KR102381832B1 - 섬유시트 또는 섬유패널을 이용한 콘크리트 구조물의 보강 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내구성과 인장력이 우수한 특수섬유시트 또는 특수섬유패널과, 친환경 난연재를 포함하는 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 활용한 콘크리트 구조물의 보강 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 간편한 시공방법으로 축조된 콘크리트 구조물에 시공하여 내진 성능을 보완 내지 보강할 수 있다.

Description

섬유시트 또는 섬유패널을 이용한 콘크리트 구조물의 보강 방법{Method for Reinforcing Concrete Structure Using Fabric Sheet or Fabric Panel}
본 발명은 기존의 콘크리트 구조물이나 신축된 콘크리트 구조물에 시공함으로써 콘크리트 구조물을 보강하는 방법으로서, 내구성과 인장력이 우수한 특수섬유시트 또는 특수섬유패널과, 친환경 난연재를 포함하는 콘크리트 구조물 보강용 난연성 접착제 조성물을 활용한 콘크리트 구조물의 보강 방법에 관한 것이다.
일반적으로 교량구조물, 댐, 건축물 등은 외부로 노출된 상태로 있기 때문에 축조 후 오랜 시일이 경과되면 기온변화 및 기후변화 등으로 인해 외부요인에 의한 변형이 유발되어 주 소재인 콘크리트의 강도가 약해지는 문제가 있다.
콘크리트 구조물은 축조되면 대체로 몇 십년 간 사용되는 것이므로 변형 내지 파괴된 구조물을 재건축하는 것은 시간적, 비용적인 측면에서 낭비를 유발하므로, 변형된 콘크리트 구조물을 보강하거나 콘크리트 구조물의 변형을 방지하는 기술에 대한 다양한 공법들이 연구되고 있다.
콘크리트 구조물의 보수 및 보강방법으로는 철판보강방법과 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 유리 섬유 등을 에폭시수지로 부착하는 섬유보강공법 및 섬유강화플라스틱패널 부착공법이 많이 이용되고 있다. 이 중 섬유보강공법은 경량이며 강도가 높고, 내부식성, 내화학성, 내피로강도 등의 보강성능이 우수하고 시공이 간편하고, 시공비용이 저렴한 장점이 있다.
그러나, 상기 섬유보강공법에 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 알수 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 및 난연성 에폭시 접착제의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
한편, 최근에는 국내에서도 지진에 대한 위협이 증가하면서, 콘크리트 구조물의 내진 설계, 내진 시공이 필수적으로 요구되고 있는데, 내진 설계의 경우에는 신축되는 콘크리트 구조물에는 적용할 수 있는 한편, 기존에 축조된 노후 건물에는 적용하기 어려운 문제가 있다.
한국 등록특허 제10-1731550호는 아라미드 섬유를 이용한 콘크리트 구조물의 내진 보강 방법에 대해 개시하고 있으나, 인계 난연재를 이용하여 구조물의 화재 위험성을 보완하는 한편, 내진 성능을 보다 향상시키고, 시공부위를 재시공하는 것이 용이하여, 구조물의 수명을 연장시킬 수 있는 기술에 대해서는 개시하고 있지 않다.
내진 설계된 콘크리트 구조물에 비해 노후된 콘크리트 건물이 콘크리트의 산화, 변성 등으로 인해 강도가 약해져 있으므로, 지진이 발생되는 경우 구조물에 균열이 발생되거나 심하게는 구조물이 완전 붕괴될 위험에 노출되어 있는 바, 이러한 문제를 해결하기 위해, 콘크리트 구조물의 보강 공법을 활용하면서도 내진 성능까지도 보완이 가능한 기술이 필요한 실정이다.
따라서, 콘크리트 구조물의 사용기간을 증가시키면서도, 신축된 콘크리트 구조물이나 기 건축된 콘크리트 구조물에 시공이 가능한 보강 기술의 개발이 필요한 상황이다.
