KR101672303B1 - 전단균열이 발생되기 전 보강재를 상기 구조물에 설치하는 보강재를 이용한 구조물 - Google Patents

전단균열이 발생되기 전 보강재를 상기 구조물에 설치하는 보강재를 이용한 구조물 Download PDF

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Abstract

보강재를 이용한 구조물 보강공법에 관한 것으로, (a) 구조물에 고강도 탄소판의 시공부위를 마킹하며, 상기 고강도 탄소판의 시공부위 표면을 그라인드로 매끈하게 연삭한 후 상기 구조물에 묻어 있는 이물질, 분진을 제거하는 단계, (b) 상기 구조물의 고강도 탄소판 시공부위에 에폭시 프라이머 및 접착제를 도포하는 단계, (c) 상기 고강도 탄소판의 일면에 접착제를 도포한 후 상기 고강도 탄소판을 부착하는 단계, (d) 상기 고강도 탄소판이 상기 구조물에 보다 강하게 부착된 상태를 유지하도록 상기 고강도 탄소판의 표면에서 상기 구조물의 내부로 고정핀을 고정하는 단계;를 마련하여 고강도 탄소판을 구조물에 접착으로 고정함과 함께 고정핀으로 고정함으로써 구조물과 고강도 탄소판의 접착력을 확보하여 보강효과를 최대화 시킬 수 있고, 구조물의 표면을 그라인딩 하여 에폭시 프라이머 및 접착제를 도포하여 부착시키므로 시공성이 우수하며, 고강도 탄소판의 크기를 다양화시켜 필요한 만큼의 인장력, 내구력을 조절할 수 있고, 인건비 등을 줄일 수 있어 공사비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

전단균열이 발생되기 전 보강재를 상기 구조물에 설치하는 보강재를 이용한 구조물{Structures with reinforcements}
본 발명은 보강재를 이용한 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조물의 강도를 보강하기 위하여 구조물의 외면에 보강재를 간편하면서도 견고하게 시공할 수 있는 보강재를 이용한 구조물에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조체는 시공 후 건조 수축에 따라 또는 구조체에 하중이 가해짐에 따라 모르타르와 골재의 부착계면에 미세 균열이 발생되어 서서히 구조체의 균열로 진전되는데, 이러한 균열은 구조체에 작용하는 응력이 콘크리트의 인장강도를 초과함에 따른 것이다.
이와 같이 콘크리트 구조체에 균열이 발생하면 구조적 결함, 내구성 저하, 외관손상, 철근부식 및 방수성능 저하 등 구조체에 치명적인 손실을 초래할 수 있기 때문에 설계단계부터 균열 방지를 위한 노력이 필요하다.
구조체에 보강재를 시공하는 방법으로는 구조체의 면 처리 후 에폭시 또는 유기질 계통의 프라이머를 도포하고, 일정 시간을 두고서 반고상인 에폭시 퍼티 또는 유사한 유·무기 혼용 계열의 퍼티를 이용하여 일체화시키고 있다.
이러한 보강재의 시공방법은 현장의 온도 조건, 계절의 온도 차이, 작업자의 숙련도 차이, 보강재가 구조체에 부착되는 각도(예: 천장, 벽체, 구조체의 면에 굴곡이 심하거나 곡선이 있는 경우)에 따라 보강재와 구조체 사이에 있는 반고상의 접착제 점성이 낮아지게 되는 문제점이 있었다.
또한 보강재와 구조체 사이에 들뜸이 발생하는 경우가 발생되고 있으며, 보강재와 구조체가 일체화 되지 않아 보강구조재로써의 기능을 상실하게 되는 문제점이 있었다.
아울러 보강재 시공방법은 작업 공정상 시간이나 기일이 많이 요구되므로 인건비 및 부목이나 가설재를 추가로 설치해야 됨에 따라 비용이 추가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
따라서 콘크리트 구조체의 시공 시 또는 사용 중에라도 균열이 발생하거나 내진성능을 향상시키기 위하여 구조물이 효과적으로 그 성능을 발현할 수 있도록 보강공법의 적용이 요구된다.
