KR101051469B1

KR101051469B1 - 와이어 로프를 이용한 초장력 철근의 제조방법

Info

Publication number: KR101051469B1
Application number: KR1020100088880A
Authority: KR
Inventors: 김상양
Original assignee: 김상양; 태산엔지니어링 주식회사
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-07-25

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 강력을 보강하기 위한 철근 부재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와이어 로프를 금속 파이프 내경에 삽입한 후 기계를 이용하여 강하게 압착시키는 방법에 의해 제조하는 철근의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라 제조된 철근은 와이어 로프와 금속 파이프 간의 강한 압착력으로 인해 와이어 로프가 강하게 구속됨으로서 인장강도 및 탄성률이 현저히 개선되며, 아울러 열전도성 및 부식성을 낮출 수 있으므로 콘크리트 구조물에 내진 및 보강재로 사용되기에 매우 적합하다.

Description

와이어 로프를 이용한 초장력 철근의 제조방법{A method of preparing steel reinforcement having high tensile strength containing wire ropes}

본 발명은 와이어 로프를 이용한 초장력 철근의 제조방법에 관한 것이다.

콘크리트 구조물은 산업 사회 발전의 표본으로 주목될 만큼 현대 산업 사회 발전에 지대한 영향을 미쳐 왔다.

일반적으로 콘크리트 구조물은 시멘트에 물, 자갈, 쇄석, 모래, 기타 골재의 결합에 의해 단단하게 결속된 복합체로 일정한 두께를 형성하기 때문에 압축 응력을 갖는다. 따라서 구조물 형성시 중량에 의한 외력을 받게 되며, 이를 저항할 수 있는 방법으로 적절한 굵기의 철근을 이용하여 배근하는 방법으로 인장력을 보완하여 사용된다.

콘크리트 보강 기술이 발전을 거듭하면서 기존의 허용 응력의 설계기법을 탈퇴하여 극한 강도 설계 또는 한계 상태 설계 기법을 개발하여 활용하고 있으며, 이러한 설계는 콘크리트 성능의 비탄성과 탄성의 효율적인 기능과 고강도 재료개발에 기인하는 결과로 보인다.

이와 같이 우수한 특성으로 철근 콘크리트 구조물이 널리 이용되고 있지만 산업 사회의 발달로 초고층 빌딩과 같은 대형 구조물이 축조되면서 지진이나 중량물의 동력, 열화에 의한 붕괴로 인하여 인명과 재산 상의 손실이 발생할 가능성이 높아졌다. 따라서 보다 안정성이 높은 철근 구조물의 개발이 요구되는 상황이다.

콘크리트 구조물로 인하여 발생하는 재해의 경우 인적, 경제적 폐해가 너무 크기 때문에 이를 방지하기 위한 노력이 선진국을 중심으로, 특히 지진 빈도가 잦은 일본을 중심으로 행해져 왔으며, 그 중 고강도 경량 콘크리트와 철근 대용의 인장력과 결속력이 뛰어난 소재의 개발이 활발히 진행되고 있다. 기존의 콘크리트 구조물은 시멘트와 철근의 구성으로 콘크리트가 일정한 두께 이상으로 형성되어야만 콘크리트의 압축 응력과 철근의 인장 응력이 균형을 이루어 내력을 갖는 구조였다. 이러한 구조는 콘크리트의 높은 자중으로 인해 극한의 설계에서는 지진 또는 열화에 의해 붕괴될 가능성이 없지 않다. 또한 철근의 기능적 우수성에도 불구하고 일반적으로 나타나는 단점인 철근의 부식이나 열전도율이 매우 높아 폭열 또는 간접 열에도 쉽게 저항력을 잃게 되는 문제점도 지적되어 왔다.

상기와 같은 문제점을 보완하기 위하여 최근 국내 지식경제부를 통하여 동국제강, 현대제철 등에서 개발하여 상용화를 앞두고 있는 제품들이 있는데, 이들 제품은 기존 제품 대비 약 30%의 인장강도 증가 효과를 보이고 있어 진일보한 것으로 평가되고 있다. 그러나 30% 정도의 인장강도 증가만으로는 대형 구조물 또는 장스팬의 경우 지진이나 열화에 의해 균형을 잃은 상태에서 상층의 가중 압력이 작용할 경우 한계가 있을 수 있다.

