KR102104034B1 - 텍스타일 보강재와 무기계 접착제를 결합한 섬유보강 콘크리트 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강공법 - Google Patents

텍스타일 보강재와 무기계 접착제를 결합한 섬유보강 콘크리트 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CARBON, ARAMID, GLASS, BASALT, PET 중 어느 하나 또는 2 이상의 혼합에 의해 형성된 섬유의 직조에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 격자형 텍스타일 보강재 및 이를 이용한 섬유보강 콘크리트를 제시함으로써, 보강재의 설치와 콘크리트 타설을 함께 진행할 수 있어 공사기간을 단축할 수 있고, 콘크리트의 통기성을 확보하여 내부 수분이 배출되어 강도저하를 방지할 수 있으므로 수분이 많은 손상부에 대한 보수보강이 가능하며, 철근부식으로 인하여 단면탈락이 심한 경우에 보수와 보강 시공이 동시에 가능하고, 내구성이 우수한 보수보강구조를 얻을 수 있도록 한다.

Description

텍스타일 보강재와 무기계 접착제를 결합한 섬유보강 콘크리트 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수 보강공법{FIBER-REINFORCED CONCRETE AND REPAIRING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 건설기술 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 격자형 텍스타일 보강재 및 이를 이용한 섬유보강 콘크리트에 관한 것이다.
콘크리트 구조물의 노후화가 진행되면서, 초기 설계하중을 지지하지 못하는 노후 구조물이 증가되고 있다.
노후된 건물은 용도변경 및 리모델링 과정에서 설계하중을 초과하는 경우가 발생하고 있으며, 하수 암거 구조물의 경우에는 하수에 의한 콘크리트 침식 및 철근부식 등으로 인하여 초기 설계시의 하중보다 내하력이 저하되는 문제가 발생한다.
또한, 최근 콘크리트 구조물의 형태가 다양화되고 복잡해짐에 따라, 원래의 설계 하중보다 많은 하중이 가해지는 경우가 발생하게 되어 콘크리트 구조물의 강도를 향상시켜야 하는 경우가 종종 발생한다.
또한, 우리나라에서는 1990년 건축법에 내진관련 규정을 적용한 이래, 내진관련 규정을 수정하여 왔으며 2005년 내진 관련 규정을 현실화 및 강화하여 개정하였다.
이러한 내진설계규정은 신축 건물에 적용되고 있으므로, 내진설계규정의 도입 이전에 건설된 건물은 지진에 대한 영향을 고려하지 않은 채 설계, 시공되었을 뿐만아니라, 공용년수의 증가에 따라 열화 손상이 많이 진행되어 내진성능을 제대로 발휘하지 못할 것으로 사료된다.
이러한 경우, 노후된 구조물을 보강하여 초과된 하중에도 손상이 발생되지 않도록 하는 공법을 사용하는데, 최근 가장 일반적으로 사용되는 보강공법이 섬유시트 보강공법이다.
섬유시트 보강공법은 보강부재가 가볍고 취급이 용이하다는 장점이 있으나, 기존 콘크리트 표면에 유기계 접착제(에폭시 등)로 함침한 섬유시트를 부착하는 방법으로 철근부식에 의하여 콘크리트 표면이 심하게 손상되었을 경우, 별도의 단면복구를 위한 콘크리트 타설 및 양생 후에 섬유시트의 부착공정을 실시해야 하므로,공사기간 및 공사비가 증가하는 단점이 있다.
또한, 구조체가 보강하중 이상의 하중을 받게 되었을 경우 보강재와 콘크리트 계면의 탈락에 의하여 급격한 하중저하의 문제점이 있다.
추가적으로, 섬유시트를 철근콘크리트 구조물에 부착 시 유기계 접착제를 사용하기 때문에, 내부의 수분발산을 막아 콘크리트의 통기성 확보를 방해한다.
이로 인하여 콘크리트 내의 수분이 철근 부식 및 균열 발생의 원인이 되어 심하게는 철근콘크리트 구조물의 붕괴 원인이 되기도 한다.