콘크리트 구조체를 보강하기 위하여 종래에는 구조체의 표면에 유리섬유판 및 강판을 앵커볼트로 정착하는 공법, 구조체 내에 탄소판을 매립하거나 구조체의 표면에 탄소판을 접착하는 공법 등이 적용되어 왔다.
그러나 유리 섬유판 및 강판을 사용한 보강공법의 경우, 보강자재 자체의 중량이 무거워 시공이 곤란하고 보강의 효과가 저하되고, 유리섬유판과 강판이라는 이질재를 접합하기가 어려우며, 앵커볼트 시공 시 유리섬유판이 파손될 우려가 있다.
또한 탄소판을 매립하는 공법의 경우, 탄소판의 강도가 충분히 확보되지 않으면 보강의 효과를 얻을 수 없고, 매립 과정에서 콘크리트가 일부 탈락될 수 있으며, 콘크리트 구조체 내의 철근을 파손시킬 우려가 있었다.
아울러 탄소판을 구조체의 표면에 접착하는 공법의 경우, 탄소판이 구조체에 제대로 접합되는지에 대한 신뢰도가 낮고, 탄소판과 구조체 사이에서 접착제를 균일하게 유지하기 곤란하며, 접착 후 탄소판에 처짐이 발생할 수 있는 등 시공의 정밀도에 문제가 있었다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 '섬유매트를 구비한 섬유강화 플라스틱 하이브리드 보강판 및 이를 이용한 구조물 보강방법'이 개시되어 있다.
하기 특허문헌 1에 따른 섬유매트를 구비한 섬유강화 플라스틱 하이브리드 보강판 및 이를 이용한 구조물 보강방법은 종방향으로 나란하게 배치된 상태에서 수지(30)에 함침되어 구성되는 일방향 섬유로 된 상부층 및 하부층, 종방향 및 횡방향 섬유가 격자형으로 배치되어 매트형상을 이루는 섬유매트가 수지에 함침되어 구성된 섬유매트층이 상기 일방향 섬유 상부층과 하부층 사이에 일체로 구비되어, 가열 경화하여 일체화 되어 있다.
하기 특허문헌 2에는 '구조체 보강공법 및 양방향 복합 에프알피 보강판에 의해 보강된 구조체'가 개시되어 있다.
하기 특허문헌 2에 따른 구조체 보강공법 및 양방향 복합 에프알피 보강판에 의해 보강된 구조체는 구조체의 표면을 평탄화하는 단계와 상기 구조체의 표면에 앵커홀을 천공하는 단계 및 상기 구조체의 표면에 프라이머를 도포하는 단계로 세분되는 구조체 표면의 전처리 단계를 포함한다.
탄소섬유판 양면에 유리섬유망을 에폭시에 의해 부착시켜서 양방향 복합 FRP 보강판을 만드는 단계와 상기 양 방향 복합 FRP 보강판의 상기 앵커홀의 위치와 상응하는 부분에 타공을 하는 단계와 상기 구조체의 표면과 상기 양방향 복합 FRP 보강판 사이에 스페이서를 삽입하여 구조체의 표면과 상기 양방향 복합 FRP 보강판 사이에 에폭시의 주입 공간을 확보하는 단계와 상기 타공된 부분을 통과하여 상기 앵커홀에 앵커볼트를 체결하는 단계로 세분되는 보강판의 표면에 양방향 복합 FRP 보강판을 정착시키는 단계를 포함한다.
상기 주입공간의 가장자리 중 주입구를 제외한 나머지 가장자리를 에폭시에 의해 실링하는 단계, 상기 주입구에 주입관을 설치하는 단계, 상기 주입관을 통해 상기 주입공간 내에 저점도의 에폭시를 주입하여 충진하는 단계, 상기 양방향 복합 FRP를 타격하여 에폭시의 충진 정도를 확인하는 단계, 상기 에폭시의 충진상태가 완전하다고 확인되면 상기 주입구를 밀봉하는 단계로 세분되는 상기 구조체의 표면과 상기 양방향 복합 FRP 보강판 사이에 에폭시를 주입하는 단계로 이루어진다.
상기 탄소섬유판의 인장강도는 30,000kgf/cm2급이고, 상기 유리섬유망의 인장강도는 92kgf/cm2급인 것을 포함하며, 상기 유리섬유망의 메시 사이즈는 탄소섬유판 면적의 10% 이내로 이루어져 있다.
