KR102277696B1 - 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보강방법 - Google Patents

콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보강방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보강방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 접착강도가 우수하여 이러한 조성물을 접착제로 하여 보강패널을 보강대상물에 보강하는 경우 보강대상 구조물과 보강패널이 잘 접착되도록 하며, 천연 성분들을 함유하여 친환경적이며, 난연성이 우수하고 유독성 가스 방출을 최소화하여 패널시공 및 방사형 FRP앵커의 콘크리트 구조물 단부 정착시공방법에 사용하는 경우 화재 시 안전성을 얻을 수 있다.

Description

콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보강방법{Flame retardant adhesive compositions for reinforcement of concrete structure and method for reinforcing concrete structure using the same}
본 발명은 콘크리트 구조물 보강용 접착제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 친환경 난연제를 포함하는 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보강방법에 관한 것이다.
일반적으로 구조물은 시간이 지남에 따라 설계 및 시공 상의 하자, 사용 중의 구조변경, 환경변화에 따른 노후화 및 자연재해, 화재 등 각종 원인에 의해 내구성 및 내하력이 저하되며, 이러한 원인에 의해 구조적으로 영향을 받게 된 구조물들은 균열 등으로 인하여 붕괴로까지 이어질 수 있어 인명피해 등 대형 참사뿐만 아니라, 사회 기반인 주요시설 및 교통망이 장기간 마비되고 복구를 위해서는 막대한 공사비가 소요되어 사회적으로 큰 영향을 미친다.
한편, 구조적인 손상을 입은 구조물들은 안전성 확보를 위해 전면 또는 부분적인 보수/보강조치가 반드시 필요하며, 특히, 구조적인 손상을 유발하는 균열은 외부의 영향 다시 말해, 콘크리트 구조물과 이웃하는 토사에 빗물 등이 응축되어 있다가 구조물 표면으로 스며들면서 열화가 발생하게 되어 발생하는 것이 대부분이다.
특히, 콘크리트 구조물의 단부는 콘크리트의 건조와 수축, 온도변화, 누수, 진동 등 여러 요인에 의해 외부 또는 내부에 균열이 발생될 가능성이 매우 높으며, 차량이나 열차의 통행이 잦은 터널, 지하철의 차량 통로에는 진동 등의 여러 요인에 의해 균열이 빈번하게 발생된다.
이러한 콘크리트의 균열 부분은 외부의 수분 및 공기의 유입이 쉽게 이루어지므로 콘크리트의 풍화를 촉진하고, 철근의 부식을 초래하여 콘크리트 구조물의 수명 및 안전성에 치명적인 악영향을 미치게 된다.
한편, 이러한 구조물, 특정적으로 콘크리트 구조물을 보강하기 위한 방법으로 콘크리트 구조물의 균열 부위에 팩커(Packer) 및 보수보강제 등을 이용하여 보수/보강하는 것이 일반적이다.
이러한 균열을 보수하는 일례로서, 대한민국 등록특허 제10-1119232호에는 콘크리트 구조물의 균열부위에 레진을 주입하여 보강하는 콘크리트 균열 보강용 주입식 에폭시 조성물을 이용한 콘크리트 구조물 보강 공법이 개시되어 있다.
특히 철근 콘크리트 구조물의 경우에는 콘크리트의 중성화 또는 재료분리에 의한 박리현상, 못 또는 앵커에 의한 핀홀 및 공극, 콘크리트의 균열 등에 의하여 구조적으로 치명적인 문제가 종종 발생한다. 이러한 구조적인 문제의 진행을 억제하고 구조물을 보강하고자 여러 가지 보수·보강공법이 개발되고 있으며 중요 보강공법으로는 강판접착보강공법, 강판접착보강공법, 탄소섬유시트보강공법, 유리섬유시트보강공법, FRP판을 사용한 보강공법 등이 있다. 그러나 상기 공법들은 강판접착보강공법의 경우 강판과 보강대상 콘크리트 구조물과의 결합제로서 에폭시 접착제를 사용하고 있다. 또한 탄소섬유시트 및 유리섬유시트 보강공법의 경우 탄소섬유시트 및 유리섬유시트를 에폭시 수지를 사용 보강대상 콘크리트 구조물에 함침 접착시키는 공법이다. 상기 FRP판을 사용한 보강공법 역시 FRP판 제조용 및 FRP판과 보강대상 콘크리트 구조물과의 결합제로서 에폭시 접착제를 필수적으로 사용하고 있는 실정이다. 상기 공법들을 사용 콘크리트 구조물을 보강할 경우 필수적으로 사용되는 에폭시 수지가 지금까지 고온 및 화재에 취약한 합성수지계 에폭시 접착제를 사용하게 됨으로서 화재 시 귀중한 인명의 손실은 물론 막대한 재산상의 피해를 방지하기가 어려운 실정이다. 또한 최근의 일련의 대형 화재사고에서도 알 수 있듯이 귀중한 인명의 손실은 화재 시 발생되는 유독가스에 의한 것이 치명적이라고 판명되고 있다.
따라서 필요 충분한 보강성능을 유지하면서도 화재 시 유독가스의 발생을 최소화함으로서 귀중한 인명의 손실 및 막대한 재산상의 피해를 방지할 수 있는 콘크리트 구조물 보강용 난연성 보강재, 상기 보강재를 균질하게 생산할 수 있는 제조방법 및 난연성 에폭시 접착제, 이를 사용한 콘크리트 구조물의 보강방법 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1119232호
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 이용한 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보강방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 제공한다. 상기 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물은 에폭시 수지 100중량부를 기준으로,
바잘트 섬유, 유리섬유, 카본섬유, 합성섬유, 비닐섬유 및 아라미드 섬유 중 적어도 하나 이상 혼합된 섬유 혼합물 10 내지 35 중량부;
감귤과피 천연섬유 1 내지 5 중량부;
수산화알루미늄, 석회분말, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 플라이애쉬, 회수 더스트, 전기로 제강더스트, 주물더스트 및 소각재, 석분, 탄산칼슘(CaCO3), 시멘트 및 소석회 중 적어도 하나 이상의 충진제 10 내지 60중량부;
테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 아미노알콕시실란에서 선택되는 어느 하나 이상의 알콕시실란에 무수인산이 혼합된 난연제 혼합물 10 내지 100 중량부;
아민계 경화제, 산무수물계 경화제 및 디시안디아미드계 경화제 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 경화제 5 내지 20중량부; 및
아밀로펙틴 2 내지 10중량부를 포함할 수 있다.
상기 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물은 난연성 카폭섬유를 에폭시 수지 100중량부 기준으로 5 내지 10 중량부 더 포함할 수 있다.
