KR101091257B1 - 전기저항식 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법 - Google Patents

전기저항식 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소섬유보강재를 사용한 전기저항식 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강 공법에서 탄소 섬유강화플라스틱을 신장시키는 방법으로 탄소 섬유의 전기적 특성을 이용하여 통전시킴으로써 탄소 섬유강화플라스틱을 신장시켜 시공상 작업의 효율성을 높이고, 시공 원가를 절감시킬 수 있는 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법은 (a) 콘크리트 구조물의 하면에 일정 길이를 갖는 다수의 삽입 홈을 형성하는 단계; (b) 상기 삽입 홈에 삽입될 보강재에 접착제를 부착하는 단계; (c) 상기 보강재에 전기를 통과시켜 보강재를 신장시키는 단계; (d) 상기 각 삽입 홈에 상기 접착제가 부착된 보강재를 삽입하는 단계; (e) 상기 보강재가 삽입된 삽입 홈 내에 충진재를 넣어 표면 처리하는 단계; 및 (f) 상기 표면 처리 단계 이후 양생하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
표면매립공법, 콘크리트, 구조물, 보강, 탄소섬유강화플라스틱, 보강재, 접착제

Description

전기저항식 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법{NSM Strengthening Technique for Concrete Structure By applying Electricity System}
본 발명은 전기저항식 표면매립공법에 의하여 콘크리트 구조물을 보강하는 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강 공법에서 탄소 섬유강화플라스틱을 신장시키는 방법으로 탄소 섬유의 전기적 특성을 이용하여 통전시킴으로써 탄소 섬유강화플라스틱을 신장시켜 시공상 작업의 효율성을 높이고, 시공 원가를 절감시킬 수 있는 전기저항식 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트는 압축에는 강하나 인장강도가 낮고, 굽힘 하중 또는 휨 모멘트에 의한 균열 이후 쉽게 파괴되는 취성 파괴를 한다. 따라서, 대부분의 콘크리트 구조물은 철근 보강을 하여 인장 강도에 대한 보강을 실시하고 있다.
그러나 콘크리트 구조물은 시간이 지남에 따라 자연적으로 노후화가 되며, 특히, 철근 콘크리트 구조물은 철근의 부식이 일어나고 구조 성능과 내구성 저하가 일어난다.
이러한 특성을 갖는 콘크리트 구조물의 내구력을 높이기 위하여 치환공법, 단면증설공법, 부재추가공법, 부착공법, 프레스트레싱공법 등이 제시되고 있으며, 최근에는 콘크리트 면에 섬유강화플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Polymer)을 부착시키는 보강 공법이 제시되고 있다.
섬유강화플라스틱 부착공법은 크게 표면부착공법(Externally Bonded Method, EBM)과 표면매립공법(Near Surface Mounted, NSM)으로 구분이 되는데, 접착제를 사용하여 보강재와 콘크리트 구조물을 합성시켜서 보강효과를 발휘하게 한다.
이 중에서 표면매립공법인 NSM보강공법의 경우, 콘크리트 구조물의 천장이나 교량의 하부에 일정한 홈을 커팅하여 형성하고, 이 커팅된 홈에 접착제가 부착된 보강재를 삽입한 후, 표면 처리 등의 마감 작업을 하고 양생을 하게 된다.
여기서, 보강재로 탄소 섬유강화플라스틱(CFRP)을 사용할 경우, 웨이브가 형성된 탄소 섬유강화플라스틱을 신장시킨 상태에서 커팅된 홈에 삽입함으로써, 탄소 섬유강화플라스틱의 보강재에 의한 콘크리트 구조물의 인장 강도를 보강하게 된다.
그러나, 종래의 NSM보강공법 시에 보강재인 탄소 섬유강화플라스틱을 신장시킬 때 기계장치를 이용하게 되는데, 이 기계장치에는 유압잭과, 정착장치 및 동력장치 등이 포함된다. 이러한 기계장치는 장비의 부피가 크고, 장비의 이동성이 불편한 문제점이 있었다. 그리고, 기계장치에 의한 탄소 섬유강화플라스틱을 신장시킴에 따른 시공상 작업의 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 기존의 기계장치에 의해 탄소 섬유강화플라스틱을 신장시키지 않고, 탄소 섬유의 전기적 특성을 이용하여 통전시킴으로써 탄소 섬유강화플라스틱을 신장시켜 시공상 작업의 효율성을 높일 수 있으며, 시공 원가를 절감시킬 수 있는 전기저항식 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기저항식 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법은 (a) 콘크리트 구조물의 하면에 일정 길이를 갖는 다수의 삽입 홈을 형성하는 단계; (b) 상기 삽입 홈에 삽입될 보강재에 접착제를 부착하는 단계; (c) 상기 보강재에 전기를 통과시켜 보강재를 신장시키는 단계; (d) 상기 각 삽입 홈에 상기 접착제가 부착된 보강재를 삽입하는 단계; (e) 상기 보강재가 삽입된 삽입 홈 내에 충진재를 넣어 표면 처리하는 단계; 및 (f) 상기 표면 처리 단계 이후 양생하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
바람직하게는, 상기 보강재는 상기 각 삽입 홈에 한 쌍의 단위로 삽입되고,상기 (d) 단계와 (e) 단계 사이에는 (d1) 상기 각 삽입 홈에 삽입된 보강재의 단부에 슬리브(sleeve)를 장착하고, 상기 보강재와 보강재 사이에 쐐기(wedge)를 삽입하여 상기 보강재의 단부를 정착시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 슬리브 및 쐐기는 탄소 섬유강화플라스틱(CFRP) 재질 로 이루어진 것을 특징으로 하다.
