KR101040656B1 - 콘크리트보에 ｆｒｐ가 분사된 합성구조물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트보에 FRP가 분사된 합성구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로서 이를 더욱 상세히 설명하면, 콘크리트보의 일면에 요입된 홈을 형성하여 FRP가 분사되어 형성되는 FRP층과의 부착강도를 강화하여 하중에 대한 내구성을 강화할 수 있으며, 콘크리트보와 FRP층 사이에 섬유층을 게재하여 콘크리트보와 FRP층 간의 부착강도를 더욱 강화함은 물론 FRP층의 일부(홈에 충진된 부분)에서 섬유층이 인입되는 구성에 의해 FRP층 및 이와 부착된 콘크리트보의 인장강도가 보강되는 콘크리트보에 FRP가 분사된 합성구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

콘크리트보, 분사, FRP층

Description

콘크리트보에 ＦＲＰ가 분사된 합성구조물 및 그 제조방법{Preventing Method of Debonding Failure for Sprayed FRP}

본 발명은 콘크리트보에 FRP가 분사된 합성구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로서 이를 더욱 상세히 설명하면, 콘크리트보의 일면에 요입된 홈을 형성하여 FRP가 분사되어 형성되는 FRP층과의 부착강도를 강화하여 하중에 대한 내구성을 강화할 수 있으며, 콘크리트보와 FRP층 사이에 섬유층을 게재하여 콘크리트보와 FRP층 간의 부착강도를 더욱 강화함은 물론 FRP층의 일부(홈에 충진된 부분)에서 섬유층이 인입되는 구성에 의해 FRP층 및 이와 부착된 콘크리트보의 인장강도가 보강되는 콘크리트보에 FRP가 분사된 합성구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 휨이나 전단력을 받는 구조물을 보강하는 공법으로서 FRP재질의 보강판을 이용하는 방법이 사용되어 왔다. 이러한 공법은 FRP재질의 보강판의 인장강도가 강재의 경우보다 커서 보강량을 적게 하면서 경량의 구조물을 시공할 수 있어 경제적인 구조물을 보강할 수 있는 장점이 있다.

상기와 같은 공법은 콘크리트 등으로 이루어진 구조물과 보강판과의 부착강도를 충분히 확보하여 일체로 거동하도록 하는 것이 중요하다. 이는 부착강도가 부족하면 구조물에 부착된 보강판의 부착파괴가 일어나게 되고 또한, 구조물과 보강판의 부분적인 박리가 선행하여 구조물의 내구적 성능을 확보하기 어렵기 때문이다. 따라서 구조물과 보강판의 강력한 부착력이 필요한 것이다.

기존의 연구결과에 따르면 FRP재질의 보강판과 콘크리트간의 부착파괴는 소정의 FRP 보강판의 부착 길이를 확보함으로써 방지할 수 있다. 하지만 충분한 부착 길이를 보장하지 못할 경우에는 기계적 정착장치나 U형 스트립으로 보강을 하여 부착파괴를 방지하여야 한다. 그러나 추가적인 기계적 정착방법은 콘크리트 표면에 손상을 가져올 수 있다. 또한 이러한 방법은 기술적으로 숙련된 기술자를 필요로 한다.

