KR101253056B1 - 통형상 강섬유 망의 겹침배치 구조에 의해 보강된 콘크리트 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트에 강섬유를 첨가하여 보강함에 있어서, 강섬유를 이용하여 통형의 망을 형성하고 이러한 통형 강섬유 망을 그 내부에서 서로 포개지도록 겹침배치하여, 이를 거푸집에 채운 후 콘크리트를 타설함으로써, 단편 형태의 강섬유를 콘크리트에 혼입할 때 강섬유의 방향성 생성 문제를 해결하면서도 통형상의 강섬유 망에 의해 콘크리트의 강도를 보강할 수 있도록 구성한 통형상 강섬유 망의 겹침배치 구조에 의해 보강된 콘크리트 구조물에 관한 것이다.
본 발명에서는 강섬유의 망으로 이루어져 있고 상기 강섬유의 망이 통형상으로 감겨져서 기둥 형상을 이루고 있되 기둥 단면의 크기가 서로 다르게 제작된 복수개의 강섬유 망이, 큰 기둥 단면을 가지는 강섬유 망 내부에 그 보다 작은 기둥 단면을 가지는 강섬유 망이 배치되어 있는 형태로, 서로 겹침 배치되어 있으며; 서로 겹침 배치되어 있는 강섬유 망이, 복수개로 서로 나란하게 거푸집 내에 담겨진 상태에서 콘크리트가 타설되어; 상기 강섬유 망이 콘크리트 내에 일체로 매립되는 구성을 가지 것을 특징으로 하는 강섬유 혼입 콘크리트 구조물이 제공된다.

Description

통형상 강섬유 망의 겹침배치 구조에 의해 보강된 콘크리트 구조물{Reinforced Concrete Structure having Multiple Cylinder type Steel Fiber}

본 발명은 강섬유 망에 의해 보강된 콘크리트 구조물에 관한 것으로서, 구체적으로는 콘크리트에 강섬유를 첨가하여 보강함에 있어서, 강섬유를 이용하여 통형의 망을 형성하고 이러한 통형상 강섬유 망을 그 내부에서 서로 포개지도록 겹침배치하여, 이를 거푸집에 채운 후 콘크리트를 타설함으로써, 단편 형태의 강섬유를 콘크리트에 혼입할 때 강섬유의 방향성 생성 문제를 해결하면서도 통형상 강섬유 망에 의해 콘크리트의 강도를 보강할 수 있도록 구성한 통형상 강섬유 망의 겹침배치 구조에 의해 보강된 콘크리트 구조물에 관한 것이다.

콘크리트의 강도를 향상시키기 위하여 수 cm 정도 길이의 강섬유를 콘크리트에 혼입하는 강섬유 콘크리트(Fiber Reinforced Concrete/ FRC)가 이미 알려져 있다. 이러한 강섬유 콘크리트는, 혼입된 강섬유가 콘크리트에 작용하게 되는 응력을 분담함으로써 콘크리트의 강도를 크게 향상시키게 된다.

그런데 이러한 종래의 강섬유 콘크리트가 가지는 가장 큰 문제점은 강섬유의 방향성이다. 강섬유의 혼입을 통해 콘크리트의 강도를 향상시키기 위해서는 콘크리트 내의 강섬유가 주응력 방향으로 배열되고 특히 해당 부위에 작용하는 응력의 크기에 비례하는 분포량을 가지는 것이 바람직한데, 실제 강섬유를 혼입하는 과정에서 또는 강섬유 혼입 후 콘크리트를 다짐하는 과정에서 강섬유가 원하지 않는 방향으로 배열되거나 또는 강섬유가 원하지 않는 부분에 뭉쳐서 존재하는 경우가 발생하게 된다. 이러한 콘크리트 내에서의 강섬유의 바람직하지 않는 분포는 결국 특정 방향으로의 콘크리트 강도 증진 효과를 저해하게 되므로, 이를 해결하기 위한 방안의 제시가 필요하다.