대한민국 특허 공개번호 제10-2005-0089388호(2005년 9월 8일 공개) 대한민국 특허 공개번호 제10-2010-0038717호(2010년 4월 15일 공개)
그러나 특허문헌 1 및 2에 따른 구조물 보강공법은 앵커볼트를 시공하기 위하여 구조체에 일정 깊이의 구멍을 형성해야 되는 불편함이 있고, 앵커볼트에 대응되도록 보강재에도 구멍을 형성해야 되는 불편함이 있으며, 앵커볼트 구멍이 형성된 위치에 제한적으로 보강재를 보강할 수 있고, 앵커볼트가 구조체의 외부로 노출되어 미관을 해치는 문제점이 있으며, 앵커볼트 구멍이 구조체에 일정 깊이로 형성됨에 따라 구조체에 크랙이 발생되는 문제점이 있으며, 이로 인해 구조체의 강도가 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구조물의 외면에 보강재를 간편하면서도 견고하게 시공할 수 있는 보강재를 이용한 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 보강재의 시공 후 구조물의 외면에 마감재를 시공할 수 있는 보강재를 이용한 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 보강재가 구조물에 견고하게 고정되도록 고정핀으로 고정할 수 있는 보강재를 이용한 구조물을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 보강재를 이용한 구조물 보강공법은 구조물의 표면에 일정 두께로 도포되는 에폭시 프라이머층; 상기 에폭시 프라이머의 표면에 일정 두께로 도포되는 접착제층; 상기 접착제층에 부착되는 고강도 탄소판을 포함하며, 상기 고강도 탄소판이 상기 구조물에 고정되도록 상기 고강도 탄소판의 표면으로부터 상기 구조물의 내측을 향해 고정되는 고정핀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄소판이 시공된 상기 구조물의 표면에 내화 도료 또는 내화 모르타르가 견고하게 부착되도록 상기 고정핀에 의해 고정되는 메시망; 상기 메시망의 표면에 내화도료 또는 내화모르타르가 소정 두께로 시공되는 마감재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고정핀은 상기 구조물로부터 상기 보강재가 탈거되지 않도록 소정의 각도로 경사지게 시공되는 것을 특징으로 한다.
상기 고정핀은 아연도금핀, 스탬핑핀 중 어느 하나이며, 상기 고정핀은 직경 1~3㎜, 길이 10~30㎜로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
(다른 독립항) 또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 보강재를 이용한 구조물 보강공법은 (a) 구조물에 고강도 탄소판의 시공부위를 마킹하며, 상기 고강도 탄소판의 시공부위 표면을 그라인딩으로 매끈하게 연삭한 후 상기 구조물에 묻어 있는 이물질을 제거하는 단계; (b) 상기 구조물의 고강도 탄소판 시공부위에 에폭시 프라이머 및 접착제를 도포하는 단계; (c) 상기 고강도 탄소판의 일면에 접착제를 도포한 후 상기 고강도 탄소판을 부착하는 단계; (d) 상기 고강도 탄소판이 상기 구조물에 보다 강하게 부착된 상태를 유지하도록 상기 고강도 탄소판의 표면에서 상기 구조물의 내부를 향해 고정핀을 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d) 단계에서, 상기 고강도 탄소판과 함께 격자 형상으로 이루어진 메시망을 상기 고정핀으로 동시에 고정하며, 상기 고정핀의 고정 후 상기 메시망에 내화도료 또는 내화모르타르를 시공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d) 단계에서, 상기 고정핀은 스탬핑핀, 아연도금핀 중 어느 하나이며,
상기 고정핀은 상기 고강도 탄소판이 탈거되지 않도록 소정 각도로 경사지게 고정되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 보강재를 이용한 구조물 보강공법 및 그 구조물에 의하면, 고강도 탄소판을 구조물에 접착으로 고정함과 함께 고정핀으로 고정함으로써 구조물과 고강도 탄소판의 접착력을 확보하여 보강효과를 최대화 시킬 수 있고, 구조물의 표면을 그라인딩 하여 에폭시 프라이머 및 접착제를 도포하여 부착시키므로 시공성이 우수하며, 고강도 탄소판의 크기를 다양화시켜 필요한 만큼의 인장력, 내구력을 조절할 수 있고, 인건비 등을 줄일 수 있어 공사비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.
