KR101892506B1 - 구조물 보강용 섬유 보강재의 제조 방법 그 제조 방법으로 만들어진 섬유 보강재 및 그 섬유 보강재를 이용한 구조물의 보강 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조물 보강용 섬유 보강재의 제조 방법 그 제조 방법으로 만들어진 섬유 보강재 및 그 섬유 보강재를 이용한 구조물의 보강 방법에 관한 것으로, 섬유체적비 70∼80％인 복합스트랩을 경사로 공급하고, 유리섬유사를 위사로 공급하며, 복합스트랩의 수직한 방향으로 수지가 포함된 유리섬유사를 위입 복합스트랩의 상하로 유리섬유사를 위치하고 복합스트랩 사이에서 유리섬유사가 교차하는 직조 구조로 유리섬유사가 복합스트랩을 따라 일정 거리를 가지도록 위입하여 직조물로 직조한 다음, 직조물을 예열, 가열 및 가압으로 수지의 경화로 일체화된 섬유 보강재를 제조하며, 그 섬유 보강재를 구조물에 에폭시계 접착제로 부착하는 보강 방법이나, 구조물에 매립홈을 형성하여 에폭시계 접착제로 매립하는 보강 방법을 통해서, 복합스트랩 사이의 공간에 의해 비표면적을 최대화하여 강하고 우수한 접착력과 지속적인 부착력을 가지며, 높은 섬유체적비를 가지는 섬유 보강재는 기존보다 적게 적용하여도 요구되는 강도를 보강할 수 있는 것이다.

Description

구조물 보강용 섬유 보강재의 제조 방법 그 제조 방법으로 만들어진 섬유 보강재 및 그 섬유 보강재를 이용한 구조물의 보강 방법{the manufacture method of fiber reinforcement for structure reinforcement and the fiber reinforcement thereof and the reinforcement method of structure therewith }

본 발명은 구조물 보강용 섬유 보강재의 제조 방법 그 제조 방법으로 만들어진 섬유 보강재 및 그 섬유 보강재를 이용한 구조물의 보강 방법에 관한 것으로, 높은 섬유체적비를 가지는 복합스트랩을 경사로 하고, 수지를 포함하는 유리섬유사를 위사로 하며, 제직기에서 복합스트랩과 유리섬유사를 직조물로 직조하고, 그 직조물을 예열, 가열 및 가압하여 수지에 의해 일체화된 섬유 보강재를 제조하며, 그 섬유 보강재를 구조물에 에폭시계 접착제로 부착하는 보강 방법이나, 구조물에 매립홈을 형성하여 에폭시계 접착제로 매립하는 보강 방법을 통해서, 높은 섬유체적비를 가지는 섬유 보강재는 적절히 재단하여 적용하여 요구되는 강도로 보강할 수 있고, 복합스트랩 사이의 공간에 의해 비표면적을 최대화하여 에폭시계 접착제만으로 강하고 우수한 접착력으로 지속적인 부착력을 가지는 것이다.

일반적으로 콘크리트 구조물의 표면은 외부로 노출되어 있어서, 시간이 지남에 따라 노후화되어 심미성이 떨어지고, 표면에 크랙이 발생하여 구조물의 강도와 강성을 떨어뜨리고, 이 크랙으로 수분이 침투하면, 추가적인 균열을 더 쉽게 유발하며, 침투된 수분은 콘크리트 내부의 철근을 부식시키고, 콘크리트 구조물이 노후화가 진행되면 보수 시공이나 보강 시공이 필요하였으며, 이외에도 기존 콘크리트 구조물에 추가적인 강도 보강이 필요한 경우에도 보강 시공을 시행하였다.

기본적인 콘크리트 구조물의 보수 보강 방법은 탄소섬유 보강 공법이 일반화되어 있으며, 이 탄소섬유 보강 공법을 간단히 설명하면, 콘크리트 표면의 돌출부위는 제거하고, 오목한 부위는 모르타르, 퍼티로 메워 그 표면을 평평하게 정리한 다음, 필요에 따라, 구조물의 표면에 프라이머를 도포하고 모르타르로 미장하는 방법으로 표면 보수를 진행한다.

그리고 콘크리트 구조물 표면에 에폭시수지를 충분히 도포한 뒤, 탄소섬유시트를 부착하면서 도포된 에폭시수지를 함침하며, 또한, 부착된 탄소섬유시트에 에폭시수지를 더 도포하여 롤러 등으로 밀어 기포를 제거하고, 비닐시트 등을 시공면에 직접 닿지 않게 덮어서, 물이나 먼지로부터 보호하면서, 충분히 양생하여 그 콘크리트 구조물의 강도 보강을 완료하며, 강도 보강에 적용하는 탄소섬유시트(carbon fiber sheet)는 고탄성, 고강도, 우수한 내구성 및 내식성과 불연성 등의 특성이 있어서, 콘크리트 구조물의 표면에 탄소섬유시트를 부착하는 강도 보강을 통해서 콘크리트 구조물의 강도, 내구성 및 내진 성능 등을 높인다.

한편, 콘크리트 구조물의 보수 보강 방법인 탄소섬유 보강 공법이 일반화되면서 탄소섬유시트의 종류와 시공 방법이 다양하게 개발되었으며, 탄소섬유시트의 예를 들어보면, 대한민국실용신안등록 제20-0130505호에는 폴리에틸렌 섬유사, 폴리프로필렌 섬유사 나일론 사 중에 선택되는 섬유사와 탄소섬유사가 제직되어 제조되는 ‘보강재용 탄소 섬유 재직 구조’가 게시되어 있으며, 대한민국특허출원 제10-2011-0038532호에는 열가소성수지가 코팅된 유리섬유사와 탄소섬유사의 직조로 제조되는 ‘융착사를 이용한 탄소직물의 제조 방법 및 그 탄소직물’이 게시되어 있다.