상기 난연성 카폭섬유는 카폭섬유를 에탄올 또는 아세톤과 물의 혼합액에 넣고 방사선을 조사하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 방사선 처리된 카폭섬유를 세척 및 건조하는 단계(단계 2)를 포함하는 방법으로 준비될 수 있다.
상기 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물은 요소 분해 미생물의 체외고분자물질(EPS) 배양액을 에폭시 수지 100중량부 기준으로 10 내지 15중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 무수인산은 난연제 혼합물 100중량부에 대하여 5 내지 60 중량부를 포함할 수 있다.
상기 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물은 변형방지제, 저수축제, 커플링제, 안정제 및 이들의 조합으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 첨가제 더 포함할 수 있다.
상기 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물은
에폭시 수지 100중량부 기준으로,
폴리비닐알코올 분말 1 내지 20중량부;
옥시트리에톡시실란 1 내지 5 중량부;
라텍스 5 내지 30중량부;
메틸메타아크릴레이트 5 내지 15중량부;
테트라에틸렌펜타민을 2 내지 8중량부;
팽창 흑연 5 내지 10중량부;
탈크 10 내지 30중량부;
메타규산나트륨 1 내지 5중량부; 및
메틸트리메톡시실란 1 내지 5중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보강방법을 제공한다. 상기 콘크리트 구조물 보강방법은
(1) 보강대상인 콘크리트 구조물의 표면을 연마하는 바탕전처리 단계;
(2) 상기 콘크리트 구조물에 복합패널 정착용 앵커 홀을 천공하는 천공단계;
(3) 상기 앵커 홀에 복합패널 정착용 앵커를 설치하는 설치단계;
(4) 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 콘크리트 구조물의 표면에 도포하는 도포단계;
(5) 콘크리트 구조물 보강용 복합 패널을 부착하는 부착단계; 및
(6) 상기 앵커를 앵커너트로 조임으로써 콘크리트 구조물에 상기 패널을 고정시키는 고정단계;를 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 측면은 방사형 FRP앵커의 콘크리트 구조물 단부 정착시공방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사형 FRP앵커의 콘크리트 구조물 단부 정착시공방법은
(1) 보강대상인 콘크리트 구조물의 표면을 연마하는 바탕전처리 단계;
(2) 바탕전처리단계가 종료된 후 상기 콘크리트 구조물 대상표면 일측에 천공하는 천공단계;
(3) 형성된 천공에 상술한 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 함침하는 함침단계;
(4) 상기 함침단계가 종료된 천공에 방사형 FRP앵커를 삽입하고, 천공을 통과한 방사형 FRP앵커가 방사형으로 펼쳐지게 고정하는 방사형 FRP앵커 삽입단계; 및
(5) 상기 방사형 FRP앵커 삽입단계가 종료된 후 방사형 FRP앵커가 정착되도록 접착제 조성물을 양생시키는 양생단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 방사형 FRP앵커의 콘크리트 구조물 단부 정착시공방법은
(1) 보강대상인 콘크리트 구조물의 표면을 연마하는 바탕전처리 단계;
(2) 바탕전처리단계가 종료된 후 상기 콘크리트 구조물 대상표면 일측에 천공하는 천공단계;
(3) 섬유를 격자로 직조하여 스크림을 제조하는 스크림 제조단계;
(4) 상기 스크림 제조단계가 종료된 후 상술한 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 함침하는 함침단계;
(5) 상기 함침단계가 종료된 스크림을 보수 또는 보강 대상표면에 천공단계에서 형성된 천공을 덮도록 부착하는 스크림 부착단계;
(6) 상기 스크림 부착단계가 종료된 후 천공에 방사형 FRP앵커를 삽입하고, 천공을 통과한 FRP앵커는 방사형으로 펼쳐지게 고정하는 방사형 FRP앵커 삽입단계; 및
(7) 상기 방사형 FRP앵커 삽입단계가 종료된 후 접착제 조성물이 함침된 스크림을 양생시키는 양생단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 접착강도가 우수하여 이러한 조성물을 접착제로 하여 보강패널을 보강대상물에 보강하는 경우 보강대상 구조물과 보강패널이 잘 접착되도록 하며, 천연 성분들을 함유하여 친환경적이며, 난연성이 우수하고 유독성 가스 방출을 최소화하여 패널시공 및 방사형 FRP앵커의 콘크리트 구조물 단부 정착시공방법에 사용하는 경우 화재 시 안전성을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보강방법 중 방사형 FRP앵커의 콘크리트 구조물 단부 정착시공방법에서 FRP앵커가 방사형으로 펼쳐지게 고정된 상태를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강공법 시공시 보강대상인 콘크리트 구조물의 일실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강공법 시공시 앵커 홀을 천공하는 것을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강공법 시공시 앵커를 설치하는 것을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강공법 시공시 난연성 접착제 조성물을 도포한 것을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강공법 시공시 콘크리트 구조물 보강용 복합패널을 접착제가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 부착시킨 것을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강공법 시공시 앵커를 앵커너트로 조인 것을 도시한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
[콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물]
본 발명의 일 측면은 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물은 에폭시 수지, 섬유, 충전제, 난연제, 경화제 및 아밀로펙틴을 포함한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물은 구조물, 예를 들면 교면, 바닥, 보, 슬래브, 기둥 등의 구조물에 적용하게 되고 특히, 구조물의 양 단부에 적용하게 함으로써, 콘크리트 구조물을 보강하여 우수한 장기 내구성 및 강도 등을 증가시키도록 하는 것이라면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물에 있어서, 상기 에폭시 수지는 접착성, 내화학성, 방수성 등을 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 에폭시 수지라면 특별히 한정되지 않는다.
상기 에폭시 수지는 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 화합물이라면 제한되지 않는다. 예를 들면, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 노볼락(novolac)형 에폭시 수지, 테트라에피클로로히드린(tetraepichlorohydrin)형 사관능성 에폭시 수지, 브롬화된 에폭시 수지, 고무 변성 에폭시 수지 모두를 사용할 수 있으며, 특히 비스페놀 A형 에폭시 수지와 고무 변성 에폭시 수지가 바람직하다.
본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물의 에폭시 수지 외 나머지 성분들의 함량은 에폭시 수지 100중량부를 기준으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물에 있어서, 상기 섬유는 뛰어난 내약품성, 친환경성을 가질 뿐만 아니라, 인장강도, 인장계수 등의 물리적 성질이 높아, 강성을 제공하는 할 뿐만 아니라, 필요에 따라 콘크리트 구조물 보강용 접착제 조성물이 소정 형태를 갖도록 하기 위한 것이다.
바람직한 섬유로는 바잘트 섬유, 유리섬유, 카본섬유, 합성섬유, 비닐섬유 또는 아라미드 섬유 중 적어도 하나 이상 혼합된 혼합물을 사용할 수 있고, 그 사용량은 에폭시 수지 100중량부 기준으로 10 내지 35 중량부인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 바잘트 섬유는 상기 카본섬유 등과 같은 특수섬유보다 가격이 저렴하므로, 사용자의 선택에 따라 이를 채용할 수 있다.
