KR101404487B1

KR101404487B1 - 섬유강화플라스틱(frp) 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법

Info

Publication number: KR101404487B1
Application number: KR1020130099663A
Authority: KR
Inventors: 이훈재
Original assignee: 주식회사 로하스기술; (주)유니텍기술
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2014-06-10

Abstract

본 발명은 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재를 이용한 콘크리트 구조물의 단면을 보수 보강하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 콘크리트 구조물 단면을 보수 보강함에 있어 콘크리트면을 치핑한 후에 치핑된 부분의 양단에 래칫휠 앵커볼트를 설치하고 그 두부에 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 정착시킨 후 래칫휠을 회전시킴에 의해 바잘트 섬유 스트랜드에 인장력을 부여하는 방법을 사용함으로써 인장강도, 압축강도 등의 물리적 특성이 향상되고 내구성이 향상되며, 특히 바잘트 섬유의 열악한 내알칼리성의 문제를 수지 코팅의 방법에 의해 해결함으로써 물리적 특성과 기계적 특성이 우수한 바잘트 섬유를 모르타르 내부의 보강제로 사용으로써 우수한 보수 보강 효과를 장기간 유지할 수 있으며, 상기 모르타르 표면에 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재 패널 또는 시트를 추가로 부착함으로써 외부 환경으로부터 표면을 더욱 안정적으로 보호할 수 있는 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법을 제공한다.

Description

섬유강화플라스틱(FRP) 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법{Method of repairing and reinforcing cross section of concrete structures using FRP reinforcement}

본 발명은 콘크리트 구조물의 단면을 보수 보강하는 공법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 콘크리트 구조물 단면을 보수 보강함에 있어 인장 강도를 증가시켜 콘크리트 구조물의 강도를 보강하는 동시에, 내알칼리성 등 화학적 안정성을 향상시키고 내진 내구성을 증대시키고 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재를 표면에 적용하여 표면 보호 효과를 극대화할 수 있는 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법에 관한 것이다.

철근 콘크리트 구조물은 건설 후 염해나 중성화, 알칼리 골재 반응, 화학적 부식 외에 물의 침투에 의한 강재의 부식 팽창 등으로 구조물이 열화되면서 장기적으로 내구성 및 사용성이 저하된다. 이러한 구조물의 열화가 계속 진행되면 결국 구조물의 붕괴를 초래할 위험성이 있기 때문에 지속적으로 관리하고 보수할 필요가 있다.

구조물 표면의 박리 또는 초기 결함이나 균열의 발생은 열화 요인의 이동을 용이하게 하여 열화의 진행을 촉진시키므로 철근 콘크리트 구조물의 안정성 및 성능 확보를 위해서는 열화 초기에 보수 보강을 실시하여 더 이상의 열화의 진행을 억제하고 내구 성능을 향상시킬 필요가 있다.

따라서 콘크리트의 열화, 강재의 부식, 기타의 원인에 의해 구조물 단면의 박리나 탈락 등의 열화 인자를 포함하는 콘크리트 부분을 제거한 후 단면을 원래의 성능 및 형태로 복원하기 위해 단면 복구 재료를 충진하거나 뿜칠 시공을 하여 보수를 실시하는 것이 일반적이다.

종래의 단면 복구를 위한 보수 보강재는 주로 시멘트계 모르타르나 폴리머 시멘트 모르타르 등을 사용하였는데, 이러한 종래의 보수 보강재는 기존 구조물의 열화를 억제하고 현재 이상의 내구 성능을 향상시키는 것을 목적으로 하여 강도를 높이거나 최초 시공시 부착 성능을 향상시키는 것에만 초점을 맞춘 것이 대부분이므로 시공 후 얼마 되지 않아 표면이 다시 쉽게 손상되기 때문에 보수 보강 공사를 자주 해야 하는 문제가 있었다.

이러한 종래의 보수 보강 공법의 문제점을 해결하기 위해 일부 기술에서는 콘크리트 구조물의 인장력을 받는 단면에 섬유판을 에폭시 등의 수지로 부착하거나 강판(또는 섬유보강판재)을 이용하여 앵커 등으로 인장력을 받는 단면에 부착하여 콘크리트 구조물에 대한 보수 보강을 실시하는 기술이 활용되어 왔다.(대한민국 등록특허 제0439922호, 대한민국 공개특허 특2000-0001355호 등) 그러나 에폭시를 이용하여 부착하는 방법은 시간이 경과함에 따라 섬유판과 에폭시가 콘크리트 구조물에서 분리되어 보수 보강의 효과가 반감되는 문제가 있었고, 강판을 앵커를 이용하여 부착하는 방법의 경우는 강판의 무게가 많이 나가 다루기 어렵고 시간이 경과함에 따라 강판이 부식되어 지지력이 약화됨으로써 효과가 지속되기 어려운 문제점이 있었다. 또한 섬유부강판재를 사용하는 방법의 경우도 단순히 접착제나 앵커에 의해 부착되어 있는 상태에 불과하므로 보강 효과가 크지 않은 한계가 있었다.

이러한 종래의 보수 보강 공법의 문제점을 해결하기 위한 방편으로 대한민국 등록실용신안 제0345919호에서는 인장력을 받는 콘크리트 구조물의 단면 내에 일정한 깊이와 길이를 갖는 수평홈부와 그 양측에 형성된 수직홈부를 설치한 다음, 그 내부에 보수 보강재로서 섬유재 로프를 설치하고 로프의 외부에 고강도 모르타르나 에폭시로 일정한 두께로 마감하여 콘크리트 외부 단면과 같게 마감한 다음, 상기 수직 및 수평홈부 내에 복수개의 주입관을 설치하고 그 주입관 내에 에폭시를 주입하여 완전히 충전시키고 에폭시가 고화되면서 섬유재 로프를 긴장시켜 결과적으로 콘크리트 구조물 단면이 긴장되도록 함에 의해 콘크리트 구조물의 단면을 보수 보강하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 이 기술은 수직홈 및 수평홈에 에폭시를 주입하기 위한 공정이 복잡하고 에폭시가 고화되면서 섬유재 로프를 긴장시키는 효율도 그다지 크지 않으므로 실제 활용성은 떨어지는 기술이다.

또한, 대한민국 등록특허 제0894492호는 아라미드 스트립 부재를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법에 관하여 제안하고 있으며, 구체적으로는 열화된 콘크리트를 치핑하여 제거한 다음 그 부위에 고강도 수성 아크릴 폴리머 모르타르로 채우고 그 위에 에폭시 레진이 코팅된 아라미드 스트립 부재를 부착시키고 다시 상기 아라미드 스트립 부재의 양측 단부와 요홈부 사이에 에폭시 레진을 코킹하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 단면 보강 방법에 관한 것이다. 그러나, 이 기술은 아라미드 스트립 부재를 형성하기 위해 우레탄을 이용하여 판형성 부재로 집적하여 형성하고 그 일면에 필 플라이를 부착한 후 제거하며 이에 의해 표면에 요철을 형성시켜야 하는 등 그 과정이 대단히 복잡하고 또한, 이 기술은 기존의 아라미드 섬유 시트를 보강재로 사용하던 경우의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 콘크리트에의 부착력을 강화하기 위한 기술에 불과할 뿐 보수 보강된 콘크리트 단면의 물리적 특성을 개선하고 이에 의해 보수 보강 효과를 장기간 유지하기 위한 방법과는 관련성이 떨어진다.