한편 일본을 비롯한 선진국에서는 콘크리트 자중을 경량화하고 철근의 인장력을 증대시키기 위하여 스틸 와이어 로프를 이용한 공법이 활발히 연구되고 있다.

지금까지 선진국을 비롯한 국내에서 콘크리트에 활용되는 와이어를 이용한 부재를 보면 높은 인장력이 요구되는 곳에 적용하기 위하여 현장에서 필요한 규격대로 지지대를 설치하고 와이어의 양끝을 팽팽하게 당겨 고정시킨 후 콘크리트를 타설하는 방식을 적용하고 있다.

그리고 최근 일본에서 개발한 와이어 부재를 보면 앵글 형태에 와이어를 팽팽하게 당겨 교차시켜 규격화된 망상 부재를 별도 제작함으로써 보다 편리한 시공 방법으로 인식되고 있다. 그러나, 이 또한 휨 탄성력의 한계와 현장에서의 설치 방법이 복잡하여 사용범위가 제한되고 크게 활성화되지 못하는 문제점이 있었다. 또한, 최근 국내에서 와이어를 이용한 사례를 보면, 독일 VSL 사의 도입 기술로서 높은 인장력이 요구되는 현장에서 지지대를 설치한 후 와이어를 팽팽하게 당겨 고정시키는 방법이 적용되고 있고, 또한, RC 보수보강공법에서 건설 신기술로 지정되었던 기술로서 유동성이 구속되지 않은 상태에서 와이어와 와이어의 교차 지점을 철핀을 이용하여 구속한 다음 현장에서 콘크리트 표면에 지지대를 설치하고 양끝을 팽팽하게 당겨 유동성을 구속하여 고정시킨 후, 폴리머 시멘트를 이용 재미장하는 방식 등을 이용하여 왔다. 그러나, 이들 방법은 효용성이 낮고 작업성이 나쁘다는 평가를 받아 왔다.

또한 본 발명자가 개발한 실용신안 제0367257호(명칭:구조물의 망상 보호 보강부재)에서 에폭시 수지를 이용하여 유동성을 구속한 일직선 상의 1 개체와 이를 이용한 평형, 능형 형태의 와이어 망상 부재가 있으나 평형의 경우 와이어 굵기가 클수록 와이어와 와이어 교차지점의 접착력이 한계가 있어 탈락되는 문제가 있었고, 능형의 경우 탈락되는 현상은 없으나 형태의 유연성이 자유롭지 않은 결과로 사용범위가 한정되는 문제점이 있었다. 또한, 일직선 상의 1개체를 철근 대용으로 상용화함에 있어서 와이어의 마감된 표면이 합성 수지로 인해 표면 밀도가 높고 콘크리트와의 비결합성으로 결속력이 약화되는 현상, 그리고 탄성력과 내열도, 꺽임이나 구부림 등이 자유롭지 않아 콘크리트 내에 철근 대용으로 활용하기에는 적절히 않은 것으로 판단되었다.

상술한 바와 같이 국내외를 막론하고 와이어의 우수한 전단력을 응용한 콘크리트 보강기술이 다양하게 개발되고 있으나 유동성을 갖는 특성으로 그 활용범위에 한계가 있어 유동성을 제어할 수 있는 기술 개발이 절실히 요구되는 상황이다.

이에, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 와이어를 이용한 철근 구조물에 있어 유동성을 강하게 구속하는 동시에, 인장강도, 휨탄성력, 열전도성, 부식성 등의 문제점이 개선된 일직선 1개체 형태의 철근 구조물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은

(a) 와이어 로프를 금속 파이프에 삽입하는 단계; 및

(b) 상기 와이어 로프가 삽입된 금속 파이프를 압착하여 와이어 로프를 구속시키는 단계를 포함하는 철근의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계에서 와이어 로프를 금속 파이프에 삽입하기 전에 에폭시 수지 조성물에 침지시켜 에폭시 수지 조성물을 와이어 로프에 도포시키는 단계, 및 상기 (b) 단계에서 금속 파이프를 압착한 후에, 100~500℃의 온도로 1~3시간동안 가열하여 에폭시 수지 조성물을 경화시키는 단계를 더 포함함으로써 와이어 로프를 구속시킬 수 있다.