아울러, 대한민국특허등록 제10-0791360호에는 탄소섬유와 아라미드 섬유의 혼합섬유 또는 탄소섬유와 유리섬유의 혼합섬유 중에 선택된 제1보강부와 유리섬유의 직조로 제조되는 하이브리드 섬유 보강재, 또는, 이들 섬유 보강재의 1배의 체적비로 에폭시수지가 함침되어 바의 형상으로 제조되는 섬유 보강재와 함께, 이들 섬유 보강재를 콘크리트 구조물의 보강부위에 에폭시로 부착하는 보강공법이 포함된 ‘하이브리드 섬유 보강재 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보강방법’이 게시되어 있다.

그러나 일반적인 탄소섬유 보강 방법은, 탄소섬유시트 자체가 패널처럼 빳빳한 상태가 아니라서 길거나 넓은 면적의 구조물 보강에서는 부착 과정에서 처지는 것을 방지하기 위해서 적절한 길이로 재단해서 사용해야 하므로 연속적인 시공이 어려운 문제점이 있었으며, 탄소섬유시트는 많은 가닥의 탄소섬유가 집합됨에 따라, 고점도의 에폭시수지는 탄소섬유시트의 함침이 어려워, 부착 후에도 탄소섬유시트가 들뜨는 문제점이 있었으며, 이에 따라 저점도의 에폭시수지를 쓸 경우, 탄소섬유시트를 부착하기도 전에 그 중력(무게)으로, 에폭시수지가 흘러내려 함침성이 고르지 않고, 균일한 부착이 어려우며, 표면이 고르지 못한 문제점이 있었다.

또한, 앞에 첫 번째로 예시한 고안과 두 번째로 예시한 발명의 경우, 탄소섬유와 다른 섬유를 제직(직조)를 통해서 제조하여 콘크리트 구조물의 보강재로 사용하려 하고 있으나, 이 역시 탄소섬유의 제직으로 제조되기 때문에 시공시에는, 처짐을 방지하기 위해 적절한 길이로 재단하여 사용함에 따라 연속적인 시공이 어려운 문제점이 있었으며, 부착을 위해 전체를 함침함에 따라 경화를 위한 양생 시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.

그리고 앞서 예시한 세 번째로 예시한 발명의 경우, 직조한 섬유 보강재의 1배의 체적비에 해당하는 에폭시수지를 함침하여 바 형태의 섬유 보강재를 사용함에 따라 시공을 용이하게 하고자 하였으나, 이것은 직조된 섬유 보강재와 같은 체적의 에폭시수지의 함침으로 만들어지면서 섬유체적비(vf, volume fraction, 섬유와 수지의 비율로, 섬유체적비가 높을수록 수지에 대해 섬유가 차지하는 비율이 높고, 섬유체적비가 높을수록 우수한 물성을 가진다)가 낮아서 요구되는 강도 보강을 위해서는 넓은 단면의 많은 섬유 보강재가 필요하고, 이러한 솔리드 형태의 섬유 보강재는 한 면이 부착 면적이 되어 접착력이 떨어지고 부착력의 지속성이 떨어지는 문제점이 있으며, 떨어지는 부착력에 의해 앵커를 사용해서 고정력을 증대하거나, 구조물에 홈을 깊게 파서 섬유 보강재를 매립해야 하는 단점이 있으며, 넓은 단면의 섬유 보강재는 길이 방향으로 적재되므로 길이에 대해서 한계를 가지고, 보관과 이동이 용이하지 못한 단점이 있었으며, 바 형태의 섬유 보강재는 폭 방향으로의 재단이 어렵기 때문에 제조 시에 요구되는 강도 보강을 위해서 여러 개의 섬유 보강재를 사용해야 하는 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자, 높은 섬유체적비를 가지는 복합스트랩을 경사로 공급하고, 유리섬유사를 위사로 공급하며, 복합스트랩의 수직한 방향으로 수지가 포함된 유리섬유사를 위입하여 복합스트랩의 상하로 유리섬유사를 위치하고 복합스트랩 사이에서 유리섬유사가 교차하는 구조의 직조물을 직조한 다음, 직조물을 예열, 가압 및 가열하여 수지의 경화를 통해 일체화된 섬유 보강재를 제조하며, 그 섬유 보강재를 표면을 정리한 구조물에 에폭시수지로 부착하는 보강 방법에 의해서, 복합스트랩 사이의 공간에 의해 비표면적을 최대화하여 에폭시계 접착제만으로도 우수한 부착력을 가지므로, 별도의 앵거나 고정 장치가 없이도 강하고 우수한 접착력과 지속적인 부착 성능을 가지며, 높은 섬유체적비를 가지는 섬유 보강재는 기존보다 적은 단면이나 부피로 적용하여도 요구되는 강도를 보강할 수 있고, 얇은 두께의 섬유 보강재에 의해 시공 후에도 돌출되는 부분 최소화되고 표면이 고르며, 섬유 보강재 자체가 쳐지지 않는 특성에 의해 부착 시에 원하는 길이만큼 펴면서 부착하여 시공이 빠르고 용이한 특징이 있다.

또한, 제조된 섬유 보강재는 구조물에 매립홈을 형성하고, 에폭시계 접착제에 의해 부착하면서 에폭시계 접착제로 매립홈을 메우는 보강 방법에 의해서, 얇은 두께의 섬유 보강재에 의해 매립홈의 깊이를 최소화하고, 복합스트랩 사이의 공간에 의해 비표면적을 최대화하여 우수한 부착력을 가지며, 섬유 보강재 자체가 쳐지지 않는 특성에 의해 부착 시에 원하는 길이만큼 펴면서 부착하여 시공이 빠르고 용이하도록 한다.