또한, 대한민국 등록특허 제0567343호는 건축 구조물 상에 바닥칠용 바인더를 형성하고 그 위에 접착제층을 형성한 다음, 접착제층의 상부에 바잘트 탄소섬유로 제직된 천으로 구성되는 것을 특징으로 하는 건축 구조물의 보강법에 관하여 개시하고 있다. 이 기술에서는 저렴한 바잘트 섬유를 그 표면에 탄소 콜로이드액으로 코팅하여 탄소 코팅된 일명 바잘트 탄소 섬유를 제조하여 콘크리트 구조물의 보강용으로 사용함으로써 고가의 탄소 섬유에 버금가는 강도, 내마모성, 내화학 성능을 부여할 수 있음을 설명하고 있다. 그러나, 이 기술에서 언급된 바잘트 탄소 섬유는 제조하는 공정이 매우 어렵고 이러한 바잘트 탄소 섬유를 이용하더라도 접착제에 의해 섬유가 단순히 부착되어 있는 것이므로 보강 효과는 크지 않다는 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 단면의 보수 보강이 필요한 콘크리트 구조물을 보수 보강함에 있어 원가가 매우 저렴하면서도 물리적 특성과 기계적 특성이 우수한 바잘트 섬유를 이용하여 보수 보강을 실시하되 바잘트 섬유가 갖는 내화학성 열악의 문제, 그 중에서도 알칼리성이 열악한 문제점을 개선하여 시멘트 모르타르에 의해 열화되지 않도록 구성하여 사용함으로써 경제적인 방법으로 보수 보강을 용이하게 수행하며, 상기 시멘트 모르타르가 경화된 후 그 표면에 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재를 덧대어 마감함으로써 표면 보호 효과를 더욱 강화할 수 있는 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법을 제공하고자 하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은

(1) 바잘트 섬유 스트랜드 표면에 수지를 도포하고 건조시켜 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 얻는 단계;

(2) 보수 보강이 필요한 콘크리트면을 치핑하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 표면을 다듬은 후, 상기 다듬어진 콘크리트 표면의 양 끝단에 래칫휠(ratchet wheel)과 폴(pawl)이 합체된 래칫휠(ratchet wheel) 앵커볼트(anchor bolt)를 설치하고 각 앵커볼트의 두부에 상기 (1)에서 얻은 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 정착시킨 후 한쪽 단부는 고정하고 반대편 단부는 래칫휠을 회전시켜 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드에 일정한 인장(pre-tension)을 가해주는 단계;

(3) 상기 인장된 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드가 설치된 구조물 표면에 모르타르 조성물을 도포하여 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드와 앵커 볼트가 외부에 노출되지 않도록 표면을 마감하는 단계; 및

(4) 상기 도포된 모르타르 조성물이 도포된 후에 모르타르 표면에 접착제를 도포하고 그 위에 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재 패널 또는 시트를 부착하는 단계

를 포함하는 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법을 제공한다.

본 발명에 따른 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.

1. 우선, 콘크리트 구조물의 보강재로서 기존 철근이나 강판, 또는 섬유강화판재 등을 사용하는 것이 아니라 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 사용하므로 부재의 무게가 가벼워 시공이 용이하며 보강재가 부식될 염려가 없어 별도의 부식 방지 공정이 필요치 않다.

2. 기존의 일반 바잘트 섬유의 경우 알칼리성 등 내화학성이 약하여 알칼리성이 강한 콘크리트 모르타르와 함께 사용하기 어려운 문제점이 있었는데, 본 발명에서는 이러한 내알칼리성 열악의 문제를 바잘트 섬유에 알칼리성에 대한 내성이 우수한 수지를 코팅함으로써 해결하여 바잘트 섬유를 스트랜드 상태로 보강재로 사용할 수 있는 특징이 있다.

3. 이와 같이, 바잘트 섬유를 스트랜드 상태로 사용하므로 작업이 간편하고 보강재의 사용량을 줄일 수 있는 동시에 원가가 매우 저렴한 바잘트 섬유를 사용하므로 시공에 따른 비용이 절감되는 등 경제적 효과가 매우 크다.

4. 또한, 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 프리스트레싱에 의해 인장력을 부여하므로 시공되는 모르타르의 인장강도 및 압축강도 등 물리적 특성이 현저히 개선되고 내구성이 강화되는 동시에 내진 효과도 발휘되어 보수 보강 효과가 장기간 유지될 수 있다.

5. 또한, 모르타르 조성물로서 일반 포틀랜드 시멘트에 비하여 경화시간이 10~15배 빠르고 압축강도가 초기에 매우 높게 발현되면서도 산업 부산물을 주원료로 한 모르타르를 사용할 경우 원재료비 절감을 통해 원가를 절감할 수 있고 기존 수입에 의존하고 있던 속경성 시멘트와 동등 이상의 강도 등 품질 확보가 가능하다. 또한, 상기 산업 부산물을 주원료로 사용한 모르타르는 수축이 발생하지 않고 유동성과 부착성이 우수하여 해수, 강수 등의 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강에도 사용될 수 있다.

6. 또한, 표면 모르타르 마감 후에 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재 패널 또는 시트를 접착제를 이용해 부착함으로써 외부 환경에 대한 저항성, 즉 표면 보호 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.

7. 또한, 보조적으로 FRP 보강재 판재 또는 시트가 부착된 표면에 수분과 산소 투과를 거의 완벽하게 차단할 수 있는 프라이머제를 도포함으로써 산소나 수분의 투과로 인한 콘크리트, 철근 및 앵커 볼트의 열화를 원천 차단할 수 있고, 상기 프라이머제의 외부에 열차단 도료를 추가로 코팅할 경우 계절적 요인에 의한 열과 한파의 전달을 차단하여 내부 보수 보강 재료의 열화를 방지함으로써 보수 보강 효과를 더욱 증진시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 이용한 콘크리트 단면 보수 보강 공법의 순서를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 사용될 수 있는 래칫휠 앵커볼트의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드가 래칫휠 앵커볼트에 정착되어 망사형 네트워크 구조를 나타내고 있는 것을 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 이용한 콘크리트 단면의 보수 보강 공정을 순서대로 나타낸 공정도이다.

이하에서는 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 하기 단계를 포함하여 구성된다. 즉,

이하에서는 도면을 참조하며 각 단계별로 나누어 구체적으로 설명한다.

1. 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드 제조

본 발명에서 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드는 고분자 수지액을 일반 바잘트 섬유 표면에 도포한 후 건조시켜 코팅함으로써 제조한다.