또한, 발명에 있어서, 상기 (b) 단계에서 금속 파이프를 압착하기 전에 금속 용융액을 금속 파이프와 와이어 로프 사이 공간에 채워 넣는 단계를 더 포함함으로써 와이어 로프를 구속시킬 수도 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계에서 금속 파이프를 압착하기 전에 금속 파이프와 와이어 로프를 융착 온도 직전까지 가열하는 단계를 더 포함함으로써 와이어 로프를 구속시킬 수도 있다.

본 발명에 따른 철근 구조물은 와이어 로프의 유동성을 강하게 구속함으로써 휨 탄성력을 갖는 철근 용도로서 효과가 좋고 특히, 인장력, 열전도성, 부식성 등 기존 와이어 철근의 문제점이 해결될 수 있다.

또한, 극한의 인장력이 요구되는 콘크리트 구조물에 내진 또는 보강 성능이 특히 우수하다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 철근의 형태를 나타내는 것으로서 그 표면층이 철근 형태와 같이 매듭을 갖는 것으로 와이어로프(1)에 에폭시 수지 조성물(2)이 함침 도포되어 금속 파이프(3) 내경에 삽입되고 기계를 이용하여 압착한 후 에폭시 수지 조성물을 가열 경화시켜 와이어 로프가 파이프 내경에 고정되어 일진선 상의 1개체가 형성된 것을 나타내며, 아래는 그 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 철근의 형태를 나타내는 것으로서 그 표면층이 평탄면을 갖는 것으로 와이어로프(1)에 에폭시 수지 조성물(2)이 함침 도포되어 금속 파이프(3) 내경에 삽입되고 기계를 이용하여 압착한 후 에폭시 수지 조성물을 가열 경화시켜 와이어 로프가 파이프 내경에 고정되어 일진선 상의 1개체가 형성된 것을 나타내며, 아래는 그 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 철근의 형태를 나타내는 것으로서 그 표면층이 철근 형태와 같이 매듭을 갖는 것으로 에폭시 수지 조성물을 사용하지 않고 와이어 로프(1)를 금속 파이프(3) 내경에 삽입한 상태에서 기계를 이용하여 압착하여 와이어 로프가 파이프 내경에 고정된 일진선 상의 1개체가 형성된 것을 나타내며, 아래는 그 단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 철근의 형태를 나타내는 것으로서 그 표면층이 평탄면을 갖는 것으로 에폭시 수지 조성물을 사용하지 않고 와이어 로프(1)를 금속 파이프(3) 내경에 삽입한 상태에서 기계를 이용하여 압착하여 와이어 로프가 파이프 내경에 고정된 일진선 상의 1개체가 형성된 것을 나타내며, 아래는 그 단면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 철근의 형태를 나타내는 것으로서 그 표면층이 철근 형태와 같이 요철면을 갖는 것으로 와이어로프(1)에 에폭시 수지 조성물(2)이 함침 도포되어 금속 파이프(3) 내경에 삽입되고 기계를 이용하여 돌출형으로 압착한 후 에폭시 수지 조성물을 가열 경화시켜 와이어 로프가 파이프 내경에 고정되어 일진선 상의 1개체가 형성된 것을 나타내며, 아래는 그 단면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 철근의 형태를 나타내는 것으로서 그 표면층이 평탄면을 갖는 것으로 와이어로프(1)에 에폭시 수지 조성물(2)이 함침 도포되어 금속 파이프(3) 내경에 삽입되고 기계를 이용하여 돌출형으로 압착한 후 에폭시 수지 조성물을 가열 경화시켜 와이어 로프가 파이프 내경에 고정되어 일진선 상의 1개체가 형성된 것을 나타내며, 아래는 그 단면도를 나타낸다.

