KR101578170B1

KR101578170B1 - 회전 가압봉을 이용하여 피치섬유 주변의 공극을 제거하게 되는 섬유보강폴리머 보강근의 제작방법 및 제작장치

Info

Publication number: KR101578170B1
Application number: KR1020140159836A
Authority: KR
Inventors: 박기태; 이상윤; 유영준; 황지현; 서동우; 김형열
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2015-12-16

Abstract

본 발명은 섬유보강폴리머(FRP)를 이용하여 제작한 봉형상의 FRP 보강근을 제작할 때, 피치섬유의 전방에 존재할 수 있는 공극을 최소화하거나 또는 공극을 제거함으로써, 피치섬유가 심재의 표면으로부터 더욱 선명하게 돌출된 형태로 존재하게 만들어서 콘크리트와의 마찰력 및 결합력을 향상시킬 수 있는 FRP 보강근의 제작방법 및 제작장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 심재(201)의 표면에 피치섬유(202)를 감아서 권취하고 그 위로 피복섬유(203)를 피복한 후, 수지를 경화시켜서 FRP 보강근(200)을 제작할 때, 수지의 경화 단계가 진행되기 전에, 피치섬유(202)의 권취 단계와 피복섬유(203)의 피복 단계를 지나온 심재(201)에 대해, 회전 가압봉(301)을 구비한 가압장치(300)를 심재(201)가 통과하도록 함으로써 피치섬유(202)의 전방 위치에서 회전 가압봉(301)이 피복섬유(203)를 가압하여 피복섬유(203)가 피치섬유(202)와 심재(201)의 표면에 밀착되게 하는 피치섬유 가압단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제작방법과, 이를 위한 제작장치가 제공된다.

Description

회전 가압봉을 이용하여 피치섬유 주변의 공극을 제거하게 되는 섬유보강폴리머 보강근의 제작방법 및 제작장치{Method and Apparatus for Manufacturing of FRP Bar}

본 발명은 수지와 섬유를 포함하여 만들어진 섬유보강폴리머 보강근을 제작하는 방법과 제작하는 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 섬유보강폴리머(Fiber Reinforced Polymer/"FRP")를 이용하여 제작한 봉형상의 보강근(이하, "FRP 보강근"이라고 약칭함)을 제작할 때, 심재의 표면에 피치(pitch)섬유를 감고 그 외면에 피복섬유를 도포하였을 때, 피치섬유의 주변에 존재할 수 있는 공극을 최소화하거나 또는 공극을 제거함으로써, 피치섬유가 심재의 표면으로부터 더욱 선명하게 돌출된 형태로 존재하게 만들어서 콘크리트와의 마찰력 및 결합력을 향상시킬 수 있는 새로운 구성의 "회전 가압봉을 이용하여 피치섬유 주변의 공극을 제거하는 FRP 보강근의 제작방법, 및 제작장치"에 관한 것이다.

철근의 부식에 의한 기능 상실 등을 대비하여, 콘크리트 구조물에 배근되는 철근을 대신하거나 또는 철근을 보조하는 용도로 사용하기 위한 FRP 보강근이 개발되어 있다. 이러한 종래의 FRP 보강근은 콘크리트 구조물의 보강을 위하여 사용된다는 점을 감안하여 통상적으로 "FRP 리바"라고도 부른다.

대한민국 등록특허 제10-1416181호에는 이러한 FRP 보강근을 제조하는 기술에 대해 소개하고 있고, 도 12에는 종래의 FRP 보강근을 제조하기 위한 종래 기술에 의한 제작장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있으며, 도 13에는 이러한 종래의 제작장치에 의해 만들어진 종래의 FRP 보강근의 형상에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 14에는 도 13의 선 F-F에 따른 종래의 FRP 보강근(200)에 대한 개략적인 횡방향의 단면도가 도시되어 있고, 도 15에는 도 14의 원 E부분에 대한 개략적인 확대도가 도시되어 있다.