본 발명에 따른 보강재를 이용한 구조물 보강공법 및 그 구조물에 의하면, 보강재의 보수공법이 간단하고 용이하여 시공 비용 및 기간을 줄일 수 있고, 고강도 탄소판과 구조물이 접착제에 의한 부착 및 고정핀으로 고정하므로 구조물의 내구성을 높일 수 있으며, 고강도 탄소판의 경량화로 공간이 협소한 공간이나 열악한 작업환경에서도 고강도 탄소판의 시공이 용이하고, 구조물의 보강면적이 작아 구조물의 통기성을 확보할 수 있으며, 구조물의 처짐 현상에 따른 파괴거동 시 보강재가 고정핀에 의해 고정되어 있어 구조물의 파괴를 지연시키게 되는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보강공법에 따라 보강재가 시공된 구조물을 보인 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보강공법에 따라 보강재가 시공된 구조물을 보인 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보강재를 이용한 구조물 보강공법을 보인 공정도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보강재를 이용한 구조물 보강공법에 따라 보강재가 시공된 구조물을 보인 단면도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보강재를 이용한 구조물을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보강공법에 따라 보강재가 시공된 구조물을 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보강공법에 따라 보강재가 시공된 구조물을 보인 단면도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보강공법에 따라 보강재가 시공된 구조물을 보인 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보강재를 이용한 구조물은 구조물(1)의 표면에 일정 두께로 도포되는 에폭시 프라이머층(10), 상기 에폭시 프라이머층(10)의 표면에 일정 두께로 도포되는 접착제층(20), 상기 접착제층(20)에 부착되는 고강도 탄소판(30)을 포함하며, 상기 고강도 탄소판(30)이 상기 구조물(1)에 고정되도록 상기 고강도 탄소판(30)의 표면으로부터 상기 구조물(1)의 내측을 향해 고정되는 고정핀(40)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 보강재를 이용한 구조물은 보강재인 고강도 탄소판(30)을 부착함으로써, 구조물(1)의 강도를 유지되게 한다.
상기 고강도 탄소판(30)은 구조물(1)의 표면에 접착제로 부착됨과 함께 고강도 탄소판(30)의 표면에서 구조물(1)의 내측으로 고정핀(40)을 고정한다.
이에 따라 고강도 탄소판(30)은 고정핀(40)에 의해 구조물(1)에 견고하게 부착된 상태를 유지할 뿐만 아니라 고강도 탄소판(30)이 구조물(1)로부터 탈거되지 않게 된다.
또한 고강도 탄소판(30)은 메시망(50)과 함께 고정될 수 있으며, 메시망(50)은 고강도 탄소판(30)의 표면에 내화도료 또는 내화모르타르가 견고하게 부착시킴으로써, 구조물(1)의 내화성능(또는 내화력)을 증대시킬 수 있도록 한다.
도 1은 콘크리트 구조물에 보강재를 시공한 단면도로서, 건물 내부의 기둥과 기둥 사이에 시공되는 보 등에 적용된 상태를 도시한 것이고, 도 2는 콘크리트 구조물에 보강재를 시공한 단면도로서, 건물 내부의 기둥 또는 교량, 지하차도, 터널 등에 적용된 상태를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 보강재를 이용한 구조물은 보강재, 즉 고강도 탄소판(30)을 설치하고자 하는 시공부위를 마킹하고, 그라인딩(미도시) 등의 공구를 사용하여 구조물(1)의 표면을 매끈하게 연삭한다.
이러한 시공부위는 구조물(1)의 구조해석 등의 과정을 거쳐 보강을 요하는 부분을 선정하게 되며, 시공부위를 도시한 도면과 마킹된 도면을 확인하게 된다. 이러한 시공부위의 마킹 작업이 완료된 후 시공부위를 핸드 그라인드 등을 이용하여 시공부위의 표면을 평활하게 한다.
이는 에폭시 프라이머(10) 및 접착제(20)가 평활하게 도포되게 함으로써 에?G시 프라이머층(10) 및 접착제층(20)이 균일하게 도포 되도록 하기 위함이다.