이하에서 본 발명에 관하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 와이어 로프를 이용한 철근의 제조방법은

(a) 와이어 로프를 금속 파이프에 삽입하는 단계; 및

(b) 상기 와이어 로프가 삽입된 금속 파이프를 압착하여 와이어 로프를 금속 파이프에 강하게 구속시키는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명에서 와이어 로프를 금속 파이프에 구속하는 방법은 하기 방법이 사용 가능하다.

하나의 구현예에서는, 상기 (a) 단계에서 와이어 로프를 금속 파이프에 삽입하기 전에 고분자 수지 조성물에 침지시켜 고분자 수지 조성물을 와이어 로프에 도포시키는 단계 및 상기 (b) 단계에서 금속 파이프를 압착한 후에, 100~500℃의 온도로 1~3시간동안 가열하여 고분자 수지 조성물을 경화시키는 단계를 더 포함함으로써 구속할 수 있다.

다른 구현예에서는, 상기 (b) 단계에서 금속 파이프를 압착하기 전에 금속 용융액을 금속 파이프와 와이어 로프 사이 공간에 채워 넣는 단계를 더 포함함으로써 구속할 수 있다.

또 다른 구현예에서는, 상기 (b) 단계에서 금속 파이프를 압착하기 전에 금속 파이프와 와이어 로프를 융착 온도 직전까지 가열하는 단계를 더 포함함으로써 구속할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 와이어 로프의 재료는 스틸, 스테인레스 스틸, 탄소강, 동 알루미늄 및, 이들과 니켈, 크롬, 유황, 규소, 텅스텐, 바나듐, 몰리브덴, 탄소, 코발트, 붕소, 아연, 주석, 구리, 마그네슘 중 1 이상이 합금된 합금 형태의 금속 재료를 사용하는 것도 가능하고, 폴리에스터, 나일론, 아라미드, 탄소섬유 등의 기능성 섬유를 사용하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 금속 파이프의 재료는 스틸, 스테인레스 스틸, 탄소강, 동 알루미늄 및, 이들과 니켈, 크롬, 유황, 규소, 텅스텐, 바나듐, 몰리브덴, 탄소, 코발트, 붕소, 아연, 주석, 구리, 마그네슘 중 1 이상이 합금된 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.

특히, 고분자 수지 수지 조성물을 사용하지 않고 구속하는 경우에는 와이어 로프의 부식을 방지할 수 있도록 부식되지 않는 재료, 예컨대 스테인레스 스틸, 탄소강 등을 사용하는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 와이어 로프의 지름은 0.1~ 1000 mm 범위에서 선택되며, 금속 파이프의 내경보다 작은 것을 사용한다. 금속 파이프의 내경 또한 와이어 로프 및 와이어 로프 다발의 직경보다 큰 것이면 제한없이 사용 가능하나, 바람직하게는 0.1 ~ 2000mm의 두께 범위에서 선택되는 것이 좋다.

본 발명에 있어서, 상기 와이어 로프는 1개로 구성될 수도 있으나 2개 이상, 바람직하게는 10개 이하의 다발로 구성되는 것도 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 고분자 수지 조성물은 에폭시 수지, 멜라민 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, FRP, 라텍스 천연, 인공 수지 등 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용이 가능한 물질을 이용하는 것이 가능하다. 또한 예컨대 통상적으로 사용이 가능한 합성수지를 에멀젼화하여 시멘트와 무기물을 충전제로 하여 접착이 가능한 합성수지를 이용할 수도 있다.

상기 에폭시 수지는 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 일반적인 에폭시 기본수지외 염소를 포함하는 에폭시 수지, 노블락 에폭시 수지, 페놀노블락 수지, 브롬계 난연수지, 3관능, 4관능기를 갖는 에폭시 수지 외 그 혼합물을 사용할 수도 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 에폭시 수지 조성물은

(a) 에폭시 수지 40~80중량%, 반응성 희석제 10~30중량%, 비반응성 희석제 0.1~10중량%, 금속분말 1~10중량%, 무기물 충전제 1~20중량%, 응집제 1~5중량%, 난연제 1~30중량%, 소포제 0.01~1 중량%를 포함하는 주제성분; 및 (b) 이미다졸 경화 성분으로 구성된다.