한국 등록특허 제10-1731550호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 콘크리트 구조물의 표면에 시공하여, 콘크리트 구조물의 강도를 보완하면서도, 콘크리트 구조물의 내진 성능을 보완하고, 난연성 접착제를 통해 구조물의 화재 위험성을 보완할 수 있는 시공방법에 관한 것으로서, 콘크리트 구조물의 표면에 간단히 시공이 가능한 보강 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 섬유시트 또는 섬유패널을 이용한 콘크리트 구조물의 보강 방법은, 친환경 난연재를 포함하는 섬유시트 또는 섬유패널을 난연성 접착제 조성물에 침지시켜 보강 전용 일체형 구성재를 제조하는 단계(S10); 콘크리트 구조물의 손상부위를 제거 및 보강하고 표면을 정리하는 표면정리단계(S20); 표면 정리된 콘크리트 구조물의 표면에 보강 전용 일체형 구성재를 부착하는 단계(S30); 및 상기 보강 전용 일체형 구성재가 정착되도록 양생하는 단계(S40)를 포함하는 콘크리트 구조물의 보강 방법이되, 상기 친환경 난연재는 비절연체인 탄소섬유; 절연체로서 상기 탄소섬유에 적층되는 보강섬유; 를 포함하고, 상기 탄소섬유와 보강섬유는 연결섬유의 직조를 통해 연결이 이루어지도록 구성되고, 난연성 접착제 조성물은 에폭시 수지 100 중량부; 무수 인산과 알콕시실란의 혼합물 10 내지 100 중량부; 기능성 실리카 분말 10 내지 50 중량부; 및 기능성 산화알루미늄 분말 10 내지 50 중량부를 포함한다.
상기 탄소섬유와 보강섬유는 각각 망사형 또는 격자형 구조일 수 있다.
상기 보강섬유 및 연결섬유는 독립적으로 유리섬유 또는 아라미드 섬유일 수 있다.
상기 무수 인산과 알콕시실란의 혼합물에서, 무수 인산은 혼합물 100 중량부에 대하여 5 내지 55 중량부를 포함할 수 있다.
상기 기능성 실리카 분말 또는 기능성 산화알루미늄 분말은 단풍나무, 미송 및 아카시아 나무의 혼합 추출물과 혼합 및 숙성된 후, 건조시켜 분쇄함으로써 제조될 수 있다.
상기 기능성 실리카 분말 또는 기능성 산화알루미늄 분말은 단풍나무 잎 또는 줄기 20 내지 30 중량%, 미송의 잎 또는 줄기 20 내지 30 중량% 및 아카시아 나무의 잎 또는 줄기 40~60 중량%의 식물 혼합물을 10 내지 25 배 중량의 물과 혼합한 후, 열수추출하여 얻어진 식물 추출물을 실리카 분말 또는 산화알루미늄 분말과 혼합 및 숙성하는 단계; 상기 혼합 및 숙성이 완료된 실리카 분말 또는 산화알루미늄 분말을 100 내지 150 ℃의 온도에서 건조시키는 단계; 및 건조된 실리카 분말 또는 산화알루미늄 분말을 평균입경이 0.1 내지 2 μm가 되도록 분쇄하여 난연성을 갖는 기능성 실리카 분말 또는 기능성 산화알루미늄 분말을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 보강 전용 일체형 구성재를 부착하는 단계에서, 상기 보강 전용 일체형 구성재가 섬유시트를 포함하는 경우에는 섬유조직의 위사와 경사가 구조물의 지표면과 수평 또는 수직이 되는 방향으로 섬유시트를 부착할 수 있다.
상기 보강 전용 일체형 구성재를 부착하는 단계에서, 상기 보강 전용 일체형 구성재가 섬유패널을 포함하는 경우에는 섬유패널의 일변이 지표면과 이루는 각도가 0 내지 15°가 되도록 부착할 수 있다.
상기 양생하는 단계에서 콘크리트 구조물의 표면에 70 내지 120℃의 열풍처리를 수행할 수 있다.
본 발명은 축조된 콘크리트 구조물에 시공하여 내진 성능을 보완 내지 보강하기 위한 것으로, 구조물의 표면에 시공함으로써 시공방법이 간편하고, 시공비용이 저렴한 효과를 가진다.
