KR101818202B1 - 형상기억합금을 이용한 철근 결속재 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따르면, 철근을 결속하도록 오스테나이트 상(austenite phase)에서 고리 형상으로 변태되는 형상기억합금으로 이루어진 결속부재를 포함하는, 형상기억합금을 이용한 철근 결속재가 제공된다.
Description
본 발명은 형상기억합금을 이용한 철근 결속재에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 일정 온도 이상에서 고리 형태로 변태되는 형상기억합금을 이용하여 철근을 결속할 수 있는, 형상기억합금을 이용한 철근 결속재에 관한 것이다.
철근콘크리트 공사에서 철근 배근은 가장 중요한 작업 중의 하나로서, 콘크리트 타설이나 시공 중 충격에 의해 철근이 제 위치를 벗어나서는 안되기 때문에 철근 조립 시에는 철근이 움직이지 않도록 단단히 결속하는 것이 중요하다. 이를 위하여 일반적인 철근콘크리트 공사에서는 결속선(結束線， binding wire) 을 사용하는데 보통 두께 0.8mm 이상， 길이 15 ~ 45cm의 철선을 사용하고 있으며, 통상 조립하는 철근 1톤 당 약 7 ~ 8kg의 물량이 사용되고 있다. 철근 결속은 철근작업자의 수작업에 의해 진행이 되는데 갈고리 모양의 결속선 핸들을 이용하여 철근이 교차되는 부위에 결속선을 꼬아서 묶어준다. 이 작업은 숙련된 작업자가 필요하고 작업에 시간이 소요되기 때문에 최근에는 무게 2-3kg의 철근결속기를 이용한 기계식 결속도 이루어지고 있다.
철근 배근 시 철근을 결속하는 결속선 작업은 시공 품질에 많은 영향을 미치기 때문에 각종 시방서에서는 철근 결속과 관련한 규정을 제시하고 있다. 각 시방서의 내용은 직교하는 철근을 단단하게 조립할 것을 요구하고 있으며 결속 철선이나 조립용 강재 또는 적절한 클럽 등을 이용하여 결속하도록 규정하고 있다.
따라서, 이러한 철근 결속 작업은 숙련된 철근작업자에 의해 수행되어야 하는데, 철근작업자의 숙련도를 평가하기 어려울 뿐만 아니라 철근작업자의 숙련도가 달라 일정한 품질의 철근 결속 시공을 하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 일정 온도 이상에서 고리 형태로 변태되는 형상기억합금을 이용하여 철근의 교차부를 결속할 수 있는, 형상기억합금을 이용한 철근 결속재를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 철근을 결속하도록 오스테나이트 상(austenite phase)에서 고리 형상으로 변태되는 형상기억합금으로 이루어진 결속부재를 포함하는, 형상기억합금을 이용한 철근 결속재가 제공된다.
상기 결속부재는, 상기 철근의 교차부의 대각방향으로 결속하는 제1 고리와, 일단부가 상기 제1 고리의 일단부에서 연장되며 상기 제1 고리와 평행을 이루어 마주하도록 절곡되어 배치되는 제2 고리의 이중 고리로 이루어지되 상기 제1 고리 및 상기 제2 고리의 타단부는 각각 외측의 절곡되고, 마르텐사이트 상(martensite phase)에서는 상기 이중 고리가 폐합되지 않은 상태로 있다가 오스테나이트 상에서는 상기 이중 고리의 일단부가 상기 이중 고리의 타단부 사이로 삽입되면서 상기 이중 고리가 폐합될 수 있으며, 상기 마르텐사이트 상에서 상기 오스테나이트 상으로 변형하는 상기 형상기억합금의 변태온도는 섭씨 10 내지 20도(℃)일 수 있다.
상기 결속부재는, 상기 철근의 교차부의 대각방향으로 결속하는 제1 고리와, 일단부가 상기 제1 고리의 일단부에서 연장되며 상기 제1 고리와 평행을 이루어 마주하도록 절곡되어 배치되는 제2 고리의 이중 고리로 이루어지되 상기 제1 고리 및 상기 제2 고리의 타단부는 각각 외측의 절곡되고, 마르텐사이트 상(martensite phase)에서는 상기 이중 고리가 폐합되지 않은 상태로 있다가 오스테나이트 상에서는 상기 이중 고리의 일단부가 상기 이중 고리의 타단부 사이로 삽입되면서 상기 이중 고리가 폐합될 수 있으며, 상기 마르텐사이트 상에서 상기 오스테나이트 상으로 변형하는 상기 형상기억합금의 변태온도는 섭씨 10 내지 20도(℃)일 수 있다.