다만, 상기 조성물에서 일부 소량 사용되는 성분의 경우, 예컨대 비반응성 희석제, 난연제, 소포제 등은 용도와 기능에 따라 제외하고 사용하는 것도 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 주제성분 및 경화 성분은 100:1~10 중량부의 비율로 포함되는 것이 바람직하고, 여기에 경화 촉진제를 더 포함할 경우 와이어를 더욱 구속할 수 있는 효과가 있다. 경화 촉진제로는 본 발명이 속하는 분야에서 일반적으로 사용되는 화합물은 제한없이 사용될 수 있으며, 구체적인 예로는 벤질디메틸아민(BDMA), 트리디메틸 아미노 메틸 페놀(K-54), 3급 아민 등의 아민 화합물과 머캡탄류 등을 들 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 주제성분에 사용되는 에폭시 수지는 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적으로 사용되는 에폭시 수지는 제한없이 사용될 수 있으며, 구체적인 예로는 에폭시 수지, 염소 포함 에폭시 수지, 노블락 에폭시 수지, 페놀 노블락 에폭시 수지, 브롬 포함 에폭시 수지, 3관능성 또는 4관능성 에폭시 수지 또는 그 혼합물을 들 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 주제성분에 사용되는 반응성 희석제의 예로는 트리메틸롤프로펜 트리글리시딜 에테르, 부틸글리시딜에테르, 페닐글리스딜에테르, 카르복실릭 글리시딜에테르, 네오산 글리시딜에테르, 헥산디올 디글리시딜에테르, 부탄디올 디글리시딜에테르 및 에폭시글리시딜에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 비반응성 희석제의 예로는 디부틸 프탈레이트 또는 디옥틸 프탈레이트를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 금속분말의 구체적인 예로는 아연, 알루미늄, 망간, 마그네슘, 카드뮴, 주석, 니켈, 이들의 합금 및 이들과 철의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 무기물 충전제의 구체적인 예로는 탄산칼슘, 탈크, 중탄, 실리카 및 백운석으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 응집제의 구체적인 예로는 실리콘 디옥시드, 에어로질, 벤토나이트, 실리카 및 화이트카본으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 난연제의 구체적인 예로는 데카브로모 디페닐 옥사이드, 펜타브로모 디페닐 옥사이드, 2,2,2-트리클로로에틸렌 디클로로포스페이트 및 에폭시 브롬화 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 소포제의 구체적인 예로는 폴리실록산을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 이미다졸 경화 성분의 예로는 2-에틸 4-메틸 이미다졸, 2-메틸 이미다졸 및 1-벤질 2-메틸 이미다졸로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 예시된 이미다졸 경화제 외에 지환족, 지방족, 방향족, 아민계 경화제, 폴리아미드 아민 경화제 등도 사용될 수 있으며, 통상적으로 이용되는 촉진제 등도 더 포함되어 사용될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 에폭시 수지 등의 고분자 수지 조성물로 이루어진 층을 중심층이라고 명명하며, 금속 파이프층은 외피층, 와이어 로프층은 코어층으로 명명한다. 중심층의 고분자 수지 조성물은 가열 경화에 의해 코어층 및 외피층에 경화 및 고착된다. 와이어 로프와 금속 파이프 내경 간에 적절한 유격이 있어서 이를 기계를 이용하여 압축함으로써 유동성이 구속되며, 또한, 가열에 의해 고분자 수지 조성물이 경화되어 결속력이 강화된다.

특히, 본 발명의 고분자 수지 조성물은 주제성분에 경화 성분을 미리 예비하여 10℃ 정도에서 장기로 6개월까지 가사 시간을 가질 수 있어 작업성이 개선된다. 또한 금속에 대한 접착력이 매우 우수하고 특히 내열도가 140℃ 이상으로 열에 대한 저항성이 매우 높으며, 간접열일 경우 금속에 비해 열변형에 대한 저항성이 매우 높게 나타나는 특성을 발휘한다.