종래에는 섬유 권취릴(101), 수지 공급부(102), 성형노즐(103), 회전 권취기(104), 블레이딩 장치(105), 가열기(106) 및 인발기(107)로 이루어진 제작장치를 이용하여 도 13에 도시된 형태의 FRP 보강근(200)을 제조하게 된다. 구체적으로 섬유 권취릴(101)로부터 공급되는 실처럼 가는 섬유를 다발로 만들어서 인발기(107)로 인발하게 되는데, 수지 공급부(102)를 거치면서 섬유가 수지에 함침된 상태에서 성형노즐(103)로 들어가면서 봉형상의 심재(201)로 성형된다. 후속하여 봉형상의 심재(201)가 회전 권취기(104)를 통과하는 과정에서, 회전 권취기(104)에 의해 심재(201)의 표면에는 피치섬유(202)가 감겨서 존재하게 되고, 계속 진행하면서 블레이딩 장치(105)에 의해 심재(201)의 표면과 피치섬유(202) 위로 그물망의 형태로 이루어진 피복섬유(203)가 덮여진다. 심재(201)의 표면에는 여전히 액상의 수지가 존재하므로, 피복섬유(203)는 수지에 함침되어 심재(201)와 피치섬유(202)를 덮게 되는데, 이렇게 피복섬유(203)가 덮인 상태의 심재(201)가 가열기(106)를 통과하면서 수지가 경화되어 FRP 보강근(200)이 만들어진다. 참고로 본 명세서에 첨부된 도면 전체에서 피복섬유(203)는 수지에 함침되어 심재(201)와 피치섬유(202)를 덮는 것인 바, 도면 도시의 편의를 위하여 피복섬유(203)를 명시적으로 그물형태로 표현하지는 않았다.

그런데 위와 같이 피치섬유(202)가 심재(201)에 감겨진 상태에서 그 위에 피복섬유(203)가 덮어씌워질 때, 도 13 내지 도 15에 도시된 것처럼, 피치섬유(202)가 존재하는 위치에서 피복섬유(203)는 완만한 굴곡을 가지면서 피복된다. 즉, 종래 기술에 의해 제작된 FRP 보강근(200)의 경우, 비록 콘크리트와의 부착력 및 마찰력 증대를 위하여 피치섬유(202)를 심재(201)의 표면에 감고 있지만, 피치섬유(203) 위로 피복섬유(203)가 피복될 때, 피치섬유(203) 위치에서 피복섬유(203)가 덮여서 만들어진 외면이 완만한 곡선을 이루게 되는 것이다. 이러한 피치섬유(203) 위치에서의 완만한 곡선 형태의 표면은 결국 콘크리트와의 견고한 부착을 어렵게 하고, 그에 따라 FRP 보강근과 콘크리트가 일체로 거동하지 못하게 되는 문제점을 발생시킨다.

특히 피복섬유(203)가 완만하게 피치섬유(202)를 덮음으로써 피치섬유(202)의 주변 즉, 전방과 후방에는 수지가 전혀 채워지지 아니한 빈 공간 형태의 공극(205)이 피복섬유(203)와 심재(201)의 표면 사이에 존재할 수 있게 되는데(도 13 참조), 이러한 피치섬유(202)의 주변에 존재하는 공극(205)은 결국 피복섬유(203)와 피치섬유(202) 간의 일체화를 약화시켜서 FRP 보강근(200)의 품질을 저하시키는 원인이 된다.

대한민국 등록특허공보 제10-1416181호(2014. 07. 09. 공고).

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점과 단점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 심재 위에 피치섬유가 감겨지고 그 위에 피복섬유가 도포되어 있는 구성의 FRP 보강근을 제작함에 있어서, 피치섬유의 주변에서 심재의 표면과 피복섬유 사이에 존재할 수 있는 공극을 최소화시켜서, 피치섬유 위로 피복섬유가 도포되더라도 피치섬유가 평면으로부터 돌출된 형태로 존재할 수 있도록 함으로써, 콘크리트와의 부착력 및 마찰력을 더욱 향상시켜서 FRP 보강근과 콘크리트간의 견고한 일체화를 이룰 수 있게 하는 FRP 보강근의 제작방법과 제작장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 섬유를 다발로 만들어서 인발하면서 섬유를 수지에 함침시켜 봉형상의 심재를 성형하는 단계, 봉형상 심재의 표면에 피치섬유를 감아서 권취하는 단계, 심재의 표면과 피치섬유 위로 피복섬유를 피복하는 단계, 및 수지를 경화시키는 단계로 포함하는 FRP 보강근의 제작방법에 있어서, 수지의 경화 단계가 진행되기 전에, 피치섬유의 권취 단계와 피복섬유의 피복 단계를 지나온 심재에 대해, 회전 가압봉을 구비한 가압장치를 심재가 통과하도록 함으로써 피치섬유의 전방 위치에서 회전 가압봉이 피복섬유를 가압하여 피복섬유가 피치섬유와 심재의 표면에 밀착되게 하는 피치섬유 가압단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제작방법이 제공된다.