고분자 수지액을 바잘트 섬유 표면에 코팅하기 위해서는 섬유 제조 공정에서 코팅하는 방법과 섬유 제조 공정 이후에 코팅하는 방법이 있다. 섬유 제조 공정에서 코팅하는 방법은 바잘트 섬유 스트랜드를 제조한 후 섬유 표면에 고분자 수지 용액을 도포하고 코팅한다. 일반적으로 바잘트 섬유 스트랜드를 제조할 때 노즐을 통과해 형성되는 바잘트 섬유 스트랜드의 표면에 섬유끼리 들러 붙는 것을 방지하기 위하여 윤활유를 코팅하는 공정을 실시하는데, 본 발명에서는 이와 같은 윤활유 코팅 공정을 생략하고 바로 고분자 수지액 코팅을 실시할 수 있다.

또한, 섬유 제조 공정 이후 완성된 바잘트 섬유 스트랜드의 표면에 고분자 수지액을 코팅할 수도 있는데 고분자 수지액에 함침하거나 스프레이하거나 고분자 용액을 붓 등의 도구를 이용해 도포하는 방법 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 고분자 수지액은 내화학성, 그 중에서도 내알칼리성이 우수한 열경화성 수지액을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로는 상기 고분자 수지로는 에폭시 수지 또는 우레탄 수지를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

구체적으로, 바잘트 섬유 스트랜드의 표면에 수지를 코팅하는 것은 바잘트 섬유 스트랜드를 상온(25℃)에서 500~2000 cps를 갖는 액상 수지로 스프레이 또는 함침 등을 이용하여 도포함으로써 0.1~2.0 ㎛ 두께로 표면 도포층을 형성한 후 50~100℃의 건조기에서 건조하여 1차 코팅을 실시한 후, 동일한 액상 수지를 재도포하여 상기 얻어진 바잘트 섬유 스트랜드에 다시 0.1~2.0 ㎛ 두께로 표면 도포층을 재형성하고 50~100℃의 건조기에서 건조하여 2차 코팅을 실시함에 의해 수행할 수 있다.

본 발명에서 상기 고분자 수지액은 점도 조절된 수지와 각종 첨가제가 포함될 수 있으며, 첨가제로는 구체적으로 산화 방지제, 소포제, 난연제 등을 적당량 포함하여 제조될 수 있다. 상기 산화방지제는 산화아연이나 산화티타늄 등이 사용될 수 있으며, 상기 난연제로는 인계 난연제나 수산화알루미늄 등이 사용될 수 있다.

본 발명에서 고분자 수지로 표면이 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드의 코팅 두께는 고분자 수지액의 농도, 점도 등에 의해 조절할 수 있으며, 코팅의 회수에 의해 조절할 수도 있다. 코팅 회수는 통상 2회 실시하는 것이 바람직하나, 필요한 경우 그 이상 실시할 수도 있다.

본 발명에서 상기 고분자 수지의 코팅 두께는 바잘트 섬유가 외부에 노출되지 않아 내알칼리성이 충분히 확보될 수 있는 만큼 형성되는 것이 바람직하며, 구체적으로는 0.1~4.0 ㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.0~3.5 ㎛이다. 이와 같은 수지 코팅 두께를 갖는 바잘트 섬유는 내알칼리성이 확보될 수 있게 됨에 따라 모르타르로 바잘트 섬유를 덮을 경우에도 시멘트의 알칼리성에 의해 섬유가 열화되지 않으며, 에폭시 접착제와의 접착력이 강화될 수 있어 보강 효과가 증대될 수 있다.

2. 앵커 볼트 설치 및 바잘트 섬유 인장력 부여

콘크리트 구조물에서 열화 등에 의해 콘크리트에 균열이 발생하여 시간이 지나게 되면 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도가 점차 떨어지게 되고 균열 부위로 노출된 콘크리트는 중성화 현상이 진행되어 철근의 부식이 일어난다. 안전 진단 및 점검을 실시하여 이와 같은 현상이 발행하면 콘크리트 구조물의 단면을 보수 보강해야 건물의 수명을 오랫동안 유지할 수 있다.

이와 같이 안전 진단 및 점검 결과 보수 보강이 필요한 콘크리트 구조물에 대하여 균열이 발생한 콘크리트와 노출된 철근을 제거하여 열화되지 않은 콘크리트가 나올 때까지 단면을 기계를 이용하여 파쇄하고(치핑) 다듬는다. 이 때 다듬어진 콘크리트의 최외 표면은 모르타르의 부착이 용이하도록 거친 표면을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 (2)단계를 도 1을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면, 상기 (2)단계는

(가) 상기 치핑된 콘크리트 표면의 양 끝단에 앵커볼트를 삽입할 삽입홀(11)을 천공하는 단계;

(나) 상기 천공된 각 삽입홀에 래칫휠 앵커볼트(20)를 삽입하고 고정하는 단계;

(다) 상기 고정된 래칫휠 앵커볼트의 각 두부에 상기 (1)단계에서 얻어진 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드(12)의 양단을 정착시키는 단계; 및

(라) 상기 고정된 래칫휠 앵커볼트의 한쪽 단부는 고정하고 반대편 단부는 래칫휠을 회전시켜 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드에 일정한 인장을 가해주는 단계

로 구성된다.

먼저, 손상된 표면이 치핑된 콘크리트 표면을 잘 정리하여 표면을 평탄화시킨다. 이후 보수 보강하고자 하는 부분의 양 끝단을 천공하여 앵커 볼트를 삽입하여 설치한다. 이 때 앵커 볼트는 래칫 휠(ratchet wheel)과 폴(pawl)이 합체된 래칫 휠 앵커볼트를 사용하여 한쪽 방향으로만 회전이 가능하도록 한다. 회전되지 않는 앵커 볼트는 래칫 휠과 폴이 구비되지 않은 일반 앵커 볼트를 사용할 수 있다. 또한 앵커 볼트를 삽입하기 위한 삽입홀은 끝단이 손상되지 않은 콘크리트 단면까지 미치도록 깊숙이 형성시키는 것이 좋다.

본 발명에서 사용될 수 있는 래칫휠 앵커볼트의 일 예는 도 2에 잘 나타나 있다. 본 발명에서 사용되는 래칫 휠 앵커 볼트(20)는 래칫 휠(21) 주변에 한쪽 방향으로 기울어진 특별한 형태의 톱니(22)를 가지고 있고 이것에 폴(pawl)(23)을 물려 축의 역회전을 막고 간헐적으로 축을 회전시킬 수도 있는 형태의 래칫 휠을 사용한다. 이 때 상기 폴(23)은 V자 형태로 1~2개가 설치되고 작은 스프일(24)이 휠 쪽으로 밀고 있어서 밀고 있지 않은 방향으로는 톱니가 정방향으로 회전하면서 스프링이 밀고 있는 힘과 상관없이 돌아가면서 따르륵 소리가 나게 된다. 반대로 역방향쪽으로는 톱니 쪽에 폴이 걸려서 역회전을 막는다.