본 발명은 또한, 내진 설계 없이 지어진 건물들에 적용하여 내진 성능을 부여할 수 있으므로, 지진 피해를 방지 내지 최소화할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 또한, 시공 후에 시공부위를 제거하고 재작업하는 것이 용이하여, 노후화된 시공부위를 제거하고 재시공함으로써 콘크리트 구조물의 수명을 연장할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 철근이나, 철재섬유를 이용한 보강 방법보다 기후변화나 기온변화 등의 외부의 요인에 의한 부식, 열화, 산화 및 변형에 강하여 유지보수에 유리한 장점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보강 방법의 시공순서도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 난연재의 구조를 보인 분해도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 난연재의 구조를 보인 결합도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 난연재의 구조를 나타낸 단면 개략도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 난연재를 포함하는 섬유시트를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 난연재를 포함하는 섬유패널을 나타낸다.
이하에서, 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
본 발명은 콘크리트 구조물의 보강 방법으로서, 친환경 난연재를 포함하는 섬유시트 또는 섬유패널을 난연성 접착제 조성물에 침지시켜 형성된 보강 전용 일체형 구성재를 이용하여 축조된 콘크리트 구조물의 내진 성능을 부여 내지 보완하기 위한 시공방법에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1에는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보강 방법 순서도를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 보강 방법은,
친환경 난연재를 포함하는 섬유시트 또는 섬유패널을 난연성 접착제 조성물에 침지시켜 보강 전용 일체형 구성재를 제조하는 단계(S10);
콘크리트 구조물의 손상부위를 제거 및 보강하고 표면을 정리하는 표면정리단계(S20);
표면 정리된 콘크리트 구조물의 표면에 보강 전용 일체형 구성재를 부착하는 단계(S30); 및
상기 보강 전용 일체형 구성재가 정착되도록 양생하는 단계(S40)를 포함한다.
먼저, S10 단계는 보강 전용 일체형 구성재를 제조하는 단계이다.
상기 보강 전용 일체형 구성재는 친환경 난연재를 포함하는 섬유시트 또는 섬유패널을 난연성 접착제 조성물에 침지시킴으로써 제조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 난연재의 구조를 보인 분해도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 난연재의 구조를 보인 결합도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 난연재의 구조를 나타낸 단면 개략도를 도시한 것이다.
상기 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 난연재는 탄소섬유(10)와 보강섬유(20) 및 연결섬유(30)를 포함한다.
상기 탄소섬유(10)는 거의 탄소만으로 되어 있는 섬유라고 할 수 있으며, 이는 의료의 원료 등에서 친숙한 아크릴 수지나 석유, 석탄으로부터 취할 수 있는 피치 등의 유기물을 섬유화하고, 그 후 특수한 열처리 공정을 거쳐 만들어지는 미세한 흑연 결정 구조를 가지는 섬유상태의 탄소 물질이다.
상기 탄소섬유(10)는 다양한 특성으로 인해 오래전부터 여러 분야에서 광범위하게 사용되어 왔으며, 그 응용분야로는 항공기, 우주분야, 스포츠, 레크리에이션(예; 야구 배트, 골프 클럽, 낚싯대, 카누, 테니스 라켓 등), 건축토목분야, 자동차분야, 고속철도차량, 재생에너지(풍력발전), 석유산업, 산업기계 및 전자기기(예; 휴대폰, 노트북), 의료기기(자기공명장치) 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는 것이다.
이때, 상기 탄소섬유(10)는 강한 인장강도를 가지는 특성이 있는 반면 비절연체인 바, 본 발명에서는 이를 보완하도록 절연체인 상기 보강섬유(20)를 상기 탄소섬유(10)에 혼합 구성한 것이다.
즉, 상기 보강섬유(20)는 유리섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유 중 어느 하나로서, 상기 탄소섬유(10)와 상기 보강섬유(20)를 동일한 형상의 구조인 망사 또는 격자형으로 구성하는 상태에서, 상기 탄소섬유(10)의 위에 보강섬유(20)를 적층시킨 후, 상기 적층 구조물인 상기 탄소섬유(10)와 보강섬유(20)를 유리섬유 또는 아라미드 섬유 중 어느 하나인 연결섬유(30)로 직조하여 일체화시킨 것이다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 난연재는 보강구조물의 용도에 따라, 상기 보강구조물에 함침이 이루어질 때 상기 보강구조물에 대한 전단과 휨 부위에 대한 보강을 간편하게 실시할 수 있게 되고, 이에 보강구조물의 성능 개선에 도움을 줄 수 있다.