한편, 바람직하게는, 상기 보강재는 탄소 섬유강화플라스틱 플레이트(CFRP Plate)인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법에 의하면, 탄소 섬유의 전기적 특성을 이용하여 통전시킴으로써 탄소 섬유강화플라스틱을 신장시켜 시공상 작업의 효율성을 높일 수 있으며, 시공 원가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하고자 한다. 첨부 도면 중, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법의 시공 공정을 보여주는 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 앵커부의 구조를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법은 (a) 콘크리트 구조물의 하면에 일정 길이를 갖는 다수의 삽입 홈을 형성하는 단계(S10)와, (b) 상기 삽입 홈에 삽입될 보강재에 접착제를 부착하는 단계(S20)와, (c) 상기 보강재에 전기를 통과시켜 보강재를 신장시키는 단계(S30)와, (d) 상기 각 삽입 홈에 상기 접착제가 부착된 보강재를 삽입하는 단계(S40)와, (e) 상기 보강재가 삽입된 삽입 홈 내에 충진재를 넣어 표면 처리하는 단계(S50), 및 (f) 상기 표면 처리 단계 이후 양생하는 단계(S60)를 포함하여 이루 어진다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보강방법은 콘크리트 구조물의 인장 강도를 보강해주기 위한 공법이며, 콘크리트 구조물의 하부면에 탄소 섬유강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)을 부착시키는 공법 중에 표면매립공법(Near Surface Mounted, NSM)에 관한 것이다.
표면매립공법은 외부부착공법에 의할 경우 보강재의 탈락에 의한 조기 파괴의 문제점을 보완하고자 하는 것으로, 철근 콘크리트 구조물에 홈을 파서 보강재를 매입함으로써, 보강재의 탈락현상을 방지하고 충분한 부착성능 확보와 구조물과 보강재의 완전 일체화 효과가 있어 기존 보강 공법에 비하여 구조 성능의 개선을 가져오며, 품질관리가 용이하고, 보강 후 구조물의 내구성을 확보할 수 있어 우수한 보강 공법으로 인정되고 있다.
먼저, 노후화되고 보강이 필요한 콘크리트 구조물의 하면에 일정 길이의 삽입 홈을 필요한 만큼 다수 형성하게 된다.(S10)
그리고, 삽입 홈에 삽입될 보강재가 삽입 홈 내에서 유지될 수 있도록 접착제를 부착하게 되는데(S20), 이 접착제로는 에폭시 레진 등을 사용하게 된다. 접착제를 부착하는 방법은 단순하며, 에폭시 레진이 담겨진 용기에 보강재를 넣어 적셔 주는 방법이 사용된다.
그리고, 본 발명에 따른 보강재로 탄소 섬유강화플라스틱(CFRP) 재질을 사용하게 되는데, 이 보강재에 전기를 통과시켜 신장시키는데(S30), 이는 탄소섬유의 전기저항(0.5 내지 0.8 ×10-3 Ωcm) 특성을 이용한 것이다.
탄소 섬유강화플라스틱(CFRP)는 가벼우면서도 부식성이 강하고, 강도가 크기 때문에 기존 구조물에 무게에 대한 부담감을 줄여주면서 강성과 강도를 증가시켜주고, 내부식성의 특징으로 지속성 측면에서도 효과적인 복합재료이다.
공장 또는 현장 인근에서 두 개의 탄소 섬유강화플라스틱(CFRP)에 전기를 통과시킴으로써 보강재를 신장시키게 되고, 이러한 통전을 통한 탄소 섬유강화플라스틱의 신장 방식은 통전되는 전류의 양에 따른 탄소 섬유강화플라스틱의 신장량을 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한 보강 전후의 콘크리트 구조물의 처짐을 측정함으로써 구조물에 적용 후의 신장력을 조절할 수 있게 되며, 현장 외부에서 작업이 수행되어 현장에서의 작업을 최소화할 수 있고 시공의 신뢰성을 확보할 수 있는 등의 기술적 특징을 이룰 수 있게 된다.
상술한 보강재에 접착제를 부착하는 단계(S20)와 보강재를 신장시키는 단계(S30)는 순서를 달리하여 시공될 수 있음을 밝혀둔다. 즉, 보강재를 신장시키는 단계 이후에 보강재에 접착제를 부착하는 단계의 순서로 시공할 수 있다.
그리고, 콘크리트 구조물의 삽입 홈에 보강재를 삽입하게 되고(S40), 보강재가 삽입된 삽입 홈 내에 충진재를 넣어 표면 처리하게 된다(S50). 이 과정에서 보강재는 삽입 홈에 한 쌍의 단위로 삽입되며, 보강재 삽입 후에는 기 제작된 쐐기와 슬리브로 이루어진 앵커를 보강재의 단부에 정착하는 단계(S41)가 더 포함된다.
정착물인 쐐기와 슬리브는 보강재와 유사하게 탄소 섬유강화플라스틱(CFRP) 재질로 만들어지며, 특히 슬리브는 랩핑(Wrapping) 가공됨으로써 시공 후 외부 환경에 의한 부식을 방지할 수 있다. 슬리브에는 인장력만 발생되며, 이는 강재보다 우수한 역학적 성능을 갖는다. 그리고, 쐐기는 약 100Mpa에 가까운 압축강도를 가지고 있어 쉽게 파괴되지 않는다.
한편, 표면 처리 단계(S50) 이후에는 충진재를 양생하는 공정(S60)이 이루어짐으로써, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보강공법이 완료된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법의 시공 공정을 보여주는 블럭도; 및
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 앵커부의 구조를 보여주는 도면이다.

