KR100950320B1 - 콘크리트 구조물용 보강패널 및 이를 이용한 콘크리트구조물의 보강공법 - Google Patents

콘크리트 구조물용 보강패널 및 이를 이용한 콘크리트구조물의 보강공법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 콘크리트 구조물용 보강패널은 세라믹계 모르타르가 경화되어 형성된 패널본체와, 상기 패널본체내에 매립되는 표면이 굴곡지게 형성된 파형강판을 포함한다.
본 발명은 세라믹계 모르타르에 표면이 굴곡지게 형성된 파형강판을 매립하여 경화시킨 보강패널을 콘크리트 구조물의 표면에 밀착고정하기 때문에, 보강할 콘크리트 구조물의 압축강도 및 인장강도를 함께 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 보강패널이 보강할 콘크리트 구조물의 표면 형상에 대응되는 형상으로 제조되어 보강할 콘크리트 구조물 표면 전체에 밀착되기 때문에, 보강할 콘크리트 구조물 표면을 각종 오염수 및 공해물질로부터 보호하여, 보강성능 및 내구성을 좋게 하는 효과가 있다.
콘크리트 구조물, 보강, 패널, 파형강판, 세라믹계 모르타르

Description

콘크리트 구조물용 보강패널 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보강공법{REINFORCING ARMATURE FOR CONCRETE STRUCTURE AND REPAIR METHOD USING THE SAME}
본 발명은 콘크리트 구조물용 보강패널 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보강공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면이 굴곡지게 형성된 파형강판과 세라믹계 모르타르를 혼용한 보강패널 및 이를 콘크리트 구조물에 고정하는 콘크리트 구조물의 보강공법에 관한 것이다.
일반적으로 토목 건축용으로 건설되는 각종 콘크리트 구조물은 기상 변화와 해수, 지하수, 빗물, 각종 오염수 및 공해물질의 화학적 작용에 의해 콘크리트와 철근이 열화되어 국부적으로 박리, 박락, 균열등의 손상이 발생된다.
이와 같이, 콘크리트 구조물의 콘크리트 및 철근이 열화되어 국부적으로 파손될 경우에는 콘크리트 구조물의 강성 증진 및 내하력을 향상시키기 위한 보수,보강작업을 실시하였다.
콘크리트 구조물을 보수,보강하는 보강부재 및 보강공법의 종래 기술로는 대한민국 특허공보 제1995-0009058호와, 대한민국 등록실용신안공보 제20-0182826호 와, 대한민국 등록실용신안공보 제20-0175251호에 개시되어 있다.
종래 기술에 따른 콘크리트 구조물을 보수, 보강하는 보강부재는 콘크리트 구조물의 표면에 밀착되는 것으로 보강용 강판, 강철재 H형빔 또는 I형빔이 사용된 기술이 개시되어 있으며, 유리섬유, 아라미드 섬유, 탄소섬유등이 수지 배합액에 합침된 박판패널이 개시되어 있다.
보강공법은 보강할 콘크리트 구조물의 표면과, 보강부재인 강판, 강철재 H형빔 또는 I형빔의 표면에 에폭시 수지 접착제를 도포하고 보강부재를 콘크리트 구조물의 표면에 부착시킨다. 그런 다음 앵커볼트를 이용하여 보강부재를 콘크리트 구조물의 표면에 고정시키는 공법이 개시되어 있다.
그러나, 종래기술은 강철재인 강판, H형빔, I형빔 또는 박판패널만을 보강할 콘크리트 구조물의 표면에 부착시켜 콘크리트 구조물을 보강하기 때문에, 콘크리트 구조물의 인장강도를 향상시키는 보강효과만 있을 뿐, 압축강도를 향상시키는 보강효과는 전혀 없는 문제점이 있었다.
또한, 종래기술에 따른 보강부재가 보강할 콘크리트 구조물의 일부 표면에만 밀착되어 있고, 그 이외의 표면은 여전히 노출되어 있기 때문에, 콘크리트 구조물은 각종 오염수 및 공해물질로부터 보호받지 못하고 열화가 계속 진행됨으로써 보강용으로 설치되는 보강부재는 응급처치의 수준을 벗어나지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 콘크리트 구조물의 인장강도 및 압축강도를 동시에 보강할 수 있는 콘크리트 구조물용 보강패널 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보강공법을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘크리트 구조물용 보강패널은 세라믹계 모르타르가 경화되어 형성된 패널본체와, 상기 패널본체내에 매립되는 파형강판을 포함한다.