또한, 최근 국외에서는 외장재 또는 외부의 데크플레이트의 균열발생으로 인한 쪼개짐 등의 문제점을 해결하기 위해, 섬유보강 복합 판넬의 형태로 사용하기도 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 보강재의 설치와 콘크리트 타설을 함께 진행할 수 있어 공사기간을 단축할 수 있고, 콘크리트의 통기성을 확보하여 내부 수분이 배출되어 강도저하를 방지할 수 있으므로 수분이 많은 손상부에 대한 보수보강이 가능하며, 철근부식으로 인하여 단면탈락이 심한 경우에 보수와 보강 시공이 동시에 가능하고, 내구성이 우수한 보수보강구조를 얻을 수 있도록 하는 격자형 텍스타일 보강재 및 이를 이용한 섬유보강 콘크리트를 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 CARBON, ARAMID, GLASS, BASALT, PET 중 어느 하나 또는 2 이상의 혼합에 의해 형성된 섬유의 직조에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 격자형 텍스타일 보강재를 제시한다.
상기 섬유는, SBR(Styrene Butadiene Rubber), EPOXY, URETHANE, ACRYLATE, PVC(PolyVinyl Chloride) 중 어느 하나에 의해 코팅된 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 격자형 텍스타일 보강재와, 무기계 접착제의 합성에 의해 형성된 섬유보강 콘크리트로서, 상기 무기계 접착제는, 시멘트 30~80중량%, 실리카흄 또는 슬래그 1.0~10중량%, 팽창재 1.0~10중량%, 규사 5.0~54중량%, 폴리머 0.1~1.0중량%, 유동화제 0.1~2.0중량%, Short Fiber 0.1~1.0%, 물 13~30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유보강 콘크리트를 제시한다.
상기 폴리머는 아크릴수지 또는 EVA수지인 것이 바람직하다.
상기 Short Fiber는 PVA(Polyvinyl Alcohol) 또는 P.P(Polypropylene) 섬유로 구성되고, 길이가 1~7mm인 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 섬유보강 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 보강공법으로서, 콘크리트 구조물의 손상면을 정리하는 손상면 정리단계; 상기 콘크리트 구조물의 손상면을 습윤상태로 만드는 손상면 습윤단계; 상기 콘크리트 구조물의 손상면에 상기 격자형 텍스타일 보강재를 설치하는 보강재 설치단계; 상기 격자형 텍스타일 보강재가 매설되도록, 상기 무기계 접착제를 타설하고 양생하는 무기계 접착제 타설 및 양생단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강공법을 제시한다.
상기 보강재 설치단계는, 상기 콘크리트 구조물의 손상면에 앵커 삽입공을 형성하는 단계; 상기 앵커 삽입공에 앵커를 설치하고, 상기 앵커와 상기 텍스타일 보강재를 결합하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 보강재 설치단계는, 상기 콘크리트 구조물의 손상면에 급속경화재를 도포하여 상기 앵커와 상기 텍스타일 보강재를 결합하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 섬유보강 콘크리트를 이용한 프리캐스트 콘크리트 부재의 제조방법으로서, 거푸집 내부에 상기 격자형 텍스타일 보강재를 설치하는 단계; 상기 격자형 텍스타일 보강재가 매설되도록, 상기 거푸집 내부에 상기 무기계 접착제를 타설하는 단계; 고온 증기양생을 실시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 부재의 제조방법을 제시한다.
본 발명은 보강재의 설치와 콘크리트 타설을 함께 진행할 수 있어 공사기간을 단축할 수 있고, 콘크리트의 통기성을 확보하여 내부 수분이 배출되어 강도저하를 방지할 수 있으므로 수분이 많은 손상부에 대한 보수보강이 가능하며, 철근부식으로 인하여 단면탈락이 심한 경우에 보수와 보강 시공이 동시에 가능하고, 내구성이 우수한 보수보강구조를 얻을 수 있도록 하는 격자형 텍스타일 보강재 및 이를 이용한 섬유보강 콘크리트를 제시한다.
도 1 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 1은 격자형 텍스타일 보강재의 구성도.
도 2는 ISO/FDIS 10406-2 기준에 의거하여 제작된 시험편의 구성도.