또한 본 발명에서는 섬유 권취릴, 수지 공급부, 성형노즐, 회전 권취기, 블레이딩 장치, 가열기 및 인발기를 포함하고 있어서, 섬유를 다발로 만들어서 인발하면서 섬유를 수지에 함침시켜 봉형상의 심재를 성형하고, 봉형상의 심재 표면에 피치섬유를 감아서 권취하고, 심재의 표면과 피치섬유 위로 피복섬유를 피복한 후, 수지를 경화시켜서 FRP 보강근을 제작하는 장치로서, 회전 가압봉을 구비하고 있어서 피치섬유와 피복섬유가 피복된 심재가 통과하는 과정에서 회전 가압봉이 피치섬유의 전방 위치에서 피복섬유를 가압하여 피복섬유가 피치섬유와 심재의 표면에 밀착되게 하는 가압장치가, 블레이딩 장치와 가열기 사이에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제작장치가 제공된다.

위와 같은 본 발명에 따른 FRP 보강근의 제작방법 및 제작장치에서, 가압장치는, 중앙에 심재가 통과하게 되는 중공부를 가지는 프레임부재와, 프레임부재의 중공부 가장자리에 따라 복수개로 구비되어 있는 회전 가압봉을 포함하여 구성될 수 있는데, 이 경우 회전 가압봉의 상단은 원래 위치로 복원될 수 있게 하는 탄성 복원력을 발생시키도록 프레임부재에 힌지결합되어 있고, 회전 가압봉의 하단은 중공부의 중심을 향하여 연장되도록 구비되어 있으며; 피치섬유 가압단계에서는, 피치섬유와 피복섬유가 순차적으로 피복된 심재가 가압장치의 프레임부재에 형성된 중공부를 통과할 때, 피치섬유가 회전 가압봉에 부딪치게 되면, 회전 가압봉이 회전하면서 꺾이게 되어, 회전 가압봉에 의해 발휘되는 탄성 복원력에 의해 피치섬유의 방향으로 피복섬유에 가압력이 작용하게 됨으로써, 회전 가압봉의 하단이 피치섬유의 전방에서 피복섬유를 심재의 표면과 피치섬유 방향으로 가압하게 되는 구성을 가질 수 있다.

또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 수지에 함침된 섬유의 다발에 의해 봉형상으로 만들어진 심재와, 상기 봉형상의 심재 표면에 권취되어 있는 피치섬유와, 심재의 표면과 피치섬유 위로 피복되어 있는 피복섬유를 포함하여 구성된 FRP 보강근으로서, 상기한 피치섬유 가압단계 즉, 심재와 피치섬유위로 피복섬유가 피복된 후, 수지를 경화시키는 단계를 거치기 전에, 피치섬유와 피복섬유가 구비된 심재에 대해, 피치섬유의 전방 위치에서 회전 가압봉을 구비한 가압장치를 심재가 통과하도록 함으로써 회전 가압봉이 피복섬유를 가압하여 피치섬유의 전방 위치에서 피복섬유가 피치섬유와 심재의 표면에 밀착되게 하는 피치섬유 가압단계를 거쳐서 제작된 FRP 보강근이 제공된다.

본 발명에서는 피치섬유와 피복섬유가 피복된 심재에 대해 회전 가압봉을 이용하여 피치섬유의 전방에서 피복섬유를 가압함으로써, 피복섬유를 피치섬유와 심재의 표면에 더욱 밀착시키게 되고, 그에 따라 피치섬유의 전방 위치에서는 심재의 표면과 피복섬유 사이에서의 공극을 최소화시키게 되므로, 본 발명에 의해 제작된 FRP 보강근은, 피복섬유가 씌워진 피치섬유가 심재의 표면으로부터 선명하게 돌출된 표면 형상을 가지게 된다. 따라서 본 발명에 따른 FRP 보강근은, 콘크리트에 매립되었을 때 콘크리트와의 강한 부착력과 마찰력을 발휘하게 되어 콘크리트와 견고하게 일체화되는 작용효과를 발휘하게 된다.