또한, 래칫휠 앵커볼트의 두부에는 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 정착시켜 래칫 휠의 회전에 의해 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드가 한쪽 방향으로 당겨져서 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드에 인장력이 가해질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이 때 상기 래칫휠 앵커볼트의 두부에 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 정착시키는 방법은 앵커볼트 상부 회전체(25)의 측면에 섬유 고정핀(26)을 꺽쇠 모양으로 부착시켜 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 여기에 묶어서 정착시킬 수 있다.

이렇게 고안된 래칫 휭 앵커볼트(20)를 콘크리트의 양쪽 삽입홀(11)에 삽입하여 고정하고 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 섬유 고정핀(26)에 정착시킨 다음, 한쪽 앵커볼트의 상부 회전체(25)를 스패너, 렌치 등의 공구를 이용하거나 손으로 회전시켜 일정한 인장력을 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드에 부여한다.

본 발명에서 사용되는 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드는 인장강도 10~30 g/d의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 바잘트 섬유 스트랜드는 바잘트 섬유 필라멘트들이 서로 꼬여서 만들어진 연사물들의 집합체를 말한다. 상기와 같은 연사물 형태를 갖는 스트랜드는 바잘트 섬유 필라멘트들 간의 집속력이 향상되어 우수한 강도를 갖고 모르타르 조성물과의 접착력이 향상될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 상기 바잘트 섬유 모노 필라멘트의 굵기는 0.5~3.0 데니어 범위에 드는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 바잘트 섬유 모노 필라멘트의 굵기가 0.5 데이어 미만이면 유연성은 우수하나 내마모성이 떨어질 수 있고 3.0 데니어를 초과하는 경우에는 유연성이 떨어져 앵커 볼트에서의 회전성이 좋지 않을 수 있다.

본 발명에서 상기 인장력은 앵커 볼트에 정착된 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 한쪽 방향으로 회전 시켜 프리 텐션(pre-tension)을 부여함으로써 그라우트되는 콘크리트 모르타르에 프리스트레스가 가해진다. 이 때 인장력은 콘크리트의 압축강도와의 관계를 고려하여 설정하는 것이 바람직하며 일반적으로 콘크리트 압축강도의 50~70% 범위에서 설정되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 경우에 따라 그 이하 또는 그 이상의 인장력을 가할 수도 있다.

상기 앵커볼트에 고정 설치되는 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드는 콘크리트 표면에서 직선을 이루어 한쪽 방향으로 수평하게만 설치될 수도 있으나, 수직 및 수평으로 설치되어 망사형 네트워크를 이루도록 설치되는 것이 더욱 바람직하다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드가 래칫휠 앵커볼트에 정착되어 망사형 네트워크 구조를 나타내고 있는 것을 나타내는 정면도이다. 이 때 설치되는 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드는 반드시 수평형이나 수직형 또는 망사형으로만 형성되는 것은 아니며 대각선형이나 엑스자형 등 인장력이 부여된 다양한 형태가 가능하다. 망사형 네트워크를 이루도록 설치될 경우와 같이 바잘트 섬유 스트랜드끼리 교접이 이루어지는 경우에는 프리 텐션을 가한 후에 수직 및 수평의 바잘트 섬유 스트랜드가 교접하는 부분의 일부 또는 전부에 바인더(30)를 이용하여 서로 연결되도록 할 수도 있다.

3. 모르타르 조성물 도포

상기 콘크리트 단면을 치핑(chipping)하여 열화 부위의 콘크리트와 부식 철근을 제거한 후 치핑된 부분에상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 프리 텐션을 가하여 수평형(또는 수직형) 또는 망사형 네트워크로 설치하고 그 위에 모르타르 조성물(13)을 그라우팅한다. 이에 따라 상기 (2)단계에서 설치된 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드(12)와 앵커 볼트(13)는 외부에 노출되지 않고 그라우팅된 모르타르 표면은 콘크리트 구조물의 표면과 같게 마감된다.

본 발명에서 사용되는 모르타르 조성물은 콘크리트 구조물의 단면 보수 보강용으로 사용되는 일반적인 모르타르 조성물은 제한없이 사용될 수 있으나, 산업 폐기물을 활용한 모르타르 조성물을 사용할 경우 물성 향상과 제조 비용 절감이 가능하므로 더욱 바람직하다.

이하에서는 상기와 같이 특수 개발된 모르타르 조성물에 관해서 상세히 설명한다. 본 발명에서 사용되는 상기 특수 모르타르 조성물은 산업 폐기물을 재활용하고 속경성 및 강도 확보를 위해 하기의 조성을 사용한다.

즉, 인조대리석 폐분말 100 중량부와 시멘트 슬러지 25~50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20~35 중량부를 포함하는 속경시멘트 20~50 중량%; 포틀랜드 시멘트 30~60 중량%; 알파형반수석고 5~30 중량%를 혼합하여 결합제를 제조한 후 상기 결합제에 충전재 및 골재를 혼합하여 제조된 모르타르 조성물을 사용할 수 있다.

산업 부산물로 폐기되는 인조대리석 폐분말과 시멘트 슬러지를 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고와 혼합하여 1000~1200℃에서 0.5~1 시간 동안 소성 후 평균입도가 10~20㎛가 되도록 분쇄하여 얻어진 속경 시멘트를 사용할 경우 일반 포틀랜드 시멘트 대비 경화시간(초결 및 종결)이 10~15배 이상으로 단축되고 압축강도가 초기에 매우 높게 발현될 수 있다. 이에 따라 산업 부산물을 재활용할 수 있는 길을 열고 원가를 절감할 수 있다.

구체적으로 본 발명에서 상기 속경 시멘트는 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여 시멘트 슬러지 25~50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20~35 중량부를 혼합하여 소성하고 분쇄함에 의해 얻어진다.

본 발명은 상기 얻어진 속경시멘트에 알파형반수석고를 혼합하여 사용한다.

즉, 상기 속경시멘트만 사용하는 경우 경화 시간이 빨라 초기 수축이 발생하므로, 수화 속도가 속경시멘트와 유사하고 팽창성이 있는 알파형반수석고를 혼합하여 사용함으로써 이들 간의 보완 효과로 인해 속경시멘트만 사용하는 경우에 비하여 경화 수축이 감소될 수 있다. 따라서 초기 균열을 방지하고 초기 강도가 속경시멘트를 단독으로 사용한 경우에 비해 더욱 향상되는 결과를 얻을 수 있다.

본 발명은 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여 시멘트 슬러지 25 ~ 50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20 ~ 35 중량부를 포함하는 속경시멘트 20 ~ 50 중량%; 포틀랜트 시멘트 30 ~ 60 중량%; 알파형반수석고 5 ~ 30 중량%로 이루어진 결합재를 모르타르 조성물에 사용한다. 보다 구체적으로 본 발명은 상기 결합재 20 ~ 50 중량%, 충전제 5 ~ 20 중량% 및 골재 40 ~ 70 중량%를 포함하는 모르타르 조성물을 사용한다.