도 3은 인발부착강도의 실험을 위한 시험편의 제작 및 시험방법에 관한 개념도 및 사진.
도 4는 인발부착강도 시험결과의 그래프(TYPE 1).
도 5는 인발부착강도 시험결과의 그래프(TYPE 2).
도 6은 섬유보강 콘크리트에 의해 형성된 보(패널)의 휨강도 시험을 위한 시험체 제작 및 재하방법에 관한 구성도.
도 7은 휨강도 실험체 및 실험방법에 관한 개념도 및 사진.
도 8,9는 섬유보강 콘크리트에 의해 형성된 보(패널)의 휨강도 시험결과의 그래프.
이하, 본 발명에 따른 격자형 텍스타일 보강재 및 이를 이용한 섬유보강 콘크리트의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 격자형 텍스타일 보강재는 바살트 섬유(BASALT), 탄소섬유(CARBON), 유리섬유(GLASS), 아라미드섬유(ARAMID), PET섬유 중 어느 하나 또는 2 이상의 혼합에 의해 형성된 섬유의 직조에 의해 형성된다.
즉, 섬유원사(로빙)를 길이방향(경사)과 폭방향(위사)으로 90도 교차시켜 원사와 원사 사이가 비어있는 격자 형태로 직조한다(도 1).
운반 및 시공의 용이성을 위해서, 폭 100mm~2,000mm, 두께 0.1mm~10mm, 격자간격 5mm~40mm로 제조하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.
이는 무기계 접착제와의 부착력 증대를 위하여, SBR(Styrene Butadiene Rubber), EPOXY, URETHANE, ACRYLATE, PVC(PolyVinyl Chloride) 중 어느 하나에 의해 코팅(표면코팅 또는 완전함침)되는 것이 바람직하다.
본 발명은 이러한 격자형 텍스타일 보강재와, 무기계 접착제의 합성에 의해 형성된 섬유보강 콘크리트를 함께 제시한다.
여기서 무기계 접착제는, 시멘트 30~80중량%, 실리카흄 또는 슬래그 1.0~10중량%, 팽창재 1.0~10중량%, 규사 5.0~54중량%, 폴리머(아크릴수지 또는 EVA수지) 0.1~1.0중량%, 유동화제 0.1~2.0중량%, Short Fiber 0.1~1.0%, 물 13~30중량%를 포함하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.
여기서, Short Fiber는 PVA(Polyvinyl Alcohol) 또는 P.P(Polypropylene) 섬유로 구성되고, 길이가 1~7mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 위 섬유보강 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 보강공법을 함께 제시하는데, 이는 다음 공정에 의해 이루어진다.
콘크리트 구조물의 손상면을 정리(손상된 조각, 오염물 등의 제거 등)하고, 고압 물세척 등에 의해 콘크리트 구조물의 손상면을 습윤상태로 만든다.
이러한 콘크리트 구조물의 손상면에 격자형 텍스타일 보강재를 설치하는데, 필요한 경우 콘크리트 구조물의 손상면에 앵커 삽입공을 형성하고, 그 앵커 삽입공에 앵커(set 앵커, 케미컬 앵커, 칼브럭앵커, 섬유앵커 등)를 설치하고, 앵커의 두부와 텍스타일 보강재를 결합하는 방식으로 설치한다.
또는, 콘크리트 구조물의 손상면에 급속경화재(패칭 몰탈 등)를 도포하여 앵커와 텍스타일 보강재를 임시로 결합할 수도 있다.
이 상태에서 격자형 텍스타일 보강재가 매설되도록, 무기계 접착제를 타설하고 양생하여 보수보강구조를 형성한다.
이는 보강재의 설치와 콘크리트 타설을 함께 진행할 수 있어 공사기간을 단축할 수 있고, 콘크리트의 통기성을 확보하여 내부 수분이 배출되어 강도저하를 방지할 수 있으므로 수분이 많은 손상부에 대한 보수보강이 가능하며, 철근부식으로 인하여 단면탈락이 심한 경우에 보수와 보강 시공이 동시에 가능하고, 내구성이 우수한 보수보강구조를 얻을 수 있다는 효과가 있다.
