리트구조물 보강용 통기성 패널은 무기계 접착제와 같이 사용할 경우 기존 보강재의 통기성 결여로 인한 내구성 저하를 개선시켜 장기적인 내구성 증가로 보수작업에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
또한 기존 보강재들이 가지는 보강재로서의 성능을 유지하면서 무기계 접착제로 시공할 경우 에폭시 접착제 사용으로 인한 유기계 폐기물도 줄어 친환경적인 시공이 가능하다. 또한 내하력 증가에 필요한 최적 보강설계가 가능하고, 균일한 공정으로 제조되므로 일정한 인장강도가 보장된다. 내염화, 내화학성이 뛰어나고, 중성화 및 동결융해에 대한 저항성이 우수하다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 통기성 패널의 단면을 도시한 것이다.
도 1을 보면, 본 발명의 통기성 패널은 제1 섬유층(11), 제2 섬유층(12), 및 제3 섬유층(13)으로 이루어진다.
제1 섬유층(11)은 고인장섬유로 이루어지는데, 고인장 섬유로서 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드 섬유를 사용할 수 있다. 제1 섬유층은 표면에 요철이 형성될 수 있는데, 일정한 형태의 산과 골이 반복적으로 형성됨으로서, 철근콘크리트 구조물의 보수 또는 보강을 위한 시공시 시공 단면에 대한 접착능력을 향상시킬 수 있다.
제2 섬유층(12)은 나일론, 케블라와 같은 폴리에스테르 섬유로 이루어진 직조형태의 웨빙 테잎 또는 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드 섬유로 이루어진다. 제2 섬유층은 웨빙 테잎 또는 직조형태로 이루어진 섬유가 패널의 구조적 지지체 역할을 함으로써 시공시 보강재의 지압능력을 확보할 수 있고, 시공단면으로부터 박리되는 것을 방지하고, 시공시 앵커설치가 가능하게 하는 역할을 한다.
제3 섬유층(13)은 제1 섬유층과 동일하게 고인장섬유로 이루어지는데, 고인장 섬유로서 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드 섬유를 사용할 수 있다.
상기 통기성 패널은 고인장 섬유 50～78 중량%, 직조형 섬유 또는 웨빙테잎 타입의 섬유 2～5 중량%, 열경화성수지 15～30 중량%, 저수축제 3～8 중량%, 고온경화제(TBPB) 0.1～2 중량%, 저온경화제 0.1～1 중량%, 충진제 1～2 중량%, 희석제 0.4～1 중량%, 자외선차단제 0.1～0.3 중량%, 소포제 0.1～0.3 중량%, 유무기계 안료 0.2～0.4 중량%를 포함한다.
상기 열경화성 수지는 비닐에스테르계 수지를 사용할 수 있고, 저수축제는 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트 공중합체, 폴리비닐 아세테이트, 비닐 아세테이트 공중합체, 포화 폴리에스테르, 염화비닐, 폴리카프로락톤, 셀룰로오즈 아세테이트 부티레이트, 개질 폴리우레탄, 및 스티렌-부타디엔 탄성중합체 등을 사용할 수 있는데, 특히 폴리 비닐아세테이트가 바람직하다.
고온경화제는 t-부틸페록식 벤조에이트(tert-Butylperoxy benzoate, TBPB), 무수프탈산(Phthalic acid anhydride), 또는 방향족 폴리아민 등을 사용할 수 있으며, 특히 t-부틸페록식 벤조에이트를 사용하는 것이 바람직하다. 저온경화제로는 비스-(4-t-부틸사이클로헥산)페록시디카보네이트, 폴리메캅탄(Polymercaptan), 메캅탄 부가물 등을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 특히 비스-(4-t-부틸사이클로헥산)페록시디카보네이트를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 통기성 패널은 충진제는 유기계 충진제, 무기계 충진제 또는 무기계 난연제를 충진제로서 사용할 수 있는데, 특히 수산화알루미늄를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 희석제, 자외선차단제, 소포제, 유무기계 안료, 이형제를 더 포함한다. 상기 희석제는 스티렌 모노머, 비닐 아세테이트(VAc) 또는 메틸 아크릴레이트를 사용할 수 있다.
본 발명의 통기성 패널의 두께는 그 용도에 따라 다양하게 제조될 수 있는데, 일반적으로 1 ~ 10mm 정도의 두께가 바람직하다.