또한, 도 1a 및 도 1b에서 보는 바와 같이 U형 스트립(13)을 통한 보강은 콘크리트 표면을 매끈하게 하기 위한 선행 작업과 콘크리트 모서리 부분을 다듬어야 한다는 점에서 추가공정이 따른다. 또한 U형 스트립(13) 보강방법은 슬래브와 같은 구조물에는 적용할 수 없다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 단경간 등 충분한 부착길이가 확보될 수 없는 시공여건에서도 추가적인 기계적 정착장치가 필요 없이 간단한 시공만으로도 이질의 FRP와 콘크리트간에 충분한 부착강도를 발휘하여 하중에 대한 내구성을 향상시킬 수 있는 합성구조물 및 그 시공방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물의 제조방법은 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물의 제조방법에 있어서, 콘크리트보의 타설 단계(S1)와; 타설된 콘크리트보의 일면에 하나 이상의 홈을 성형하는 단계(S2)와; 상기 단계에서 홈이 형성된 콘크리트 보의 일면에 FRP를 분사하여 FRP층을 성형하는 단계(S3);를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물의 제조방법에서는 콘크리트보와 분사된 FRP 간에 부착강도를 높이기 위해서 상기 타설된 콘크리트 구조물의 일면에 하나 이상의 홈을 성형하는 단계(S2)에는 홈의 형상을 상협하광의 형상으로 성형하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물의 제조방법에서는 콘크리트보와 분사된 FRP 간에 부착강도를 높이기 위한 부가적인 방법으로써 상기 타설된 콘크리트보의 일면에 하나 이상의 홈을 성형하는 단계(S2)에는 하나 이상의 홈을 성형한 후 홈이 형성된 콘크리트보의 일면에 섬유층을 더 부착하는 방법을 제시한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물은 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물에 있어서, 일면에 복수의 홈이 형성되는 콘크리트보와; 상기 홈이 형성되는 콘크리트보의 일면에 분사된 FRP로 형성되는 FRP층으로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물의 경우에도 상기 홈은 상협하광의 형상으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 콘크리트 구조물과 분사된 FRP층 간에 부착강도를 향상시키기 위한 구성으로써 상기 홈이 형성되는 콘크리트보의 일면에는 섬유층이 더 구성됨이 타당하다.

특히, 상기 섬유층은 유리섬유로 구성되어 유리섬유가 4방향으로 부착되되, 합성보의 길이방향, 길이방향에 직각방향, 및 길이방향과 직각방향의 사이에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 섬유층에는 유리섬유로 구성되어 유리섬유가 4방향으로 부착되되, 유리섬유 사이에 일정유격을 형성하여 관통로가 형성되어 관통로에 의해 콘크리트보의 면과 홈에 분사된 FRP가 견고하게 부착될 수 있도록 구성됨이 바람직하다.

본 발명에 따른 콘크리트보에 FRP가 분사된 합성구조물 및 그 제조방법은 콘크리트보에 요입된 홈이 구성되어 분사된 FRP층과 부착강도가 증진되어 합성구조물의 하중에 대한 내구성이 강화되는 장점이 있다.

또한, 콘크리트보와 분사된 FRP층 사이에 섬유층이 부착되어 콘크리트보와 FRP층 간의 부착강도를 더욱 강화시킬 수 있으며, 섬유층에 형성된 관통로에 의해 요입된 홈 및 콘크리트보의 면에 분사된 FRP가 충진되어 더욱 부착강도가 강화되는 장점이 있다.

또한, 분사된 FRP가 섬유층에 구성된 관통로를 통해 콘크리트보의 홈에 충진되어 양생됨으로써 FRP층 및 콘크리트보의 인장강도가 섬유층에 의해 강화될 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물 제조 방법을 나타내는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물을 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물에 있어 일 구성인 홈의 형상을 변형한 실시 예를 나타내는 측단면도이고, 도 5는 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물에서 섬유층을 더 구성한 경우를 나타내는 측단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 섬유층을 나타내는 평면도이다.

본 발명의 콘크리트보에 FRP가 분사되는 합성구조물의 제조방법은 콘크리트 보에 홈을 형성하여 그 홈이 형성된 콘크리트보의 일면에 FRP를 분사하여 FRP 층을 형성하도록 하는 제조방법으로 이러한 제조방법에 의해 재질이 다른 콘크리트보와 FRP 층의 부착강도를 확보하는 것이다.

이를 더욱 상세히 설명하면 먼저 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 분사되는 합성구조물의 제조방법은 도 2에서 보는 바와 같이 콘크리트보 타설 단계(S1)를 갖는다. 콘크리트보의 타설의 경우는 공지의 방법으로 거푸집 및 철근을 설치하고 거푸집 내부에 일정 배합비의 콘트리트를 타설하고 양생함으로써 완성이 되는 것이다.