이와 같이 본 발명은, 높은 섬유체적비를 가지는 복합스트랩과 유리섬유인 유리섬유사가 직조되어 열에 의해 일체된 구조의 섬유 보강재를 제조하며, 그 섬유 보강재를 구조물에 에폭시계 접착제로 부착하거나, 구조물에 매립홈을 형성하여 에폭시계 접착제로 매립하는 보강 방법을 제공하여, 복합스트랩 사이의 공간에 의해 비표면적을 최대화하여 에폭시계 접착제의 사용만으로도, 강하고 우수한 접착력과 지속적인 부착 성능을 유지하는 효과가 있으며, 높은 섬유체적비를 가지는 섬유 보강재는 기존보다 적은 단면과 크기로 적용하여도 요구되는 강도로 보강할 수 있는 효과가 있고, 우수한 휨강도를 가지는 섬유 보강재는 감아서 보관과 이동이 용이한 효과가 있으며, 원하는 길이만큼 펴면서 시공할 수 있는 효과가 있고, 요구되는 강도에 따라 적절히 재단해서 구조물의 보강에 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 구조물 보강용 섬유 보강재의 일부 사시도 및 단면 확대도.
도 2는 본 발명에 따른 구조물 보강용 섬유 보강재의 제조 방법에 따른 제조 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 구조물 보강용 섬유 보강재의 제조 방법에 따라 제조 과정을 보여주는 간략한 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 구조물 보강용 섬유 보강재의 제조 방법에 따라 일부의 제조 과정을 보여주는 간략한 측면도.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 구조물 보강용 섬유 보강재의 사시도 및 확대도.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 섬유 보강재를 이용한 구조물의 보강 방법에 따른 공정 순서도.
도 7은 본 발명의 섬유 보강재를 사용하여 부착법에 따른 구조물의 보강 방법을 보여주는 일부 시공 사시도.
도 8은 본 발명의 부착법에 따른 구조물의 보강 방법에 의해 시공된 구조물과 섬유 보강재를 보여주는 단면도.
도 9는 본 발명의 섬유 보강재를 사용하여 매립법에 따른 구조물의 보강 방법을 보여주는 일부 시공 사시도.
도 10은 본 발명의 매립법에 따른 구조물의 보강 방법에 의해 시공된 구조물과 섬유 보강재를 보여주는 단면도.

본 발명은 구조물 보강용 섬유 보강재의 제조 방법 그 제조 방법으로 만들어진 섬유 보강재 및 그 섬유 보강재를 이용한 구조물의 보강 방법에 관한 것으로, 유리섬유사와, 두께가 1∼5㎜이고 폭은 10∼100㎜이며, 섬유체적비가 70∼80％인 복합스트랩이 직조된 구조의 섬유 보강재를 구성하되, 제직기에서 복합스트랩을 1∼3㎜ 간격을 가지도록 경사로 공급하는 복합스트랩 공급 단계(S1), 복합스트랩의 수직한 방향으로 수지가 포함된 유리섬유사를 위입하여 복합스트랩의 상하로 유리섬유사를 위치하고 복합스트랩 사이에서 유리섬유사를 교차하도록 하는 위입 단계(S2), 그 위입 단계(S2)의 반복으로 복합스트랩을 따라 일정 거리를 두고 유리섬유사를 위입하여 직조물로 직조한 다음, 예열, 가열 및 가압으로 일체화된 섬유 보강재를 구성하는 가열 및 일체화 단계(S3)로 섬유 보강재의 제조가 완료되어, 그 섬유 보강재를 구조물의 강도 요구에 맞게 일정한 폭으로 재단하고, 구조물에 에폭시계 접착제로 부착하는 보강 방법이나, 구조물에 매립홈을 형성하여 에폭시계 접착제로 매립하는 보강 방법을 통해서, 복합스트랩 사이의 공간에 의해 비표면적을 최대화하여 강한 접착력과 지속적인 부착력을 가지고, 높은 섬유체적비를 가지는 섬유 보강재는 기존보다 적게 적용하여도 요구되는 강도를 보강할 수 있는 것이다.

본 발명은 구조물 보강용 섬유 보강재의 제조 방법 그 제조 방법으로 만들어진 섬유 보강재 및 그 섬유 보강재를 이용한 구조물의 보강 방법에 관한 것으로, 먼저, 섬유 보강재의 제조 방법은 도2의 공정도와 같이, 재료 준비 단계(S0), 복합스트랩 공급 단계(S1), 위입 단계(S2), 가열 및 일체화 단계(S3), 와인딩 단계(S4)로 구성하며, 우선, 재료 준비 단계(S0)는 섬유 보강재(100)의 재료인 복합스트랩(110)과 유리섬유사(120)를 준비하는 단계로, 복합스트랩(110)은 섬유체적비가 70∼80％인 띠 모양의 섬유 복합 재료로 공급롤러(210)에 감긴 상태로 준비한다.

자세하게는, 복합스트랩(110)은 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 또는 이들의 혼합섬유를 사용하여 펄트루젼 제조 공법(pultrusion process, 인발성형법, 원사를 레진에 함침시켜 금형을 통과시키면서 높은 열을 가하여 성형한 후 당겨내어 균일한 단면을 가진 제품을 연속적으로 생산하는 방법)에 의해 제조되는 섬유 복합 재료(섬유 복합 플라스틱, 섬유강화복합재)로, 복합스트랩(110)은 섬유와 수지의 비율인 섬유체적비(vf, volume fraction)가 70∼80％인 것을 적용하며, 복합스트랩(110)의 제조에 사용되는 수지는 열경화성수지를 적용한다.

또, 도1에 도시한 바와 같이, 복합스트랩(110)의 두께는 1∼5㎜이고 폭은 10∼100㎜으로 가로가 긴 띠 구조이며, 복합스트랩(110)은 높은 섬유체적비와 우수한 휨강도에 의해서 롤(롤러)에 감아서 보관 및 이동이 가능하므로, 공급롤러(210)에 감아서 공급되어 직조에 경사로 적용하다.