상기 구조물(1)의 표면 연삭이 완료된 후 시공부위는 에어리스건 등을 이용하여 연삭에 의해 발생된 분진, 이물질 등을 제거한다.
상기 분진이 제거된 구조물(1)에는 에폭시 프라이머를 소정의 두께로 도포하여 에폭시 프라이머층(10)을 형성한다. 이러한 에폭시 프라이머는 주제와 경화제를 적정한 혼합 비율로 혼합한다. 상기 주제와 경화제는 주제와 경화제를 1:1의 비율로 혼합하거나 주제와 경화제를 2:1로 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 구조물(1)에 도포된 에폭시 프라이머층(10)의 표면에는 접착제를 소정 두께로 도포하여 접착제층(20)을 형성한다.
아울러 고강도 탄소판(30)에는 접착제를 소정 두께로 도포하여 접착제층(20)을 형성한다. 상기 구조물(1)의 접착제층(20)과 고강도 탄소판(30)의 접착제층(20)은 고강도 탄소판(30)이 보다 견고하게 접착되도록 하기 위함이다.
즉, 구조물(1)에 도포된 접착제층(20)에 고강도 탄소판(30)을 직접 부착하는 것보다 구조물(1)의 접착제층(20)과 고강도 탄소판(30)에 도포된 접착제층(20)이 서로 부착됨에 따라 고강도 탄소판(30)을 보다 강한 접착력으로 부착시킬 수 있게 된다.
아울러 구조물(1)의 접착제층(20)과 고강도 탄소판(30)에 접착제층(20)을 형성하는 이유로는 접착제층(20)을 균일한 두께를 확보하기 위함이다.
상기 고강도 탄소판(30)에 접착제층(30)을 형성한 다음 고강도 탄소판(30)을 구조물(1)의 시공부위에 부착하게 되며, 고강도 탄소판(30)을 구조물(1)에 부착시킨 상태에서 롤러(미도시)를 이용하여 구조물(1)에 가압함으로써 고강도 탄소판(30)이 구조물(1)에 보다 견고하게 부착되게 한다.
상기 고강도 탄소판(30)은 유리섬유 복합재료판, 아라미드섬유 복합재료판 탄소섬유와 유리섬유, 탄소섬유와 아라미드 섬유 또는 아라미드섬유와 유리섬유를 혼용한 혼용복합판을 사용할 수 있다.
상기 고강도 탄소판(30)이 시공된 상태에서 고정핀(40)을 고정한다. 이러한 고정핀(40)은 아연도금핀 또는 스탬핑핀 등을 압축건 또는 가스건(미도시)으로 고정한다.
상기 아연도금핀은 금속 재질로 이루어진 핀(또는 못) 또는 스테인리스 재질로 이루어진 핀(또는 못)의 표면을 아연 도금한 것으로, 내부의 금속과 산소의 접촉을 줄여 부식을 줄인 것이고, 스탬핑핀은 'ㄷ'자 형상으로 이루어져 고정핀(40)에 비하여 다수의 지점에서 고강도 탄소판(30)을 고정하여 줌으로써 고강도 탄소판(30)을 보다 견고하게 고정한다.
상기 고정핀(40)은 고강도 탄소판(30)의 표면에서 구조물(1)의 내측을 향해 발사함으로써, 고정핀(40)을 고정할 수 있다. 이때 고정핀(40)은 구조물(1)에 대하여 수직 또는 수평으로 고정한다. 이러한 고정핀(40)은 못과 같이 일직선 형상으로 이루어진 것과 일정 파형의 형상으로 이루어진 파형못 등을 사용할 수 있다.
상기 파형못은 구조물(1)의 내부에 대략 'S'자 형상으로 박혀 고정됨에 따라 구조물(1)로부터 가해지는 압력 또는 하중에도 분리되거나 이탈되지 않게 된다.
이와 달리 고정핀(40)은 구조물(1)에 대하여 소정의 각도로 경사지게 고정할 수 있다. 상기 고정핀(40)이 소정 각도로 경사지게 고정되면, 고정핀(40)에 가해지는 하중(또는 응력)이 분산되어 고정핀(40)이 보다 견고하게 고정된다.