또한 본 발명에서는 회전 가압봉이 피치섬유의 전방 위치에서 피복섬유를 심재의 표면과 피치섬유 방향으로 가압할 때 피복섬유에 긴장력이 도입되고, 그에 따라 피복섬유가 심재와 피치섬유의 표면에 강하게 밀착되어, 피치섬유에 의한 FRP 보강근의 표면 돌출 형상이 더욱 선명하게 되어, FRP 보강근과 콘크리트와의 일체화를 강화시키는 작용효과가 발휘된다.

즉, 본 발명에 의하면, 심재 위에 피치섬유가 감겨지고 그 위에 피복섬유가 도포되어 있는 구성의 FRP 보강근을 제작함에 있어서, 피치섬유의 전방 위치에서 심재의 표면과 피복섬유 사이에 존재할 수 있는 공극을 최소화시켜서, 피치섬유 위로 피복섬유가 도포되더라도 피치섬유가 평면으로부터 선명하게 돌출된 형태로 존재할 수 있도록 함으로써, 콘크리트와의 부착력 및 마찰력을 더욱 향상시켜서 FRP 보강근과 콘크리트간의 견고한 일체화를 이룰 수 있게 하는 효과가 발휘되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 FRP 보강근을 제작하기 위한 제작장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따라 FRP 보강근을 제작하기 위하여, 심재가 가압장치를 통과하는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2의 선A-A에 따라 가압장치를 반단면 상태로 도시한 도 2에 대응되는 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3의 원 B 부분에 대한 개략적인 확대도이다.
도 5 내지 도 10은 각각 본 발명의 제작방법에서, 회전 가압봉에 의해 피치섬유의 전방이 가압되는 상태를 순차적으로 보여주는 도 4에 도시된 부분에 대한 개략적인 횡방향 단면도이다.
도 11은 도 10의 원 G 부분에 대한 개략적인 확대도이다.
도 12는 종래의 FRP 보강근을 제조하기 위한 종래 기술에 의한 제작장치의 개략적인 구성도이다.
도 13은 종래의 FRP 보강근 제작장치에 의해 만들어진 종래의 FRP 보강근 형상에 대한 개략적인 사시도이다.
도 14는 종래의 FRP 보강근에 대한 도 13의 선 F-F에 따른 개략적인 횡방향의 단면도이다.
도 15는 도 14의 원 E부분에 대한 개략적인 확대도이다.

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. 특히, 본 명세서에서 "피치섬유의 전방"은 FRP 보강근의 제작을 위하여 심재를 인발하는 방향으로의 전방을 의미한다.

도 1에는 본 발명에 따라 FRP 보강근(200)을 제작하기 위한 제작장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 본 발명에 의한 FRP 보강근 제작장치는, 종래의 제작장치와 마찬가지로, 섬유 권취릴(101), 수지 공급부(102), 성형노즐(103), 회전 권취기(104), 블레이딩 장치(105), 가열기(106) 및 인발기(107)를 포함하고 있되, 추가적으로 심재가 통과할 때 피치섬유(202)의 주변에서 피복섬유(203)를 심재(201)의 표면과 피치섬유(202) 방향으로 가압해주는 가압장치(300)를 블레이딩 장치(105)와 가열기(106) 사이에 구비하고 있다.

도 2에는 본 발명에서 피치섬유(202)와 피복섬유(203)가 표면에 피복된 상태의 심재(201)가, 회전 가압봉(301)을 가지는 가압장치(300)를 통과하는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 3에는 가압장치(300)의 구성을 상세히 보여주기 위하여 도 2의 선A-A에 따라 가압장치(300)를 반단면 상태로 도시한 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 원 B부분에 대한 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 도 5 내지 도 10에는 각각 회전 가압봉(301)에 의해 피치섬유(202)의 전방이 가압되는 상태를 순차적으로 보여주는 도 4에 도시된 부분에 대한 횡방향의 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 11에는 도 10의 원 G 부분에 대한 개략적인 확대도가 도시되어 있다.