바람직한 바잘트 섬유는 현무암으로부터 추출된 섬유로서, 이와 같은 바잘트 섬유라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바잘트 섬유 100중량부를 기준으로 산소 35 내지 45중량부; 규소 20 내지 26중량부; 알루미늄 5 내지 15중량부; 철 5 내지 10중량부; 칼슘 2 내지 8중량부; 마그네슘 1 내지 3중량부; 나트륨 0.5 내지 15중량부, 칼륨 0.5 내지 15중량부; 티타늄 0.1 내지 1중량부 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 포함하는 바잘트 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 바잘트 섬유는 시판되는 것을 사용하거나, 당 업계에서 통상적으로 사용하는 방법으로 제조된 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 현무암을 1,500℃로 녹여 원심력을 이용해 직경 9~20 μm 크기의 필라멘트로 추출함으로써 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 따른 섬유는 감귤과피 천연섬유를 더 포함할 수 있다.
상기 감귤과피 천연섬유는 상술한 섬유들과 함께 고인장강도를 제공할 뿐만 아니라, 상술한 섬유들이 우수한 접착력으로 소정 형태를 갖도록 할 수 있도록 보조하는 기능을 한다. 상기 감귤과피 천연섬유는 천연 성분이므로 환경친화적이다.
상기 감귤과피 천연섬유는 수세하여 세척한 감귤과피를 건조 및 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 감귤과피를 알파 아밀라아제 처리 및 수세하여, 탄수화물이 제거된 감귤과피 천연섬유를 제조하는 단계; 상기 탄수화물이 제거된 감귤과피 천연섬유를 옥토시놀 0.1 내지 5 중량%, 아이소소바이드 1 내지 10 중량% 및 에틸 알코올 85 내지 98 중량%를 포함하는 분산액에 혼합 및 숙성하는 단계; 및 상기 숙성이 완료된 감귤과피 천연섬유를 건조 및 분쇄하는 단계를 포함하는 방법으로 준비되는 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 감귤과피 천연섬유의 사용량은 에폭시 수지 100중량부 기준으로 1 내지 5 중량부인 것이 바람직한 바, 상기 범위 내에서 바람직한 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 섬유는 난연성 카폭섬유를 더 포함할 수 있다.
상기 카폭섬유는 자바, 수마트라, 인도, 태국, 인도네시아 등에서 생산되며, 높이 10~15 m에 달하는 교목의 다래에서 채취한 천연섬유로서, 일반적으로는 지용성의 화학적 성질을 갖고 있어 열에 매우 약하나, 방사선 처리를 통해 난연성을 증가시킨 카폭섬유는 550℃로 회화시킬 때에도 불에 잘 타지 않음으로써 난연성을 나타내므로, 본 발명에 따른 조성물에 포함됨으로써 접착제 조성물의 난연성을 향상시킬 수 있다.
상기 난연성 카폭섬유는, 카폭섬유를 에탄올 또는 아세톤과 물의 혼합액에 넣고 방사선을 조사하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 방사선 처리된 카폭섬유를 세척 및 건조하는 단계(단계 2)를 포함하는 방법으로 준비되는 것을 사용하여, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 내연성 카폭섬유 제조에 있어서, 상기 유기용매는 물과 혼합하여 사용하는 것이 바람직하며, 이때 유기용매와 물의 혼합 비율은 3:7 ~ 7:3으로 다양하게 조절될 수 있다. 만일 유기용매와 물의 혼합 비율이 3:7 미만이거나 7:3을 초과하면 방사선 조사로 인한 난연성 향상 효과가 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 내연성 카폭섬유 제조에 있어서, 사용되는 방사선은 특별히 한정하지 않으나, 감마선, 양성자빔, 이온빔, 전자빔, 자외선 등을 사용하는 것이 바람직하며, 100~2000 kGy의 세기로 조사하는 것이 바람직하다. 상기 범위로 방사선을 조사한 카폭섬유는 방사선을 조사하지 않은 카폭섬유보다 내연성이 향상되어 높은 온도에서도 연소가 잘 일어나지 않아 화재의 위험성을 줄일 수 있다.
상기 난연성 카폭섬유의 사용량은 에폭시 수지 100중량부 기준으로 5 내지 10 중량부인 것이 바람직한 바, 상기 범위 내에서 바람직한 효과를 나타낼 수 있다.
상기 섬유는 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물에 혼합된 형태라면 어떠한 형태로 존재하여도 무방하지만, 바람직하게는 섬유를 3mm 내지 5mm 단위로 잘게 절단(Chopped)하여 접착제 조성물과 혼합사용하거나, 접착제 조성물을 구성하는 각각의 조성물이 바잘트 섬유로 형상화한 소정 형태에 함침되어 전체 접착제 조성물이 소정 형상을 갖도록 구성할 수도 있다.
이때, 상기 섬유가 소정 형상으로 구성될 경우 얇게 펴진 형태 또는 격자방식으로 직조된 직조섬유 형태로 구성될 수 있지만, 바람직하게는 스크림(scrim) 형태를 갖도록 구성될 수 있다.
상기 얇게 펴진 형태의 섬유는 그 형태가 특별히 한정되는 것을 아니지만, 상기 직조섬유는 위사와 경사방향의 섬유가 상하 맞물려서 직조되어 추후 늘어짐이나 올이 풀리는 경우를 최소화할 수 있도록 한다.
상기 직조섬유에 사용되는 원사의 두께는 적어도 10㎛ 이상의 섬유를 사용하는 것이 좋고, 마디의 두께도 5mm 내외 또는 그 이상으로 일정하게 유지되도록 직조하며, 직조 후 직물의 두께는 0.345 내지 0.38mm로 경량화된 고강도 직조섬유를 형성한다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 섬유는 10 내지 25mm를 갖도록 격자로 직조한 섬유 메쉬망 형태로 사용될 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 섬유는 도 1에 나타낸 바와 같이, 앵커 모양으로 형성되어 보수 및/또는 보강하고자 하는 대상표면에 형성되는 천공에 삽입되어 방사형으로 펼쳐지게 할 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물에 있어서, 상기 충진제는 치수 안정성 및 내마모성을 향상시키기 위한 것으로, 상기 충전제로는 수산화알루미늄, 석회분말, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 플라이애쉬, 회수 더스트, 전기로 제강더스트, 주물더스트 및 소각재, 석분, 탄산칼슘(CaCO3), 시멘트 및 소석회 등을 들 수 있으며, 구체적으로는 수산화알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 수산화알루미늄은 화재 등에 의해 섬유부착재가 고온(200 ~ 300℃)으로 되는 경우 물이 생성되면서 수지가 발포되도록 하며, 수지의 표면이 부풀게 되면, 공기층이 형성되어 열전달을 차단하고, 난연성을 부여하게 된다.