Claims (4)

  1. (a) 콘크리트 구조물의 하면에 일정 길이를 갖는 다수의 삽입 홈을 형성하는 단계;
    (b) 상기 삽입 홈에 삽입될 보강재에 접착제를 부착하는 단계;
    (c) 상기 보강재에 전기를 통과시켜 보강재를 신장시키는 단계;
    (d) 상기 각 삽입 홈에 상기 접착제가 부착된 보강재를 삽입하는 단계;
    (e) 상기 보강재가 삽입된 삽입 홈 내에 충진재를 넣어 표면 처리하는 단계; 및
    (f) 상기 표면 처리 단계 이후 양생하는 단계;를 포함하는 전기저항식 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보강재는 상기 각 삽입 홈에 한 쌍의 단위로 삽입되고,
    상기 (d) 단계와 (e) 단계 사이에는 (d1) 상기 각 삽입 홈에 삽입된 보강재의 단부에 슬리브(sleeve)를 장착하고, 상기 보강재와 보강재 사이에 쐐기(wedge)를 삽입하여 상기 보강재의 단부를 정착시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기저항식 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 슬리브 및 쐐기는 탄소 섬유강화플라스틱(CFRP) 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기저항식 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 보강재는 탄소 섬유강화플라스틱 플레이트(CFRP Plate)인 것을 특징으로 하는 전기저항식 표면매립공법에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법.
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