본 발명에 따른 와이어 로프를 이용한 초장력 철근의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명하면, 우선 원하는 규격의 와이어 로프를 금속 파이프 내에 삽입시켜 유동성을 구속한다. 이 때 와이어 로프를 파이프 내경에 삽입 전 조성된 고분자 수지 조성물 액에 함침시켜 와이어 내부로 침투시키는 동시에 표면층까지 균일하게 도포되도록 하여 고분자 수지 조성물이 경화되기 전 고분자 수지 조성물이 도포된 와이어 로프를 파이프 내에 삽입한다. 이 때 함침 조성물은 저점도로 와이어 로프 내부로 깊숙이 침투가 용이하면서도 한 방향으로 몰리거타 흘러내리지 않도록 적절히 응집성을 갖도록 하는 것이 좋다.

또 다른 방법으로는 먼저 와이어 로프를 파이프 내에 삽입한 후 파이프와 와이어 로프 간의 유격에 고분자 수지 조성물을 채워 넣는 방법도 가능하다.

이후 기계를 이용하여 금속 파이프를 압착함으로써 와이어 로프를 금속 파이프에 구속하고, 이어서 가열하여 고분자 수지 조성물을 경화시킴에 의해 일직선상 1개체 형태의 철근을 제조한다.

이때 가열 온도와 시간은 100~500℃의 온도로 1~3시간동안 진행하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 경화된 고분자 수지 조성물은 열 변형온도가 150 ~ 200℃로 높기 때문에 내열성, 강도 등의 면에서 우수한 특성을 보이며, 와이어 로프 및 금속 파이프와의 접착력이 우수하고, 와이어 로프를 감쌈으로써 부식방지력도 우수한 특성이 있다.

또한 와이어 로프에 함침된 고분자 수지 조성물이 경화되기 전에 원하는 규격으로 굽힘이나 절곡을 형성한 후 경화시키는 방법 등으로도 제작이 가능하며, 완성된 제품이 굽힘이나 꺽임에서 자유로울 수 있는 용도로 하여 적절히 신율을 갖도록 하는 것도 가능하다.

본 발명에 따라 제조된 철근은 기존 철근 대비 중량을 획기적으로 줄일 수 있으며, 와이어 로프가 고분자 수지 조성물에 의해 도포되는 형태이므로 부식이 차단되고, 열전도율을 낮추는 효과도 크다. 또한 경화된 고분자 수지의 효과로서 인장력이 크게 향상되는 효과도 있다.

본 발명에 있어서, 상기 와이어 로프 및 금속 파이프의 외형은 설계나 용도에 따라 변경이 가능하며, 구체적으로는 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 육각형, 팔각형, 볼록형, 오목형 또는 돌출형 등으로 사용할 수 있다. 또한, 파이프의 표면 형태는 기존의 철근 매듭 형태 외에 콘크리트와의 결속력을 증대시킬 수 있는 또 다른 요철형태로 사용될 수도 있고, 평탄면 형태로도 가능하며, 새로운 요철 면을 갖도록 하여 콘크리트 구조물에 적용시 내진 성능과 보강 부재로서의 성능을 더욱 향상시킬 수도 있다.

본 발명에서 금속 파이프는 원형 형태로 말린 이음부가 연결되기 전 형태의 것을 사용하는 것도 가능하고, 이음부가 없는 무계목, 용접, 단접의 기술로 제조된 파이프도 사용 가능하며, 이음부가 교접된 파이프를 사용하는 것도 가능하다.

이하에서 실시예를 이용하여 본 발명을 구체적으로 설명하나 본 발명의 범위가 아래 기재된 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 - 에폭시 수지 조성물을 이용한 초장력 철근의 제조

와이어 함침 및 파이프내경 표면과의 접착을 위한 에폭시 수지 조성물을 하기 표 1의 조성으로 제조하였다.

구성성분	중 량
에폭시 수지 ⁽¹⁾	65.00
반응성 희석제⁽²⁾	13.00
비반응 희석제⁽³⁾	3.00
금속분말⁽⁴⁾	1.50
무기물 충전제⁽⁵⁾	5.0
응집제⁽⁶⁾	1.30
난연제⁽⁷⁾	6.70
소포제⁽⁸⁾	0.10
경화제⁽⁹⁾	4.00
촉진제⁽¹⁰⁾	0.40
합 계	100.00

와이어 함침 및 파이프내경 표면과의 접착을 위한 에폭시 수지 조성물을 하기의 조성으로 제조하였다.