상기 고강도 탄소판(30)의 표면에는 내화도료 또는 내화모르타르 등의 마감재(60)을 소정의 두께로 시공하며, 이때 내화모르타르는 그 두께를 대략 5~20㎜로 시공하여 줌으로써, 화재에 대한 구조물(1)의 내화성능을 향상시키게 된다.
이러한 두께로 도포된 마감재(60)는 고정핀(40)을 외부로 노출시키지 않는다.
한편 고정핀(40)은 고강도 탄소판(30)과 함께 메시망(50)을 고정한다. 상기 메시망(50)은 격자 형상으로 이루어져 고강도 탄소판(30)의 표면을 울퉁불퉁하게 하여 줌으로써 표면적을 넓게 확보하게 되고, 이로 인해 내화도료 또는 내화모르타르 등의 접착력을 높이게 된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보강재를 이용한 구조물 보강공법은 (a) 구조물(1)에 고강도 탄소판의 시공부위를 마킹하며, 상기 고강도 탄소판(30)의 시공부위 표면을 그라인드로 매끈하게 연삭한 후 상기 구조물(1)에 묻어 있는 이물질을 제거하는 단계(S10), (b) 상기 구조물(1)의 고강도 탄소판(30) 시공부위에 에폭시 프라이머층(10) 및 접착제층(20)을 도포하는 단계(S20), (c) 상기 고강도 탄소판(30)의 일면에 접착제층(20)를 도포한 후 상기 고강도 탄소판(30)을 부착하는 단계(S30), (d) 상기 고강도 탄소판(30)이 상기 구조물(1)에 보다 강하게 부착된 상태를 유지하도록 상기 고강도 탄소판(30)의 표면에서 상기 구조물(1)의 내부를 향해 고정핀(40)을 고정하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보강재를 이용한 구조물 보강공법을 보인 공정도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보강공법에 따라 보강재가 시공된 구조물을 보인 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 보강재를 이용한 구조물의 보강공법은 구조물(1)에 고강도 탄소판(30)을 접착시킴과 함께 고정핀(40)을 고정하여 줌으로써, 고강도 탄소판(30)의 분리 또는 처짐 등과 같은 탈거를 방지하며, 구조물(1)에 견고하게 고정되어 구조물(1)의 인장력, 내구력 등을 높일 수 있도록 한다.
상기 구조물(1)에는 구조물(1)의 응력해석 또는 안전진단 등에 의해 보강재(고강도 탄소판)를 시공하고자 하는 부위를 선정하며, 보강재를 시공하고자 하는 부위에 먹줄, 줄자 등을 이용하여 시공부위를 마킹한다.
상기 구조물(1)의 시공부위에는 핸드 그라인드 등을 이용하여 구조물(1)의 표면을 매끈하게 연삭하며, 구조물(1)의 그라인딩은 구조물(1)의 평활도를 높여 에폭시 프라이머 및 접착제가 평활도를 유지하면서 균일하게 도포되도록 하기 위함이다.
아울러 그라인딩 작업이 완료된 구조물(1)의 시공부위에는 붓 또는 에어리스건(미도시) 등을 이용하여 구조물(1)의 표면에 묻어 있는 분진, 이물질 등을 제거한다(S10).
상기 구조물(1)의 시공부위에는 시공부위의 면적에 따라 적당량의 에폭시 프라이머를 도포하여 에폭시 프라이머층(20)을 형성한다(S20).
이러한 에폭시 프라이머는 밀실하게 도포되도록 붓 또는 롤러 등을 이용하여 도포한다.
이러한 에폭시 프로이머는 콘크리트나 강판 기층에 접착력을 높이기 위하여 사용하는 2가지 성분으로 이루어진 액체 형태의 에폭시 수지 프라이머를 사용할 수 있다.
상기 에폭시 프라이머는 주제와 경화제를 혼합한 것으로, 주제는 에폭시 수지를 사용하고, 경화제는 폴리-아민을 사용할 수 있다. 건조된 상태의 구조물(1)에 도포되는 에폭시 프라이머는 주제와 경화제를 1:1의 비율로 혼합하여 사용하고, 습식 상태의 구조물(1)에 도포되는 에폭시 프라이머는 주제와 경화제를 2:1의 비율로 혼합하여 사용한다.
