KR102119999B1 - 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유, 그 제조방법 및 이를 포함하는 콘크리트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시멘트계 재료보강용 합성섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유, 그 제조방법 및 이를 포함하는 콘크리트에 관한 것이다. 이를 위해, 3D프린터(100)에 합성섬유(200)를 거치하는 단계(S100); 3D프린터(100)를 이용하여 상기 합성섬유(200)의 표면에 균열제어물질을 코팅하여 균열제어층(210)을 성막하는 단계(S120); 3D프린터(100)를 이용하여 상기 균열제어층(210)의 표면에 쉘층(220)을 성막하는 단계(S140); 및 합성섬유(200)를 건조하여 완성하는 단계(S180);를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유의 제조방법이 제공된다.

Description

코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유, 그 제조방법 및 이를 포함하는 콘크리트{Cement group synthetic fiber with coating layer for material reinforcement, manufacturing method and concrete including thereof}
본 발명은 시멘트계 재료보강용 합성섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유, 그 제조방법 및 이를 포함하는 콘크리트에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트를 비롯한 시멘트 복합체에 단섬유를 보강재로 사용하는 것은 건조수축으로 인한 균열을 제어하기 위한 것뿐만 아니라 시멘트 복합체의 단점인 낮은 인장강도, 휨강도 등을 개선하여 취성적인 파괴를 억제하기 위함이다.
이 때 사용되는 합성섬유는 고분자재료를 원료로 제조된 섬유를 말하고, 섬유를 구성하는 폴리머 매트릭스의 종류에 따라 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 폴리염화비닐계, 폴리우레탄계 및 폴리프로필렌계 등으로 구분한다. 이러한 합성섬유 중 구조보강용으로 주로 사용되는 것은 폴리올레핀계 폴리머 매트릭스로 이루어진 합성섬유이다. 폴리올레핀계 폴리머는 강섬유에 비해 비중이 낮아 운반 및 작업이 용이하고 부식이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 그러나, 낮은 인장강도 및 낮은 탄성계수뿐만 아니라 소수성 표면으로 인해 시멘트 매트릭스와의 부착이 용이하지 못해 구조보강용으로 사용에 제한이 있는 단점이 있었다.
종래의 기술인 대한민국 특허등록번호 제10-0439865은 "콘크리트 및 숏크리트용 보강 합성섬유"라는 명칭의 발명으로 개시되었다. 콘크리트와 섬유간의 부착력을 향상시키기 위해 섬유의 형상을 크림프(crimped), 요철형(embossed) 등으로 제작하였다. 이러한 기술에 따른 섬유의 형상변화를 통한 기계적 부착성능의 향상의 경우 물리적인 압력으로 섬유의 종방향 형상의 변화를 도모한다. 이는 용융방사로 제조되는 섬유의 생산공정상 연신 후 경도가 낮아진 섬유에 힘을 가하여 꺾는 형태의 가공이다. 하지만 섬유의 길이방향으로 인장력이 작용할 때 압력에 의해 꺾어진 변단면 부분이 인발시 취약부가 될 수 있다는 문제점이 있다.
한편, 대한민국 특허등록번호 제10-0857475는 "분산성 및 부착성능이 향상된 섬유 보강제 제조 방법 및 이를 포함하는 시멘트 조성물"에 대한 발명이다. 이는 섬유의 표면을 친수성 물질로 코팅하여 부착성능을 개선하고자 하였다. 하지만 이러한 종래에 기술에 따른 화학적 친수성 처리를 통한 부착성능의 향상을 위해서는 섬유생산 완료 후 별도의 코팅공정 및 코팅재료의 추가비용이 발생함으로 비효율적이라는 문제점이 있다.