또한, 유리섬유사(120)는 유리섬유로 제조된 원사로 구성되며, 이 유리섬유사(120)는 유리섬유 원사를 그대로 준비하거나, 또는, 수지가 함침되어 건조한 상태의 유리섬유 원사를 준비하고, 수지는 열경화수지와 열가소성수지를 적용하며, 유리섬유사(120)로 유리섬유 원사를 그대로 적용하는 경우에는, 후에 위입 단계(S2)에서 유리섬유사(120)에 수지(242)를 함침하여 위입하므로, 유리섬유사(120)를 위입하기 전에 배스(241)에 열경화수지 또는 열가소성수지를 적절한 온도로 준비하고, 이 배스(241)에 유리섬유사(120)가 통과하여 위입하도록 준비한다.

이렇게 복합스트랩(110)과 유리섬유사(120)로 재료의 준비가 완료되며, 복합스트랩(110)과 유리섬유사(120)는 제직기(200)를 통해서 직조되는데, 도3에 도시한 바와 같이, 복합스트랩(110)은 경사로 공급하고, 유리섬유사(120)는 위사로 공급하며, 또한, 제직기(200) 다음으로는 예열판(330), 히팅롤러(300)(300′), 와인딩롤러(400)가 순차로 배치되며, 예열판(330)은 상하로 한 쌍 배치하고, 히팅롤러(300)(300′)는 상하로 한 쌍 또는 다수 배치하며, 예열판(330)과 히팅롤러(300)(300′)의 내부에는 히터(331)(310)가 다수 배열되어 발열하는 구조이고, 와인딩롤러(400)는 모터(미도시)에 의해 회전하면서 제조된 섬유 보강재(100)를 감는 것으로, 이들 제직기(200), 예열판(330), 히팅롤러(300)(300′), 와인딩롤러(400)는 각 공정에서 상세히 설명하기로 한다.

다음으로, 도3에 도시한 바와 같이, 복합스트랩 공급 단계(S1)는 복합스트랩(110)을 제직기(200)에 경사로 공급하는 단계로, 공급롤러(210)에 감긴 복합스트랩(110)은 각각 일정 거리를 두고 배열하고, 각 공급롤러(210)는 자유회전하면서 복합스트랩(110)이 풀리도록 하며, 그 복합스트랩(110)은 종광(220)(경사를 아래위로 벌려서 위사가 투입되는 개구를 만들어 주는 장치)을 통과하여 공급되도록 하며, 공급하는 복합스트랩(110)의 간격은 1∼3㎜을 유지하고, 이 복합스트랩(110)은 별도의 견인장치(미도시)나 와인딩롤러(400)에 의해서 이동한다.

한편, 복합스트랩(110)은 1∼3㎜의 간격으로 공급되어 직조되는데, 복합스트랩(110)이 가지는 간격과 그 공간으로 인해서, 섬유 보강재(100)의 비표면적을 높여서 에폭시계 접착제(800)만으로도 우수한 접착력을 가지고, 그 접착력에 의해 섬유 보강재(100)는 지속적으로 고정된 상태를 유지한다.

이어지는 위입 단계(S2)는 공급된 경사에 수직한 방향으로 유리섬유사(120)를 투입하여 직조하는 단계로, 도1에 도시한 바와 같이, 위입장치(240)를 통해서 유리섬유사(120)는 복합스트랩(110)의 공급 방향(길이 방향)에 대해서 수직한 방향으로 공급되어, 유리섬유사(120)의 위입으로 인해서 하나의 복합스트랩(110)의 상하로 유리섬유사(120)가 위치되고, 두 복합스트랩(110) 사이에서 유리섬유사(120)가 서로 교차 한 다음, 이웃하는 복합스트랩(110)에서 유리섬유사(120)는 상하 위치를 바꾸어 위치하는 구조를 가진다.

그리고 위입은 복합스트랩(110)의 폭 방향 양쪽에서도 가능하고, 복합스트랩(110)의 폭 방향의 한쪽에서만 공급하는 것도 가능한데, 유리섬유사(120)의 위입을 위해서 제직기(200) 또는 위입장치(240)를 래이피어(Rapier Loom, 래피어 직기, 레피어 직기)를 적용하면 한쪽 방향에서 유리섬유사(120)를 위입하고 종광(220)을 통해 복합스트랩(110)의 개구를 변경한 다음 위입된 유리섬유사(120)가 원래 위치로 돌아오도록 한다.

또한, 위입 단계(S2)에서 위입하는 유리섬유사(120)는 수지를 포함하며, 수지는 열경화수지나 열가소성수지를 적용하는데, 유리섬유 원사에 수지(242)가 함침되어 건조된 유리섬유사(120)라면 그대로 위입하며, 유리섬유사(120)에 수지가 포함되지 않은 유리섬유 원사를 적용하는 경우에는, 도3에 도시한 바와 같이, 유리섬유사(120)를 위입하기 전에 수지(242)(열경화성수지나 열가소성수지)가 수용된 배스(241)로 유리섬유사(120)를 통과시켜 유리섬유사(120)에 수지(242)를 함침한 상태로 위입한다.

참고로, 유리섬유사(120)의 위입 시에 수지(242)를 함침할 때, 배스(241)의 수지(242)에는 실리카나 탄산칼슘 등이 포함되어 내열온도가 최고 1200℃인 수지(242)를 적용하여, 기존보다 내열성을 높인 수지(242)에 의해서 화재를 방지할 수 있다.