위 섬유보강 콘크리트를 이용하여 프리캐스트 콘크리트 부재를 제조할 수도 있다.
위 프리캐스트 콘크리트 부재의 제조방법은, 거푸집 내부에 격자형 텍스타일 보강재를 설치하고, 그 격자형 텍스타일 보강재가 매설되도록, 거푸집 내부에 무기계 접착제를 타설한 후, 고온 증기양생을 실시하는 공정에 의해 이루어진다.
이러한 제조방법에 의한 프리캐스트 콘크리트 판넬은, 폭 100~7,000mm, 길이 300~9,000mm, 두께 100~400mm로 제조되는 것이 안정적인 제조, 운반 및 시공을 위해 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 격자형 텍스타일 보강재에 사용되는 섬유원사의 강도 및 내구성을 확인하기 위한 실험과정 및 결과에 관하여 설명한다.
Figure 112019091620451-pat00001
표 1은 섬유원사의 종류에 따른 내구성 실험내용에 관한 것으로서, 실험에 사용된 섬유원사는 CARBON, ARAMID, ECR-GLASS, AR-GLASS, C-GLASS, E-GLASS, BASALT로 총 7 종류이다.
E-glass(Electrical resistant glass fiber)는 일반적으로 가장 많이 사용되는 유리섬유로서, 전기절연용으로 개발되었으며, 현재 유리섬유의 90%이상을 차지한다.
ECR-GLASS(Electrical Corrosion Resistant Glass fiber)는 E-glass의 생산과정에서 휘발되는 성분인 B2O3와 F2를 함유하지 않은 E-glass의 대체 유리섬유로서, 공해대책의 관점에서 개발된 유리섬유이다.
강도특성이 E-glass와 동등하지만, B2O3와 F2 대신에 TiO2와 ZnO를 첨가하여 용융성을 향상시키면서 E-glass의 단점인 내산성을 개선한 것이다.
AR-GLASS(Alkali Resistant Glass fiber)는 알카리에 대한 저항성이 큰 유리섬유로서 ZrO2를 첨가시킴으로서 내알카리성을 획기적으로 향상시킨 유리섬유이다.
C-GLASS(Chemical Resistant Glass fiber)는 E-glass에 비해 내약품성이 우수한 유리섬유로 특히 산에 대한 저항성이 우수하다.
시험편은 EPOXY 코팅을 한 것과 하지 않은 것, 산이나 염기에 침지하지 않은 것과 황산(2%), 알칼리(pH13), NaCl(3%)에 14일간 침지한 것으로 구분되고, 이들의 인장강도 및 탄성계수를 측정하여 내구성능을 평가하였다.
도 2는 ISO/FDIS 10406-2 기준에 의거하여 제작된 시험편의 구성도로서, 시험편의 길이는 양쪽 그립 50mm를 포함하여 200mm이다.
시험편의 양 단부의 부착파괴(SLIP)를 방지하기 위하여, 양 단부에 두께 1.2mm의 철판을 이용한 그립을 제작하였다.
제작된 시험편은 50kN의 만능재료시험기를 이용하여 인장강도 및 탄성계수를 측정하였다.
Figure 112019091620451-pat00002
표 2는 위 인장강도 및 탄성계수에 관한 실험결과이다.
탄소섬유(CARBON)의 경우, 무침지(산이나 염기에 침지하지 않은 것)에 의한 시험편에 비해, 황산, 알칼리, NaCl 용액에 침지된 시험편도 인장강도 및 탄성계수의 감소량이 적으므로, 우수한 내구성을 가진 재질임을 확인할 수 있다.
아라미드섬유(ARAMID)의 경우에도, 무침지에 의한 시험편에 비해 황산, 알칼리, NaCl 용액에 침지된 시험편의 인장강도 및 탄성계수의 감소량이 적으므로, 우수한 내구성을 가진 재질임을 확인할 수 있다.
유리섬유(GLASS) 중, ECR-GLASS 섬유는 무침지에 의한 시험편에 비해, 황산용액과 NaCl용액에 침지된 시험편의 인장강도 및 탄성계수의 감소량은 적었지만, 알칼리 용액에 침지된 시험편의 인장강도 및 탄성계수가 약 67.5%, 69.2%로 저감되어 위 재질들에 비해 알칼리에 대한 내구성이 우수하지 못함을 확인하였다.