특히 본 발명에서는 상기 단계에서 타설된 콘크리트보의 일면에 하나 이상의 홈을 성형하는 단계(S2)를 갖는다. 이는 분사된 FRP가 상기 홈에 충진됨에 의해 이재질의 콘크리트보와 FRP층 간에 부착강도를 증진시키기 위함이다. 이는 상기 홈을 형성함에 의해 FRP층과 콘크리트보 간의 계면면적이 증가할 뿐만 아니라 부착강도의 증가를 가져오기 때문이다.

상기 홈을 성형함에 있어서, 그 홈의 형상을 제한하지는 않으나, 콘크리트 보와 FRP층 간에 부착강도를 높이기 위해서 홈의 형상을 상협하광의 형상으로 성형하는 단계를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

상기 홈을 성형함에 있어서, 콘크리트보를 타설하면서 거푸집의 형상을 이용하여 홈을 성형할 수도 있으나 거푸집의 형상을 별도로 성형하여야 하므로 콘크리트보의 타설 후 드릴 등을 이용하여 홈을 성형함이 바람직하다.

상기 홈의 수는 콘크리트보와 FRP층 간에 요구되는 계면의 전단강도에 따라 선택적으로 그 수를 택할 수 있으며, 상기 홈의 깊이의 경우도 콘크리트보와 FRP층 간에 요구되는 계면의 전단강도에 따라 선택적으로 그 깊이를 택할 수 있음은 당연하다.

또한, 상기 타설된 콘크리트보의 일면에 하나 이상의 홈을 성형하는 단계(S2)에는 하나 이상의 홈을 성형한 후 홈이 형성된 콘크리트보의 면에 섬유층을 더 부착하는 단계를 가질 수 있다. 즉 섬유층을 콘크리트보에 부착함에 의해서 콘크리트보와 FRP층 간에 마찰강도를 증진시키고 견고한 부착이 가능하도록 하는 것이다. 또한, 상기 섬유층은 이하에서 설명하겠지만 복수의 관통로가 형성됨에 의해 상기 관통로에 의해 분사된 FRP가 홈에 충진될 수 있는 것이며, 이러한 섬유층의 게재로 인해 더욱 강력한 부착강도가 발휘될 수 있는 것이다.

마지막으로 상기 단계(S2)에서 홈이 형성된 콘크리트보의 면에 FRP를 분사하여 FRP 층을 형성하는 단계(S3)를 갖는다. 이러한 단계를 거침으로써 FRP 층이 상기 콘크리트 구조물에 형성된 홈에 각각 충진이 되어 양생이 됨으로써 콘크리트보와 FRP 층 간에 부착강도가 증진되는 것이다.

한편, 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 분사되는 합성구조물(100)은 도 3에서 보는 바와 같이 콘크리트보(110)와 상기 콘크리트보(110)의 일면에 FRP가 분사되어 형성되는 FRP층(120)으로 구성된다.

이를 더욱 상세히 설명하면, 보 형상의 콘크리트보(110)에는 일면에 복수의 홈(111)이 형성된다. 상기 홈(111)에 이하에서 설명할 FRP가 분사되어 충진됨으로써 FRP층과의 부착강도가 증가하게 되는 것이다. 상기 콘크리트보(110)의 내부에는 도면에 도시된 바는 없으나 필요에 따라 철근이 배근될 수 있음은 당연하다.

상기 홈(111)의 형상은 도 3에 도시된 바와 같이 사각형상으로 구성될 수 있으나 그 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 도 4에서 보는 바와 같이 상협하광의 형상으로 홈(111a)를 구성할 수 있는 바, 즉 홈(111a)의 저면으로부터 개구면까지 좁아지는 형상으로 구성될 수 있다. 이러한 홈(111a)의 형상에 의해 이질의 콘크리트보(110)와 FRP층(120) 간에 부착강도가 더욱 증가하게 되는 것이다. 또한, 상기와 같이 홈(111a)을 구성할 수 있는 것은 본 발명의 FRP층(120)이 기 제작된 FRP로 된 판넬을 콘크리트 구조물(110)에 부착하여 구성하는 것이 아니라 FRP를 분사하여 FRP층(120)이 형성됨으로 상협하광의 형상을 가진 홈(111a)의 경우도 홈(111a)의 저면까지 FRP를 충진할 수 있기 때문이다.