상기와 같이 조성에 사용된 실제 제품의 화학성분명을 정리하였다.

(1)에폭시 수지 : 에피클로로하이드린과 비스페놀의 공중합체

(2)반응성희석제: 트리메틸롤프로펜 트리글리시딜 에테르

(3)비반응성희석제 : 디옥틸프탈레이트

(4)금속분말 : 아연

(5)무기물 충전제: 실리카

(6)응집제: 실리콘 디옥사이드(에어로질)

(7)난연제: 2,2,2-트리클로로에틸렌 디클로로포스페이트

(8)소포제: 폴리실록산

(9)경화제: 2-에틸 4-메틸 이미다졸

(10)촉진제: BDMA

상기 얻어진 에폭시 수지 조성물을 10~20℃의 온도에서 유지한 후, 스틸 와이어 로프 7×6규격으로 하여 로프 지름 6.35mm, 길이 1m 로 준비하고, 에폭시 수지 조성물에 함침과 동시에 그 표면층에 0.5~1mm 내외로 에폭시 수지 조성물을 도포하였다. 여기에 스틸 파이프 내경 지름이 7.5~8.5mm 파이프외경 두께가 2~3mm, 길이 1m 하여 파이프 내경에 삽입한 후 기계를 이용하여 압착시키고 다시 250℃에서 약 1시간가량 가열 경화시켜 시험 시편을 완성하였다.

실시예 2 - 금속 용융물을 이용한 초장력 철근의 제조

실시예 1과 동일한 방법으로 시험 시편을 제조하되, 에폭시 수지 조성물을 사용하지 않고 철 용융물을 파이프 내경과 와이어 로프에 부어서 채운 후 냉각시키면서 기계를 이용하여 강하게 압착시켜 시편을 제조하였다.

실시예 3 - 융착점 가열을 이용한 초장력 철근의 제조

실시예 1과 동일한 방법으로 시험 시편을 제조하되, 에폭시 수지 조성물을 사용하지 않고 파이프 내경에 와이어 로프를 삽입한 상태에서 가열하여 파이프와 와이어 로프가 가열되어 융착점 부근까지 가열된 것을 확인한 후 기계를 이용하여 강하게 압착시켜 시편을 제조하였다.

비교예 1

일반적으로 건축 보강재로 사용되는 원통형 스틸 철근(와이어 로프를 포함하지 않은 철근)을 실시예 1-3의 시편과 동일한 크기로 제조하였다.

성능평가 - 인장강도 /탄성률

KS B 0802법에 따라 상기 실시예 1-3 및 비교예 1에서 제조된 철근 시편의 인장강도 및 탄성률을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

시편	직경	인장하중(N)	인장강도(N/mm²)
실시예 1	10 mm	59000	756
실시예 2	10 mm	52800	667
실시예 3	10 mm	52800	666
비교예 1	10 mm	40344	566

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이 본원발명에 따라 와이어 로프를 금속 파이프에 강하게 고착시켜 제조된 철근은 종래의 일반적인 철근에 비하여 인장강도가 현저히 개선된 것을 알 수 있다. 또한, 인장하중 면에 있어서도 현저히 높다는 것을 알 수 있다. 이는 와이어와 파이프 사이에 고분자 수지(에폭시 수지), 금속 용융물 등이 내재되어 와이어의 유동성을 강하게 구속하기 때문이다. 또한, 에폭시 수지 자체의 특성으로 인해 와이어의 열전도도가 현저히 감소되며, 부식성이 개선될 수 있다. 또한, 본원발명에서 사용되는 상기 에폭시 수지 조성물은 상온 조건에서 상당 기간 동안 가사 시간을 유용할 수 있으며, 사용시에는 간단히 가열에 의해 경화시킬 수 있으므로 작업성도 현저히 개선된다.