상기 충진제의 사용량은 에폭시 수지 100중량부를 기준으로 10 내지 60중량부일 수 있으며, 상기 범위에서 충진제의 역할을 효과적으로 수행할 수 있다.
또한, 상기 충진제는 요소 분해 미생물의 체외고분자물질(EPS) 배양액을 더 포함할 수 있다.
상기 미생물 체외고분자물질(EPS) 배양액은 요소 분해 미생물을 배양한, 요소 분해 미생물 배양액으로부터 미생물을 제거하여 얻을 수 있으며, 미생물이 포함되어 있지 않으므로 미생물의 생장 조건을 고려할 필요가 없다는 점에서 효용성을 가진다.
상기 미생물 체외고분자물질(EPS) 배양액에 칼슘 이온을 첨가하면, 하기 반응식 1과 같이 체외고분질물질(EPS) 배양액에 포함된 탄산 이온과 칼슘 이온이 반응하여 마이크로미터 크기의 탄산칼슘이 침전된다.
[반응식 1]
Ca2+ + CO3 2- → CaCO3
이때, 상기 미생물 체외고분자물질(EPS)이 탄산염 광물화를 촉진시키는 역할을 한다. 따라서, 이러한 반응으로 상기 미행물 체외고분자물질(EPS) 배양액은 미세한 균열 내부로 침투하여 미립자의 탄산칼슘이 침전되도록 유도하므로, 균열의 표면과 내부의 충진이 가능하다.
이때, 요소 분해 미생물은 프로테우스 미라빌리스(Proteus mirabilis), 마리노박테리움 코랄리이(Marinobacterium coralli) 및 스포로살시나 파스테우리(Sprosarcina pasteurii)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 미생물을 포함하나, 이에 한정되지 아니하며, 요소 분해 생장 및 호염기성(pH 8 이상) 중온균은 모두 포함될 수 있다.
상기 미생물 성장배지는 요소 분해 미생물을 농화배양하는데 이용되는 배지라면 제한되지 않고 이용될 수 있으며, 요소를 포함한 D-1 배지, MH 배지, 살린(saline) 배지 등이 이용될 수 있다. 상기와 같은 배지는 요소 분해 미생물의 성장에 필요한 효모추출물(yeast extract)과 프로테오스 펩톤(proteose-peptone) 또는 영양 배지(nutrient broth)를 포함하고 있기 때문에, 미생물의 성장에 적합하며, NaCl이 포함되어 있어 바다에서 서식하는 미생물이 성장하기에 적합하다. 또한, 상기 미생물 성장배지에는 요소 분해를 위해 요소를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 미생물의 체외고분자물질(EPS) 배양액은 상기 요소 분해 미생물 배양액을 원심분리 및 필터링을 수행하여 얻을 수 있다. 바람직하게는 상기 미생물의 체외고분자물질(EPS) 배양액은 상기 요소 분해 미생물 배양액을 원심분리한 후, 상층액을 0.2~0.45 ㎛ 크기의 필터로 필터링하여 수집하여 얻을 수 있다. 구체적으로는 상기 요소 분해 미생물 배양액을 3000 rpm에서 10분간 원심분리한 후, 상층액을 0.45 ㎛ 시린지 필터(syringe filter)로 필터링하여 한곳에 모았다. 이러한 방법으로 미생물이 제거된 체외고분자물질(EPS) 배양액이 제조될 수 있다.
상기 미생물의 체외고분자물질(EPS) 배양액의 사용량은 에폭시 수지 100중량부를 기준으로 10 내지 15중량부인 것이 바람직한데, 상기 범위에서 요소 분해 미생물의 체외고분자물질 배양액이 효과적으로 충진제의 역할을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물에 있어서, 상기 난연제는 상기 접착제 조성물에 난연성을 부여하는 역할을 하며, 상기 난연제로는 무수인산과; 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 아미노알콕시실란에서 선택되는 어느 하나 이상의 알콕시실란의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 난연제로 사용된 무수인산은 일반적으로 우수한 난연성을 부여하는 물질이나 수분과 접촉하게 되면 인산으로 변화하여 에폭시 관능기와 격렬한 반응을 하기 때문에 적용하기 곤란하였다. 그러나, 무수인산을 미리 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란 등의 테트라알콕시실란 및 아미노알콕시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상에 미리 분산하여 수분과의 접촉이 이루어지지 않게 한 후 에폭시와 혼합하는 경우, 두 물질 간에 반응이 이루어지지 않고 안정성을 가질 수 있다.
이때, 무수인산은 난연제 혼합물 100중량부에 대하여 5 내지 60 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 5 중량부 이상 사용하는 경우 난연성을 나타내었고, 60 중량부 이하로 사용하는 경우 접착제 조성물의 접착강도 저하현상이 발견되지 않았다.
이렇게 미리 혼합하여 제조된 난연제는 에폭시수지 100 중량부에 대하여 10 내지 100 중량부를 사용할 수 있다. 만일 10 중량부 미만으로 사용하는 경우 난연효과가 미미하고, 100 중량부를 초과하는 경우 접착제 조성물의 접착강도 저하현상이 나타날 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물에 있어서, 상기 경화제는 직접 조성물의 가교에 참여하거나 촉매 형태로 작용될 수 있는 것으로, 주제인 에폭시 수지의 경화제로서 그 종류에 크게 제한되지 않고 사용될 수 있으나, 구체적으로 아민계 경화제, 산무수물계 경화제 및 디시안디아미드계 경화제 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 경화제는 구체적으로 열에 의해 개시되는 잠재성 경화제일 수 있다. 이때, ‘잠재성(latent)’이란 경화성분이 상온에서는 본질적으로 반응을 나타내지 않지만, 에폭시 경화 반응의 개시 온도가 초과되면 급속히 반응하여 경화를 일으키는 것을 의미한다. 이는 구조용 접착제가 경화제를 활성시키지 않고도 경화제에 대한 반응온도보다 낮은 온도인 약 25℃ 부근의 상온에서 용이하게 적용될 수 있게 한다.
상기 경화제로 바람직한 구체적인 예로서, 잠재성 아민을 들 수 있다. 이는 안정적인 저장성을 확보하면서 경화 효율측면에서 효과적인 특성을 가진다.