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상기 결속부재는, 마르텐사이트 상(martensite phase)에서 U자 형 또는 양단부가 교차되는 고리 형태일 수 있다.
상기 결속부재는, 상기 철근의 교차부의 대각방향으로 결속하는 제1 고리와, 상기 제1 고리의 일단부에서 연장되며 상기 제1 고리와 평행을 이루어 마주하도록 배치되는 제2 고리로 이루어질 수 있다.
상기 결속부재는, 상기 철근의 교차부의 두 대각방향을 각각 결속하도록, 일 대각방향을 결속하는 제3 고리와 상기 제3 고리의 중앙부에서 결합되며 타 대각방향을 결속하는 제4 고리를 포함할 수 있다.
상기 형상기억합금은 니켈(Ni)과 티타늄(Ti)의 합금으로 이루어진 니티놀(NITINOL)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재는, 일정 온도 이상에서 고리 형태로 변태되면서 철근을 결속할 수 있다. 이에 따라, 비숙련자에 의해서도 철근 결속을 용이하게 할 수 있고, 철근 결속의 품질을 일정하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 오스테나이트 상의 결속부재를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재를 철근 교차부에 설치한 상태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재가 철근 교차부를 결속한 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재의 변형예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 다른 변형예를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 오스테나이트 상의 결속부재를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재를 철근 교차부에 설치한 상태를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재가 철근 교차부를 결속한 상태를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 오스테나이트 상의 결속부재를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재를 철근 교차부에 설치한 상태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재가 철근 교차부를 결속한 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재의 변형예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 다른 변형예를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 오스테나이트 상의 결속부재를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재를 철근 교차부에 설치한 상태를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재가 철근 교차부를 결속한 상태를 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 오스테나이트 상의 결속부재를 도시한 도면이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재를 철근 교차부에 설치한 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재가 철근 교차부를 결속한 상태를 도시한 도면이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재의 변형예를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6에는, 철근 결속재(10, 10', 10"), 마르텐사이트 상의 결속부재(12, 14), 오스테나이트 상의 결속부재(12'), 철근(16), 교차부(18), 제1 고리(21), 제2 고리(22), 결속부재(24)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재(10)는, 철근(16)을 결속하도록 오스테나이트 상(austenite phase)에서 고리 형상으로 변태되는 형상기억합금으로 이루어진 결속부재(12')를 포함한다.
형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA) 은 가공 당시의 온도에서 만들어진 형상을 기억하고 있다가 외력에 의해 소성변형(plastic deformation)이 생기더라도 재료가 온도 상승에 의해 기억된 온도에 도달하면 그 원래의 형상으로 되돌아가는 성질을 갖는 재료를 말한다. 이러한 형상기억합금은 외력에 의해 본래의 형상이 사라진 상태에서도 열을 가하면 본래의 형태를 기억하여 회복하게 된다.
형상기억합금은 온도에 따라 변하는 두 개의 안정된 결정구조를 가지고 있어 온도 변화에 의해 하나의 결정구조를 다른 결정구조로 바꿀 수 있다. 형상기억합금은 변태온도보다 높은 온도에서는 오스테나이트 상(austenite phase)의 입방결정구조를 갖고, 이를 냉각하면 좀 더 복잡한 단사정계(monoclinic) 결정구조로 변형된 마르텐사이트 상(martensite phase)으로 구조가 변한다. 이러한 마르텐사이트 상에서는 외부의 힘으로 쉽게 변형시킬 수 있는데 이때 변형된 마르텐사이트 상(deformed martensite phase)을 가열하면 구조가 오스테나이트 상으로 되돌아가기 때문에 원래의 형상으로 돌아가게 된다. 이러한 현상을 형상기억효과(Shape Memory Effect)라고 하며, 마르텐사이트상에서 오스테나이트상으로 변형하는 온도를 변태온도(transformation temperature)라고 한다. 이러한 변태온도는 형상기억합금의 형상기억처리과정에서 조절될 수 있다. 본 실시예에서는 형상기억합금으로서 니켈(Ni)-티타늄(Ti) 합금인 니티놀(NITINOL)을 사용한 형태를 제시한다.