이때, 상기 친환경 난연재는 섬유시트 또는 섬유패널의 형태로 구성될 수 있으며, 용도에 따라 적합한 형태를 선택하여 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 난연재를 포함하는 섬유시트를 나타내며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 난연재를 포함하는 섬유패널을 나타낸다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 친환경 난연재는 섬유시트의 형태로 구성될 수 있다. 상기 섬유시트는 단일 섬유시트의 형태이므로, 용도에 따라 복수 개의 섬유시트를 반복하여 부착할 수 있다.
또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 친환경 난연재는 섬유패널의 형태로 구성될 수 있다. 상기 섬유패널은 섬유시트를 10 내지 30장 정도 겹침하면서 일정 두께를 가질 수 있도록 경화시킨 형태이다.
여기서, 상기 유리섬유는 규산염을 주성분으로 하는 유리를 용융·가공하여 섬유모양으로 만든 것으로, 화상전송용의 광학섬유, 광통신용의 유리섬유(광섬유), 자동차, 항공기, 선박, 파이프, 용기, 스키, 낚시대 등에 널리 사용된다.
그리고, 상기 아라미드섬유는 방향족(芳香族) 폴리아미드섬유로서, 모든 방향족 폴리아미드(aromatic amide)를 말하는 것으로 지방족(脂肪族) 폴리아미드(나일론)와 구별하기 위해서 아라미드라고 한다. 구체적으로 상기 아라미드는 아미드결합(-CONH-)이 벤젠고리와 같은 방향족고리에 결합하여 고분자폴리아미드를 형성한 것으로, 이러한 아라미드섬유는 인장강도·강인성·내열성이 종래의 섬유보다 훨씬 크며, 이에따라 우주복이나 보호복 등 우주계획용으로 최초 개발이 이루어진 후 소비자용으로 파자마·커튼·작업복·실내장식용 직물·카펫 등에 널리 사용되고 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 난연재는 전류가 흐르면 안되는 지하철 터널, 철도 터널, 통신선 지하박스, 지중선 전기박스 등의 보강구조물에 함침이 가능하는 등, 탄소섬유가 가지는 특성을 최대한 활용하여 고강도, 고인장강도 및 난연 특성을 나타낼 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 난연재는 섬유시트로 형성된 경우, [건설기술 진흥법 시행규칙] 제56조제3항에 따라 인장강도, 인장탄성률 및 파단 변형률을 시험한 결과, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 423 kgf/cm.폭의 높은 인장강도와 23,386 kgf/cm.폭의 높은 인장 탄성률을 나타내었으며, 파단 변형률은 2.1%를 나타냄으로써 보강재로서 우수한 성능을 나타냄을 확인하였다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 난연재는 섬유패널로 형성된 경우, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이, 725 MPa의 매우 높은 인장강도를 나타내었다. 따라서, 본 발명의 보강 전용 일체형 구성재에 사용되는 친환경 난연재는 섬유시트 또는 섬유패널 형태로 콘크리트 구조물 보강에 유용하게 사용될 수 있다.
시험.검사종목 시험.검사방법 시험.검사결과
인장강도 KS M ISO 527-4 423 kgf/cm.폭
인장 탄성률 KS M ISO 527-4 23,386 kgf/cm.폭
파단 변형률 KS M ISO 527-4 2.1%
시험.검사종목 시험.검사방법 시험.검사결과
인장강도 KS M ISO 527-4 725 MPa
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 난연재는 난연성 접착제 조성물에 함침되어 상기 친환경 난연재 내의 탄소섬유(10)와 보강섬유(20)는 물론 연결섬유(30)의 표면에 접착층(40)을 형성시킬 수 있다.
상기 접착층(40)은 후술하는 난연성 접착제 조성물일 수 있으며, 상기 혼합 직조를 통해 양방향으로 배열되는 상기 탄소섬유(10)와 보강섬유(20) 및 연결섬유(30)의 표면에 도포되어 형성되어, 상기 친환경 난연재가 일정형상의 보강구조물(예; FRP)에 적용될 때 상기 보강구조물의 모재(예; 플라스틱)으로부터 복합섬유 보강재의 들뜸이나 분리 또는 기포 현상이 발생되지 않도록 하면서, 상기 친환경 난연재가 모재로의 함침이 이루어질 때 그 함침불량은 방지하는 한편, 건설현장에서의 직접 시공이 이루어지더라도 벽면이나 천정면 또는 기둥보 등에서 상기 친환경 난연재의 접착 불량을 방지시킬 수 있다.