이와 관련하여 아래에서 선행기술문헌으로 소개하는 국내 공개특허공보 제1999-80463호(특허출원 제1998-13755호)에는 섬유를 링형태로 만들어서 콘크리트 내에 매립하는 기술이 개시되어 있다. 이와 같이 섬유링을 만들어서 콘크리트 내에 섬유링을 매립함으로써 섬유링에 의해 콘크리트를 보강하려는 의도는 긍정적이라고 볼 수 있지만, 몇가지 단점도 존재한다. 이러한 종래 기술이 가지는 한계를 극복하기 위하여 본 발명자는 통형상의 강섬유 망을 이용하여 콘크리트 구조물을 보강하는 기술에 대해 2010년 10월 13일자로 국내 특허출원 제2010-99821호를 진행하였다.

대한민국 공개특허공보 제1999-80463호(2007. 11. 05. 공개) 참조. 대한민국 특허출원 제2010-99821호(2010. 10. 13. 출원) 참조.

본 발명은 강섬유를 혼입하여 콘크리트 부재를 보강할 때하는 강섬유가 부적절한 방향성을 가지게 되거나 또는 뭉침현상이 발생하는 문제를 해결하기 위하여 개발된 것이다.

즉, 본 발명은 콘크리트 내에 강섬유가 존재하도록 하여 콘크리트의 강도를 증진시키면서도 강섬유가 원하지 않는 방향으로만 배열되거나 또는 콘크리트 내의 필요한 부분에서 원하는 방향으로 고르게 분포하지 않고 부적절하게 뭉쳐서 존재하게 되는 문제를 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 강섬유가 콘크리트 내의 필요한 부분에서 높은 밀도로 고르게 분포되며 사용자가 원하는 특정한 방향성을 가지면서 배열될 수 있도록 하여 강섬유의 혼입을 통한 콘크리트 강도 증진 효과를 극대화시키는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 강섬유의 망으로 이루어져 있고 상기 강섬유의 망이 통형상으로 감겨져서 기둥 형상을 이루고 있되 기둥 단면의 크기가 서로 다르게 제작된 복수개의 강섬유 망이, 큰 기둥 단면을 가지는 강섬유 망 내부에 그 보다 작은 기둥 단면을 가지는 강섬유 망이 배치되어 있는 형태로, 서로 겹침 배치되어 있으며; 서로 겹침 배치되어 있는 강섬유 망이, 복수개로 서로 나란하게 거푸집 내에 담겨진 상태에서 콘크리트가 타설되어; 상기 강섬유 망이 콘크리트 내에 일체로 매립되는 구성을 가지 것을 특징으로 하는 강섬유 혼입 콘크리트 구조물이 제공된다.

위와 같은 본 발명의 강섬유 혼입 콘크리트 구조물에서는 강섬유의 보강 필요 정도에 비례하여 강섬유 망의 겹침 배치되는 갯수가 증가되도록 하는 것도 바람직하다.

본 발명에 의하면, 사용자가 원하는 부분에서 강섬유가 주응력 방향으로 배열되어 사용자가 원하는 방향성을 띄게 되므로, 콘크리트 강도 보강효과가 더욱 증진된다.

또한 본 발명에 따른 통형상 강섬유 망은 제작과 사용이 매우 편리하며, 필요에 따라 그 크기 및 분포를 달리할 수 있어, 콘크리트 부재에 작용하는 응력에 맞추어 적절한 보강을 하기가 매우 용이하다는 장점이 있다. 특히, 본 발명에서는 강섬유 망을 서로 그 통형상 직경이 다르도록 제작하고, 작은 직경의 강섬유 망을 큰 직경의 강섬유 망 내에 겹치도록 배치함으로써, 콘크리트 부재 내에 원하는 량의 강섬유를 충분히 배치할 수 있게 된다. 따라서 강섬유의 혼입량을 필요한 만큼 적절히 용이하게 조절할 수 있게 되는 장점이 있다.