이러한 위입 단계(S2)에서는 위입한 유리섬유사(120)를 바디(230)로 쳐서 적절한 위치로 적절한 위치로 배치하고, 이에 따라 유리섬유사(120)는 경사인 복합스트랩(110)을 따라 30∼300㎜의 간격을 유지하도록 하며, 이렇게 복합스트랩(110)의 이동, 유리섬유사(120)의 위입, 바디(230)의 작동으로 복합스트랩(110)을 따라 유리섬유사(120)가 일정 간격으로 결합된 구조의 직조물(130)이 직조된다.

한편, 유리섬유사(120)는 복합스트랩(110)의 길이 방향을 따라 30∼300㎜의 간격으로 위입되는데, 이 유리섬유사(120)는 열에 의해서 경화하면서, 이격되어 배열된 복합스트랩(110)을 일체함에 따라, 제조되는 섬유 보강재(100)를 유리섬유사(120)가 포함되도록 절단하면, 복합스트랩(110)이 떨어지지 않고 일체된 구조를 유지할 수 있는 것이다.

다음으로, 도3 및 도4에 도시한 바와 같이, 가열 및 일체화 단계(S3)는 직조된 직조물(130)을 예열, 가열 및 가압을 통해서 일체화하는 단계로, 직조물(130)의 이동 방향을 따라 예열판(330)과 히팅롤러(300)(300′)를 순차로 구성하여 예열과 가열이 이루어지도록 한다.

먼저, 예열판(330)은 직조물(130)의 양면에 이격된 위치에 구성하고, 예열판(330) 내부에는 히터(331)가 포함되어 발열하는 구조를 가지며, 유리섬유사(120)에 포함된 수지의 경화 온도보다 낮은 온도로 발열하는 예열판(330) 사이를 직조물(130)이 이동하면서 예열하는 구조이다.

그리고 직조물(130)을 따라 상하로 배치된 한 쌍의 히팅롤러(300)(300′)를 다수 구성하되, 이 히팅롤러(300)(300′)는 내부에 발열하는 히터(310)를 포함하고, 한 쌍의 히팅롤러(300)(300′)가 서로 맞물려 돌아가는 구조를 가지는데, 하나의 히팅롤러(300′)는 실린더(320) 등에 의해서 상하 이동되어, 다른 히팅롤러(300)와 접촉 또는 이격하는 구조를 가진다.

그래서 직조물(130)을 히팅롤러(300)(300′) 사이로 통과하면서, 수지의 경화 온도로 가열 및 가압되어, 유리섬유사(120)에 포함된 수지가 경화하여, 유리섬유사(120)가 복합스트랩(110)에 부착하며, 히팅롤러(300)(300′)를 통과하면서 완전히 경화되어 복합스트랩(110)과 유리섬유사(120)가 수지에 의해 일체된 구조의 섬유 보강재(100)를 구성한다.(참고로, 유리섬유사에 포함된 수지가 열경화성수지인 경우에는 히팅롤롤러의 열에 의해 수지가 경화하고, 유리섬유사에 포함된 수지가 열가소성수지인 경우에는 히팅롤러의 열에 의해 수지가 용융된 다음, 히팅롤러를 벗어나면서 수지가 바로 경화한다)

한편, 가열 및 일체화 단계(S3)에서는 예열판(330)과 히팅롤러(300)(300′)에 의해서 유리섬유사(120)에 포함된 수지를 예열, 가열 및 가압하는데, 처음부터 수지의 경화 온도로 예열온도 및 가열온도(경화 온도)로 적용하기보다는 직조물(130)의 이동 방향에 따라 온도를 단계적으로 상승하도록 적용하는 것이 바람직하다.

참고로, 예열판(330)과 히팅롤러(300)(300′) 전후로는 다수의 가이드롤러(600)를 구성하여 직조물(130)과 섬유 보강재(100)의 위치를 안내하고 장력을 조절하도록 하는 것이 바람직하며, 가열 및 일체화 단계(S3)에서 예열판(330)과 히팅롤러(300)(300′)에 의해서 직조물(130)의 예열, 가열 및 가압하였지만, 다른 장치나 구조에 의해서도 가능하다.

마지막으로, 와인딩 단계(S4)는 와인딩롤러(400)에 제조된 섬유 보강재(100)를 감는 것으로, 섬유 보강재(100)는 모터에 의해 회전하는 와인딩롤러(400)에 감도록 하며, 이 와인딩롤러(400)는 섬유 보강재(100)를 감기도 하지만 직조 과정에서 복합스트랩(110)과 그 복합스트랩(110)에 위입된 유리섬유사(120)를 견인하는 역할도 하며, 이렇게 감긴 섬유 보강재(100)는 와인딩롤러(400)에 감아 보관과 이동이 용이하다.

한편, 와인딩 단계(S4)에서는 직조되는 직조물(130)의 폭으로 섬유 보강재(100)를 제조할 수 있고, 또한, 도3에 도시한 바와 같이, 와인딩롤러(400)에 감기 전, 히팅롤러(300)(300′)와 와인딩롤러(400) 사이에는 커터(500)를 폭 방향으로 다수 배열하고, 이 커터(500)가 섬유 보강재(100)가 복합스트랩(110) 사이의 유리섬유사(120)를 절단하여, 일정 폭을 가지는 섬유 보강재(100)를 구성하고, 이에 대응하는 다수의 와인딩롤러(400)를 구성하여, 개별적으로 섬유 보강재(100)를 감는 방법이 있으며, 그 예로, 도7 및 도8에는 두 개의 복합스트랩(110)을 가지는 섬유 보강재(100)를 도시하고 있다.

이와 같은 제조 방법에 의해서, 도1과 도5에 도시한 바와 같이, 복합스트랩(110)은 1∼3㎜의 간격을 가지고, 이 복합스트랩(110)의 수직으로 한 쌍의 유리섬유사(120)가 복합스트랩(110)을 상하로 이동하도록 서로 교차하면서 직조에 의해 결합하며, 유리섬유사(120)는 복합스트랩(110)의 길이 방향을 따라 30∼300㎜의 간격을 가지도록 직조하고, 유리섬유사(120)의 수지에 의해서 열에 의해 복합스트랩(110)이 일체된 구조의 섬유 보강재(100)를 구성한다.