본 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재(10)를 구성하는 결속부재(12)는, 도 1에 도시된 바와 같이 마르텐사이트 상에서는 철근(16)의 교차부(18)에 대각방향으로 꽂아 놓을 수 있도록 'U'자 형태로 형상기억처리되고, 오스테나이트 상(austenite phase)에서는 도 2에 도시된 바와 같이 U자 형의 결속부재가 철근(16)의 교차부(18)를 결속하도록 고리 형상으로 변태되도록 형상기억처리된다.
본 실시예에서는 형상기억합금의 변태온도가 섭씨 10 내지 20도(℃) 범위에 위치하도록 형상기억합금을 제조하게 된다. 상술한 변태온도 이하의 저온에서는 결속부재(12)가 마르텐사이트 상이므로 적은 힘으로도 임의의 형상으로 쉽게 변형이 가능하여 특별한 기술이 없는 비숙련공도 별도의 장비없이 철근(16)이 교차하는 지점에 마르텐사이트 상의 결속부재(12)를 이용하여 손으로 철근(16)을 엮을 수 있고, 대략 섭씨 10 내지 20도 이상의 상온에서는 별도의 열을 가하지 않아도 오스테나이트 상으로 전이되어 고리 형태의 결속부재(12')로 변태하면서, 고리가 수축되어 철근(16)의 교차부(18)를 결속하게 한다.
도 3은 본 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재(10)의 마르텐사이트 상의 결속부재(12)를 철근(16)의 교차부(18)에 설치한 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 본 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재(10)가 철근(16)의 교차부(18)를 결속한 상태를 도시한 도면이다.
상술한 변태온도를 갖도록 철근 결속재(10)를 제조하는 경우, 철근(16)의 결속 전에는 변태온도보다 낮은 온도로 유지해야 할 필요가 있으므로 변태온도 보다 낮은 온도를 유지할 수 있는 냉장고에 마르텐사이트 상의 결속재(10)를 보관하고 있다가, 냉장고에서 꺼내 도 3에 도시된 바와 같이 철근 교차부(18)에 설치하여 두면, 도 4에 도시된 바와 같이 상온에서 서서히 오스테나이트 상의 고리 형태의 결속부재(12')로 변태하면서 철근(16)의 교차부(18)를 결속하게 된다. 오스테나이트 상으로 변태하는 과정에서 발생하는 수축력으로 인하여 느슨하게 엮여 있던 철근(16)의 교차부(18)가 단단하게 결속될 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재의 변형예(10')를 도시한 도면이다.
상기의 일 시예에서는 철근 결속재(10)를 구성하는 결속부재(12)의 마르텐사이트 상의 형상을 U자 형으로 제시하고 있으나, 본 변형예는 도 5에 도시된 바와 같이, 결속부재(14)가 마르텐사이트 상(martensite phase)에서 양단부가 교차되는 고리 형태인 것을 제시한다.
형상기억합금이 변태온도 이상이 되면 서서히 오르테나이트 상으로 전이가 되는데 전이 과정에서 진동이나 충격에 의해 철근 결속재(10)가 철근(16)의 교차부(18)에서 이탈이 될 수 있으므로, 결속부재(14)를 마르텐사이트 상에서 양단부가 서로 교차하는 고리형태로 함으로써 설치 후에도 철근(16)의 교차부(18)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 다른 변형예(10")를 설명하기 위한 도면이다.
본 변형예는 결속부재(24)를 다중으로 구성한 것으로, 결속부재(24)의 강도가 낮은 경우나 결속하기 위한 철근(16)의 두께가 큰 경우 결속부재(24)를 다중으로 구성하여 보다 확고히 철근(16)을 결속하기 위한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 변형예에 따른 결속부재(24)는, 철근(16)의 교차부(18)의 대각방향으로 결속하는 제1 고리(21)와, 제1 고리(21)의 일단부에서 연장되며 제1 고리(21)와 평행을 이루어 마주하도록 배치되는 제2 고리(22)로 이루어진다. 제1 고리(21) 및 제2 고리(22)의 이중 고리를 이용하여 철근(16)의 교차부(18)를 보다 확고히 결속할 수 있다.본 변형예에 따른 결속부재(24)는 마르텐사이트 상에서는 고리가 폐합되지 않은 상태로 있다가, 변태온도 이상의 오르테나이트 상에서는 고리가 폐합되도록 양단부가 교차되면서 수축되어 철근(16)의 교차부(18)를 결속하게 된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 오스테나이트 상의 결속부재를 도시한 도면이다. 그리고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재의 마르텐사이트 상의 결속부재를 철근 교차부에 설치한 상태를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재가 철근 교차부를 결속한 상태를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 10에는 철근 결속재(30), 마르텐사이트 상의 결속부재(32), 오스테나이트 상의 결속부재(32'), 철근(16), 교차부(18), 제3 고리(26), 제4 고리(28) 가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 철근 결속재(30)를 구성하는 결속부재(32, 32')는, 철근(16)의 교차부(18)의 두 대각방향을 각각 결속하도록 일 대각방향을 결속하는 제3 고리(26)와 상기 제3 고리(26)의 중앙부에서 결합되며 타 대각방향을 결속하는 제4 고리(28)를 포함한다.