상기 잠재성 아민으로는 구아니딘, 치환된 구아니딘, 치환된 우레아, 멜라민 수지, 구아나민 유도체, 환형 3차아민, 방향족 아민 및 이미다졸 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 들 수 있다. 상기 잠재성 아민의 상업화된 일 예로는 미국 Airproducts사의 아미큐어-1200GC을 들 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
상기 경화제는 본 발명에 따른 접착제 조성물을 경화시키기에 충분한 양이 사용될 수 있으며, 에폭시 수지 100중량부 기준으로 5 내지 20중량부 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물에 있어서, 상기 아밀로펙틴은 찹쌀에 함유된 천연성분으로, 강한 점성을 나타내므로 본 발명에 따른 접착제 조성물이 구조물의 균열에 충진되거나 적층될 경우 보다 용이하게 접착될 수 있도록 하는 접착 증진제의 역할을 한다.
상기 아밀로펙틴의 사용량은 에폭시 수지 100중량부 기준으로 2 내지 10중량부인 것이 바람직한 바, 상기 범위를 벗어나면 점성이 너무 강해 접착제 조성물과 균일한 혼합에 어려움이 있을 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 난연성 접착제 조성물은 필요에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제로는 변형방지제, 저수축제, 커플링제, 안정제 및 이들의 조합으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 첨가제는 본 발명의 난연성 접착제 조성물의 물성을 저하시키지 않는 범위 내에서 사용될 수 있다.
상기 변형방지제는 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물의 소성변형을 감소시키기 위한 것이다. 바람직한 변형방지제는 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리뷰텐, 하임팩트폴리스티렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 그 사용량은 에폭시 수지 100중량부 기준으로 2 내지 15중량부일 수 있다. 이때, 상기 변형방지제의 사용량이 2중량부 미만이면 변형을 방지하는 효과가 미미하고, 15중량부를 초과하면 콘크리트 구조물 보강용 접착제를 제조할 경우 다른 구성성분과의 혼합이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
상기 저수축제는 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물이 균열부에 충진되거나, 특정 형태의 구조물을 형성할 경우 수축되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계에서 통상적으로 사용되는 저수축제라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 폴리비닐 아세테이트계 저수축제, 폴리에스터계 저수축제, 특정적으로 불포화 폴리에스터 수지로 이루어진 저수축제를 사용할 수 있다. 상기 저수축제의 사용량은 사용자의 선택에 따라 변동 가능하지만, 바람직하게는 에폭시 수지 100중량부 기준으로 3 내지 15중량부일 수 있다.
상기 커플링제는 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물을 접착성능을 향상시키기 위한 것으로, 실란 커플링제를 사용할 수 있다. 바람직한 실란 커플링제는 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란(GPTMS), 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란(MPTMS), 3-아미노프로필 트리메톡시실란(APTMS) 및 3-이소시아네이트프로필 트리메톡시실란(ICPTMS)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 트리메톡시실란을 사용할 수 있다. 상기 커플링제의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 에폭시 수지 100중량부 기준으로 0.5 내지 1.0 중량부를 포함할 수 있다.
상기 안정제는 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물을 자외선으로부터 보호하여 안정성을 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 안정제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 아크릴 폴리올수지, 무황변 폴리 우레아수지, 폴리이소시아네이트 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량은 에폭시 수지 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부를 사용할 수 있다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 조성물의 구성성분의 분산성을 좋게 할 뿐만 아니라, 초기의 끈적임 정도(tacky property)도 증가되어 초기접착력을 개선하여 들뜸 현상, 뒤틀림 등의 불량률을 감소하기 위하여 에폭시 수지 100중량부 기준으로 1 내지 20중량부의 폴리비닐알코올 분말을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 폴리비닐알코올 분말은 당업계의 통상적인 폴리비닐알코올 분말이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 0.1 내지 10㎛인 기공을 0.05 내지 0.4cc/g의 범위로 포함하는 폴리비닐 알코올 분말을 사용할 수 있다.
다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 접착제 조성물의 경량성을 향상시키기 위하여 에폭시 수지 100중량부 기준으로 3 내지 40중량부의 경량제를 더 포함할 수 있다. 바람직한 경량제로는 시라스발룬, 펄라이트, 발포펄라이트, 질석 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 조성물의 접착성을 향상시키기 위하여 에폭시 수지 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부의 옥틸트리에톡시실란을 더 포함할 수 있다. 상기 옥틸트리에톡시실란은 단량체 형태로 사용 가능하며, 상기 단량체의 분자량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 150 내지 450Da일 수 있고, 그 사용량은 에폭시 수지 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부를 포함할 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 조성물의 구성성분 간의 공극 및 구조물의 공극을 메워 접착성 및 방수성, 내구성 등을 향상시키기 위하여 에폭시 수지 100중량부 기준으로 5 내지 30중량부의 라텍스를 더 포함할 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 우수한 접착력 및 기계적 물성을 유지하여 외부 충격에 의한 크랙 및 탈락현상을 방지하기 위하여 에폭시 수지 100중량부 기준으로 메틸메타아크릴레이트(MMA: Methyl MethAcrylate) 5 내지 15중량부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 메틸메타아크릴레이트는 점도가 10 내지 1,000cps인 저점도 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지 49 내지 70중량%와, 점도가 2,000 내지 20,000cps인 고점도 메틸메타크릴레이트(MMA) 20 내지 50중량%를 혼합하여 얻어지는 메틸메타크릴레이트 혼합물에 SIS(stylene isoprene stylene), SBR(stylene butadiene rubber), SBS(stylene butadiene stylene) 중에서 선택된 하나 이상의 혼합물 1 내지 10중량%를 혼합한 변성 메틸메타아크릴레이트를 사용할 수도 있다. 이때, 상기 SIS, SBR 및/또는 SBS의 함량이 1중량% 미만인 경우에는 내충격성 저하로 인한 크랙이 발생할 수 있고, 10중량%를 초과하는 경우에는 점도상승으로 인하여 작업성에 문제가 발생될 수 있기 때문에 바람직하지 못하다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 접착제 조성물과 균열부 사이의 강고한 밀착성, 내수성, 내약품성, 기계적 특성(탄성, 유리전이온도, 응력완화) 등을 제공하기 위하여, 에폭시 수지 100중량부를 기준으로 10 내지 50중량부의 아크릴코폴리머를 더 포함할 수 있다. 