상기 난연성 접착제 조성물은 접착강도가 우수하여 상기 친환경 난연재가 일정형상의 보강구조물(예; FRP)에 적용될 때 별도의 프라이머 등을 도포하지 않더라도 보강구조물과 친환경 난연재가 잘 접착되도록 하며, 천연 성분들을 함유하여 친환경적이며, 난연성이 우수하고 유독성 가스 방출을 최소화하여 화재 시 안정성을 얻을 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 난연성 접착제 조성물은 에폭시 수지; 무수 인산과 알콕시실란의 혼합물; 및 단풍나무, 미송 및 아카시아 나무의 혼합 추출물로 처리된 기능성 실리카 분말과 고기능성 산화 알루미늄 분말을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 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 100 중량부를 기준으로 할 수 있다.
본 발명에서 난연재로 사용된 무수 인산은 일반적으로 우수한 난연성을 부여하는 물질이나 수분과 접촉하게 되면 인산으로 변화하여 에폭시 관능기와 격렬한 반응을 하기 때문에 적용하기 곤란하였다. 그러나, 무수 인산을 미리 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란 등의 테트라알콕시실란 및 아미노알콕시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상에 미리 분산하여 수분과의 접촉이 이루어지지 않게 한 후 에폭시와 혼합하는 경우, 두물질 간에 반응이 이루어지지 않고 안정성을 가질 수 있다.
이때, 무수 인산은 난연재 혼합물 100중량부에 대하여 5 내지 55 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 5 중량부 이상 사용하는 경우 난연성을 나타내었고, 55 중량부 이하로 사용하는 경우 접착제 조성물의 접착강도 저하현상이 발견되지 않았다.
이렇게 미리 혼합하여 제조된 난연재는 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.
상기 실리카 분말과 산화알루미늄 분말은 단풍나무, 미송 및 아카시아 나무의 혼합 추출물과 혼합 및 숙성된 후, 건조시켜 분쇄함으로써 난연성을 갖는 기능성 실리카 분말 및 기능성 산화알루미늄 분말로 제조될 수 있다.
구체적으로, 상기 기능성 실리카 분말 또는 기능성 산화알루미늄 분말은
단풍나무 잎 또는 줄기 20 내지 30 중량%, 미송의 잎 또는 줄기 20 내지 30 중량% 및 아카시아 나무의 잎 또는 줄기 40~60 중량%의 식물 혼합물을 10 내지 25 배 중량의 물과 혼합한 후, 열수추출하여 얻어진 식물 추출물을 실리카 분말 또는 산화알루미늄 분말과 혼합 및 숙성하는 단계; 상기 혼합 및 숙성이 완료된 실리카 분말 또는 산화알루미늄 분말을 100 내지 150 ℃의 온도에서 건조시키는 단계; 및 건조된 실리카 분말 또는 산화알루미늄 분말을 평균입경이 0.1 내지 2 μm가 되도록 분쇄하여 난연성을 갖는 기능성 실리카 분말 또는 기능성 산화알루미늄 분말을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 기능성 실리카 분말 또는 기능성 산화알루미늄 분말은 에폭시수지 100 중량부에 대하여 10 내지 50 중량부를 사용함으로써 난연성을 나타내면서 충진제의 역할을 효과적으로 할 수 있다. 만일, 10 중량부 미만으로 사용하는 경우 난연효과가 미미하고, 50 중량부를 초과하는 경우 접착제 조성물과 균일한 혼합에 어려움이 있을 수 있다.
이러한 조성의 난연성 접착제 조성물은 시멘트 콘크리트 구조물과의 유사 또는 동일한 열팽창계수를 가져 온도변화나 기타 외부조건의 변화에 따른 내구성이 우수하고, 상기 친환경 난연재를 함침시, 적절한 점도로 친환경 난연재의 망사형 또는 격자형의 구조로서 양방향 배열되는 탄소섬유(10)와 보강섬유(20) 및 연결섬유(30)의 표면에 접착층(40)을 형성하여 일체형 구성재를 형성할 수 있다.