또한, 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강을 위하여 수중불분리제를 0.1~3 중량% 범위로 추가로 포함할 수 있다. 상기 수중불분리제는 수중에서 모르타르 조성물의 점성을 향상시켜 분해되는 것을 방지하기 위하여 첨가되는 것으로, 메틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스와 같은 메틸계 셀룰로오스; 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카복시에틸셀룰로오스와 같은 에틸계 셀룰로오스; 히드록시프로필셀룰로오스와 같은 프로필계 셀룰로오스에서 선택되는 셀룰로오스계 증점제를 사용할 수 있다. 그 함량은 0.1 ~ 3 중량%를 사용하는 것이 적절한 점성을 발현하므로 바람직하다. 필요에 따라 수중에서의 점성을 더욱 증가시키기 위하여 수용성 아크릴계 수지 분말을 더 첨가할 수 있다. 수용성 아크릴계 수지분말은 수중불분리제 100 중량부에 대하여 1 ~ 30 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 필요에 따라 상기 결합재 100 중량부에 대하여, 분산제 0.1 ~ 10 중량부, 소포제 0.01 ~ 3 중량부, 지연제 0.01 ~ 10 중량부에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 방법으로 제조된 속경시멘트는 Al₂O₃의 공급원인 인조대리석 폐기물, CaO의 공급원인 시멘트 슬러지, CaSO₄의 공급원인 인산부산석고 또는 배연탈황이수석고를 상기 혼합비율로 혼합하여 사용함에 따라, 칼슘설포알루미네이트와 칼슘알루미네이트를 형성한다. 상기 칼슘설포알루미네이트는 물과 혼합되면 수화반응에 의해 주로 에트린자이트(ettringite) 또는 수산화칼슘 등을 생성하여 수화를 촉진시키는 작용을 한다. 또한 수화반응에 의하여 생성된 침상결정의 에트린자이트는 시멘트 모르타르 및 콘크리트의 미세 공극을 충진하여 강도를 발현시키거나 팽창시키는 역할을 하므로 강도가 우수하며 경화속도가 빠른 모르타르를 제조할 수 있다. 상기 칼슘알루미네이트는 CaO와 Al₂O₃를 주성분으로 하는 수화활성을 갖는 물질의 총칭이다. 구체적으로는, 상기 칼슘알루미네이트는 물과 반응하여 여러 가지 칼슘알루미네이트 수화물을 형성하는데 반응초기에 빠르게 이루어지므로 속경성을 나타내는 모르타르 조성물을 제조할 수 있다.

상기 인조대리석 폐분말은 Al₂O₃의 공급원으로 사용하기 위하여 사용되는 것으로, 아크릴계수지 또는 불포화폴리에스테르계수지로 제조되는 인조대리석의 연마공정에서 분말 형태로 발생되는 건축 폐기물로, 주성분은 수산화알루미늄이다. 상기 인조대리석 폐분말을 이용하여 속경시멘트를 제조함으로써 환경적인 문제를 해결할 수 있으며, 인조대리석 폐분말의 주성분인 수산화알루미늄은 고온에서 결정수가 탈리되어 산화알루미늄으로 되어 CaO 또는 황산칼슘과 결합하여 칼슘알루미네이트와 칼슘설포알루미네이트를 생성시킴으로써 속경성을 발휘하는 효과를 달성할 수 있다.

상기 시멘트 슬러지는 CaO의 공급원으로 사용하기 위하여 사용되는 것으로, 콘크리트 2차 제품(하수관, 흄관, 고강도 파일, 수로관 등)을 생산하는 공장들로부터 다량 발생되는 폐기물로, 시멘트가 물과 충분히 반응하여 시멘트 수화물을 형성한 것이므로 주성분은 Ca(OH)₂로 되어 있다. 그 함량은 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여, 25 ~ 50 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 25 중량부 미만으로 사용하는 경우 칼슘알루미네이트 성분이 충분히 생성되지 않아 속경성을 발휘하기 어려우며, 50 중량부를 초과하는 경우는 산화알루미늄과 반응하지 않고 CaO 성분으로 잔존하므로 비효율적이다.

상기 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고는 CaSO₄의 공급원으로 사용하기 위하여 사용되는 것으로, 그 함량은 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여 20 ~ 35 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 20 중량부 미만으로 사용하는 경우 칼슘설포알루미네이트 성분이 충분히 생성되지 않아 조직 치밀화에 의한 초기강도를 증진시키기 어려우며, 35 중량부를 초과하는 경우는 반응하지 않는 석고가 잔존하므로 비효율적이다.

본 발명에서 상기 속경시멘트를 제조하기 위해서는 인조대리석 폐분말, 시멘트 슬러지, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고를 혼합한 후, 1000 ~ 1200℃에서 0.5 ~ 1시간 동안 소성 후, 평균입도가 10 ~ 20㎛가 되도록 분쇄한 것을 사용하는 것이 콘크리트의 보수 보강용으로 사용하기에 적합한 속경성을 발휘하고 모르타르에 적용 시에 재료분리를 방지하므로 바람직하다. 평균입도가 상기범위보다 더 작을 경우 속경성은 더 크게 향상되나 모르타르에 적용시키기 위해서는 가사시간을 위해 지연제를 사용해야 하므로 비효율적이다.

본 발명에서 상기 속경시멘트는 전체 결합재 성분 중 20 ~ 50 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 20 중량% 미만일 경우 모르타르 강도가 저하되고 빠른 경화시간을 얻을 수 없으며, 50 중량%를 초과하는 경우 빠른 경화특성을 얻을 수 있으나 알파형 반수석고와의 상호작용으로 인한 과팽창으로 균열이 발생할 수 있다.

본 발명에서 상기 결합재 성분 중 포틀랜트 시멘트는 모르타르의 후기강도 발현을 위하여 사용되는 것으로, 1종 포틀랜트 시멘트를 사용하는 것이 바람직하며, 전체 결합재 성분 중 30 ~ 60 중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 결합재 성분 중 알파형반수석고는 속경성 시멘트와 수화 초기에 상호 반응하여 모르타르의 초기강도와 팽창을 발현하는 에트린자이트를 다량 생성시켜 우수한 압축강도 및 수축에 의한 균열을 방지하는 역할을 하기 위하여 사용되는 것으로, 전체 결합재 성분 중 5 ~ 30 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 5 중량% 미만일 경우 모르타르의 속경성이나 팽창성을 발현하기 어려우며, 30 중량% 초과인 경우에는 과팽창에 의한 균열과 원재료 가격의 상승을 초래할 수 있다.

본 발명에서 상기 속경시멘트, 포틀랜트 시멘트, 알파형반수석고로 이루어진 상기 결합재는 콘크리트 구조물의 보수보강용 모르타르 조성물 중 20 ~ 50 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 20 중량% 미만으로 사용하는 경우 초기 강도 저하 및 접착력 저하되고, 50 중량%를 초과하는 경우 사용 시 빠른 경화 및 높은 수화열 발생으로 초기 균열이 발생될 수 있다.

본 발명의 콘크리트 구조물의 보수 보강용 모르타르 조성물은 상기 결합재 이외에도 충전제, 골재를 포함하며, 부수적으로 수중불분리제를 포함할 수 있다.