1: 와이어 로프 다발
2: 에폭시 수지 조성물 층
3: 금속 파이프

Claims

(a) 와이어 로프를 고분자 수지 조성물에 침지시켜 고분자 수지 조성물을 와이어 로프에 도포시킨 후 와이어 로프를 금속 파이프에 삽입하는 단계; 및
(b) 상기 와이어 로프가 삽입된 금속 파이프를 압착하여 와이어 로프를 구속시키고 100~500℃의 온도로 1~3시간동안 가열하여 고분자 수지 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는 철근의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 금속 파이프를 압착하기 전에 금속 용융액을 금속 파이프와 와이어 로프 사이 공간에 채워 넣는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 금속 파이프를 압착하기 전에 금속 파이프와 와이어 로프를 융착 온도 직전까지 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 와이어 로프의 재료는 스틸, 스테인레스 스틸, 탄소강, 동 알루미늄 및, 이들과 니켈, 크롬, 유황, 규소, 텅스텐, 바나듐, 몰리브덴, 탄소, 코발트, 붕소, 아연, 주석, 구리, 마그네슘 중 1 이상이 합금된 합금 형태의 금속 재료, 또는 폴리에스터, 나일론, 아라미드 및 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 기능성 섬유인 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 금속 파이프의 재료는 스틸, 스테인레스 스틸, 탄소강, 동 알루미늄 및, 이들과 니켈, 크롬, 유황, 규소, 텅스텐, 바나듐, 몰리브덴, 탄소, 코발트, 붕소, 아연, 주석, 구리, 마그네슘 중 1 이상이 합금된 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 와이어 로프의 지름은 0.1~ 1000 mm 범위에서 선택되며, 금속 파이프의 내경보다 작은 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 와이어 로프는 1~10개로 구성된 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 고분자 수지 조성물은 에폭시 수지, 멜라민 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, FRP, 라텍스 천연 또는 인공 수지인 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 에폭시 수지 조성물은
(a) 에폭시 수지 40~80중량%, 반응성 희석제 10~30중량%, 비반응성 희석제 0.1~10중량%, 금속분말 1~10중량%, 무기물 충전제 1~20중량%, 응집제 1~5중량%, 난연제 1~30중량%, 소포제 0.01~1 중량%를 포함하는 주제성분; 및
(b) 이미다졸 경화 성분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 주제성분 및 경화 성분은 100:1~10 중량부의 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 에폭시 수지 조성물은 경화 촉진제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 주제성분의 에폭시 수지는 에폭시 수지, 염소 포함 에폭시 수지, 노블락 에폭시 수지, 페놀 노블락 에폭시 수지, 브롬 포함 에폭시 수지, 3관능성 또는 4관능성 에폭시 수지 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 주제성분의 반응성 희석제는 트리메틸롤프로펜 트리글리시딜 에테르, 부틸글리시딜에테르, 페닐글리스딜에테르, 카르복실릭 글리시딜에테르, 네오산 글리시딜에테르, 헥산디올 디글리시딜에테르, 부탄디올 디글리시딜에테르 및 에폭시글리시딜에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 비반응성 희석제는 디부틸 프탈레이트 또는 디옥틸 프탈레이트인 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 금속분말은 아연, 알루미늄, 망간, 마그네슘, 카드뮴, 주석, 니켈, 이들의 합금 및 이들과 철의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 무기물 충전제는 탄산칼슘, 탈크, 중탄, 실리카 및 백운석으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 응집제는 실리콘 디옥시드, 에어로질, 벤토나이트, 실리카 및 화이트카본으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 난연제는 데카브로모 디페닐 옥사이드, 펜타브로모 디페닐 옥사이드, 2,2,2-트리클로로에틸렌 디클로로포스페이트 및 에폭시 브롬화 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 이미다졸 경화 성분은 2-에틸 4-메틸 이미다졸, 2-메틸 이미다졸 및 1-벤질 2-메틸 이미다졸로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 와이어 로프 및 금속 파이프는 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 육각형, 팔각형, 볼록형, 오목형 또는 돌출형인 것을 특징으로 하는 철근의 제조방법.