바람직한 아크릴코폴리머는 아크릴 모노머, 4-시아노바릭 산(4-cyanovaleric acid), 글리시달메타아크릴레이트(GMA)의 중합에 의해 형성된 것을 사용할 수 있고, 구체적으로는 아크릴레이트코폴리머(Acrylates copolymer)를 사용할 수 있다. 이때, 상기 아크릴 모노머는 부틸아크릴레이트(BAM), 글리시달메타아크릴레이트(GMA) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 테트라에틸렌펜타민(Tetraethylenepentamine; TEPA)을 에폭시 수지 100중량부를 기준으로 2 내지 8중량부로 더 포함할 수 있는데, 테트라에틸렌펜타민은 폴리아민의 일종으로서, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물의 경화속도 및 점도 조절의 역할을 하며, 그 사용량이 2중량부 이하 일 때는 효과가 미미하며, 8중량부 이상일 경우에는 그 양이 과도하여 경제적이지 못하다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 실온에서 효과적으로 경화하고 내열성, 저온 성능, 내화학성, 내용매성 및 내유성과 같은 개선된 특성을 제공하기 위하여 아미노기 함유 실록산(Aminofunctional siloxan)을 더 포함할 수 있다. 상기 아미노 함유 실록산은 특별히 제한되는 것은 아니며, 일례로서 아미노메틸폴리디메틸실록산을 들 수 있으며, 그 사용량은 에폭시 수지 100중량부를 기준으로 3 내지 10중량부일 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 섬유 및 에폭시수지를 혼용한 콘크리트 구조물 보강용 접착제 조성물은 에폭시 수지 100중량부를 기준으로 5 내지 10중량부의 팽창 흑연을 더 포함할 수 있는데, 에폭시 수지 100중량부에 대하여 함량이 5중량부 미만일 경우에는 화염 차단의 효과가 부족하게 되며, 10중량부를 초과할 경우에는 분체양이 많아지고 혼합물을 겔(gel)화 시킬 수 있다는 단점이 있다. 상기 팽창 흑연은 다공성 탄화층의 생성에 의해 바잘트 섬유를 이용하여 구조물을 형성하여 접착제 조성물을 제조할 경우 부착력 및 난연성을 강화시키는 작용을 한다. 상기 팽창 흑연은 밀도가 15 내지 23g/㎤이고, 입경이 30 내지 1,000㎛이고, 20 내지 250배의 팽창율을 가지는 바람직한데, 이는 화염과 접촉하였을 경우 화염을 차단하는 효과가 극대화되기 때문이다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 에폭시 수지 100중량부를 기준으로 10 내지 30중량부의 탈크를 더 포함할 수 있는데, 에폭시 수지 100중량부에 대하여 함량이 10중량부 미만이면 내수성 향상 효과를 기대하기 어렵고, 함량이 30중량부를 초과하면 증점을 유발하기 때문에 좋지 않다. 상기 탈크는 백색도가 우수한 수화 마그네슘 실리케이트 광물로서 활석이라고도 불리는데, 탈크는 무기 광물이기 때문이 녹는점이 1,400℃의 온도로 불에 강하고 내수성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 인장강도 및 휨강도를 증가시켜 주는 효과가 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 압축강도 및 휨강도 향상을 위하여 에폭시 수지 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부의 메타규산나트륨(Na2SiO3)을 더 포함할 수 있는데, 에폭시 수지 100중량부에 대하여 함량이 1중량부 미만이면 유동성이 낮아지고 불규칙한 기포가 형성되며, 함량이 5중량부를 초과하면 유동성이 급격히 낮아져 가사시간 확보가 곤란하여 좋지 않다. 상기 메타규산나트륨은 수화물도 있으나, 석영과 탄산나트륨의 혼합물을 1,000℃의 온도로 가열 융해하여 고체화시켜 만든 무수물도 사용될 수 있다.
또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 조성물이 도포되는 구조물이 염해 또는 중성화 등의 성능저하 요인에 의해 철근의 부식 및 피복콘크리트의 균열 및 탈락 등이 발생하는 것을 방지하기 위해 메틸트리메톡시실란(MTMS(methyltrimethoxysilane))을 더 포함할 수 있는데, 그 사용량은 에폭시 수지 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 접착강도가 우수하여 이러한 조성물을 접착제로 하여 보강패널을 보강대상물에 보강하는 경우 보강대상 구조물과 보강패널이 잘 접착되도록 하며, 천연 성분들을 함유하여 친환경적이며, 난연성이 우수하고 유독성 가스 방출을 최소화하여 패널시공 및 방사형 FRP앵커의 콘크리트 구조물 단부 정착시공방법에 사용하는 경우 화재 시 안전성을 얻을 수 있다.
[콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보강방법]
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보강방법을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 하기 보강방법은 일 실시양태로서 이에 한정되지 않는다.
한 가지 일례로서, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보강방법은
(1) 보강대상인 콘크리트 구조물의 표면을 연마하는 바탕전처리 단계;
(2) 상기 콘크리트 구조물에 복합패널 정착용 앵커 홀을 천공하는 천공단계;
(3) 상기 앵커 홀에 복합패널 정착용 앵커를 설치하는 설치단계;
(4) 본 발명의 일실시 형태에 따른 난연성 접착제 조성물을 콘크리트 구조물의 표면에 도포하는 도포단계;
(5) 콘크리트 구조물 보강용 복합 패널을 부착하는 부착단계; 및
(6) 상기 앵커를 앵커너트로 조임으로써 콘크리트 구조물에 상기 패널을 고정시키는 고정단계;를 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강방법을 상세히 설명한다.
(1) 바탕전처리단계
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강공법 시공시 보강대상인 콘크리트 구조물의 일실시 예를 도시한 것이다. 이러한 보강대상인 콘크리트 구조물 표면의 도장재, 이형제, 레이턴스, 먼지, 곰팡이 등을 고압집진 장치가 부착된 핸드그라인더를 사용하여 완전제거하고 표면을 연마한다.
(2) 천공단계
바탕전처리단계 후 콘크리트 구조물에 진동드릴을 사용하여 복합패널 정착용 앵커 홀을 천공한다. 도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강공법 시공시 앵커 홀을 천공하는 것을 도시한 것이다.
상기 천공단계에서 형성되는 천공은 사용자의 선택에 따라 복수로 형성될 수 있다.
(3) 설치단계
천공된 앵커 홀에 앵커를 설치한다. 도 4는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강공법 시공시 앵커를 설치하는 것을 도시한 것이다.
(4) 도포단계
콘크리트 구조물의 표면에 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물을 도포한다. 도 5는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강공법 시공시 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물을 도포한 것을 도시한 것이다.
(5) 부착단계
본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물로 제조된 콘크리트 구조물 보강용 복합패널을 접착제가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 부착시킨다. 도 6은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강공법 시공시 콘크리트 구조물 보강용 복합패널을 접착제가 도포된 콘크리트 구조물 표면에 부착시킨 것을 도시한 것이다.
(6) 고정단계
앵커를 앵커너트로 조여 콘크리트 구조물에 복합패널을 고정시킴으로써 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강공법은 마무리된다. 도 7은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강공법 시공시 앵커를 앵커너트로 조인 것을 도시한 것이다.
다른 일례로서, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보강방법은 방사형 FRP앵커의 콘크리트 구조물 단부 정착시공방법일 수 있다.