상기 파형강판의 양측이 연장되어 상기 패널본체의 외부로 노출된 연결부와, 상기 패널본체를 보강할 콘크리트 구조물의 표면에 지지 및 고정하기 위해 상기 연결부를 관통하여 상기 콘크리트 구조물의 표면에 삽입되는 앵커볼트가 더 마련된다.
상기 세라믹계 모르타르는 시멘트, 경화제, 골재가 3:1:12의 비율로 혼합되어 경화된다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘크리트 구조물용 보강패널을 이용한 콘크리트 구조물의 보강공법은 보강할 콘크리트 구조물의 표면에 상응하는 제1항의 보강패널을 다수 준비하는 보강패널 준비단계와; 상기 콘크리트 구조물의 표면 열화부의 불순물을 제거하는 표면처리단계와; 상기 콘크리트 구조물의 표면에 상기 보강패널을 고정하기 위한 앵커볼트 삽입홀을 천공하는 천공단계와; 열화부가 제거된 콘크리트 구조물의 표면에 접합제를 도포하는 접합제 도포단계와; 상기 콘크리트 구조물의 표면에 상기 보강패널의 연결부가 겹치도록 연속적으로 배치하여 부착시키고 앵커볼트를 상기 연결부를 관통하여 상기 앵커볼트 삽입홀에 고졍시켜 상기 보강패널을 상기 콘크리트 구조물의 표면에 지지 및 고정시키는 보강패널 설치단계;로 이루어진다.
상기 보강패널 설치단계에는 상기 보강패널의 연결부 및 앵커볼트를 세라믹계 모르타르로 매립하는 연결부 및 앵커볼트 매립단계를 더 포함한다.
본 발명은 세라믹계 모르타르에 파형강판을 매립하여 경화시킨 보강패널을 콘크리트 구조물의 표면에 밀착고정하기 때문에, 보강할 콘크리트 구조물의 압축강도 및 인장강도를 함께 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 보강패널이 보강할 콘크리트 구조물의 표면 형상에 대응되는 형상으로 제조되어 보강할 콘크리트 구조물 표면 전체에 밀착되기 때문에, 보강할 콘크리트 구조물 표면을 각종 오염수 및 공해물질로부터 보호하여, 보강성능 및 내구성을 좋게 하는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 보강패널의 구조를 첨부한 도 1 내지 도 4에 나타내 보였다.
도 1 내지 도 4 및 도 7을 참조하면, 본 실시 예인 보강패널(10)은 세라믹계 모르타르가 경화된 패널본체(11)와, 패널본체내에 매립되는 표면이 굴곡지게 형성된 파형강판(12)으로 이루어진다. 그리고, 상기 패널본체를 보강할 콘크리트 구조물의 표면에 고정하기 위해 상기 콘크리트 구조물의 표면에 삽입되는 앵커볼트(20)가 관통되도록 상기 파형강판의 양측이 상기 패널본체의 외부로 노출되게 연장된 연결부(12a)가 형성된다.
패널본체(11)는 세라믹계 모르타르를 경화시킨 것으로 보강할 콘크리트 구조물(30)의 표면 형상에 대응되는 형상으로 제조된다. 즉, 보강할 콘크리트 구조물(30)의 표면이 평탄하면, 패널본체(11)를 평판형으로 형성하고, 보강할 콘크리트 구조물(30)이 기둥과 같은 원통형의 형상으로 이루어져 있으면, 패널본체(11)를 원호형의 형상으로 형성하게 된다.
세라믹계 모르타르는 시멘트, 경화제, 골재가 3:1:12의 비율로 혼합되는 것이 바람직하며, 골재로는 규사 및 모래, 고로슬래그, 철분등이 사용될 수가 있다. 그리고, 규사 및 모래, 고로슬래그, 철분들 중 어느 하나를 선택하여 사용하거나, 또는 2가지 이상의 골재를 사용할 수가 있는데, 2가지 이상의 골재를 사용할 경우에는 동일중량비로 하여 혼합된다.