한편 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물(100)에는 상기 콘크리트보(110)와 분사되어 형성된 FRP층(120) 간에 부착강도를 향상시키기 위한 구성으로써 상기 홈(111)이 형성되는 콘크리트보(110)의 일면에 섬유층(130)을 더 구성할 수 있다.

상기 섬유층(130)이 콘크리트보(110)에 부착됨으로써 분사되어 형성된 FRP층(120)이 더욱 견고한 부착강도를 가지면서 콘크리트보(110)와 부착이 되는 것이다. 즉 섬유층(130)의 사이 사이로(이하에서 설명할 관통로(132)) FRP가 충진되어 FRP층(120)이 견고하게 콘크리트보(110)에 부착이 되는 것이다.

상기 섬유층(130)은 콘크리트보(110)에 접착제에 의해 부착될 수 있는 바, 상기 접착제는 일 예로 우레탄계 접착제를 사용할 수 있다. 사용 가능한 우레탄 접착제는 시중에서 시판되고 있는 임의의 것을 사용할 수 있지만, 바람직하게는 방수성이 강화된 우레탄 접착제를 사용할 수 있다. 그 우레탄 접착제는 다가 알코올과 과량의 폴리이소시아네이트의 반응 생성물인 우레탄 예비중합체를 함유하는 우레탄 접착제에, 접착제 전체 중량에 대하여 0.01 내지 5중량%의 겔화제를 첨가하고 여기에 비스페놀 수지, 테르펜 수지 등의 다작용 고리화 활성 수소를 함유하는 화합물과 2가 알코올 또는 3가 알코올 화합물을 폴리이소시아네이트 화합물과 반응시켜 제조되는 열가소성 우레탄 다중블록 공중합체 수지를 첨가하여 얻어진 것을 말한다.

특히, 상기 섬유층(130)은 도 6에서 보는 바와 같이 유리섬유(131)로 구성되어 유리섬유(131)가 4방향으로 부착되어 구성됨이 바람직하다. 즉 합성구조물(100)의 길이방향, 길이방향에 직각방향, 및 길이방향과 직각방향의 사이에 부착되는 것이다.

상기 섬유층(130)을 유리섬유(131)로 구성하는 것은 유리섬유(131)에 의해 콘크리트보(110)와 FRP층(120) 간에 부착을 견고하게 하는 것은 물론 유리섬 유(131)의 강한 인장강도에 기해 합성구조물(100) 자체의 인장강도를 증진하고자 함이다. 그런데 상기 유리섬유(131)로 섬유층(130)을 형성하는데 있어 일방향으로만 유리섬유(131)를 위치시키는 경우에는 유리섬유가 보강된 방향으로만 강도가 강화되고 보강되지 않은 방향으로는 매우 취약한 거동을 나타내므로 도 6에서 보는 바와 같이 유리섬유(131)를 합성구조물(100)의 길이방향(X축 방향)과 길이방향과 직각방향(Y축 방향)으로 직교하도록 위치시키고, 상기 길이방향과 직각방향 사이에 대각선 방향으로도 유리섬유(131)를 삽입하여 4방향으로 유리섬유(131)가 구성된 섬유층(130)으로 구성하는 것이 바람직하다.

바람직하게는 본 발명의 합성구조물(100)의 시공 시 시공여건 등에 따라 가압하중의 방향이 각각 달라질 수 있으므로 가압하중의 방향에 따라 상기 유리섬유(131)를 그 방향으로 좀 더 많이 보강하는 방법에 의해 시공여건에 따른 유리섬유(131)의 삽입방향의 조절도 가능하게 되는 것이다.