철근(16)이 서로 교차된 부분에서 두 철근(16)의 결속을 강화하기 위해 두 개의 대각 방향으로 철근(16)을 결속하게 되는데, 상술한 일 실시예에 따른 철근 결속재(도 1의 10)의 경우 두 개의 대각방향으로 각각 결속하기 위하여 두 개의 철근 결속재(도 1의 10)를 사용하여야 하나, 본 실시예의 경우 한 번의 설치로 두 개의 대각방향으로 철근(16)의 결속이 가능하다.
본 실시예에 따른 결속부재(32, 32')는, 도 7에 도시된 바와 같이, 마르텐사이트 상에서는 단부가 폐합되지 않은 제3 고리(26) 및 제4 고리(28)가 서로 수직을 이루도록 교차되어 결합된 형태로 구성되며, 오스테나이트 상에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 제3 고리(26) 및 제4 고리(28)가 각각 폐합되도록 양단부가 교차되면서 수축되어 철근(16)의 교차부(18) 두 대각방향으로 결속하게 된다.
변태온도 이하의 저온에서는 본 실시예에 따른 철근 결속재(30)가 마르텐사이트 상에 있으므로, 도 9에 도시된 바와 같이, 단부가 폐합되지 않은 제3 고리(26) 및 제4 고리(28)가 두 대각방향으로 각각 꽂아 놓을 수 있도록 결속부재(32)를 철근(16)의 교차부(18)에 설치할 수 있고, 설치 이후 상온에서는 서서히 오스테나이트 상으로 전이되면서, 도 10에 도시된 바와 같이, 제3 고리(26) 및 제4 고리(28)가 폐합되면서 수축되어 철근(16)의 교차부(18)를 두 대각방향으로 결속하게 된다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10, 10', 10", 30: 철근 결속재
12, 14, 32: 마르텐사이트 상의 결속부재
12', 32': 오스테나이트 상의 결속부재
16: 철근 18: 교차부
20: 제1 고리 22: 제2 고리
24: 결속부재 26: 제3 고리
28: 제4 고리
12, 14, 32: 마르텐사이트 상의 결속부재
12', 32': 오스테나이트 상의 결속부재
16: 철근 18: 교차부
20: 제1 고리 22: 제2 고리
24: 결속부재 26: 제3 고리
28: 제4 고리
Claims (6)
- 철근을 결속하도록 오스테나이트 상(austenite phase)에서 고리 형상으로 변태되는 형상기억합금으로 이루어진 결속부재를 포함하되,
상기 결속부재는,
상기 철근의 교차부의 대각방향으로 결속하는 제1 고리와, 일단부가 상기 제1 고리의 일단부에서 연장되며 상기 제1 고리와 평행을 이루어 마주하도록 절곡되어 배치되는 제2 고리의 이중 고리로 이루어지되 상기 제1 고리 및 상기 제2 고리의 타단부는 각각 외측으로 절곡되고,
마르텐사이트 상(martensite phase)에서는 상기 이중 고리가 폐합되지 않은 상태로 있다가 오스테나이트 상에서는 상기 이중 고리의 일단부가 상기 이중 고리의 타단부 사이로 삽입되면서 상기 이중 고리가 폐합되며,
상기 마르텐사이트 상에서 상기 오스테나이트 상으로 변형하는 상기 형상기억합금의 변태온도는 섭씨 10 내지 20도(℃)인 것을 특징으로 하는, 형상기억합금을 이용한 철근 결속재.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 형상기억합금은 니켈(Ti)과 티타늄(Ti)의 합금으로 이루어진 니티놀(NITINOL)인 것을 특징으로 하는, 형상기억합금을 이용한 철근 결속재.
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| KR1020160060203A KR101818202B1 (ko) | 2016-05-17 | 2016-05-17 | 형상기억합금을 이용한 철근 결속재 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020160060203A KR101818202B1 (ko) | 2016-05-17 | 2016-05-17 | 형상기억합금을 이용한 철근 결속재 |
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