구체적으로 충전제는 석회석, 석분, 탈크에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 그 함량은 5 ~ 20 중량% 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 5 중량% 미만인 경우 경화체의 수축을 억제하는 효과가 미미하여 건조 수축량이 증대될 우려가 있으며, 20 중량%를 초과하는 경우에는 충전재량이 과도해져 유동성 및 시공성이 저하될 수 있다.

상기 골재는 규사가 적합하며, 규사의 입도는 0.2㎜~2.5㎜인 것이 서로 분리되지 않고 접착성이 좋은 모르타르를 제조하기에 적합하므로 바람직하다. 상기 골재는 모르타르에 대한 작업성을 고려하여 전체 모르타르에 대하여 40∼70중량%의 비율을 가지는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 필요에 따라 상기 결합재 100 중량부에 대하여, 분산제 0.1 ~ 10 중량부, 소포제 0.01 ~ 3 중량부, 지연제 0.01 ~ 10 중량부에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

상기 분산제는 모르타르의 입자 표면에 흡착하여 입자 표면에 전하를 주어 입자들끼리 상호 반력을 일으키므로, 응집된 입자를 분산시켜 유동을 증가시켜 감수 효과로 인한 강도 증진이 가능하게 한다. 상기 분산제로서는 통상의 감수제를 사용할 수 있으며, 예를 들어 리그닌술포네이트, 폴리나프탈렌술포네이트, 폴리멜라민술포네이트 또는 폴리카복실레이트계 감수제로 이루어진 군으로부터 단독 또는 둘 이상 혼합사용이 가능하다. 상기 분산제의 함량은 상기 결합재 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 0.1 중량부 미만으로 사용하는 경우 상기 성능 발현이 이루어지지 않으며, 10 중량부를 초과하는 경우 과다 사용으로 인해 모르타르 점성이 저하하여 재료분리가 발생되는 단점을 지닌다.

상기 소포제는 모르타르 내의 거대 기공을 제거하여 모르타르의 강도와 외관을 좋게 하기 위하여 사용된다. 소포제로는 등유, 유동 파라핀 등과 같은 광유계 소포제; 동식물유, 참기름, 피마자유와 이들의 알킬렌옥사이드 부가물 등과 같은 유지계 소포제; 올레인산, 스테아린산과 이들의 알킬렌옥사이드 부가물 등과 같은 지방산계 소포제; 글리세린모노리시놀레이트, 알케닐호박산 유동체, 솔비톨모노라울레이트, 솔비톨트리올레이트, 천연 왁스 등과 같은 지방산 에스테르계 소포제; 폴리옥시알킬렌류, (폴리)옥시알킬에테르류, 아세틸렌에테르류, (폴리)옥시알킬렌지방산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌솔비탄지방산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬(아릴)에테르황산에스테르염류, (폴리)옥시알킬렌알킬인산에스테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬아민류, (폴리)옥시알킬렌아미드 등과 같은 옥시알킬렌계 소포제; 옥틸알콜, 헥사데실알콜, 아세틸렌알콜, 글리콜류 등과 같은 알콜계 소포제; 아크릴레이트폴리아민 등과 같은 아미드계 소포제; 인산트리부틸, 나트륨옥틸포스페이트 등과 같은 인산에스테르계 소포제; 알루미늄스테아레이트, 칼슘올레이트 등과 같은 금속비누계 소포제; 디메틸실리콘유, 실리콘 페이스트, 실리콘 에멀젼, 유기변성폴리실록산(디메틸폴리실록산 등의 폴리오르가노실록산), 플루오로실리콘유 등과 같은 실리콘계 소포제를 사용할 수 있다. 상기 소포제는 상기 결합재 100 중량부에 대하여 0.01~3 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 0.01 중량부 미만으로 사용하는 경우 교반 시 발생되는 기포를 제거하는 성능이 현저하게 낮아지며, 3 중량부를 초과하는 경우 조성물의 강도를 저하시키는 단점이 있다.

상기 지연제는 결합재의 수화속도를 조정하여 일정기간 작업성을 확보할 목적으로 첨가될 수 있다. 지연제로는 붕산과 붕사, 붕산나트륨, 붕산칼륨과 같은 붕산염류, 글루콘산, 시트릭산, 타르타르산, 글루코헵톤산, 아라본산, 사과산 또는 구연산 및 이들의 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 암모늄, 트리에탄올아민 등의 무기염 또는 유기염 등의 옥시카복실산; 글루코오스, 프럭토오스, 갈락토오스, 사카로오스, 크실로오스, 아비토오스, 리포오즈, 이성화당 등의 단당류나, 2당, 3당 등의 올리고당, 또는 덱스트린 등의 올리고당, 또는 덱스트란 등의 다당류, 이들을 포함하는 당밀류 등의 당류; 솔비톨 등의 당알콜; 규불화 마그네슘; 인산 및 그의 염 또는 붕산 에스테르류; 아미노카복실산과 그의 염; 알칼리 가용 단백질; 푸민산; 탄닌산; 페놀; 글리세린 등의 다가알콜; 아미노트리(메틸렌포폰산), 1-히드록시에틸리덴-1,1-디포스폰산, 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산) 및 이들의 알칼리 금속염, 알칼리토류 금속염 등의 포스폰산 및 그 유도체 등을 사용할 수 있다. 그 함량은 상기 결합재 100 중량부를 기준으로 0.01 ~ 10 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.

본 단계에서 상기 모르타르 조성물을 도포 시 1회 이상 반복 시공하는 경우 대상면과의 접착성을 위해 치핑된 단면의 최외 표면을 연마하여 거칠게 마감하는 것이 바람직하다. 상기 도포하는 단계는 스프레이 또는 흙손을 이용하여 1차 타설 시 5 ~ 15mm, 2차 및 3차 타설시 20 ~ 50mm, 최종 타설 시 5 ~ 15mm로 시공 및 미장하는 것이 바람직하나 상기 두께는 치핑된 콘크리트의 두께에 따라 변경 가능하다.

본 발명에서 상기 모르타르 조성물을 표면에 도포하기에 앞서, 상기 (2)에서 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드에 일정한 인장(pre-tension)을 가해준 후에 에폭시 접착제를 가해서 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 콘크리트 표면에 고정시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 이와 같이 에폭시 접착제를 이용해서 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 콘트리트 표면에 고정하게 되면 에폭시 접착제와 코팅된 수지간의 혼화성으로 인해 바잘트 섬유 스트랜드가 콘트리트 표면에 더욱 안정적으로 고정될 수 있는 효과가 있다.