이와는 별도로 합성섬유가 구조용으로 사용되는데 제한이 있는 이유는 시멘트 매트릭스와의 부착성능이 낮은 것 이외에 섬유 자체의 인장성능이 매우 낮아 시멘트 매트릭스의 인장강도 및 휨성능 개선 정도가 만족할만한 수준이 아니기 때문이다. 이 문제에 대해 대한민국 특허등록번호 제10-1251425는 "콘크리트 및 숏크리트 보강용 갈래형 합성섬유"에 대한 발명으로 콘크리트내 혼합되는 보강섬유의 형상을 변형시키고 섬유 자체의 성능에 대해 나노재료를 보강재로 사용하여 폴리머 매트릭스 자체의 인장성능을 향상시키고 있다. 하지만 나노분말이 과다하게 투입되었을 때 재응집 현상과 결정화도가 증가하기 때문에 적절한 비율로 투입하여야 하는데 이 문제를 충분히 해결하지 못한 문제점이 있어서 기대보다 낮은 효과를 보였다.
한편, 대한민국 특허등록번호 제10-0857475는 “분산성 및 부착성능이 향상된 섬유 보강제 제조 방법 및 이를 포함하는 시멘트 조성물”에 대한 발명으로 소수성을 띠는 섬유의 표면을 친수성 물질로 코팅하여 매트릭스와의 부착성능을 개선하고자 하였다. 하지만 이런 종래 기술에 따른 화학적 처리를 통한 부착성능 향상을 위하여 섬유생산 후 별도의 코팅 공정 및 재료의 추가비용이 발생하기 때문에 비효율적이라는 문제가 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-0439865호, 발명의 명칭: “콘크리트 및 숏크리트용 보강 합성섬유” 대한민국 등록특허번호 제10-0857475호, 발명의 명칭: “분산성 및 부착성능이 향상된 섬유보강제 제조 방법 및 이를 포함하는 시멘트 조성물” 대한민국 등록특허번호 제10-1251425호, 발명의 명칭: “콘크리트 및 숏크리트 보강용 갈래형 합성섬유”
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,본 발명의 목적은, 3D 프린터를 사용하여 합성섬유의 표면에 균열을 저감하는 균열제어층과 이를 보호하는 쉘층을 코팅한 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유, 그 제조방법 및 이를 포함하는 콘크리트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 쉘층에 대해 친수성이 있는 물질을 선택함으로써 소수성이 있는 합성섬유, 균열제어층과 시멘트 매트릭스 사이의 계면 부착성능을 향상시킬 수 있는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유, 그 제조방법 및 이를 포함하는 콘크리트를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 시멘트계 재료보강용으로 배합되는 합성섬유(200); 합성섬유(200)의 표면에 코팅되고, 발생된 균열에 대해 반응하는 균열제어층(210); 및 균열제어층(210)상에 코팅되어 상기 균열제어층(210)을 보호하는 쉘층(220);을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유가 제공된다.
또한, 균열제어층(210) 및 쉘층(220)중 적어도 하나는 3D 프린터(100)에 의해 성막된다.
또한, 균열제어층(210) 및 쉘층(220)중 적어도 하나의 두께는 1 ~ 10 ㎛의 두께를 갖는다.
또한, 균열제어층(210)은 질산칼슘, 규산나트륨, 비스페놀 A형중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 쉘층(220)은 폴리우레탄, 알긴산나트륨, 폴리(메틸 메타크릴레이트-n-부틸 메타크릴레이트)(methyl methacrylate-n-butyl methacrylate)중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 합성섬유(200)는 5 mm ~ 70 mm의 길이, 140 MPa 이상의 인장강도 및 3GPa 이상의 인장 탄성계수중 적어도 하나를 충족한다.
또한, 쉘층(220)의 표면에 균열제어층(210)과 쉘층(220)이 쌍을 이뤄 반복적으로 더 성막될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적들은 전술한 시멘트계 재료보강용 합성섬유를 포함하는 콘크리트 또는 숏크리트에 의해 달성될 수 있다.
또한, 합성섬유(200)는 시멘트 중량대비 0.5 % ~ 5 % 범위로 배합된다.