앞서 종래 기술과 관련하여 살펴본 것처럼, FRP 보강근(200)을 제작하는 기본적인 과정은, 섬유를 다발로 만들어서 인발하면서 섬유를 수지에 함침시켜 봉형상의 심재(201)를 성형하는 단계, 봉형상의 심재(201) 표면에 피치섬유(202)를 감는 단계, 심재(201)의 표면과 피치섬유(202) 위로 그물망의 형태로 이루어진 피복섬유(203)를 피복하는 단계, 및 수지를 경화시키는 단계를 포함하고 있고, 본 발명의 FRP 보강근의 제작방법에도 이와 동일한 단계를 포함하고 있다. 본 발명에 따른 FRP 보강근의 제작장치 역시 앞서 살펴본 종래 기술의 FRP 보강근 제작장치와 동일하게, 섬유를 공급하는 섬유 권취릴(101), 섬유가 함침되는 수지를 공급하는 수지 공급부(102), 수지에 함침된 섬유를 봉형상으로 성형하는 성형노즐(103), 수지에 함침된 섬유로 이루어진 봉형상의 심재(201)의 표면에 피치섬유(202)를 감아서 권취하는 회전 권취기(104), 심재(201)와 피치섬유(202)의 표면에 피복섬유(203)를 피복하는 블레이딩 장치(105), 수지를 경화시키는 가열기(106), 및 봉형상의 FRP 보강근을 인발하는 인발기(107)를 포함하고 있다.

그러나 종래 기술과 달리, 본 발명에서는 이러한 기본적인 FRP 보강근의 제작과정에서, 가열에 의한 수지의 경화 단계가 진행되기 전에, 피치섬유(202)의 권취 단계와 피복섬유(203)의 피복 단계를 지나온 심재(201)가 가압장치(300)를 통과하게 되고, 그 과정에서 가압장치(300)에 구비된 회전 가압봉(301)에 의해 피치섬유(202)의 주변에서 피복섬유(203)가 가압되는 피치섬유 가압단계를 거치게 되며, 이를 위하여 본 발명의 FRP 보강근 제작장치에는, 블레이딩 장치(105)와 가열기(106) 사이에 가압장치(300)가 더 구비되어 있다.

본 발명의 FRP 보강근 제작장치 및 제조방법에서, 종래 기술과 중복되는 구성에 대해서는 반복 설명을 생략하며, 다음에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 가압장치(300)의 일예에 대한 구성과, 이를 이용한 피치섬유 가압단계에 대하여 구체적으로 살펴본다.

가압장치(300)는 중앙에 심재(201)가 통과하게 되는 중공부를 가지는 프레임부재(302)와, 프레임부재(302)의 중공부 가장자리에 따라 복수개로 구비되는데 상단은 프레임부재(302)에 탄성을 가진 상태로 힌지결합되어 있고 하단은 중공부의 중심을 향하여 연장되어 있는 회전 가압봉(301)을 포함하여 구성되어 있다.

프레임부재(302)는 도면에 예시된 것처럼, 원형 띠 형태의 부재로 이루어질 수 있는데, 그 중앙의 중공부에는 심재(201)가 통과하게 된다. 회전 가압봉(301)은 봉 형태의 부재로서, 그 상단은 프레임부재(302)에 결합되고 하단은 중공부의 중앙을 향하도록 배치된다. 회전 가압봉(301)이 심재(201)가 연장되는 방향(심재가 인발되는 방향/종방향)으로 회전될 수 있도록 회전 가압봉(301)의 상단은 프레임부재(302)에 힌지결합된다. 특히, 후술하는 것처럼 피치섬유(202)와 피복섬유(203)가 피복된 심재(201)가 프레임부재(302)의 중공부를 통과하는 과정에서 회전 가압봉(301)이 피치섬유(202)에 걸려서 종방향으로 꺾이는 형태로 회전한 후, 피치섬유(202)가 통과한 후에는 다시 회전 가압봉(301)이 프레임부재(302)에 대해 연직한 상태로 자동 복귀시킬 수 있도록 탄성을 가진 채로 회전 가압봉(301)의 상단이 프레임부재(302)에 힌지결합된다. 즉, 회전 가압봉(301)의 상단과 프레임부재(302)가 탄성힌지결합부(303)에 의해 힌지결합됨에 있어서, 상기 탄성힌지결합부(303)에는 회전스프링, 코일스프링 등과 같이 탄성의 복원력을 발휘할 수 있는 스프링부재를 설치하여 회전 가압봉(301)이 꺾여서 회전한 후에는, 스프링부재의 복원력에 의해 회전 가압봉(301)이 프레임부재(302)에 연직한 상태로 복귀할 수 있는 구조를 가지고 있는 것이다.