EPOXY 코팅을 한 시험편은 무침지의 경우에 비해, 인장강도 및 탄성계수의 감소량이 적으므로, 위 문제를 해소할 수 있다.
AR-GLASS 섬유는 무침지의 경우에 비해, 황산, 알칼리, NaCl 용액에 침지된 시험편의 인장강도 및 탄성계수의 감소량이 적으므로, 우수한 내구성을 가진 재질임을 확인할 수 있다.
C-GLASS 섬유는 ECR-GLASS 섬유와 마찬가지로, 무침지의 경우에 비해 황산용액과 NaCl용액에 침지된 시험편의 인장강도 및 탄성계수의 감소량이 적었지만, 알칼리 용액에 침지된 시험편의 인장강도 및 탄성계수가 약 54.0%, 66.7%로 저감되어 위 재질들에 비해 알칼리에 대한 내구성이 우수하지 못함을 확인하였다.
E-GLASS 섬유의 경우에도, 무침지의 경우에 비해 황산용액과 NaCl용액에 침지된 시험편의 인장강도 및 탄성계수의 감소량이 적었지만, 알칼리 용액에 침지된 시험편의 인장강도 및 탄성계수가 약 67.0%, 64.0%로 저감되어 위 재질들에 비해 알칼리에 대한 내구성이 우수하지 못함을 확인하였다.
그러나 EPOXY 코팅을 한 시험편은 무침지의 경우에 비해, 인장강도 및 탄성계수의 감소량이 적으므로, 위 문제를 해소할 수 있다.
BASALT 섬유의 경우, 무침지의 경우에 비해, NaCl용액에 침지된 시험편의 인장강도 및 탄성계수의 감소량이 적었지만, 알칼리 용액에 침지된 시험편의 인장강도 및 탄성계수가 약 76.3%, 71.0%로 감소되었고, 황산용액에 침지된 시험편은 내구성이 거의 “0”에 가까운 수치를 나타내고 있다.
그러나 BASALT 섬유의 경우의 경우에도, 위 ECR-GLASS의 경우와 같이 EPOXY 등의 코팅에 의해 인장강도 및 탄성계수의 증대가 가능할 것으로 판단된다.
이하, 본 발명에 의한 섬유보강 콘크리트에 사용되는 무기계 결합재의 강도 및 내구성을 확인하기 위한 실험과정 및 결과에 관하여 설명한다.
Figure 112019091620451-pat00003
표 3은 각 시험편들의 구성성분 및 배합비에 관한 것으로서, 위 무기계 결합재의 구성성분 중 시멘트, 혼화재(실리카흄, 슬래그), 규사, 팽창재, 유동화제를 기준배합(1,2차)으로 하고, 숏파이버(Short Fiber)를 추가로 첨가한 경우(3,4차), 폴리머(아크릴수지 또는 EVA수지)를 추가로 첨가한 경우(5,6차)를 나타낸 것이다.
Figure 112019091620451-pat00004
표 4는 위 시험편들의 압축강도 실험결과를 나타낸 것으로서, 28일 강도를 기준으로 모든 시험편들이 60MPa 이상의 강도를 발현하는 것을 확인하였다.
Figure 112019091620451-pat00005
표 5는 위 시험편들의 휨강도 실험결과를 나타낸 것이다.
28일 강도를 기준으로, 기준 배합(1차)과 폴리머(아크릴 수지를 첨가한 5차)가 추가된 배합을 제외한 시험편 모두 기준 배합의 휨강도인 8.1MPa보다 증진되어 10MPa이상 강도를 발현하는 것을 확인하였다.
특히, 숏파이버(PVA, P.P)를 첨가(3차, 4차)한 시험편의 휨강도는 12.1MPa, 11.1MPa로서 증가량의 폭이 큰 것을 확인할 수 있다.
Figure 112019091620451-pat00006
표 6은 위 시험편들의 부착강도 실험결과를 나타낸 것이다.