더 나아가, 본 발명에 있어서는, 위와 같이 강섬유 망의 크기나 분포를 제작하고자 하는 콘크리트 부재에 맞추어서 변경할 때, 강섬유 망의 지름만을 원하는 정도로 조절하여 제작하게 되면, 강섬유 망을 거푸집 내에 거치하는 작업만으로도 강섬유 망이 거푸집의 단면 형상에 따라 자동적으로 배치되므로, 별도의 추가적인 장치나 도구 없이도 손쉽게 원하는 강섬유의 배치가 가능한 장점도 있다.

또한, 콘크리트의 배합 시에 강섬유를 넣지 않기 때문에 콘크리트의 배합 공정이 간편해지고 기존 섬유보강 콘크리트에서 사용되는 것보다 회전력이 약한 믹서로도 배합이 가능해 진다. 즉, 본 발명에서는 콘크리트 페이스트를 형성할 때 강섬유가 없으므로, 통상적으로 섬유보강 콘크리트에서 나타나는 강섬유에 의한 콘크리트 페이스트의 유동성 저하 현상이 없으며, 따라서 콘크리트의 자기충전(Self Compaction) 성능이 강화되어 시공성이 좋아지는 장점이 있다.

더 나아가, 본 발명에 따라 통형상의 강섬유 망을 사용하여 콘크리트 구조물을 제작하는 경우, 강섬유 망이 자체적으로 방향성을 갖기 때문에 철근이나 텐던 같은 추가적인 보강재에 대한 별도의 배근작업이 필요 없어지게 되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에서 통형상 강섬유 망을 포개서 겹침 배치한 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 2는 I형 단면의 콘크리트 빔을 형성하기 위한 거푸집 내에 본 발명에 따른 통형상 강섬유 망을 겹침구조로 배치하여 채운 상태를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 상태의 개략적인 정면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 상태에서 콘크리트가 거푸집에 타설된 상태의 사시도이다.
도 5는 직경을 달리하여 제작한 본 발명에 따른 통형상 강섬유 망을 혼합하여, I형 단면의 콘크리트 빔 형성용 거푸집에 담은 예에 대한 도 2에 대응되는 개략적인 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 상태의 개략적인 정면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 상태에서 콘크리트 거푸집에 타설된 상태의 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1에는 본 발명에서 복수개의 통형상 강섬유 망을 포개서 겹침 배치한 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 강섬유 망(1)은, 강섬유에 의해 짜여진 망으로 이루어져 있되, 강섬유 망이 말려져서 통형상 또는 기둥형상을 이루고 있는 구성을 가지고 있다. 예를 들어, 강섬유가 가로와 세로로 배열되어 격자형태의 망눈을 가지는 강섬유 망을 형성한 후, 강섬유 망을 둥글게 감아서 원통형상이 되도록 만들어서 본 발명에 따른 강섬유 망(1)을 제작할 수 있는 것이다. 물론 섬유관련 분야에서 사용하는 연속적인 직조 기술을 이용하여 강섬유 망(1)을 연속적으로 제작할 수도 있다. 또한 도면에 예시된 것처럼, 원통형 또는 원기둥 형상으로 강섬유 망(1)이 말려질 수도 있지만, 타원형 단면을 가지는 기둥 형상이나 사각기둥 형상, 또는 기타 다각형 기둥 형상으로 강섬유 망(1)이 감겨서 말려질 수도 있다.