이렇게 섬유 보강재(100)는 구조물의 보강에 적용되어 사용하여, 1∼3㎜의 간격으로 촘촘히 배열된 복합스트랩(110)에 의해서 우수한 강도를 가지고, 복합스트랩(110) 사이의 간격 및 공간에 구조에 의해서 비표면적을 높여 부착면을 최대화할 수 있으며, 또한, 30∼300㎜ 간격으로 유리섬유사(120)가 복합스트랩(110)을 감싸듯 견고히 부착된 구조에 의해 일체된 구조에 의해서, 섬유 보강재(100)의 어느 부분을 절단하여도 유리섬유사(120)에 의해서 분리되지 않는 특징이 있다.

또, 섬유 보강재(100)는 복합스트랩(110)을 구성하는 탄소섬유와 유리섬유가 우수한 강도를 가지고, 복합스트랩(110)이 두께는 1∼5㎜으로 얇더라도 높은 섬유체적비를 가지기 때문에, 같은 부피를 가지는 기존의 탄소섬유류나 유리섬유류로 제조되는 보강재에 비해서 얇더라도 작은 부피로 요구되는 강도를 만족할 수 있는 특징이 있으며, 이에 따라, 복합스트랩(110)은 길이 방향을 따라 유리섬유사(120)가 교차되는 부분을 절단하여 원하는 폭과 길이로 보강 시공에 적용할 수 있으며, 섬유 보강재(100)의 복합스트랩(110)의 간격으로 인한 공간에 의해서 비표면적이 최대화되어, 섬유 보강재(100)는 별도의 앵커나 고정 장치가 필요없이 에폭시계 접착제(800)만으로도 강한 접착력을 가지고, 강한 접착력과 함께 섬유 보강재(100)는 시공 후에도 부착력이 지속적으로 유지되어 반영구적으로 고정된 상태를 유지한다.

이와 같이 제조된 섬유 보강재(100)를 이용한 구조물의 보강 방법을 도6의 시공 순서도와 함께 살펴보되, 이 섬유 보강재(100)를 이용한 구조물(700)의 보강 방법은 부착법과 매립법이 있으며, 섬유 보강재(100)의 부착에 사용되는 에폭시계 접착제(800)는 점도가 높아서 흘러내리지 않는 정도의 점도로 사용하는데 시중의 퍼티 정도의 점도가 적합하다.

먼저, 부착법에 따른 구조물의 보강 방법은, 구조물 표면 정리 단계(G1), 위치 선정 단계(G2), 섬유 보강재 설치 단계(G3), 마무리 및 양생 단계(G4)로 이루어지며, 구조물 표면 정리 단계(G1)는 보강할 구조물(700)의 표면을 정리하는 단계로, 새 구조물(700)이 아니면 열화된 표면을 일부 갈아내는 것이 필요하며, 구조물(700) 일부가 탈리되었거나 철근이 노출된 경우 적절한 보수를 실시한다.

그리고 위치 선정 단계(G2)는 섬유 보강재(100)를 부착할 위치와 적용할 섬유 보강재(100)의 크기 등을 선정하는 단계로, 보강할 구조물(700)의 요구되는 강도에 따라 섬유 보강재(100)를 부착할 위치를 표시하고, 섬유 보강재(100)를 요구하는 강도에 맞게 절단하여 준비한다.

또한, 도7과 도8에 도시한 바와 같이, 섬유 보강재 설치 단계(G3)는 에폭시계 접착제(800)를 이용하여 섬유 보강재(100)를 부착하는 단계로, 구조물(700)에 에폭시계 접착제(800)를 도포하고 섬유 보강재(100)를 구조물(700)에 부착하거나, 섬유 보강재(100)의 일면에 에폭시계 접착제(800)를 도포하고 섬유 보강재(100)를 구조물(700)에 부착하는데, 구조물(700)과 닿는 섬유 보강재(100) 부분은 에폭시가 모두 부착이 되고, 섬유 보강재(100)의 측면도 에폭시계 접착제(800)가 덮이도록 하고, 복합스트랩(110) 사이로 에폭시계 접착제(800)가 돌출되도록 하여 부착력을 최대화하는 것이 바람직하다.

그리고 마무리 및 양생 단계(G4)는, 부착된 섬유 보강재(100)와 표면을 정리하고 양생하는 단계로, 섬유 보강재(100) 표면에 돌출된 에폭시계 접착제(800)를 평평하게 정리하고, 섬유 보강재(100) 측면 둘레의 에폭시계 접착제(800)를 구조물(700)의 표면과 자연스럽게 연결되도록 하며, 섬유 보강재(100)를 부착한 에폭시계 접착제(800)가 경화될 수 있도록 일정한 시간을 두어 양생을 하며, 비가 날에는 방수포를 덮고, 추운 경우에는 보온재를 덮어 양생을 하는 것이 바람직하며, 이 마무리 및 양생 단계(G4)로 부착법에 따른 구조물의 보강 방법을 완료한다.

이렇게 부착법에 따른 구조물의 보강 방법은, 구조물(700)의 표면을 정리한 다음 섬유 보강재(100)를 에폭시계 접착제(800)로 부착 과정으로 시공이 빠르고 용이하며, 얇은 섬유 보강재(100)에 부착에 이용된 에폭시계 접착제(800)만을 양생하기 때문에 양생 시간이 빠르며, 복합스트랩(110)이 배열된 간격으로 인한 공간에 의해서 비표면적이 최대화되어, 섬유 보강재(100)는 별도의 앵커나 고정 장치가 필요없이 에폭시계 접착제(800)만으로도 우수한 부착력을 가지므로, 우수한 부착력에 의해 섬유 보강재(100)는 시공 후에도 반영구적으로 고정된 상태를 유지할 수 있으며, 섬유 보강재(100)는 기존의 요구되는 강도에 맞추기 위해 필요한 두께보다 얇기 때문에 돌출되는 부분이 최소화되고 표면이 일정하고 고른 특징이 있으며, 섬유 보강재(100) 자체가 쳐지지 않기 때문에 부착 시에 원하는 길이만큼 펴면서 부착할 수 있는 특징이 있다.