아울러, 상기와 같은 본 발명의 목적들은 또 다른 카테고리로써, 3D프린터(100)에 합성섬유(200)를 거치하는 단계(S100); 3D프린터(100)를 이용하여 합성섬유(200)의 표면에 균열제어물질을 코팅하여 균열제어층(210)을 성막하는 단계(S120); 3D프린터(100)를 이용하여 균열제어층(210)의 표면에 쉘층(220)을 성막하는 단계(S140); 및 합성섬유(200)를 건조하여 완성하는 단계(S180);를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유의 제조방법에 의해서도 달성될 수 있다.
또한, 성막단계(S140)후, 쉘층(220)의 표면에 균열제어층(210)과 쉘층(220)을 쌍을 이뤄 더 성막하는 단계(S160);를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 3D 프린터를 사용하여 물리적인 표면처리 및 균열저감 및 친수성을 제공함으로써 종래의 시멘트계 재료보강용 합성섬유에 비해 역학적 성능 향상뿐만 아니라 균열제어 특성 및 2차 수화 반응을 통한 균열 치유 특성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 본 발명의 시멘트계 재료보강용 합성섬유가 보강재로서 종래 선행기술로 만들어진 합성섬유 보다 우수한 성능을 가진다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유가 3D 프린터(100)에 거치된 상태를 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유의 사시도,
도 3a는 도 2에 도시된 제 1 실시예의 합성섬유(200)중 A-부분의 부분 확대단면도,
도 3b는 도 2에 도시된 제 2 실시예의 합성섬유(200)중 A-부분의 부분 확대단면도,
도 4는 본 발명에 따른 시멘트계 재료보강용 합성섬유의 제조방법을 나타내는 흐름도,
도 5는 종래 합성섬유와 본 발명에 따른 합성섬유의 부착강도를 실험한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
합성섬유의 구성
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유가 3D 프린터(100)에 거치된 상태를 나타내는 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 3D 프린터(100)는 종래의 3D(X-Y-Z축) 프린터이고, 공급장치(80)에서 제공되는 액상을 노즐(90)을 통해 합성섬유(200)에 분사한다. 부재번호 "110"은 액상이 분사되는 분사액이다.
합성섬유(200)는 3D 프린터(100) 내에서 적절한 간격을 유지한 채 배치되고, 노즐(90)은 X-Y-Z축상으로 이동하면서 합성섬유(200)에 대해 분사액(110)을 분사하여 코팅하게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유(200)의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 합성섬유(200)는 중합된 합성 고분자를 원료로 하는 섬유로서, 폴리머 매트릭스의 종류에 따라 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 폴리우레탄계 및 폴리프로필렌계 등으로 구분된다. 여러 종류의 합성섬유 중에서 구조보강용으로 주로 사용되는 것은 폴리올레핀계 합성섬유로 강섬유에 비하여 비중이 낮아 작업이 용이하고 부식이 발생하지 않는다는 장점을 가지고 있다. 하지만 폴리올레핀계 합성섬유는 낮은 인장강도 및 탄성계수뿐만 아니라 섬유 표면이 소수성을 띠고 있다.
도 2에서, 합성섬유(200)는 폴리올레핀계 폴리머 매트릭스를 99.0 내지 99.9 부피%로 포함하는 단섬유이다. 이러한 단섬유의 합성섬유(200)는 길이가 5 mm ~ 70 mm, 인장강도는 140MPa 이상, 인장 탄성계수는 3GPa 이상의 것이 바람직하다. 이와 같은 기계적 특성은 원가에 대한 경제성과 시공 강도의 관점에서 선택되었다. 특히, 5 mm ~ 70 mm 범위의 길이는 콘크리트 내에서 부분 응집을 방지하면서도 부착강도를 최대로 증대시키기 위해 선택된 최적의 길이이다. 이러한 합성섬유(200)의 횡방향 단면은 원형, 사각형, 삼각형, 사다리꼴, 비대칭 단면중 하나가 될 수 있다. 합성섬유(200)의 단면이 사각형인 경우 단면의 크기는 대략 1 mm × 0.5 mm 정도이다.
도 3a는 도 2에 도시된 제 1 실시예의 합성섬유(200)중 A-부분의 부분 확대단면도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 합성섬유(200)의 표면에는 균열제어층(210)이 코팅되어 성막되고, 균열제어층(210)의 외면에는 균열제어층(210)을 보호하고 친수성을 갖는 쉘층(220)이 코팅되어 성막된다.