이와 같이 탄성을 가지고 그 상단이 프레임부재(302)에 힌지결합된 회전 가압봉(301)은 복수개로 프레임부재(302)에 구비되며, 복수개의 회전 가압봉(301) 하단은 프레임부재(302)의 중공부 중앙으로 모이게 된다. 즉, 복수개의 회전 가압봉(301) 하단이 모이게 되면, 심재(301)만이 간신히 통과할 수 있게 하는 크기를 가지는 구멍만이 존재하게 되는 것이다. 구체적으로 복수개의 회전 가압봉(301) 하단이 모여서 이루게 되는 중앙의 통과공은 그 지름이, 심재(301)에 피치섬유(302)가 감겨진 상태에서의 지름 미만이 된다.

앞서 설명한 것처럼 심재(201)의 외면에 피치섬유(202)와 피복섬유(203)가 순차적으로 피복된 상태에서 인발되면서, 위와 같은 구성을 가지는 가압장치(300)의 프레임부재(302)에 형성된 중공부를 통과하게 된다. 이 과정에서, 피치섬유(202)가 회전 가압봉(301)에 부딪치게 되면, 도 5 내지 도 7에 순차적으로 도시된 것처럼 회전 가압봉(301)이 회전하면서 꺾이게 된다. 회전 가압봉(301)의 상단은 원래 위치로 복원되려는 탄성 복원력을 발휘할 수 있는 탄성힌지결합부(303)를 통해서 프레임부재(302)에 탄성 힌지결합되어 있으므로, 회전 가압봉(301)이 회전하여 꺾인 상태에서는 피치섬유(202) 방향으로 가압력이 작용하게 되어, 회전 가압봉(301)의 하단이 피치섬유(202)의 전방에서 피복섬유(203)를 심재(201)의 표면과 피치섬유(202) 방향으로 가압하게 된다. 회전 가압봉(301)에 의해 눌려진 피복섬유(203)는 피치섬유(202)와 심재(201)의 표면에 더욱 밀착하게 되고, 그에 따라 피치섬유(202)의 전방 위치에서 심재(201)의 표면과 피복섬유(203) 사이에는 공극이 존재하기 어렵게 된다. 즉, 피치섬유(202)의 전방 위치에서 심재(201)의 표면과 피복섬유(203) 사이에는 공극이 존재하지 않게 되거나, 또는 공극이 존재하더라도 그 크기가 매우 작아져 최소화된다. 도 5 내지 도 7에서 피치섬유(202)의 전방에서 점선으로 표현된 부분은, 도면에 도시된 상태의 바로 직전의 상태를 보여주는 것이다. 즉, 도 6에서 피치섬유(202)의 전방에서 점선으로 표현된 부분은 도 5에 도시된 상태(회전 가압봉에 의해 피복섬유가 가압되기 시작하는 상태)를 보여주는 것이다.

이와 같이 본 발명에서 심재(201)와 피치섬유(202) 위를 덮고 있는 피복섬유(203)는 피치섬유(202)의 전방 위치에서 회전 가압봉(301)에 의해 눌리게 되고, 그에 따라 피복섬유(203)의 표면은 눌리기 전의 완만한 곡선보다는 더 굴곡진 형태 즉, 피치섬유(202)의 형상에 맞추어서 심재(201)의 표면으로부터 크게 돌출된 형태를 이루게 된다. 따라서 본 발명의 제작방법에 의하면, 피치섬유(202) 위로 피복섬유(203)가 도포된 상태에서도 피치섬유(202)의 형상에 맞추어서 심재(201)의 표면에 돌출된 형상이 선명하게 존재하게 되고, 그에 따라 본 발명에 의해 제작된 FRP 보강근(200)은 콘크리트에 매립되었을 때, 콘크리트와의 강한 부착력과 마찰력을 발휘하게 되어 콘크리트와 견고하게 일체화된다.