이렇게 형성된 일체형 구성재는 추가적인 프라이머 및 접착제의 도포 없이 바로 보수부위에 부착하여 시공할 수 있다.
다음으로, S20 단계는 보수보강할 콘크리트 구조물의 표면을 정리하는 단계이다.
준공완료된지 약 1개월 이내의 콘크리트 구조물인 경우에는 손상부위를 제거 및 보강할 필요가 없으나, 준공완료된지 약 1개월이 경과되었다면, 미세한 손상부위라도 표면의 변형된 부분을 제거하고, 손상부위의 표면을 일부 식각한 이후에 그 표면에 보수용 모르타르를 채워 콘크리트 구조물을 보수한다.
상기 콘크리트 구조물에 발생한 균열부위는 에폭시로 균열보수하거나, 콘크리트 구조물에 현저한 결손이 있을 경우, 고강도 모르타르나 에폭시 모르타르 등으로 결손된 부분을 복구한 후, 콘크리트 구조물의 표면을 최대한 평활하게 정리하면서 콘크리트 구조물 표면의 이물질을 압축공기 및 진공청소기 등으로 완전히 제거하는 것이 바람직하다.
준공완료된지 얼마 안된 건물이거나 보수가 완료된 콘크리트 구조물의 표면을 표면정리하는데, 구체적으로는, 콘크리트 구조물의 표면에 워터젯, 샷블라스트, 샌드블라스트 또는 레이저 마킹하여 미세 요철을 형성하는 것일 수 있다.
다음으로, S30 단계는 표면 정리된 콘크리트 구조물의 표면에 보강 전용 일체형 구성재를 부착하는 단계이다.
본 발명에 있어서, 상기 보강 전용 일체형 구성재는 섬유시트 또는 섬유패널에 접착력이 우수한 난연성 접착제 조성물이 함유되어 있으므로, 별도로 프라이머를 도포하지 않아도 되나, 콘크리트 구조물의 표면에 보강전용 일체형 구성재의 접착력을 향상시키기 위해, 상기 보강전용 일체형 구성재를 부착하기 전에 프라이머를 도포하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.
상기 프라이머는 콘크리트 구조물의 표면에 섬유시트를 부착하기 전에 도포하는 것이면 그 종류에 상관없이 사용이 가능하다. 예를 들면, 에폭시 프라이머, 아크릴계 프라이머 등을 사용할 수 있으며, 콘크리트 구조물에 접착제를 도포하기 전에 접착력을 강화하기 위한 프라이머라면 사용 가능하다.
콘크리트 구조물의 표면에 프라이머를 균일하게 도포하되, 상기 프라이머의 도포량은 200 내지 250g/㎡을 도포하고, 도포 후 표면을 손으로 만져 끈적거림이 없는 상태가 되면 완전히 건조된 것으로 생각하고, 보강 전용 일체형 구성재의 부착을 수행할 수 있다.
상기 섬유시트 또는 섬유패널을 포함하는 보강 전용 일체형 구성재의 부착시, 섬유시트의 경우에는 섬유조직의 위사와 경사가 구조물의 지표면과 수평 또는 수직이 되는 방향으로 섬유시트를 부착하는 것이 바람직하다.
상기 섬유패널은 섬유패널의 일변이 지표면과 이루는 각도가 0 내지 15°가 되도록 부착하고, 더욱 바람직하게는 0 내지 7°가 되도록 부착하는 것이 바람직하다.
부착 시에는 탈포롤러나 고무주걱으로 표면을 섬유방향에 따라 2~3회 문질러 상기 섬유시트 또는 섬유패널의 기포를 제거하고 부착하는 것이 바람직하다. 문지를 때 상기 섬유시트 또는 섬유패널이 파손 및 방향이 흐트러지지 않도록 주의하는 것이 바람직하다. 또한, 섬유방향 부위의 연결은 반드시 10cm 이상이 되도록 이어 나가고, 폭 방향의 겹침은 필수적이지는 않다.
보강 전용 일체형 구성재가 섬유시트로 형성된 경우에는 섬유시트의 상면은 부착시에 마를 수 있으므로, 상기 난연성 접착제 조성물을 섬유시트 상면에 재도포할 수도 있다.
다음으로, S40 단계는 상기 보강 전용 일체형 구성재가 정착되도록 양생하는 단계이다.