본 발명에 따른 강섬유 망(1)을 이루는 강섬유로는, 통상의 FRC 콘크리트에 사용하는 강섬유를 이용할 수 있지만, 특별히 강섬유의 굵기 즉, 강섬유의 직경이 약 0.2 내지 0.3 mm인 강섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나 강섬유의 직경은 이에 한정되지 않고, 통형상의 단면 크기에 따라 강섬유의 직경을 변화시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 강섬유 망(1)은 도면에 도시된 것처럼 원기둥 형상으로 제작하는 경우, 상기 원기둥의 지름은 약 7mm - 50mm 범위인 것이 바람직하다. 본 발명에서 강섬유 망(1)의 길이(L)는 필요에 따라 적절히 정할 수 있는데 대략 10m 이내가 된다. 그러나 강섬유 망의 길이 및 지름은 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 변화시킬 수 있다.

도 2에는 본 발명에 따른 통형상의 강섬유 망(1)을 이용하여 제작되는 콘크리트 구조물의 일예로서 I형 단면을 가지는 콘크리트 빔 부재를 형성하기 위한 거푸집(10) 내에 도 1의 통형상의 강섬유 망(1)을 채운 상태를 보여주는 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는 도 2에 도시된 상태의 개략적인 정면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 2에 도시된 상태에서 콘크리트가 거푸집에 타설된 상태의 사시도가 도시되어 있다. 거푸집(10)의 내부에 강섬유 망(1)이 채워진 것을 보여주기 위하여, 편의상 도 2 내지 도 4의 각각에서 콘크리트 빔 부재의 단부를 마감하는 거푸집 단부판은 도시를 생략하였다.

도면에 도시된 것처럼, 콘크리트 구조물을 형성하기 위한 거푸집(10)을 구축하고, 거푸집(10)의 내부에 구조물에 따라 필요한 보강 철근이나 긴장재를 배치한 후, 거푸집(10) 내부의 빈 공간에는 보강에 필요한 강섬유 양에 맞추어 본 발명에 따른 강섬유 망(1)을 필요한 개수로 채워 넣는다. 이 때, 본 발명에서는 기둥형상의 단면 크기가 서로 다른 복수개의 강섬유 망(1)을 서로 포개지도록 겹침 배치한 상태로 거푸집(10)에 채워진다. 즉, 도 2 내지 도 4에 도시된 것처럼, 기둥형상의 단면 크기가 작은 강섬유 망이, 그보다 더 큰 기둥형상의 단면 크기를 가지는 강섬유 망 내부에 삽입되어, 큰 크기의 강섬유 망 내부에 작은 크기의 강섬유 망이 겹침 배치되도록 하고, 이렇게 복수개가 겹침 배치된 상태의 강섬유 망을 거푸집(10)에 복수개로 차례로 적층하면서 채우게 되는 것이다. 도면에서는 3개의 단면 크기가 다른 강섬유 망이 겹침 배치된 것으로 도시되어 있지만, 겹침 배치하는 강섬유 망의 갯수는 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 2개의 강섬유 망을 겹침 배치하거나 4개 이상의 복수개를 겹침 배치할 수도 있다. 즉, 기둥형상의 단면 크기가 서로 다른 4개의 강섬유 망을 제일 큰 단면을 가지는 강섬유 망 속에 겹치도록 삽입 배치하고, 이렇게 겹침 배치된 것을 거푸집(10)에 채울 수 있는 것이다.

특히, 강섬유 망의 겹침 배치되는 갯수는, 강섬유의 보강 요구정도에 비례하여 증가될 수 있다. 즉, 강섬유의 보강이 많이 필요한 위치에서는 많은 개수의 강섬유 망을 위와 같이 겹침배치하고, 상대적으로 강섬유 보강이 적게 필요한 위치에서는 작은 갯수의 강섬유 망을 겹침배치할 수 있는 것이다.

한편, 강섬유 망(1)은 서로 나란하게 배치되도록 거푸집(10) 내에 채워지는 것이 바람직하다. 즉, 콘크리트 구조물이 도면에 예시된 것처럼, 길이가 긴 콘크리트 빔 부재일 경우, 콘크리트 빔 부재의 길이 방향과 강섬유 망(1)의 길이 방향이 동일 방향이 되도록 강섬유 망(1)을 서로 나란하게 거푸집(10) 내부에 채워 넣는 것이다.