한편, 피치섬유(202)와 피복섬유(203)가 피복된 심재(201)가 가압장치(300)를 통과할 때, 위와 같이 회전 가압봉(301)의 하단이 피치섬유(202)의 전방에서 피복섬유(203)를 심재(201)의 표면과 피치섬유(202) 방향으로 가압하게 되면, 그에 따라 피복섬유(203)에는 비록 작은 크기일지라도 긴장력이 도입된다. 즉, 피치섬유(202)의 전방 위치에서 회전 가압봉(301)이 피복섬유(203)를 누른 상태에서 심재(201)가 계속 인발되므로, 그에 따라 가압장치(300)를 통과한 부분에서 피복섬유(203)에는 작은 크기일지라도 긴장력이 도입되는 것이다. 피복섬유(203)에 긴장력이 도입되면, 그만큼 피복섬유(203)가 심재(201)와 피치섬유(202)의 표면에 강하게 밀착되고, 그에 따라 피치섬유(202)에 의한 돌출 형상이 더 명확하게 되어, FRP 보강근(200)과 콘크리트와의 일체화를 강화시키는데 유리하다.

도 8 내지 도 10은 각각 도 7의 상태에 후속한 상태를 보여주는 것으로서, 피치섬유(202)의 전방을 가압한 회전 가압봉(301)은, 심재(201)가 종방향으로 계속 인발됨에 따라 피치섬유(202)를 타 넘어가게 되고(도 8 및 도 9 참조), 회전 가압봉(301)을 완전히 통과하게 되면, 회전 가압봉(301)은 다시 원래 상태로 복원되어 프레임부재(302)에 연직한 상태를 유지하게 되고(도 10 참조), 후속하여 접근하는 피치섬유(202)와 부딪칠 수 있는 상태에 있게 되며, 심재(201)의 인발이 계속 진행됨에 따라 피치섬유(202)의 전방 위치에서의 회전 가압봉(301)에 의한 피복섬유(203)의 가압 작동을 계속 반복된다.

본 발명의 제작방법에 의해 생산된 FRP 보강근(200)과 종래의 FRP 보강근에 형성된 피치섬유(202)에 의한 표면 요철의 형상이 각각 도 11(본 발명의 도면)과 도 15(종래 기술에 대한 도면)에 도시되어 있는데, 도 11과 도 15의 대비를 통해서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 FRP 보강근(200)에서의 피치섬유(202)에 의한 표면 요철 형상은, 종래의 FRP 보강근에 비하여 더욱 분명하게 돌출된 형태로 존재하게 되며, 그에 따라 콘크리트와 FRP 보강근 간의 부착력 및 결합력, 그리고 마찰력이 향상된다. 따라서 본 발명의 제작방법에 의한 FRP 보강근(200)이 매립되어 있는 콘크리트 구조물은, FRP 보강근과 콘크리트가 일체로 거동하게 되어 우수한 구조적 성능을 발휘하게 되는 장점을 가지게 되며, 해양구조물과 같이 철근의 부식이 우려되는 사용처에서도 안심하고 하이브리드 FRP 보강근을 사용할 수 있게 된다.

200: FRP 보강근
201: 심재
202: 피치섬유
203: 피복섬유
300: 가압장치
301: 회전 가압봉
302: 프레임부재
303: 탄성힌지결합부