상기 에폭시 프라이머를 적정 두께로 형성하는 에폭시 프라이머층(10)은 4시간 이상 양생한다. 이는 에폭시 프라이머층(10)이 충분히 경화될 수 있도록 하기 위함이다.
상기 에폭시 프라이머층(10)의 표면과 고강도 탄소판(30)에 접착제를 적정 두께로 도포하여 부착한다(S30).
상기 접착제층(20)은 에폭시 프라이머층(10)의 양생 상태가 양호한지 여부를 확인한 후 에폭시 프라이머층(10)의 표면에 접착제를 도포하여 접착제층(20)을 형성한다.
이러한 접착제 도포 단계(S20)에서 접착체는 구조물(1)의 시공부위뿐만 아니라 고강도 탄소판(30)에도 접착제를 도포하여 접착제층(30)을 형성한다. 이는 구조물(1)의 시공부위와 고강도 탄소판(30)에 접착제를 도포하여 줌으로써 접착제층(30)의 두께를 균일하게 도포할 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 시공부위의 접착제층(20) 두께가 두꺼우면, 고강도 탄소판(30)의 접착제층(20) 두께를 보다 얇게 도포하고, 시공부위의 접착제층(20)의 두께가 얇으면, 고강도 탄소판(30)의 접착제층(20) 두께를 보다 두껍게 도포함으로써, 접착제층(20)의 두께를 균일하게 확보할 수 있다.
이러한 접착제의 도포는 금속 주걱 또는 고무 주걱을 사용하여 접착제를 골고루 펴서 발라줌으로써 접착제층(20)을 형성한다.
상기 고강도 탄소판(30)은 시공부위에 맞추어 고강도 탄소판(30)을 절단하며, 절단된 고강도 탄소판(30)에 접착제를 도포하여 접착제층(30)을 형성한 다음 보강재인 고강도 탄소판(30)을 시공부위에 밀착시킨 상태에서 롤러 등을 이용하여 가압하여 부착한다.
상기 고강도 탄소판(30)은 유리섬유 복합재료판, 아라미드섬유 복합재료판 또는 혼용복합판을 사용할 수 있으며, 고강도 탄소판(30)은 대략 'ㄷ'자 형상으로 이루어져 강성을 갖는 고강도 탄소판(30) 또는 대략 'W'자 형상으로 이루어져 요철면에 의해 접착 표면적이 넓게 형성된 고강도 탄소판(30) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
아울러 고강도 탄소판(30)은 시공부위에 따라 다양한 형상으로 절단되어 고정될 수 있다.
이러한 고강도 탄소판(30)의 부착은 롤러를 이용하여 고강도 탄소판(30)의 표면을 일정한 힘으로 누르면서 고강도 탄소판(30)의 측면으로 접착제가 적당량 밀려 나올 정도로 가압하여 부착한다.
상기 고강도 탄소판(30)의 측면으로 밀려나온 접착제는 전용 주걱으로 마무리하여 정리하며, 고강도 탄소판(30)의 접착제는 20℃의 온도에서 대략 48 시간 동안 양생한다.
상기 고강도 탄소판(30)이 부착된 다음에 고강도 탄소판(30)의 표면으로부터 구조물(1)의 내측을 향해 고정핀(40)을 고정한다(S40).
상기 고정핀(40)은 아연도금핀 또는 스탬핑핀 등을 사용하며, 이들 고정핀(40)은 직경 1~3㎜, 길이 10~30㎜로 이루어지며, 보다 바람직하게는 직경 2㎜, 길이 20㎜의 길이로 형성한다.
이는 고정핀(40)의 길이는 30㎜를 초과하지 않도록 하는데, 이는 고정핀(40)이 구조물(1) 내부로 깊숙이 고정되지 않도록 함으로써, 고정핀(40)이 구조물(1) 내부에서 크랙의 발생을 줄이도록 하며, 고강도 탄소판(30)이 구조물(1)의 표면에 견고하게 고정되도록 한다.
아울러 상기 고정핀(40)은 고강도 탄소판(30)의 가장자리로부터 대략 30㎝ 내측에 고정하며, 고정핀(40)과 고정핀(40)의 간격은 대략 1m의 간격으로 고정한다. 이러한 고정핀(40)은 가스건 등을 이용하여 고정할 수 있다.