시멘트, 경화제, 골재가 3:1:12의 비율로 혼합된 세라믹계 모르타르의 물리적/공학적 성능을 알아보기 위해 다양한 평가방법으로 실험하였다. 골재는 규사 및 모래, 고로슬래그, 철분을 동일중량비로 사용하였다.
실험결과는 아래의 표1에 표시하였다.
평 가 항 목 단 위 성 능 평 가 방 법
물리적 특성 1.탄성계수 MPa 1.8×10⁴ KS F 2476
2.충격저항성 회 10
3.염화물이온침투저항성 C 3 ASTM C 1202
4.동결융해저항성 % 3 KS F 2456
5.황산침적 % 2
6.중성화 mm 0
공학적 특성 1.압축강도 MPa 90 KS F 2405
2.휨부착강도 MPa 7 KS F 2407
3.할열인장강도 MPa 7 KS F 2423
4.인장강도 MPa 12 KS L 5104
5.휨강도 MPa 20 KS F 2476
실험결과에서 보듯이, 시멘트, 경화제, 골재를 3:1:12의 비율로 혼합된 세라믹계 모르타르는 탄성계수 및 압축강도가 우수함을 알 수가 있다.
본 실시 예에 따른 파형강판의 개략적인 형상을 첨부한 도 2, 도 3에 나타내 보였다.
도 2를 참조하면, 파형강판(12)은 일정 두께를 가진 판형상의 강철재 강판으로서 파형의 굴곡이 형성된다. 파형강판(12)의 굴곡은 보강할 콘크리트 구조물(30)의 시공성에 따라 피치 및 곡률반경 및 골의 깊이를 정하고, 구조계산을 통하여 파형강판의 두께가 선택된다.
본 실시 예에서는 파형강판의 굴곡부의 피치(A)가 6.77㎝, 곡률반경(B)이 1.75㎝, 골의 깊이(C)가 1.27㎝인 경우를 예를 들었으며, 이때의 파형강판은 두께(F)가 0.1214㎝, 단면적은 13.1㎝²/m, 접선길이(D)는 1.7961㎝, 접선각도(E)는 26.65도, 관성모멘트는 2.46㎝⁴/m, 단면계수는 3.54㎝³/m, 회전반경이 0.4336㎝의 수치를 갖게 된다.
한편, 도 3을 참조하면, 파형강판의 표면에 엠보싱을 형성할 수도 있다.
본 실시 예에 따른 보강패널의 연결부의 구조를 첨부한 도 4에 나타내 보였다.
도 4를 참조하면, 연결부(12a)는 파형강판(12)의 양측 일부가 패널본체(11)의 외부에 노출된 것으로, 굴곡부의 1피치에 해당하는 길이만큼 노출되는 것이 바람직하다. 이는, 패널본체(11)가 연접되어 설치될 때, 파형강판(12)의 연결부(12a)가 상호 겹쳐질 경우, 연결부(12a)의 굴곡부의 골과 골이 겹쳐지도록 하기 위한 것이다.
따라서, 연접하여 설치되는 패널본체(11)는 안정적으로 결합되며, 상호 겹쳐진 연결부(12a)를 관통하여 보강할 콘크리트 구조물(30)의 표면에 심어지는 앵커볼트(20)에 의해 견고히 고정될 수가 있게 된다.
바람직하게는, 도 1, 도 4를 참조하면, 패널본체(11)내에 매립되는 파형강판(12)을 패널본체(11)의 상/하면에 파형강판(12)의 두께(F)만큼 치우치도록 매립한다. 즉, 파형강판이 패널본체의 상면에 치우친 경우에는 파형강판은 패널본체의 상면으로부터 G1만큼 이격되고, 하면으로부터는 G2인 G1+F만큼 이격된다. 물론 파형강판이 패널본체의 하면에 치우친 경우에는 그 반대이다.
이는 연접하는 패널본체(11)를 연결부(12a)에 의해 연결시 파형강판(12)이 겹쳐지게 되므로, 연접하는 패널본체(11)는 수평을 이루지 못하고 파형강판(12)의 두께만큼 이탈되게 되는데, 이를 방지하기 위함이다.