상기 방사형 FRP앵커의 콘크리트 구조물 단부 정착시공방법은
(1) 보강대상인 콘크리트 구조물의 표면을 연마하는 바탕전처리 단계;
(2) 바탕전처리단계가 종료된 후 상기 콘크리트 구조물 대상표면 일측에 천공하는 천공단계;
(3) 형성된 천공에 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 함침하는 함침단계;
(4) 상기 함침단계가 종료된 천공에 방사형 FRP앵커를 삽입하고, 천공을 통과한 방사형 FRP앵커가 방사형으로 펼쳐지게 고정하는 방사형 FRP앵커 삽입단계; 및
(5) 상기 방사형 FRP앵커 삽입단계가 종료된 후 방사형 FRP앵커가 정착되도록 접착제 조성물을 양생시키는 양생단계;를 포함한다.
또 다른 일례로서, 상기 방사형 FRP앵커의 콘크리트 구조물 단부 정착시공방법은
(1) 보강대상인 콘크리트 구조물의 표면을 연마하는 바탕전처리 단계;
(2) 바탕전처리단계가 종료된 후 상기 콘크리트 구조물 대상표면 일측에 천공하는 천공단계;
(3) 섬유를 격자로 직조하여 스크림을 제조하는 스크림 제조단계;
(4) 상기 스크림 제조단계가 종료된 후 제조된 접착제 조성물을 함침하는 함침단계;
(5) 상기 함침단계가 종료된 스크림을 보수 또는 보강 대상표면에 천공단계에서 형성된 천공을 덮도록 부착하는 스크림 부착단계;
(6) 상기 스크림 부착단계가 종료된 후 천공에 방사형 FRP앵커를 삽입하고, 천공을 통과한 FRP앵커는 방사형으로 펼쳐지게 고정하는 방사형 FRP앵커 삽입단계; 및
(7) 상기 방사형 FRP앵커 삽입단계가 종료된 후 접착제 조성물이 함침된 스크림을 양생시키는 양생단계를 포함한다.
상기 방사형 FRP앵커는 통상적인 FRP 즉, 현무암 섬유, 유리섬유, 천연섬유, 카본섬유, 합성섬유, 비닐섬유 또는 아라미드 섬유 등이 포함되는 FRP 다발을 묶어 앵커 형태로 제조되어 묶음이 끝나는 부분부터 방사형으로 펼쳐서 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 방사형 FRP앵커는 천공에 삽입된 후 접착체 조성물을 함침하여 사용할 수도 있다.
이하에서 실시 예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시 예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시 예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
에폭시수지 100g, 4mm로 절단된 바잘트 섬유 25g, 4mm로 절단된 감귤과피 천연섬유 3g, 수산화알루미늄 10g, 석회분말 40g, 테트라에톡시실란 65g에 무수인산 35g이 혼합된 난연제 혼합물, 아민계 경화제 10g, 및 아밀로펙틴 2g을 혼합하여 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 난연성 카폭섬유를 7g 더 포함시켜 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되, 요소 분해 미생물의 체외고분자물질(EPS) 배양액을 10g 더 포함시켜 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 3과 동일한 방법으로 실시하되, 평균기공이 0.1 내지 0.3cc/g의 범위에서 약 2 내지 5㎛의 평균기공을 갖는 폴리비닐 알코올 분말 10g을 더 포함시켜 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 제조하였다.
[실시예 5]
실시예 4와 동일한 방법으로 실시하되, 옥시트리에톡시실란 3g을 더 포함시켜 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 제조하였다.
[실시예 6]
실시예 5와 동일한 방법으로 실시하되, 라텍스 15g을 더 포함시켜 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 제조하였다.
[실시예 7]
실시예 6과 동일한 방법으로 실시하되, 메틸메타아크릴레이트 10g을 더 포함시켜 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 제조하였다.
[실시예 8]
실시예 7과 동일한 방법으로 실시하되, 테트라에틸렌펜타민 5g을 더 포함시켜 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 제조하였다.
[실시예 9]
실시예 8과 동일한 방법으로 실시하되, 팽창 흑연 8g 및 탈크 20g을 더 포함시켜 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 제조하였다.
[실시예 10]
실시예 9와 동일한 방법으로 실시하되, 메타규산나트륨 3g 및 메틸트리메톡시실란 3g을 더 포함시켜 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 제조하였다.
[실시예 11]
콘크리트 구조물 단부의 보강 대상표면의 이물질을 제거하고 연마하여 깨끗하게 표면을 처리하였다.
그 다음, 대상표면을 드릴을 이용하여 직경 7cm의 앵커 홀을 천공하였다.
그 다음, 천공한 앵커 홀에 복합패널 정착용 앵커를 설치하였다.
그 다음, 대상표면에 실시예 1에 따라 제조된 난연성 접착제 조성물을 도포하였다.
그 다음, 도포된 난연성 접착제 조성물 상에 콘크리트 구조물 보강용 복합 패널을 부착하였다.
그 다음 상기 앵커를 앵커나트로 조임으로써 콘크리트 구조물에 상기 패널을 고정시켰다.
그 다음 앵커가 정착되도록 상기 난연성 접착제 조성물을 양생시켜 시공하였다.
[실시예 12]
콘크리트 구조물 단부의 보강 대상표면의 이물질을 제거하고 연마하여 깨끗하게 표면을 처리하였다.
그 다음, 대상표면을 드릴을 이용하여 직경 7cm의 구멍을 천공하였다.
그 다음, 대상표면 및 천공에 실시예 1에 따라 제조된 난연성 접착제 조성물을 함침시켰다.
그 다음, 천공에 아라미드 섬유로 제조된 방사형 FRP앵커를 삽입하고, 천공을 통과한 방사형 FRP앵커가 방사형으로 펼쳐지도록 고정하였다.
그 다음, 방사형 FRP앵커가 정착되도록 상기 난연성 접착제 조성물을 양생시켜 시공하였다.
[실시예 13]
콘크리트 구조물 단부의 보강 대상표면의 이물질을 제거하고 연마하여 깨끗하게 표면을 처리하였다.
그 다음, 대상표면을 드릴을 이용하여 직경 7cm의 구멍을 천공하였다.
그 다음, 섬유를 격자로 직조하여 스크림을 제조하였다.
그 다음, 제조된 스크림에 실시예 1에 따라 제조된 난연성 접착제 조성물을 함침시켰다.
그 다음, 함침단계가 종료된 스크림을 보수 또는 보강 대상표면에 천공단계에서 형성된 천공을 덮도록 부착하였다.
그 다음, 천공에 방사형 FRP앵커를 삽입하고, 천공을 통과한 FRP앵커는 방사형으로 펼쳐지게 고정시켰다.
그 다음, 방사형 FRP앵커가 정착되도록 상기 난연성 접착제 조성물이 함침된 스크림을 양생시켜 시공하였다.