또한 고정핀(40)은 구조물(1)에 대하여 수평 또는 수직한 상태로 고정하거나 소정의 각도로 경사지게 고정할 수 있다. 상기 소정 각도로 고정되는 고정핀(40)은 구조물(1)로부터 가해지는 하중(또는 응력)을 분산시켜 고강도 탄소판(30)을 보다 견고하게 고정된 상태를 유지할 수 있다.
이와 같이 고정핀(40)이 고정된 다음 내화도료 또는 내화모르타르 등의 마감재(60)를 시공하며, 이러한 마감재(60)는 구조물(1)의 내화성능을 높이도록 적정 두께로 시공한다(S50).
한편 고정핀(40)은 고강도 탄소판(30)과 메시망(50)을 동시에 고정할 수 있다. 즉, 고강도 탄소판(30)을 고정핀(40)으로 고정한 후 곧바로 마감재(60)를 시공하거나 고정핀(40)으로 고강도 탄소판(30) 및 메시망(50)을 동시에 고정한 후 마감재(50)를 시공할 수 있다.
상기 메시망(50)은 아크릴 수지가 코팅된 그물코를 갖는 유리섬유 메시망을 사용할 수 있다. 이러한 메시망(50)은 고강도 탄소판(30)과 메시망(50)을 겹친 상태에서 고정핀(40)을 고정함으로써 메시망(50)을 간편하고 고정하게 된다.
상기 메시망(50)은 고강도 탄소판(30)의 표면을 울퉁불퉁한 거친 표면으로 해 줌으로써 마감재(60)의 시공 시 마감재(60)가 견고하게 부착되게 한다. 즉, 마감재(60)는 메시망(50)에 의해 그 표면적이 넓어지게 되어 부착 면적을 넓게 확보할 수 있게 된다.
상기 메시망(50)의 표면에는 내화도료 또는 내화모르타르 등을 적정 두께로 시공하여 줌으로써, 구조물(1)의 내화성능을 향상시키며, 구조물(1)의 외관을 미려하게 유지되게 한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
1: 구조물 10: 에폭시 프라이머층
20: 접착제층 30: 고강도 탄소판
40: 고정핀 50: 메시망
60: 마감재

Claims (7)

  1. 구조물에 전단균열이 발생되기 전 보강재를 상기 구조물에 설치하는 보강재를 이용한 구조물에 있어서,
    구조물의 표면에 일정 두께로 도포되는 에폭시 프라이머층;
    상기 에폭시 프라이머의 표면에 일정 두께로 도포되는 접착제층;
    상기 접착제층의 저면에 전체적으로 부착되는 고강도 탄소판;을 포함하며,
    상기 고강도 탄소판이 시공된 상기 구조물의 표면에 내화 도료 또는 내화 모르타르가 견고하게 부착되도록 상기 고정핀에 의해 고정되는 메시망;
    상기 메시망의 표면에 내화도료 또는 내화모르타르가 소정 두께로 시공되는 마감재;를 포함하고,
    상기 고강도 탄소판이 상기 구조물에 고정되도록 상기 고강도 탄소판의 표면으로부터 상기 구조물의 내측을 향해 고정되는 고정핀;을 포함하며,
    상기 고정핀은 상기 구조물로부터 상기 보강재가 탈거되지 않도록 소정의 각도로 경사지게 고정되고,
    상기 고정핀은 아연도금핀, 스탬핑핀 중 어느 하나이며, 상기 고정핀은 직경 1~3㎜, 길이 10~30㎜로 이루어지며
    상기 접착제층은 상기 구조물에 상기 탄소판이 단단하게 부착되도록 상기 에폭시 프라이머층과 상기 탄소판에 도포된 상태로 상기 구조물에 상기 탄소판이 부착되어 형성되며,
    상기 마감재는 상기 고정핀이 외부로 노출되지 않도록 5mm 내지 20mm로 시공되며,
    상기 고정핀은 압축건 또는 가스건을 통하여 발사되어 고정되는 것
    을 특징으로 하는 전단균열이 발생되기 전 보강재를 상기 구조물에 설치하는 보강재를 이용한 구조물.
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