본 발명에 따른 철근콘크리트 구조물 보강용 통기성 패널의 제조방법은 열경화성수지, 폴리비닐 아세테이트계 저수축제, 고온경화제, 저온경화제, 충진제, 희석제, 자외선차단제, 소포제, 유무기계 안료를 포함하는 수지조성물을 제조하는 단계(S11); 로빙형태의 고인장 섬유 및 직조형 또는 웨빙테잎 형태의 섬유를 상기 수지조성물에 함침하는 단계(S12), 함침된 로빙타입의 고인장 섬유와 직조형 또는 웨빙테잎 타입의 섬유를 금형에 투입하여 80～160℃의 고온으로 성형하여 패널형태로 제조하는 단계(S13); 제조된 패널을 연속적으로 인발(Pultrusion)하는 단계(S14), 패널의 접착면을 샌딩하는 단계(S15), 샌딩된 패널을 절단하고 앵커홀을 천공하는 단계(S16)로 이루어진다.
구체적인 제조공정은 도 2를 참조하여 하기에서 설명한다.
1. 수지조성물 제조단계( S11 )
열경화성수지, 저수축제, 고온경화제, 저온경화제, 충진제, 희석제, 자외선차단제, 소포제, 유무기계 안료를 혼합하여 수지조성물을 준비한다.
로빙타입의 고인장 섬유(21)와 직조형 또는 웨빙테잎 섬유(22)를 각각 로빙거치대(23) 및 직조형 또는 웨빙테잎 거치대(24)에 준비한다. 로빙타입의 고인장 섬유(21)는 1차 섬유가이드(25)를 통과한 후 직조형 또는 웨빙테잎 섬유(22) 및 베일(26)과 함께 상기 수지 조성물이 담겨있는 함침조(27)로 이송된다.
2) 함침단계( S12 )
이송된 로빙타입의 고인장 섬유(21) 및 직조형 또는 웨빙테잎 섬유(22)는 함침조(27)를 통과하여 수지조성물이 충분하게 섬유에 함침되도록 한다. 이때 함침조(30)에서 빠져나온 수지가 다시 함침조(30)에 채워질 수 있도록 수지펌프를 설치하여 수지가 함침조(30)에 계속 공급이 될 수 있도록 한다. 함침된 섬유는 2차 섬유가이드(28)를 통과한 다음, 금형(29)으로 이송된다.
3) 성형단계( S13 )
이송된 로빙타입의 고인장 섬유(21)와 직조형 또는 웨빙테잎 섬유(22)를 금형(29)에 투입하여 80～160℃의 고온으로 압축 성형하여 패널 형태를 형성시킨다. 이때 금형(29)의 상하부에 히터를 설치하고 온도제어장치를 설치하여 일정한 온도가 유지되도록 제어한다.
4) 인발단계( S14 )
인발단계(S14)는 제조된 패널을 인발기(Puller)A, B(30a, 30b)를 이용하여 연속적으로 인발(Pultrusion)하여 제품을 연속적으로 생산하는 단계로서, 패널이 휘거나 틀어지지 않게 일직선으로 생산되는지 확인한다.
5) 샌딩단계( S15 )
패널의 접착면을 샌딩기(31)로 샌딩하는 단계로 패널의 접착면의 접착성능을 높이기 위하여 접착면을 샌딩처리 한다.
6) 천공단계( S16 )
제조된 패널을 원하는 형태에 맞게 절단기(32)로 절단하고 앵커홀을 천공하여 통기성 패널(20)을 제조한다.
이하에서 실시예를 들어서 본 발명을 설명하지만 실시예에 의하여 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
실시예 1~3
로빙형태의 유리섬유를 1차 섬유가이드를 통과시킨 후 폴리에스테르 소재의 웨빙테잎과 함께 수지조성물이 담겨있는 함침조를 통과시킨다. 함침된 섬유를 금형에 투입하여 120~160℃의 고온에서 패널형태로 성형하였다. 성형된 패널을 연속적으로 인발하고, 패널의 접착면을 샌딩한 다음, 일정한 크기로 절단하고, 앵커홀을 천공하여 통기성 패널을 제조하였다. 제조된 패널의 두께는 3.5mm이다. 하기 표 1에 제조된 패널의 조성 및 중량비를 나타내었다.
[표 1]
조성 실시예 1(중량%) 실시예 2(중량%) 실시예 3(중량%)
유리섬유 61.60 66.00 69.67
웨빙테잎 3.33 3.33 3.33
베일 0.60 0.60 0.60
열경화성수지 23.09 20.14 17.68
저수축제 6.93 6.04 5.30
고온경화제 0.35 0.30 0.27
저온경화제 0.35 0.30 0.27
충진제(수산화나트륨) 1.73 1.51 1.33
희석제(스티렌모노머) 0.58 0.50 0.44
자외선 차단제 0.23 0.20 0.18
소포제 0.30 0.26 0.23
유·무기계 안료 0.35 0.30 0.27
기타 0.58 0.50 0.44
합계 100 100 100
실험예 1
상기 실시예 1~3에서 제조된 통기성 패널에 대하여 수증기 투과도 실험(ASTM E 96 Water Vapor Transmission of materials)을 통하여 통기성을 측정하였다.