세라믹계 모르타르인 패널본체에 파형강판을 매립하여 경화시킨 보강패널의 물리적/공학적 성능을 알아보기 위해 다양한 평가방법에 의해 실험하였다.
실험결과는 아래의 표2에 표시하였다.
평가항목 단위 성능 평가방법
물리적 특성 1.염수분무실험 이상없음 126시간 침적
2.충격저항성 회 10
3.염화물이온침투저항성 C 3 ASTM C 1202
4.동결융해저항성 % 3 KS F 2456
5.황산침적 % 2
6.중성화 mm 0
공학적 특성 1.압축강도 MPa 200이상 KS F 2405
2.인장강도 MPa 400이상 KS F 2476
실험결과에서 보듯이, 본 실시 예인 보강패널은 압축강도 및 인장강도가 우수함을 알 수가 있다.
한편, 본 실시 예인 보강패널을 이용한 콘크리트 구조물의 보강공법의 공정과, 보강패널에 의해 보강된 콘크리트 구조물의 예를 첨부한 도 5 내지 도 7에 나타내 보였다.
도 5를 참조하면, 상기의 압축강도 및 인장강도가 우수한 보강패널(10)을 이용하여 콘크리트 구조물을 보강하는 보강공법은 보강할 콘크리트 구조물(30)의 표면에 상응하는 보강패널(10)을 준비하는 보강패널 준비단계와, 보강할 콘크리트 구조물(30)의 표면 열화부를 샌드 블라스트 작업에 의해 불순물을 제거하는 표면처리단계와, 콘크리트 구조물의 표면에 앵커볼트 삽입홀(31)을 천공하는 천공단계와, 열화부가 제거된 콘크리트 구조물(30)의 표면에 접합제(40)를 평탄하게 도포하는 접합제 도포단계와, 콘크리트 구조물(30)의 표면에 보강패널(10)을 부착 고정하는 보강패널 설치단계로 이루어진다.
보강패널 설치단계에는 보강패널을 연결 또는 콘크리트 구조물에 고정하는 연결부를 세라믹계 콘크리트로 매립하는 연결부 및 앵커볼트 매립단계를 더 포함한다.
보강패널 준비단계는 보강할 콘크리트 구조물 표면의 형상에 상응하는 형상을 가진 보강패널(10)을 준비하는 단계이다.
세라믹계 모르타르를 타설하여 패널본체(11)를 제작할 때, 보강할 콘크리트 구조물(30) 표면의 형상에 맞게 원호형, 또는 평판형으로 성형하게 된다.
표면처리단계는 샌드 블라스팅 장비나 에칭기를 이용하여 보강할 콘크리트 구조물(30) 표면의 열화된 부위의 녹 및 불순물을 제거하는 단계이다.
천공단계는 보강할 콘크리트 구조물(30) 표면에 앵커볼트(20)가 삽입되는 앵커볼트 삽입홀(31)을 천공하는 단계이다.
보강패널 준비단계에서 준비된 보강패널(10)을 보강할 콘크리트 구조물(30) 표면에 가조립하여 보강패널(10)의 연결부(12a)에 해당되는 위치에 앵커볼트 삽입홀(31)을 천공하게 된다.
접합제 도포단계는 녹 및 불순물이 제거된 콘크리트 구조물(30) 표면에 접합제(40)를 도포하는 단계로서, 접합제로는 퍼티(putty)를 사용한다.
퍼티는 탄산칼슘분말, 돌가루, 산화아연등을 보일유, 유성니스, 래커와 같은 전색제로 개어서 만든 페이스트(paste)상의 접합제이다.
보강패널 설치단계는 보강패널(10)을 콘크리트 구조물(30)의 표면에 밀착시켜 고정시키는 단계이다.
먼저, 접합제(40)가 도포된 콘크리트 구조물(30)의 표면에 보강패널(10)을 밀착시켜 접합시킨다. 이때, 보강패널(10)의 연결부(12a)가 상호 겹치도록 한다.