기준배합(1차)에 비해 폴리머(아크릴수지, EVA수지)가 첨가(5차, 6차)된 시험편의 부착강도가 크게 증가한 것을 것을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 섬유보강 콘크리트에서 격자형 텍스타일 보강재와 무기계 결합재의 계면의 부착력을 확인하기 위한 인발부착(PULL-OUT)시험의 실험과정 및 결과에 관하여 설명한다.
Figure 112019091620451-pat00007
표 7에 나타난 바와 같이, 시험편으로서 7종류의 섬유(CARBON, ARAMID, ECR-GLASS, AR-GLASS, E-GLASS, BASALT, PET)에 대하여, 5종류의 코팅재(SBR(Styrene Butadiene Rubber), EPOXY, URETHANE, ACRYLATE, PVC(PolyVinyl Chloride))로 코팅한 격자형 텍스타일 보강재를 사용하였다.
또한, 무기계 결합재에 의한 모르타르 블록은 압축강도 32MPa, 65MPa인 2종류를 시험편으로 사용하였다.
도 3은 시험편의 제작 및 시험방법에 관한 개념도로서, 길이 250mm의 격자형 텍스타일 보강재의 일부를 모르타르 블록용 거푸집에 삽입하고, 무기계 접착제를 타설하여 28일 양생하는 방식에 의해 시험편을 제작하였다.
양생 후, 보강재의 모르타르 블록 반대편에 폭 25mm, 길이 50mm, 두께 1.2mm의 철판을 부착하여 슬립 방지용 그립을 형성하였다.
인발부착강도용 지그 및 만능재료시험기(U.T.M)에 제작된 시험편을 설치하고 실험을 실시하였다.
Figure 112019091620451-pat00008
표 8은 위 시험편들의 인발부착강도 실험결과를 나타낸 것이다.
TYPE 1(섬유별, 강도별)은 모르타르 블록의 압축강도 차이(32MPa,65MPa)에 따른 인발부착강도의 차이를 나타낸 것이다.
모든 격자형 텍스타일 보강재는 압축강도가 32MPa인 모르타르 블록에 부착한 시험편의 경우에 비해, 압축강도가 65MPa인 모르타르 블록에 부착한 시험편의 경우, 인발부착강도가 33~56% 증가된 결과를 나타내고 있다.
또한, 섬유의 종류에 따른인발부착강도의 차이를 살펴 보면, 압축강도가 65MPa인 모르타르 블록에 부착한 시험편의 경우를 전제로, CARBON은 2.67MPa, ARAMID는 2.00MPa, ECR-GLASS는 2.42MPa, AR-GLASS는 2.43MPa인 것으로 나타나, 거의 비슷한 인발부착강도를 갖는 것으로 나타났다.
TYPE 2(코팅별)는 코팅방법의 차이에 따른 인발부착강도의 차이를 나타낸 것이다.
코팅하지 않은 격자형 텍스타일 보강재에 비해, SBR로 코팅한 텍스타일보강재는 1.63배, URETHANE 코팅의 경우는 1.66배, ACRYLITE 코팅의 경우는 1.43배, PVC 코팅의 경우는 1.36배, EPOXY 코팅의 경우는 1.44배 인발부착강도가 증가하는 것으로 타났다.
도 4,5는 위 실험결과를 도시한 그래프에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 의한 섬유보강 콘크리트에 의해 형성된 보(패널)의 휨강도를 확인하기 위한 실험과정 및 결과에 관하여 설명한다.
Figure 112019091620451-pat00009
표 9는 시험체의 종류를 나타낸 것으로서, 보강재의 종류에 따라 6종류(CARBON 보강, E-GLASS 보강, AR-GLASS 보강, ARAMID 보강, BASALT 보강, PET 보강)에 관하여 각각 2개의 시험편을 제작하여 휨강도 실험을 실시하였다.
도 6은 위 시험체 제작 및 재하방법에 관한 것으로서, 시험체의 크기는 길이 380mm, 단면 100mm×30mm로 하였고, 격자형 텍스타일 보강재를 보의 하부에 매설하였으며, 압축강도 65MPa의 무기계 접착제를 타설하여 시험편을 제작하였다.