다음으로, 매립법에 따른 구조물의 보강 방법은, 구조물 표면 정리 단계(G1), 위치 선정 단계(G2), 매립홈 형성 단계(G2′), 섬유 보강재 설치 단계(G3), 마무리 및 양생 단계(G4)로 이루어지며, 도9와 도10에 도시한 바와 같이, 구조물 표면 정리 단계(G1)는 보강할 구조물(700)의 표면을 정리하는 단계로, 새 구조물(700)이 아니면 열화된 표면을 일부 갈아내는 것이 필요하고, 구조물 표면이 탈리되었거나 철근이 노출된 경우 적절한 보수를 실시하는데, 이 보강 방법에서는 매립홈(710)을 형성하므로 필요에 따라 구조물 표면 정리가 필요하지 않을 수 있다.

그리고 위치 선정 단계(G2)는 섬유 보강재(100)를 부착할 위치를 선정하고 적용할 섬유 보강재(100)의 크기 등을 선정하는 단계로, 보강할 구조물(700)의 요구되는 강도에 따라 섬유 보강재(100)를 부착할 위치를 표시하고, 섬유 보강재(100)를 요구하는 강도에 맞게 절단하여 준비한다.

또한, 섬유 보강재 설치 단계(G3)는 선정된 위치에 섬유 보강재(100)를 매립할 수 있는 매립홈(710)을 형성하고, 에폭시계 접착제(800)를 이용하여 섬유 보강재(100)를 부착하고, 다시 에폭시계 접착제(800)를 사용하여 미장하는 단계로, 섬유 보강재(100)를 설치할 위치를 따라 공구를 사용하여 섬유 보강재(100)의 폭보다 크고 섬유 보강재(100)의 두께보다 깊게 매립홈(710)을 형성하여 섬유 보강재(100)가 완전히 매립할 수 있는 매립홈(710)을 형성하는데, 섬유 보강재(100)의 두께는 복합스트랩(110)의 최대 두께인 5㎜를 넘지 않으므로, 매립홈(710)은 이보다 약간 더 깊게 형성하면 충분하므로, 매립홈(710)이 많은 깊이를 요하지 않는다.

그리고 그 매립홈(710) 내부에 에폭시계 접착제(800)를 도포하고 섬유 보강재(100)를 매립홈(710) 내부를 따라 부착하거나, 섬유 보강재(100)의 일면에 에폭시계 접착제(800)를 도포하고 섬유 보강재(100)를 매립홈(710) 내부를 따라 부착한 다음, 매립홈(710)에 에폭시계 접착제(800)를 도포하여 매립홈(710)을 메운다.

그리고 마무리 및 양생 단계(G4)는, 매립홈(710)에 도포된 에폭시계 접착제(800)를 구조물(700) 표면과 일치하도록 미장한 다음 양생하는 단계로, 매립홈(710)에 도포된 에폭시계 접착제(800)가 원래의 표면과 같도록 매끈하게 미장하고, 섬유 보강재(100)를 부착한 에폭시계 접착제(800)가 경화될 수 있도록 일정한 시간을 두어 양생을 하며, 비가 날에는 방수포를 덮고, 추운 경우에는 보온재를 덮어 양생을 하는 것이 바람직하며, 이 마무리 및 양생 단계(G4)로 매립법에 따른 구조물의 보강 방법이 완료된다.

이렇게 매립법에 따른 구조물의 보강 방법은 구조물(700)의 표면을 모두 깎아내지 않고도 작업이 가능하며, 섬유 보강재(100)는 얇기 때문에 매립홈(710)을 최소한의 깊이로 형성하여 구조물(700)의 매립홈(710) 형성에 따른 강도 저하 문제가 발생하지 않고, 에폭시계 접착제(800)의 양생 시간이 빠르며, 복합스트랩(110)의 간격으로 인한 공간에 의해서 비표면적이 최대화되어 에폭시계 접착제(800)만으로도 우수한 부착력과 지속 성능을 가지고, 섬유 보강재(100) 자체가 쳐지지 않기 때문에 부착 시에 원하는 길이만큼 펴면서 부착할 수 있는 특징이 있다.

이와 같이 예시한 섬유 부착법에 따른 구조물의 보강 방법, 매립법에 따른 구조물의 보강 방법 외에도, 더욱 높은 강도를 요구하는 구조물의 보강에서는 구조물의 보강면에 섬유 보강재(100)을 전체적으로 부착할 수 있으며, 또한, 섬유 보강재(100)의 복합스트랩(110)의 배열 방향이 다르게 되도록 여러 번 부착하여 구조물에 필요한 강도로 보수 및 보강할 수 있다.