균열제어층(210)은 단면 두께가 1 ~ 10 ㎛이며, 질산칼슘, 규산나트륨, 비스페놀 A형중 적어도 하나 또는 그 조성물을 포함한다. 두께가 1 ㎛ 미만이면 균열 저감 효과가 미미하고, 10 ㎛ 보다 두꺼우면 합성섬유(200)와 시멘트 매트릭스 사이에 전단이 발생할 수 있다. 균열제어층(210)은 콘크리트에서 균열이 발생하였을 때 균열부위에 직접적으로 유사 수화반응을 유도하여 균열이 성장하는 것을 방지하는 코어 나노물질이다.
쉘층(210)은 균열제어층(210)을 보호하여 균열이 발생하기 전에 균열제어층(210)이 공기중에 노출되는 것을 방지하는 보호층이다. 이러한 쉘층(210)은 단면 두께가 1 ~ 10 ㎛이며, 폴리우레탄, 알긴산나트륨, 폴리(메틸 메타크릴레이트-n-부틸 메타크릴레이트)(methyl methacrylate-n-butyl methacrylate)중 적어도 하나 또는 그 조성물을 포함한다. 특히, 폴리우레탄, 알긴산나트륨, 폴리(메틸 메타크릴레이트-n-부틸 메타크릴레이트)는 친수성을 갖고 있어서, 시멘트 매트릭스와의 부착강도를 높이는 효과가 있다. 쉘층(210)의 두께가 1 ㎛ 미만이면 보호 효과가 미미하고, 10 ㎛ 보다 두꺼우면 균열에 대해 균열제어층(210)이 제대로 반응하지 못하거나 전단이 발생하게 된다.
도 3b는 도 2에 도시된 제 2 실시예의 합성섬유(200)중 A-부분의 부분 확대단면도이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 합성섬유(200)상에 제 1 균열제어층(210a)과 제 1 쉘층(220a)이 코팅되고, 제 1 쉘층(220a)의 상면에 제 2 균열제어층(210b)과 제 2 쉘층(220b)이 코팅된다. 비록 도 3b에서는 2쌍의 균열제어층(210)과 쉘층(220)을 도시하였으나 필요에 따라 2쌍 이상의 층들을 계속 코팅할 수 있고, 이때, 층 두께도 조절할 수 있음은 물론이다.
합성섬유의 제조방법
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 도 4는 본 발명에 따른 시멘트계 재료보강용 합성섬유의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 3D프린터(100)에 복수의 합성섬유(200)를 상호 이격시킨 채 거치한다(S100).
그 다음, 3D프린터(100)를 이용하여 합성섬유(200)의 표면에 균열제어물질을 코팅하여 균열제어층(210)을 성막한다(S120). 균열제어물질은 액상의 질산칼슘, 규산나트륨, 비스페놀 A형중 어느 하나 또는 그 조성물이다. 노즐(90)에 의해 분사되는 균열제어물질은 합성섬유(200)의 표면에 코팅되어 균열제어층(210)으로 성막된다. 균열제어층(210)의 원하는 두께(예 : 10㎛)를 얻기 위해 1회 내지 수회에 걸쳐 반복적인 분사가 이루어질 수 있다.
그 다음, 3D프린터(100)를 이용하여 균열제어층(210)의 표면에 쉘층(220)을 성막한다(S140). 쉘층(220)에 사용되는 물질은 폴리우레탄, 알긴산나트륨, 폴리(메틸 메타크릴레이트-n-부틸 메타크릴레이트)(methyl methacrylate-n-butyl methacrylate)중 적어도 하나 또는 그 조성물이다. 쉘층(220)의 원하는 두께(예 : 10㎛)를 얻기 위해 1회 내지 수회에 걸쳐 반복적인 분사가 이루어질 수 있다.