제작된 시험편을 도 7에 도시된 휨 시험용 지그 및 만능재료시험기를 이용하여 4 Point Bending 시험방법에 의해, 휨 강도 및 처짐을 측정하였다.
KS F 2566(강섬유 보강 콘크리트의 휨인성 시험 방법) 및 수학식 1에 의하여 휨 강도를 산정하였다.
Figure 112019091620451-pat00010
여기서, Fr : 휨 강도 (MPa)
P : 시험기가 나타내는 최대 하중 (N)
l : 지간 (mm)
b : 파괴 단면의 폭 (mm)
h : 파괴 단면의 높이 (mm)
Figure 112019091620451-pat00011
표 10 및 도 8,9는 본 발명에 의한 섬유보강 콘크리트에 의해 형성된 보(패널)의 휨강도 실험결과를 나타낸 것이다.
모든 시험편은 1st 균열이 발생과 동시에 약간의 하중저하(무보강 무기계 접착제의 휨 강도)가 발생한 이후, 텍스타일 보강재에 하중이 전달되면서 증가하다가 최대하중에 도달하여 휨 파괴에 의해 하중이 저하되는 양상을 나타냈다.
격자형 텍스타일보강재의 보강효과는 최대 휨강도와 1st 균열의 휨강도의 비에 의해 알 수 있다(도 9).
도 9는 위 보강효과에 관한 것으로서, 본 발명의 모든 실시예와 비교예(격자형 텍스타일 보강재가 매립되지 않고, 위 무기계 접착제만으로 이루어진 보)의 휨 강도를 비교한 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 모든 실시예의의 휨 강도가 비교예의 휨 강도 보다 1.5배 이상 큰 것을 확인할 수 있다.
CARBON의 경우 4.2배로 가장 큰 보강효과를 나타내고 있고, 그 밖에 AR-GLASS(2.8배), ARAMID(2.0배), PET(2.0배), E-GLASS(1.6배), BASALT(1.5배) 순으로 보강효과가 큰 것으로 나타났다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 격자형 텍스타일 보강재와, 무기계 접착제의 합성에 의해 형성된 섬유보강 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물 보강공법으로서,
    상기 격자형 텍스타일 보강재는,
    CARBON, ARAMID, GLASS, BASALT, PET 중 어느 하나 또는 2 이상의 혼합에 의해 형성된 섬유의 직조에 의해 형성되고,
    상기 섬유는,
    SBR(Styrene Butadiene Rubber), EPOXY, URETHANE, ACRYLATE, PVC(PolyVinyl Chloride) 중 어느 하나에 의해 코팅되고,
    상기 무기계 접착제는,
    시멘트 30~80중량%,
    실리카흄 또는 슬래그 1.0~10중량%,
    팽창재 1.0~10중량%,
    규사 5.0~54중량%,
    폴리머 0.1~1.0중량%,
    유동화제 0.1~2.0중량%,
    Short Fiber 0.1~1.0%,
    물 13~30중량%를 포함하고,
    상기 폴리머는 아크릴수지 또는 EVA수지이고,
    상기 Short Fiber는 PVA(Polyvinyl Alcohol) 또는 P.P(Polypropylene) 섬유로 구성되고, 길이가 1~7mm이고,
    상기 콘크리트 구조물 보강공법은,
    콘크리트 구조물의 손상면을 정리하는 손상면 정리단계;
    상기 콘크리트 구조물의 손상면을 습윤상태로 만드는 손상면 습윤단계;
    상기 콘크리트 구조물의 손상면에 상기 격자형 텍스타일 보강재를 설치하는 보강재 설치단계;
    상기 격자형 텍스타일 보강재가 매설되도록, 상기 무기계 접착제를 타설하고 양생하는 무기계 접착제 타설 및 양생단계;를 포함하고,
    상기 보강재 설치단계는,
    상기 콘크리트 구조물의 손상면에 앵커를 설치하는 단계;
    상기 콘크리트 구조물의 손상면에 급속경화재를 도포하여 상기 앵커와 상기 텍스타일 보강재를 결합하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강공법.
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