100 : 섬유 보강재 110: 복합스트랩 120: 유리섬유사
130: 직조물
200: 제직기 210: 공급롤러 220: 종광
230: 바디
240: 위입장치 241: 배스 242: 수지
300, 300′: 히팅롤러 310: 히터 320: 실린더
330: 예열판 331: 히터
400: 와인딩롤러 500: 커터
600: 가이드롤러 700: 구조물 710: 매립홈
800: 에폭시계 접착제

Claims (8)

1. 삭제
2. 유리섬유사와, 두께가 1∼5㎜이고 폭은 10∼100㎜이며, 섬유체적비가 70∼80％인 복합스트랩을 준비하여, 제직기에서 복합스트랩을 경사로 일정한 간격을 가지도록 공급하는 복합스트랩 공급 단계(S1);
   복합스트랩의 수직한 방향으로 수지를 포함하는 유리섬유사를 위입하여 복합스트랩의 상하로 유리섬유사를 위치하고 복합스트랩 사이에서 유리섬유사가 교차하도록 하는 위입 단계(S2);
   그 위입 단계(S2)의 반복으로 유리섬유사가 복합스트랩의 일정 거리를 두고 위입하여 직조물로 직조한 다음, 직조물의 양면의 이격된 위치에서 발열하는 예열판을 통과하면서 예열하고, 예열된 직조물은 맞대어 회전하면서 발열하는 한 쌍의 히팅롤러를 통과하면서 가열과 가압으로 수지의 경화로 일체화되어, 복합스트랩은 1∼3㎜의 간격을 가지고, 유리섬유사는 복합스트랩의 길이 방향을 따라 30∼300㎜의 간격을 가지는 섬유 보강재를 구성하는 가열 및 일체화 단계(S3);
   회전하는 와인딩롤러에 제조된 섬유 보강재를 감는 와인딩 단계(S4);
   로 섬유 보강재를 제조함을 특징으로 하는 구조물 보강용 섬유 보강재의 제조 방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   위입 단계(S2)에서 유리섬유사에 포함된 수지는 실리카나 탄산칼슘이 포함되어 내열 온도를 높이고,
   가열 및 일체화 단계(S3)에서는, 직조물의 길이 방향에 따라 히팅롤러가 다수 쌍을 구성하고, 히팅롤러를 따라 온도가 단계적으로 상승하면서 가열되도록 하며,
   가열 및 일체화 단계(S3)와 와인딩 단계(S4) 사이에는 섬유 보강재의 폭 방향으로 배열된 커터에 의해서, 일정 수의 복합스트랩 사이의 유리섬유사를 절단하고,
   와인딩 단계(S4)에서 절단된 섬유 보강재를 개별의 와인딩롤러에 감아 제조함을 특징으로 하는 구조물 보강용 섬유 보강재의 제조 방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   복합스트랩은 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 또는 이들의 혼합섬유를 사용하여 펄트루젼 제조 공법에 의해 제조된 섬유 복합 재료를 적용하며,
   위입 단계(S2)에서 유리섬유사가 위입되기 전에 유리섬유사를 열경화성수지나 열가소성수지에 함침하여 위입함을 특징으로 하는 구조물 보강용 섬유 보강재의 제조 방법.
   
5. 제 3항에 있어서,
   복합스트랩은 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 또는 이들의 혼합섬유를 사용하여 펄트루젼 제조 공법에 의해 제조된 섬유 복합 재료를 적용하며,
   유리섬유사는 유리섬유 원사에 열경화성수지나 열가소성수지에 함침하여 건조한 것을 적용함을 특징으로 하는 구조물 보강용 섬유 보강재의 제조 방법.
   
6. 청구항 2 내지 청구항 5중 어느 한 항에 해당하는 제조 방법으로 제조되어 섬유 보강재를 구성하되, 섬유체적비가 70∼80％인 복합스트랩이 1∼3㎜의 간격으로 배열되어 위치하며, 그 복합스트랙에 대해서 수직으로 결합하는 한 쌍의 유리섬유사가 복합스트랩의 상하로 위치하고, 유리섬유사는 복합스트랩 사이에서 서로 교차하면서 결합되어, 유리섬유사는 복합스트랩의 길이 방향을 따라 30∼300㎜의 간격을 가지고, 유리섬유사의 수지에 의해서 열에 의해 복합스트랩과 일체된 구조의 섬유 보강재를 구성함을 특징으로 하는 제조 방법으로 만들어진 섬유 보강재.
   
7. 청구항 6에 해당하는 섬유 보강재가 구비되어,
   보강할 구조물의 표면에 열화된 부분을 정리하는 구조물 표면 정리 단계(G1);
   섬유 보강재를 부착할 위치를 선정하고, 적용할 섬유 보강재의 크기를 선정하고 재단하는 위치 선정 단계(G2);
   선정된 위치에 섬유 보강재를 에폭시계 접착제로 부착하되, 섬유 보강재와 구조물과 닿는 면과 섬유 보강재의 측면이 에폭시계 접착제가 덮이도록 하고, 이웃하는 복합스트랩 사이로 에폭시계 접착제가 돌출하도록 섬유 보강재를 부착하는 섬유 보강재 설치 단계(G3);
   부착된 섬유 보강재에 대해서 돌출된 에폭시계 접착제를 매끄럽게 정리하고 에폭시계 접착제를 양생하는 마무리 및 양생 단계(G4)로 구조물의 보강이 완료됨을 특징으로 하는 섬유 보강재를 이용한 구조물의 보강 방법.
   
8. 청구항 6에 해당하는 섬유 보강재가 구비되어,
   보강할 구조물의 표면에 열화된 부분을 정리하는 구조물 표면 정리 단계(G1);
   섬유 보강재를 부착할 위치를 선정하고, 적용할 섬유 보강재의 크기를 선정하고 재단하는 위치 선정 단계(G2);
   선정된 위치에 섬유 보강재를 매립할 수 있는 매립홈을 형성하고, 에폭시계 접착제를 이용하여 섬유 보강재를 부착하고, 다시 에폭시계 접착제를 사용하여 미장하는 섬유 보강재 설치 단계(G3);
   매립홈에 도포된 에폭시계 접착제를 구조물 표면과 일치하도록 미장한 다음 양생하는 마무리 및 양생 단계(G4)로 구조물의 보강이 완료됨을 특징으로 하는 섬유 보강재를 이용한 구조물의 보강 방법.

Images