이렇게 거푸집(10) 내에, 복수개가 겹쳐져 있는 구조의 강섬유 망(1)이, 순차적으로 나란하게 채워 넣어지면, 거푸집(10)에 콘크리트를 타설하여 상기 강섬유 망(1)이 콘크리트(20) 내에 매립되도록 함으로써, 강섬유 망(1)이 혼입된 콘크리트 구조물을 매우 용이하게 제작하게 된다. 도 1 내지 도 4에서 부재번호 40은 콘크리트 빔 부재에 배근되는 인장철근(40)이다. 상기 인장철근(40)은 필요에 따라 설치되는 것으로서 생략할 수도 있으며, 인장철근(40)을 대신해서 또는 이와 병행하여 긴장재가 배치될 수도 있다.

한편, 이와 같이 콘크리트 내에 본 발명에 따른 강섬유 망(1)을 겹침배치하고, 이렇게 겹침배치된 강섬유 망(1)을 거푸집에 채움에 있어서, 강섬유 망(1)의 길이(L)가 다르거나 강섬유 망(1)의 단면크기가 다르거나 또는 강섬유 망(1)의 종류가 다른 것(강섬유 자체의 굵기(직경)가 다르거나, 망눈의 크기가 다른 것 등) 또는 강섬유 망의 겹침배치 개수가 다른 것을 서로 혼합하여 사용할 수 있다. 도 5 내지 도 7에는 각각 이와 같이 여러 종류의 강섬유 망(1)을 혼합하여, 거푸집(10)에 담은 실시예가 도시되어 있는데, 구체적으로 도 5에는 여러 형태의 본 발명에 따른 통형상 강섬유 망을 혼합하여, 거푸집에 담은 예에 대한 도 2에 대응되는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5에 도시된 상태의 개략적인 정면도가 도시되어 있으며, 도 7에는 도 5에 도시된 상태에서 콘크리트가 거푸집에 타설된 상태의 사시도가 도시되어 있다.

도 5 내지 도 7에 예시된 것처럼 하부면에 인장력이 크게 작용하는 콘크리트 빔 부재의 제작을 위하여 거푸집(1)에 강섬유 망(1)을 혼입할 때, 강섬유 망(1)의 단면 크기가 작은 것을 거푸집(10)의 하부(강섬유의 보강이 상대적으로 더 필요한 위치)에 촘촘하게 채워 넣고, 상부(강섬유의 보강이 상대적으로 적게 필요한 위치)로 갈수록 즉, 콘크리트 빔 부재의 상면으로 갈수록 단면크기가 큰 강섬유 망(1)을 거푸집에 채워 넣는 방식을 이용하게 되면, 빔 부재에 작용하는 응력에 맞추어서 콘크리트 빔 부재의 상부와 하부의 강섬유 혼입량이 서로 다르게 할 수 있게 된다. 또한, 인장력이 크게 작용하는 하부면에는 서로 다른 단면 크기의 강섬유 망을 겸치게 배치한 것을 순차적으로 배치하고, 인장력이 작게 작용하는 상부에는 하나의 강섬유 망으로 이루어진 것만 순차적으로 배치할 수도 있다. 더 나아가, 강섬유의 보강이 필요한 부분(예를 들어, 빔 부재의 하부)에만 강섬유 망(1)을 배치할 수도 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 강섬유 망(1)을 이용하게 되면, 강섬유로 보강하고자 하는 콘크리트 부재에 작용하는 응력에 맞추어서 강섬유의 혼입량을 적절하게 조절하는 것이 매우 용이하게 되며, 필요한 부분에만 강섬유 망(1)을 배치함으로써 불필요한 부분에 강섬유가 존재하게 되는 것을 방지할 수 있게 되는 장점이 있다. 특히, 강섬유가 일부분에 뭉쳐서 국부적으로 집중하여 존재하는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 위에서는 콘크리트 빔 부재를 언급하였으나, 이는 하나의 예일 뿐이며 본 발명에 의해 만들어지는 콘크리트 구조물은 이에 한정되지 않는다.