Claims

섬유를 다발로 만들어서 인발하면서 섬유를 수지에 함침시켜 심재(201)를 성형하는 단계, 심재(201) 표면에 피치섬유(202)를 감아서 권취하는 단계, 심재(201)의 표면과 피치섬유(202) 위로 피복섬유(203)를 피복하는 단계, 및 수지를 경화시키는 단계를 포함하여 FRP 보강근(200)을 제작하는 방법에 있어서,
수지 경화 단계가 진행되기 전에, 피치섬유(202)의 권취 단계와 피복섬유(203)의 피복 단계를 지나온 심재(201)에 대해, 회전 가압봉(301)을 구비한 가압장치(300)를 심재(201)가 통과하게 함으로써 피치섬유(202)의 전방 위치에서 회전 가압봉(301)이 피복섬유(203)를 가압하여 피복섬유(203)를 피치섬유(202)와 심재(201)의 표면에 밀착시키는 피치섬유 가압단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제작방법.
제1항에 있어서,
가압장치(300)는, 중앙에 심재(201)가 통과하게 되는 중공부를 가지는 프레임부재(302)와, 프레임부재(302)의 중공부 가장자리에 따라 복수개로 구비되어 있는 회전 가압봉(301)을 포함하여 구성되는데;
회전 가압봉(301)의 상단은 원래 위치로 복원될 수 있게 하는 탄성 복원력을 발생시키도록 프레임부재(302)에 힌지결합되어 있고, 회전 가압봉(301)의 하단은 중공부의 중심을 향하여 연장되도록 구비되어 있으며;
피치섬유 가압단계에서는, 피치섬유(202)와 피복섬유(203)가 순차적으로 피복된 심재(201)가 프레임부재(302)에 형성된 중공부를 통과할 때, 피치섬유(202)가 회전 가압봉(301)에 부딪치면 회전 가압봉(301)이 회전하면서 꺾이게 되어, 탄성 복원력에 의해 회전 가압봉(301)의 하단이 피치섬유(202)의 전방에서 피복섬유(203)를 심재(201)의 표면과 피치섬유(202) 방향으로 가압하게 되는 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제작방법.
제2항에 있어서,
프레임부재(302)에 구비된 복수개의 회전 가압봉(301) 하단은 프레임부재(302)의 중공부 중앙으로 모여서 통과공을 형성하고 있으며,
복수개의 회전 가압봉(301) 하단이 모여서 이루게 되는 통과공의 지름은, 심재(301)에 피치섬유(302)가 감겨진 상태에서의 지름 미만인 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제작방법.
섬유 권취릴(101), 수지 공급부(102), 성형노즐(103), 회전 권취기(104), 블레이딩 장치(105), 가열기(106) 및 인발기(107)를 포함하고 있어서, 섬유를 다발로 만들어서 인발하면서 섬유를 수지에 함침시켜 심재(201)를 성형하고, 심재(201) 표면에 피치섬유(202)를 감아서 권취하고, 심재(201)의 표면과 피치섬유(202) 위로 피복섬유(203)를 피복한 후, 수지를 경화시켜서 FRP 보강근(200)을 제작하는 장치로서,
회전 가압봉(301)을 구비하고 있어서 피치섬유(202)와 피복섬유(203)가 피복된 심재(201)가 통과하는 과정에서 회전 가압봉(301)이 피치섬유(202)의 전방 위치에서 피복섬유(203)를 가압하여 피복섬유(203)가 피치섬유(202)와 심재(201)의 표면에 밀착되게 하는 가압장치(300)가, 블레이딩 장치(105)와 가열기(106) 사이에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제작장치.
제4항에 있어서,
가압장치(300)는, 중앙에 심재(201)가 통과하게 되는 중공부를 가지는 프레임부재(302)와, 프레임부재(302)의 중공부 가장자리에 따라 복수개로 구비되어 있는 회전 가압봉(301)을 포함하여 구성되고;
회전 가압봉(301)의 상단은 원래 위치로 복원될 수 있게 하는 탄성 복원력을 발생시키도록 프레임부재(302)에 힌지결합되어 있고, 회전 가압봉(301)의 하단은 중공부의 중심을 향하여 연장되도록 구비되어 있으며;
피치섬유(202)와 피복섬유(203)가 피복된 심재(201)가 가압장치(300)의 프레임부재(302)에 형성된 중공부를 통과할 때, 피치섬유(202)가 회전 가압봉(301)에 부딪치면 회전 가압봉(301)이 회전하면서 꺾이게 되어, 탄성 복원력에 의해 회전 가압봉(301)의 하단이 피치섬유(202)의 전방에서 피복섬유(203)를 심재(201)의 표면과 피치섬유(202) 방향으로 가압하게 되는 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제작장치.
제5항에 있어서,
프레임부재(302)에 구비된 복수개의 회전 가압봉(301) 하단은 프레임부재(302)의 중공부 중앙으로 모여서 통과공을 형성하고 있으며,
복수개의 회전 가압봉(301) 하단이 모여서 이루게 되는 통과공의 지름은, 심재(301)에 피치섬유(302)가 감겨진 상태에서의 지름 미만인 것을 특징으로 하는 FRP 보강근의 제작장치.