상기 양생은 20℃인 경우 1주일 양생시킬 수 있고, 10℃인 경우 2주일 양생시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 효과적인 양생을 위해 콘크리트 구조물의 표면에 70 내지 120℃의 열풍처리하되, 바람직하게는 80 내지 110℃의 온도의 열풍으로 열풍처리를 할 수 있다. 상기 과정을 거쳐, 섬유시트 또는 섬유패널의 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같은 과정을 거침으로써, 축조된 콘크리트 구조물의 내진 성능을 부여 내지 보강하는 간편하고 저렴한 시공방식의 보강 방법을 수행할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
10 : 탄소섬유
20 : 보강섬유
30 : 연결섬유
40 : 접착층

Claims (8)

  1. 친환경 난연재를 포함하는 섬유시트 또는 섬유패널을 난연성 접착제 조성물에 침지시켜 보강 전용 일체형 구성재를 제조하는 단계(S10);
    콘크리트 구조물의 손상부위를 제거 및 보강하고 표면을 정리하는 표면정리단계(S20);
    표면 정리된 콘크리트 구조물의 표면에 보강 전용 일체형 구성재를 부착하는 단계(S30); 및
    상기 보강 전용 일체형 구성재가 정착되도록 양생하는 단계(S40)를 포함하는 콘크리트 구조물의 보강 방법이되,
    상기 친환경 난연재는 비절연체인 탄소섬유; 절연체로서 상기 탄소섬유에 적층되는 보강섬유; 를 포함하고, 상기 탄소섬유와 보강섬유는 연결섬유의 직조를 통해 연결이 이루어지도록 구성되고,
    난연성 접착제 조성물은
    에폭시 수지 100 중량부;
    무수 인산과 알콕시실란의 혼합물 10 내지 100 중량부;
    난연 기능성 실리카 분말 10 내지 50 중량부; 및
    난연 기능성 산화알루미늄 분말 10 내지 50 중량부를 포함하며,
    상기 무수 인산과 알콕시실란의 혼합물에서, 무수 인산은 혼합물 100 중량부에 대하여 5 내지 55 중량부를 포함하고,
    상기 난연 기능성 실리카 분말 또는 난연 기능성 산화알루미늄 분말은
    단풍나무 잎 또는 줄기 20 내기 30 중량%, 미송의 잎 또는 줄기 20 내지 30중량% 및 아카시아 나무의 잎 또는 줄기 40~60 중량%의 식물 혼합물을 10 내지 25배 중량의 물과 혼합한 후, 열수추출하여 얻어진 식물 추출물을 실리카 분말 또는 산화알루미늄 분말과 혼합 및 숙성하는 단계; 상기 혼합 및 숙성이 완료된 실리카분말 또는 산화알루미늄 분말을 100 내지 150 ℃의 온도에서 건조시키는 단계; 및 건조된 실리카 분말 또는 산화알루미늄 분말을 평균입경이 0.1 내지 2 μm가 되도록 분쇄하여 난연성을 갖는 기능성 실리카 분말 또는 기능성 산화알루미늄 분말을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되며,
    상기 보강 전용 일체형 구성재는 친환경 난연재가 난연성 접착제 조성물에 침지되어, 상기 친환경 난연재 내의 탄소섬유와 보강섬유 및 연결섬유의 표면에 난연성 접착제 조성물을 포함하는 접착층이 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소섬유와 보강섬유는 각각 망사형 또는 격자형 구조인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보강섬유 및 연결섬유는 독립적으로 유리섬유 또는 아라미드 섬유인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    보강 전용 일체형 구성재를 부착하는 단계에서, 상기 보강 전용 일체형 구성재가 섬유시트를 포함하는 경우에는 섬유조직의 위사와 경사가 구조물의 지표면과 수평 또는 수직이 되는 방향으로 섬유시트를 부착하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    보강 전용 일체형 구성재를 부착하는 단계에서, 상기 보강 전용 일체형 구성재가 섬유패널을 포함하는 경우에는 섬유패널의 일변이 지표면과 이루는 각도가 0 내지 15°가 되도록 부착하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    양생하는 단계에서 콘크리트 구조물의 표면에 70 내지 120℃의 열풍처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강 방법.
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