또한, 상기 섬유층(130)에는 유리섬유(131)로 구성되어 유리섬유(131)가 4방향으로 부착되어 구성됨에 있어서, 도 6에서 보는 바와 같이 유리섬유(131) 사이에 일정유격을 형성하여 관통로(132)가 형성됨이 바람직하다. 상기 관통로(132)에 의해 콘크리트보(110)의 면에 분사된 FRP가 충진되어 견고하게 부착강도를 발휘하며 FRP 층(120)이 부착될 수 있는 것이다. 특히 상기 관통로(132)의 구성에 의해 콘크리트보(110)에 형성된 복수의 홈(111)에 상기 섬유층(130)을 장입할 필요가 없으며, 콘크리트보(110)의 일면에 상기 섬유층(130)을 부착하더라도 상기 관통로(132)를 통해 분사된 FRP가 상기 홈(111)에 각각 충진이 될 수 있으며, 충진된 FRP가 양 생이 되어 FRP층(120)의 일부 즉 홈(111)에 삽입되는 부분에 유리섬유(131)가 인입되어 있게 됨으로써 FRP층(120) 자체의 인장강도도 더욱 증진이 되는 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래기술을 나타내는 측단면도 및 정면도이고,

도 2는 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 분사되는 합성구조물의 제조방법을 나타내는 블록도이고,

도 3은 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 분사되는 합성구조물를 나타내는 사시도이고,

도 4는 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 분사되는 합성구조물에 있어 일 구성인 홈의 형상을 변형한 실시 예를 나타내는 측단면도이고,

도 5는 본 발명의 콘크리트보에 FRP가 분사되는 합성구조물에서 섬유층을 더 구성한 경우를 나타내는 측단면도이고,

도 6은 도 5에 도시된 섬유층을 나타내는 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 합성구조물 110 : 콘크리트보

111, 111a : 홈 120 : FRP층

130 : 섬유층 131 : 유리섬유

132 : 관통로

Claims (8)

1. 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물의 제조방법에 있어서,

   콘크리트보의 타설 단계(S1)와;

   타설된 콘크리트보의 일면에 하나 이상의 홈을 성형하는 단계(S2)와;

   상기 단계(S2)에서 홈이 형성된 콘크리트보의 일면에 FRP를 분사하여 FRP층을 성형하는 단계(S3);를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하되,

   상기 타설된 콘크리트보의 일면에 하나 이상의 홈을 성형하는 단계(S2)에는 홈의 형상을 상협하광의 형상으로 성형하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 콘크리트보에 FRP가 분사되는 합성구조물의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 타설된 콘크리트보의 일면에 하나 이상의 홈을 성형하는 단계(S2)에는 하나 이상의 홈을 성형한 후 홈이 형성된 콘크리트보의 일면에 섬유층을 더 부착하는 것을 특징으로 하는 콘크리트보에 FRP가 분사되는 합성구조물의 제조방법.
4. 콘크리트보에 FRP가 보강되는 합성구조물에 있어서,

   일면에 복수의 홈이 형성되는 콘크리트보와;

   상기 홈이 형성되는 콘크리트보의 일면에 FRP가 분사되어 형성되는 FRP층으로 구성됨을 특징으로 하되,

   상기 홈은 상협하광의 형상으로 구성됨을 특징으로 하는 콘크리트보에 FRP가 분사되는 합성구조물.
5. 삭제
6. 제 4항에 있어서,

   상기 홈이 형성되는 콘크리트보의 일면에는 섬유층이 더 구성됨을 특징으로 하는 콘크리트보에 FRP가 분사되는 합성구조물.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 섬유층은 유리섬유로 구성되어 유리섬유가 4방향으로 부착되되, 합성구 조물의 길이방향, 길이방향에 직각방향, 및 길이방향과 직각방향의 사이에 부착되는 것을 특징으로 하는 콘크리트보에 FRP가 분사되는 합성구조물.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 섬유층에는 유리섬유로 구성되어 유리섬유가 4방향으로 부착되되, 유리섬유 사이에 일정유격을 형성하여 관통로가 형성됨을 특징으로 하는 콘크리트보에 FRP가 분사되는 합성구조물.

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