이와 같이 강섬유를 본 발명에서와 같이 강섬유 망(1)로 만들어서 콘크리트에 혼입하게 되면, 강섬유가 특정한 부분에서 또는 특정한 방향으로 몰려서 배열되어 방향성을 띄게 되는 것을 방지하여, 콘크리트 내에 고르게 무작위의 방향을 가지면서 분포할 수 있게 되며, 그에 따라 더욱 콘크리트 강도 보강효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에 따른 강섬유 망(1)은 그 사용이 매우 편리하며, 필요에 따라 그 크기 및 분포를 달리할 수 있어, 콘크리트 부재에 작용하는 응력에 맞추어 적절한 보강을 하기가 매우 용이하다는 장점이 있다.

또한 본 발명에서는, 강섬유 망을 거푸집 내에 채워 넣는 작업만으로도 강섬유 망이 거푸집의 단면 형상에 따라 자동적으로 배치되므로, 별도의 추가적인 장치나 도구 없이도 손쉽게 원하는 강섬유의 배치가 가능한 장점도 있다.

또한, 콘크리트의 배합 시에 강섬유를 넣지 않기 때문에 콘크리트 재료를 서로 혼합하는 콘크리트 배합 공정이 간편해지고 기존 섬유보강 콘크리트에서 사용되는 것보다 회전력이 약한 믹서로도 배합이 가능해 진다. 즉, 본 발명에서는 콘크리트 페이스트를 형성할 때 강섬유가 없으므로, 통상적으로 섬유보강 콘크리트에서 나타나는 강섬유에 의한 콘크리트 페이스트의 유동성 저하 현상이 없으며, 따라서 콘크리트의 자기충전(Self Compaction) 성능이 강화되어 시공성이 좋아지는 장점이 있다.

위에서는 콘크리트 빔 부재를 언급하였으나, 이는 하나의 예일 뿐이며 본 발명에 의해 만들어지는 콘크리트 구조물은 이에 한정되지 않는다.

1: 통형상 강섬유 망
10: 거푸집

Claims (3)

1. 강섬유로 제작된 통형상의 강섬유 망이, 통형상 단면의 크기가 서로 다르게 제작되어, 큰 통형상의 단면을 가지는 강섬유 망 내부에 그 보다 작은 통형상의 단면을 가지는 강섬유 망이 배치되어 있는 형태로, 서로 겹침 배치되어 있으며;
   서로 겹침 배치되어 있는 강섬유 망이, 복수개로 서로 나란하게 거푸집(10) 내에 담겨진 상태에서 콘크리트가 타설되어;
   상기 강섬유 망이 콘크리트 내에 일체로 매립되어 존재함으로써 콘크리트의 강성을 보강하는 구성을 가지 것을 특징으로 하는 강섬유 혼입 콘크리트 구조물.
   
2. 제1항에 있어서,
   강섬유의 보강 요구정도에 비례하여 강섬유 망의 겹침 배치되는 갯수가 증가되는 것을 특징으로 하는 강섬유 혼입 콘크리트 구조물.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   강섬유 망체(1)의 통형상 단면 크기가 서로 다른 것이 혼합되어 거푸집(10)에 채워져 있되, 강섬유의 보강 요구량이 많은 위치에는 통형상 단면크기가 작은 강섬유 망(1)이 채워지고, 강섬유의 보강 요구량이 적은 위치에는 통형상 단면크기가 큰 강섬유 망(1)이 채워져 있는 것을 특징으로 하는 강섬유 혼입 콘크리트 구조물.

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