[실험]
실시예 1 내지 실시예 10에 따라 제조된 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 콘크리트 구조물에 도포한 뒤 기계적 물성, 예를 들면 압축강도, 휨강도, 부착강도, 방수성, 난연성 등을 측정하였다.
그 결과를 표 1로 나타냈다.
구분 압축강도(N/mm2) 휨강도(N/mm2) 부착강도(N/mm2) 방수성(%) 난연성
실시예 1 51.3 15.8 7.62 98 우수
실시예 2 55.2 16.4 7.48 99 우수
실시예 3 52.4 15.9 7.65 99 우수
실시예 4 58.2 17.1 7.12 98 우수
실시예 5 57.1 16.2 8.23 99 우수
실시예 6 51.6 16.4 7.89 99 우수
실시예 7 61.2 15.3 7.26 99 우수
실시예 8 55.3 16.7 8.04 99 우수
실시예 9 62.0 16.4 8.14 99 우수
실시예 10 53.8 17.2 7.12 99 우수
표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 10에 따라 제조된 접착제 조성물은 압축강도와 휨강도가 좋고, 부착성 및 방수성이 우수하고, 난연 특성이 우수한 것으로 나타났다.
따라서, 본 발명에 따른 난연성 접착제 조성물은 접착강도가 우수하여 이러한 조성물을 접착제로 하여 보강패널을 보강대상물에 보강하는 경우 보강대상 구조물과 보강패널이 잘 접착되도록 하며, 천연 성분들을 함유하여 친환경적이며, 난연성이 우수하고 유독성 가스 방출을 최소화하여 패널시공 및 방사형 FRP앵커의 콘크리트 구조물 단부 정착시공방법에 사용하는 경우 화재 시 안전성을 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 콘크리트 구조물
2 : 바탕전처리된 콘크리트 구조물 일면
3 : 앵커 홀
4 : 앵커
5 : 난연성 접착제 조성물
6 : 콘크리트 구조물 보강용 복합패널
7 : 앵커너트

Claims (10)

  1. 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로,
    바잘트 섬유, 유리섬유, 카본섬유, 합성섬유, 비닐섬유 및 아라미드 섬유 중 적어도 하나 이상 혼합된 섬유 혼합물 10 내지 35 중량부;
    감귤과피 천연섬유 1 내지 5 중량부;
    수산화알루미늄, 석회분말, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 플라이애쉬, 회수 더스트, 전기로 제강더스트, 주물더스트 및 소각재, 석분, 탄산칼슘(CaCO3), 시멘트 및 소석회 중 적어도 하나 이상의 충진제 10 내지 60중량부;
    테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 아미노알콕시실란에서 선택되는 어느 하나 이상의 알콕시실란에 무수인산이 혼합된 난연제 혼합물 10 내지 100 중량부;
    아민계 경화제, 산무수물계 경화제 및 디시안디아미드계 경화제 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 경화제 5 내지 20중량부;
    아밀로펙틴 2 내지 10중량부; 및
    난연성 카폭섬유 5 내지 10 중량부를 포함하는 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 난연성 카폭섬유는 카폭섬유를 에탄올 또는 아세톤과 물의 혼합액에 넣고 방사선을 조사하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 방사선 처리된 카폭섬유를 세척 및 건조하는 단계(단계 2)를 포함하는 방법으로 준비되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    요소 분해 미생물의 체외고분자물질(EPS) 배양액을 에폭시 수지 100중량부 기준으로 10 내지 15중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무수인산은 난연제 혼합물 100중량부에 대하여 5 내지 60 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물은 변형방지제, 저수축제, 커플링제, 안정제 및 이들의 조합으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물은
    에폭시 수지 100중량부 기준으로,
    폴리비닐알코올 분말 1 내지 20중량부;
    옥시트리에톡시실란 1 내지 5 중량부;
    라텍스 5 내지 30중량부;
    메틸메타아크릴레이트 5 내지 15중량부;
    테트라에틸렌펜타민을 2 내지 8중량부;
    팽창 흑연 5 내지 10중량부;
    탈크 10 내지 30중량부;
    메타규산나트륨 1 내지 5중량부; 및
    메틸트리메톡시실란 1 내지 5중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물.
  8. (1) 보강대상인 콘크리트 구조물의 표면을 연마하는 바탕전처리 단계;
    (2) 상기 콘크리트 구조물에 복합패널 정착용 앵커 홀을 천공하는 천공단계;
    (3) 상기 앵커 홀에 복합패널 정착용 앵커를 설치하는 설치단계;
    (4) 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항의 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 콘크리트 구조물의 표면에 도포하는 도포단계;
    (5) 콘크리트 구조물 보강용 복합 패널을 부착하는 부착단계; 및
    (6) 상기 앵커를 앵커너트로 조임으로써 콘크리트 구조물에 상기 패널을 고정시키는 고정단계;를 포함하는 콘크리트 구조물의 보강방법.
  9. (1) 보강대상인 콘크리트 구조물의 표면을 연마하는 바탕전처리 단계;
    (2) 바탕전처리단계가 종료된 후 상기 콘크리트 구조물 대상표면 일측에 천공하는 천공단계;
    (3) 형성된 천공에 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항의 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 함침하는 함침단계;
    (4) 상기 함침단계가 종료된 천공에 방사형 FRP앵커를 삽입하고, 천공을 통과한 방사형 FRP앵커가 방사형으로 펼쳐지게 고정하는 방사형 FRP앵커 삽입단계; 및
    (5) 상기 방사형 FRP앵커 삽입단계가 종료된 후 방사형 FRP앵커가 정착되도록 접착제 조성물을 양생시키는 양생단계;를 포함하는 방사형 FRP앵커의 콘크리트 구조물 단부 정착시공방법.
  10. (1) 보강대상인 콘크리트 구조물의 표면을 연마하는 바탕전처리 단계;
    (2) 바탕전처리단계가 종료된 후 상기 콘크리트 구조물 대상표면 일측에 천공하는 천공단계;
    (3) 섬유를 격자로 직조하여 스크림을 제조하는 스크림 제조단계;
    (4) 상기 스크림 제조단계가 종료된 후 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항의 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 함침하는 함침단계;
    (5) 상기 함침단계가 종료된 스크림을 보수 또는 보강 대상표면에 천공단계에서 형성된 천공을 덮도록 부착하는 스크림 부착단계;
    (6) 상기 스크림 부착단계가 종료된 후 천공에 방사형 FRP앵커를 삽입하고, 천공을 통과한 FRP앵커는 방사형으로 펼쳐지게 고정하는 방사형 FRP앵커 삽입단계; 및
    (7) 상기 방사형 FRP앵커 삽입단계가 종료된 후 접착제 조성물이 함침된 스크림을 양생시키는 양생단계를 포함하는 방사형 FRP앵커의 콘크리트 구조물 단부 정착시공방법.
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