이와 같이 보강패널(10)의 연결부(12a)가 상호 겹쳐진 채, 콘크리트 구조물(30)의 표면에 밀착되어 접합되면, 앵커볼트(20)를 상호 겹쳐진 연결부(12a)를 관통시켜 콘크리트 구조물(30)의 표면에 마련된 앵커볼트 삽입홀(31)에 삽입시켜 고정시킨다.
따라서, 보강패널(10)은 콘크리트 구조물(30)의 표면에 밀착되어 접합되면서, 앵커볼트(20)에 의해 견고히 고정된다.
한편, 보강패널(10)을 콘크리트 구조물(30)의 표면에 설치할 때, 콘크리트 구조물(30)에 가해지는 주압력이 패널본체(11)내의 파형강판(12)의 표면으로 전달되도록 보강패널(10)을 설치하는 것이 바람직하다.
연결부 및 앵커볼트 매립단계는 콘크리트 구조물(30) 표면에 밀착되어 고정된 보강패널(10)의 사이에 노출된 연결부(12a) 및 앵커볼트(20)를 세라믹계 모르타르로 매립하는 단계이다. 연결부(12a) 및 앵커볼트(20)를 세라믹계 모르타르로 매립시, 매립두께는 보강패널의 두께와 동일하게 한다.
이와 같이, 도 6, 도 7를 참조하면, 콘크리트 구조물(30)의 전체면이 보강패널(10)에 의해 감싸여 있으므로 콘크리트 구조물의 표면은 각종 오염수 및 공해물질로부터 보호된다.
앞에서 설명된 본 발명의 일실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 보강패널의 실시 예를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 보강패널의 파형강판을 도시한 도면.
도 3은 도 1의 보강패널의 파형강판의 다른 예를 도시한 도면,
도 4는 도 1의 보강패널의 연결구조를 도시한 도면,
도 5는 도 1의 보강패널을 이용한 콘크리트 구조물의 보강공법을 나타낸 공정도,
도 6은 도 5의 콘크리트 구조물의 보강공법에 의해 보강된 콘크리트 구조물을 도시한 도면,
도 7은 도 6의 AA선에 따른 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 보강패널 11 : 패널본체
12 : 파형강판 12a : 연결부
20 : 앵커볼트 30 : 콘크리트 구조물
31 : 앵커볼투 삽입홀 40 : 접합제

Claims (5)

  1. 세라믹계 모르타르가 경화되어 형성된 패널본체와,
    상기 패널본체 내에 매립되는 파형강판을 포함하며,
    상기 파형강판의 양측이 연장되어 상기 패널본체의 외부로 노출된 연결부와,
    상기 패널본체를 보강할 콘크리트 구조물의 표면에 지지 및 고정하기 위해 상기 연결부를 관통하여 상기 콘크리트 구조물의 표면에 삽입되는 앵커볼트가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물용 보강패널.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 보강할 콘크리트 구조물의 표면에 상응하는 것으로, 세라믹계 모르타르가 경화되어 형성된 패널본체의 내에 매립되며 패널본체의 외부로 연장노출되는 연결부를 이루는 파형강판을 가진 보강패널을 다수 준비하는 보강패널 준비단계와;
    상기 콘크리트 구조물의 표면 열화부의 불순물을 제거하는 표면처리단계와;
    상기 콘크리트 구조물의 표면에 상기 보강패널을 고정하기 위한 앵커볼트 삽입홀을 천공하는 천공단계와;
    열화부가 제거된 콘크리트 구조물의 표면에 접합제를 도포하는 접합제 도포단계와;
    상기 콘크리트 구조물의 표면에 상기 보강패널의 연결부가 겹치도록 연속적으로 배치하여 부착시키고 앵커볼트를 상기 연결부를 관통하여 상기 앵커볼트 삽입홀에 고졍시켜 상기 보강패널을 상기 콘크리트 구조물의 표면에 지지 및 고정시키는 보강패널 설치단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물용 보강패널을 이용한 콘크리트 구조물의 보강공법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 보강패널 설치단계에는 상기 보강패널의 연결부 및 앵커볼트를 세라믹계 모르타르로 매립하는 연결부 및 앵커볼트 매립단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건축구조물용 보강패널을 이용한 건축구조물의 보강공법.
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