4. FRP 보강재 패널 또는 시트 부착

한편, 상기 도포된 모르타르 조성물이 경화되면 그 표면에 접착제를 도포하고 그 상부에 FRP 보강재 패널 또는 시트를 부착하여 건축 구조물의 표면을 보호할 수 있다. 본 발명에서 상기 FRP 보강재는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 바잘트 섬유 등의 강화 섬유를 에폭시 수지나 포름 알데히드 수지 등의 열경화성 수지로 경화시켜 제조된 보강재로서 패널이나 시트 상으로 성형하여 사용한다. 이때 접착제로는 에폭시 또는 우레탄 접착제를 사용할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 접착제(14)를 모르타르(13)가 경화된 표면에 도포하고 그 위에 FRP 보강재 패널 또는 시트(15)를 부착함으로써 표면을 마감한다. 이와 같이 건축 구조물의 표면에 FRP 보강재 패널 또는 시트를 덧대어 보강할 경우 외부 환경으로부터 표면을 보호하는 효과가 뛰어나고, 알칼리성의 문제가 발생하지 않으므로 섬유의 물리적 특성 및 기계적 특성을 이용할 수 있으며, 에폭시 또는 우레탄 수지 등으로 이루어진 접착제를 이용하여 부착이 가능하므로 작업도 매우 간단하다.

5. 기타

본 발명에 따른 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법은 상기 모르타르 조성물 도포 및 FRP 보강재 패널 또는 시트 부착을 통한 마감 작업만으로 종료될 수도 있으나, 표면 성능을 더욱 개선하기 위해 추가 공정을 포함할 수 있다. 즉, 표면으로의 수분 및 산소의 투과를 방지하기 위한 프라이머제(방청제)를 더 도포하고 그 위에 기능성 도료를 추가로 도포할 수 있다.

구체적으로, 상기 프라이머제는 상기 모르타르 조성물을 평활하게 마감하고 건조한 후 그 표면에 변성 에폭시 수지로 이루어진 주제와 이소시아네이트 화합물로 이루어진 경화제를 혼합하여 얻어진 프라이머제를 얇게 도포한다.

본 발명에서 상기 변성 에폭시 수지는 킬레이트 배위자를 특수 변성 에폭시 수지 골격 속에 부가할 수 있는 수지로서 30~75mmKOH의 수산기값, 20,000~100,000의 분자량 및 20~75%의 고형분을 갖는 것을 사용한다. 분자량이 상기 범위를 벗어날 경우 수지의 바람직한 점도 범위를 벗어나고, 고형분이 너무 적으면 도료 구성이 어렵고 너무 많으면 수지 점도가 높아져 사용이 어려워진다. 또한 수산기값이 30mmKOH 미만이면 킬레이트 배위자를 골격 속에 부가하기 어려워지고, 75mmKOH를 초과하면 부착성이 낮아지므로 상기 범위를 유지할 필요가 있다.

또한, 본 발명에서 상기 이소시아네이트 화합물은 상기 변성 에폭시 수지의 수산기와 축합 반응하여 우레탄 결합을 이루는 화합물로서, 예를 들어 헥사메틸렌디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 등의 디이소시아네이트 화합물로서 내광성 및 내황변성이 우수한 물질을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 이소시아네이트 화합물은 적당한 용제로 희석하여 별도 용기에 보관한 후 사용 직전에 충분히 교반하여 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 주제인 변성 에폭시 수지와 경화제인 이소시아네이트 화합물은 사용 직전에 혼합하여 프라이머제를 제조하여 사용한다. 이 때 혼합되는 비율은 주제:경화제 = 1~10:1의 비율로 혼합하여 사용하며, 균일하게 될 때까지 충분히 교반하여 사용한다.

상기 프라이머제는 용제, 분산제, 침강방지제, 경화촉매 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 이 때 사용될 수 있는 용제로는 방향족 계열의 탄화수소를 사용하는 것이 바람직한데, 예를 들어 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 프라이머제는 분산성을 향상시키고 안정성을 높여주는 분산제 및 침강방지제를 추가로 사용할 수 있다. 분산제와 침강방지제는 프라이머의 제조과정인 분산 공정에 투입되어 프라이머내의 내부성분을 안정화시키고 저장기간 중 침강을 방지하기 위해 사용한다. 본 발명에서는 공지의 일반적인 분산제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 산성 그룹을 가진 블록 공중합체의 알킬 암모늄염계 분산제를 사용한다. 침강방지제 역시 공지의 일반적인 침강방지제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 변성 헥토라이트계 침강방지제를 사용한다.

또한, 상기 프라이머제에는 변성 에폭시 수지의 수산기와 경화제의 이소시아네이트기와의 결합인 우레탄 반응을 촉진하여 경화를 촉진시키기 위하여 경화 촉매를 추가로 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 경화 촉매로는 테트라메틸부탄디아민, 비시클로옥탄, 디부틸틴디라우레이트, 트리에틸렌디아민, 징크옥토에이트 및 칼슘옥토에이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 프라이머제는 1회 도장만으로도 산소 및 수분 차단과 방청 기능을 발휘할 수 있으나, 기능을 최적으로 발휘하기 위해서는 2~3회 재도장하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 프라이머제는 100~300g/m²으로 도포하고 도포 두께는 건조 전 단계에서 100 ~ 300㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 상기 프라이머제는 물의 투과도 0, 수증기 투과도 2mg/m².24hr 이하를 나타내어 완벽한 산소 및 수분 차단 기능을 발휘하며, 녹 진행 중의 불안정한 녹을 잡아 안정한 킬레이트화를 형성하고, 말단 미반응 수산기는 도막 형성을 빠르게 하고 건조 도중 외부의 영향을 없애는 작용을 하며, 또한 말단의 미반응 이소시아네이트기는 녹 중의 결정수와 반응하여 작용함으로써 물에 의한 녹 발생을 차단하는 역할을 한다. 이에 따라 외부의 수분이나 산소가 콘크리트 내부로 투과되는 것을 원천 차단할 뿐만 아니라 콘크리트 내부에 잔존하는 수분에 의한 녹 발생도 차단하는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 상기 프라이머제는 내수성, 내염수성, 내유성 및 내약품성이 뛰어나며, 특히 생력형 중방식 도료이므로 하지 처리 비용과 시간을 크게 줄일 수 있는 효과도 있다.

이어서, 상기 프라이머제가 도포되어 건조된 후에 그 표면에 도료 등의 기능성 도료를 추가로 도포할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 도료는 특별히 제한하지 않으나 하절기 외부의 태양열기와 동절기 한기로부터 내부의 콘크리트를 더욱 효과적으로 보호하기 위해 열차단 도료를 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 열차단 도료는 도료 내에 포함된 열차단제에 의해 열에너지를 운동에너지로 전환함으로써 열을 소모시켜 열차단 효과 및 결로 방지 효과를 발휘하며, 이러한 열차단 도료를 구조물 표면에 적용하여 도막을 형성함으로써 구조물의 단열 효과를 향상시킬 수 있다.

상기 열차단제는 ㎛ 단위의 아주 미세한 구형상의 알갱이로 이루어지며, 상기 열차단제의 내부는 속이 빈 구형상의 고분자재료 즉, 열가소성 수지의 플라스틱으로 이루어지면서 상기 고분자재료의 바깥면은 구형상의 무기재료가 감싸고 있으며, 속이 빈 구형상의 상기 고분자재료는 촉매에 의해 열의 교환운동이 일어나고, 상기 고분자재료 바깥면의 구형상의 상기 무기재료에 의해 열교환 운동을 보조하면서 도막의 마모나 열화를 방지하게 된다.