만약, 도 3b와 같이 추가적인 균열제어층(210)과 쉘층(220)이 필요한 경우, 성막단계(S140)후, 쉘층(220)의 표면에 전술한 균열제어층(210) 성막단계(S120) 및 쉘층(220)의 성막단계(S140)를 쌍을 이뤄 더 수행할 수 있다(S160).
그 다음, 완성된 합성섬유(200)를 실온에서 충분히 건조하여 완성한다(S180).
도 5는 종래 합성섬유와 본 발명에 따른 합성섬유의 부착강도를 실험한 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 합성섬유는 종래의 보강용 합성섬유의 부착강도를 100%로 기준 삼았을 때 기준보다 136%의 향상된 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이러한 본 발명의 합성섬유(100)는 취성적인 성질을 가지는 콘크리트 및 숏크리트에 사용되어 콘크리트 및 숏크리트의 취성적 성질을 감소시키게 된다. 또한, 본 발명에 따른 합성섬유(200)로 콘크리트 및 숏크리트를 보강하게 되면 콘크리트 및 숏크리트의 인장강도와 휨성능을 크게 증가시킬 수 있다.
콘크리트 및 숏크리트 보강용 합성섬유는 인장 탄성이 강할 뿐만 아니라 섬유 자체의 인장력이 높으며 시멘트 매트릭스와의 부착성능이 향상될수록 콘크리트 및 숏크리트의 인장강도와 휨성능의 증가에 효과적인데 본 발명은 이러한 조건들을 모두 충족하여 요구되는 인장강도와 휨성능을 개선하였다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
80 : 공급장치,
90 : 노즐,
100 : 3D 프린터,
110 : 분사액,
200 : 합성섬유,
210 : 균열제어층,
220 : 쉘층
210a : 제 1 균열제어층,
220a : 제 1 쉘층,
210b : 제 2 균열제어층,
220b : 제 2 쉘층.

Claims (11)

  1. 시멘트계 재료보강용으로 배합되는 합성섬유(200);
    상기 합성섬유(200)의 표면에 코팅되고, 발생된 균열에 대해 반응하는 균열제어층(210); 및
    상기 균열제어층(210)상에 코팅되어 상기 균열제어층(210)을 보호하는 쉘층(220);을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 균열제어층(210) 및 상기 쉘층(220)중 적어도 하나는 3D 프린터(100)에 의해 성막되는 것을 특징으로 하는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 균열제어층(210) 및 상기 쉘층(220)중 적어도 하나의 두께는 1 ~ 10 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 균열제어층(210)은 질산칼슘, 규산나트륨, 비스페놀 A형중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉘층(220)은 폴리우레탄, 알긴산나트륨, 폴리(메틸 메타크릴레이트-n-부틸 메타크릴레이트)(methyl methacrylate-n-butyl methacrylate)중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 합성섬유(200)는 5 mm ~ 70 mm의 길이, 140 MPa 이상의 인장강도 및 3GPa 이상의 인장 탄성계수중 적어도 하나를 충족하는 것을 특징으로 하는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉘층(220)의 표면에 상기 균열제어층(210)과 상기 쉘층(220)이 쌍을 이뤄 반복적으로 더 성막되는 것을 특징으로 하는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 의한 시멘트계 재료보강용 합성섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 합성섬유(200)는 시멘트 중량대비 0.5 % ~ 5 % 범위로 배합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트.
  10. 3D프린터(100)에 합성섬유(200)를 거치하는 단계(S100);
    상기 3D프린터(100)를 이용하여 상기 합성섬유(200)의 표면에 균열제어물질을 코팅하여 균열제어층(210)을 성막하는 단계(S120);
    상기 3D프린터(100)를 이용하여 상기 균열제어층(210)의 표면에 쉘층(220)을 성막하는 단계(S140); 및
    상기 합성섬유(200)를 건조하여 완성하는 단계(S180);를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 성막단계(S140)후, 상기 쉘층(220)의 표면에 상기 균열제어층(210)과 상기 쉘층(220)을 쌍을 이뤄 더 성막하는 단계(S160);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅층을 갖는 시멘트계 재료보강용 합성섬유의 제조방법.
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