본 발명의 수증기 투과도 실험은 본 발명의 통기성 패널의 단위면적과 단위두께에 대한 수증기 통과의 시간경사를 측정한 것이다.
통기성 측정 결과는 아래 표 2 및 도 3에 나타내었다.
[표 2]
시간 (h) 실시예 1 실시예 2 실시예 3
통기성 g/(h*㎡) 무게변화 (g) 통기성 g/(h*㎡) 무게변화 (g) 통기성 g/(h*㎡) 무게변화 (g)
1 0.0000 0 0.0000 0 0.0000 0
3 0.0205 0.0008 0.0238 0.0010 0.0308 0.0012
6 0.0244 0.0019 0.0274 0.0023 0.0538 0.0042
24 0.0224 0.0070 0.0170 0.0057 0.0619 0.0193
48 0.0292 0.0182 0.0228 0.0153 0.0309 0.0193
72 0.1339 0.1253 0.1487 0.1499 0.1381 0.1293
96 0.1164 0.1453 0.4271 0.5740 0.2719 0.3393
144 0.1459 0.2732 0.5129 1.0340 0.3548 0.6642
192 0.1613 0.4025
288 0.2667 0.9987
비고 초기질량 : 86.38g 단면적 : 0.013㎡ 초기질량 : 84.67g 단면적 : 0.014㎡ 초기질량 : 85.43g 단면적 : 0.013㎡
이러한 실험결과는 통기성 패널의 통기성이 콘크리트와 비슷한 통기성이 있음을 보여준다.
실험예 2
실시예 1에서 제조된 통기성 패널의 압축강도, 휨강도 및 부착강도는 KS F 4042 규격에 따라 측정하였고, 그 결과 압축강도는 49.8N/mm2, 휨강도는 9.50N/mm2, 부착강도는 3.10N/mm2이었다.
도 1은 본 발명에 따른 통기성 패널의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 통기성 패널을 제조하는 방법에 관한 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 통기성 패널의 통기성 시험 결과를 그래프로 도시한 것이다.

Claims (4)

  1. 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 고인장 섬유를 포함하는 제1 섬유층, 폴리에스테르, 나일론 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 섬유로 이루어진 웨빙테잎, 또는 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드섬유로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 섬유로 이루어진 직조형 섬유를 포함하는 제2 섬유층, 및 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 고인장 섬유를 포함하는 제3 섬유층으로 이루어진 철근 콘크리스 구조물 보강용 통기성 패널에 있어서,
    상기 각 섬유층은 열경화성수지, 폴리비닐 아세테이트계 저수축제, 고온경화제, 저온경화제, 충진제인 수산화알루미늄, 희석제, 자외선차단제, 소포제 및 유무기계 안료를 포함하는 수지조성물에 함침되고, 그리고 상기 통기성 패널은 고인장 섬유 50～78 중량%, 직조형 섬유 또는 웨빙테잎 타입의 섬유 2～5 중량%, 열경화성수지 15～30 중량%, 저수축제 3～8 중량%, 고온경화제 0.1～2 중량%, 저온경화제 0.1～1 중량%, 충진제 1～2 중량%, 희석제 0.4～1 중량%, 자외선차단제 0.1～0.3 중량%, 소포제 0.1～0.3 중량% 및 유무기계 안료 0.2～0.4 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 보강용 통기성 패널.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 저온경화제는 비스-(4-t-부틸시클로헥실)페록시-디카르보네이트인 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 보강용 통기성 패널.
  4. 열경화성수지, 폴리비닐 아세테이트계 저수축제, 고온경화제, 저온경화제, 충진제인 수산화알루미늄, 희석제, 자외선차단제, 소포제 및 유무기계 안료를 포함하는 수지조성물을 제조하는 단계;
    로빙형태의 고인장 섬유, 및 직조형 또는 웨빙테잎 형태의 섬유를 상기 수지조성물에 함침하는 단계;
    함침된 로빙형태의 고인장 섬유와 직조형 또는 웨빙테잎 형태의 섬유를 금형에 투입하여 80～160℃의 고온에서 성형하여 고인장 섬유 50～78 중량%, 직조형 섬유 또는 웨빙테잎 타입의 섬유 2～5 중량%, 열경화성수지 15～30 중량%, 저수축제 3～8 중량%, 고온경화제 0.1～2 중량%, 저온경화제 0.1～1 중량%, 충진제 1～2 중량%, 희석제 0.4～1 중량%, 자외선차단제 0.1～0.3 중량%, 소포제 0.1～0.3 중량% 및 유무기계 안료 0.2～0.4 중량%를 포함하는 패널을 제조하는 단계;
    제조된 패널을 연속적으로 인발하는 단계;
    패널의 접착면을 샌딩하는 단계; 및
    샌딩된 패널을 절단하고 앵커홀을 천공하는 단계를 포함하는 철근콘크리트 구조물 보강용 통기성 패널의 제조방법.
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