이와 같은 아주 미세한 알갱이로 된 열차단제는 다수개가 도료 내에서 골고루 분포되어 있게 되며, 8중량% 미만 또는 12중량%를 초과하여 첨가하게 되면 열차단제가 너무 적거나 너무 많게 되어 열교환 운동의 효과를 떨어뜨리게 되므로, 최적의 첨가범위는 8∼12중량%이다.

본 발명에서 상기 열차단 도료는 10 ~ 100㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하고 1~3회 도장하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일 예에 따른 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 이용한 콘크리트 단면의 보수 보강 공정을 순서대로 나타낸 공정도이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 이용한 콘크리트 단면의 보수 보강 공정은 먼저 바잘트 섬유 스트랜드를 고분자 수지로 코팅하여 내알칼리성이 강화된 바잘트 섬유를 제조하고(S11), 보수 보강이 필요한 콘크리트 구조물의 표면을 치핑하여 다듬은 다음(S12), 상기 다듬어진 콘크리트 표면에 본 발명자에 의해 고안된 상기 래칫휠 앵커볼트를 설치하고(S13), 상기 앵커볼트의 두부에 상기 설명된 방법에 의해 얻어진 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 양 끝단의 앵커볼트에 정착한 후(S14), 이어서 상기 앵커볼트의 한 쪽 단부는 고정하고 반대편 단부는 래칫휠을 회전시켜 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드에 일정한 인장력을 가해 준 다음(S15) 그 위에 모르타르 조성물을 도포하여 경화시키고(S16) 이후 상기 경화된 모르타르 표면에 접착제를 이용하여 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재 패널 또는 시트를 부착하여 마감하는 순서로 진행된다(S17).

본 발명에 따른 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법은 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 보강재로 사용하고 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드에 프리스트레싱에 의해 인장력을 부여하므로 시공되는 콘크리트의 인장강도 및 압축강도 등 물리적 특성이 현저히 개선되고 내구성이 강화되어 보수 보강 효과가 장기간 유지될 수 있는 효과가 있다. 또한, 내알칼리성 등 화학적 특성이 열악하여 모르타르 내부에 사용하기 어려웠던 바잘트 섬유를 간단한 방법에 의해 내알칼리성을 부여하여 모르타르 내부에 사용될 수 있도록 함으로써 바잘트 섬유 스트랜드를 콘크리트 구조물의 보강제로 사용할 수 있도록 하였으며, 또한 모르타르 도포 후에 그 경화된 표면에 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재 패널 또는 시트를 부착하여 표면을 외기 환경으로부터 안정적으로 보호할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명을 도면을 참조하여 그 특징에 관하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 콘크리트 균열 11: 앵커볼트 삽입홀
12: 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드
13: 모르타르 조성물 14: 접착제
15: 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재 패널 또는 시트
20: 래칫휠 앵커볼트 21: 래칫 휠
22: 톱니 23: 폴
24: 스프링 25: 회전체
26: 섬유 고정핀 30: 바인더

Claims

(1) 바잘트 섬유 스트랜드 표면에 에폭시 수지 또는 우레탄 수지 중에서 선택된 500 ~ 2000 cps의 점도를 갖는 열경화성 액상 수지로 도포하여 0.1~2.0 ㎛ 두께로 표면 도포층을 형성한 후 건조기에서 50~100℃에서 건조하여 1차 코팅을 실시한 후, 동일한 액상 수지를 재도포하여 상기 얻어진 바잘트 섬유 스트랜드에 다시 0.1~2.0 ㎛ 두께로 표면 도포층을 재형성하고 건조기에서 50~100℃에서 건조하여 2차 코팅을 실시함에 의해 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 얻는 단계;
(2) 보수 보강이 필요한 콘크리트면을 치핑하여 손상되지 않은 부분이 나올 때까지 표면을 다듬은 후, 상기 다듬어진 콘크리트 표면의 양 끝단에 래칫휠(ratchet wheel)과 폴(pawl)이 합체된 래칫휠(ratchet wheel) 앵커볼트(anchor bolt)를 설치하고 각 앵커볼트의 두부에 상기 (1)에서 얻은 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 정착시킨 후 한쪽 단부는 고정하고 반대편 단부는 래칫휠을 회전시켜 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드에 일정한 인장(pre-tension)을 가해주고, 인장을 가해준 이후에 에폭시 접착제를 가해서 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드를 콘크리트 표면에 고정시키는 단계;
(3) 상기 인장된 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드가 설치된 구조물 표면에 모르타르 조성물을 도포하여 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드와 앵커 볼트가 외부에 노출되지 않도록 표면을 마감하는 단계로서, 상기 모르타르 조성물은 인조대리석 폐분말 100 중량부에 대하여 시멘트 슬러지 25~50 중량부, 인산부산이수석고 또는 배연탈황이수석고 20~35 중량부를 포함하는 속경시멘트 20~50 중량%; 포틀랜드 시멘트 30~60 중량%; 알파형반수석고 5~30 중량%를 혼합하여 결합재를 제조한 후 상기 결합재에 충전재 및 골재를 혼합하여 제조된 모르타르 조성물을 사용하는 단계; 및
(4) 상기 도포된 모르타르 조성물이 도포된 후에 모르타르 표면에 접착제를 도포하고 그 위에 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재 패널 또는 시트를 부착하는 단계
를 포함하는 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법.
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청구항 1에 있어서, 상기 (2)단계는
(가) 상기 치핑된 콘크리트 표면의 양 끝단에 앵커볼트를 삽입할 삽입홀을 천공하는 단계;
(나) 상기 천공된 각 삽입홀에 래칫휠 앵커볼트를 삽입하고 고정하는 단계;
(다) 상기 고정된 래칫휠 앵커볼트의 각 두부에 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드의 양단을 정착시키는 단계; 및
(라) 상기 고정된 래칫휠 앵커볼트의 한쪽 단부는 고정하고 반대편 단부는 래칫휠을 회전시켜 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드에 일정한 인장을 가해주는 단계
로 구성되는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법.
청구항 1에 있어서, 상기 앵커볼트에 고정 설치되는 상기 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드는 콘크리트 표면에서 수직 및 수평으로 설치되어 망사형 네트워크를 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법.
청구항 5에 있어서, 상기 망사형 네트워크를 이루도록 설치함에 있어 프리 텐션을 가한 후에 수직 및 수평의 수지 코팅된 바잘트 섬유 스트랜드가 교접하는 부분의 일부 또는 전부에 바인더를 이용하여 서로 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법.
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청구항 1에 있어서, 상기 (4)단계 이후에 상기 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재 패널 또는 시트를 부착한 표면에 프라이머제를 도포하고 그 위에 기능성 도료를 도포하여 마감하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법.
청구항 9에 있어서, 상기 기능성 도료로는 열차단도료를 사용하는 것을 특징으로 하는 섬유강화플라스틱(FRP) 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 단면의 보수 보강 공법.