KR102461874B1 - 저수축성 섬유시트 및 보강판넬을 이용한 콘크리트 구조물 내진 보강 공법 - Google Patents

저수축성 섬유시트 및 보강판넬을 이용한 콘크리트 구조물 내진 보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저수축성 섬유시트 및 보강판넬을 이용한 콘크리트 구조물 내진 보강 공법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 보다 상세하게는 보, 슬래브, 기둥 등과 같은 콘크리트 구조물을 구조적으로 내진 보강함에 있어 유리섬유와 같은 저수축성 보강섬유에 함침제를 적용하여 제조된 섬유시트와 보강 판넬을 이용하여 구조적 기능을 강화함으로써 콘크리트 구조물의 내진 성능을 강화할 수 있는 내진 보강 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 내진 보강 공법은 유리섬유 등의 저수축성 보강 섬유에 함침제를 적용하여 섬유시트를 제조하고, 이를 이용하여 구조물을 보강함으로써 강도 및 내구성을 향상시키고, 부착성향상, 인장강도 및 동결융해 저항성을 향상시킴으로써 구조적으로 내진 성능을 강화할 수 있으며, 저수축성 섬유 시트 및/또는 보강 판넬을 적용함으로써 강도 및 내구성이 우수하고, 휨인성, 내마모성, 내수성 등의 내구성과 관련된 물성을 향상시킴으로써 구조적으로 내진 성능을 강화할 수 있는 효과가 있다.

Description

저수축성 섬유시트 및 보강판넬을 이용한 콘크리트 구조물 내진 보강 공법{Construction method of earthquake-proof and reinforcement of concrete structure using textile sheet and reinforcing panel with low contraction}
본 발명은 저수축성 섬유시트 및 보강판넬을 이용한 콘크리트 구조물 내진 보강 공법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 보다 상세하게는 보, 슬래브, 기둥 등과 같은 콘크리트 구조물을 구조적으로 내진 보강함에 있어 유리섬유와 같은 저수축성 보강섬유에 함침제를 적용하여 제조된 섬유시트와 보강 판넬을 이용하여 구조적 기능을 강화함으로써 콘크리트 구조물의 내진 성능을 강화할 수 있는 내진 보강 기술에 관한 것이다.
일반적으로 철근 콘크리트 구조물은 중성화, 염해, 화학적 침식, 동결 융해, 시공 불량 등의 열화 요인으로 콘크리트 탈락, 철근 부식 등이 발생하면서 콘크리트 구조물의 내구성은 물론 구조적 안전성까지 위협을 받게 된다. 따라서 이러한 콘크리트 구조물의 열화가 계속 진행되면 결국 구조물의 붕괴를 초래할 위험성이 있기 때문에 지속적으로 관리하고 보수할 필요가 있다.
즉, 콘크리트 구조물의 박리, 결함, 균열 등은 열화 요인의 이동을 용이하게 하여 열화의 진행을 촉진시키므로 철근 콘크리트 구조물의 안전성 및 성능 확보를 위해서는 열화 초기에 보수를 실시하여 더 이상의 열화의 진행을 억제하고 내구성능을 향상시킬 필요가 있다.
한편, 지진은 자연 재해 중에서 인명 및 재산 피해 면에서 막대한 피해를 줄 수 있고 지각 변동에 따른 건물의 흔들림 및 건물의 붕괴는 인간에게 공포감을 줄 수 있는 자연 재해이다.
이러한 지진에 대해서는 주로 일본과 같은 지진대에 속하는 국가의 경우는 철저하게 내진 설계를 하고 있는데 비해, 지진대에서 약간 떨어져 있는 우리나라의 경우는 철저한 내진 설계가 반영되지 않고 있는 상황이며, 내진 설계에 대한 필요성이 간과되고 있는 상황이다. 그러나 2016년 경주 지역에 발생한 진도 5.8, 2017년 포항 지역에 발생한 진도 5.4의 강진 등으로 인해 우리나라도 더 이상 지진의 안전 지대가 아님을 인식하게 되면서 주로 학교나 빌딩, 지하철 등 다중이 이용하는 시설에 대한 내진 보강의 필요성이 대두되고 있다.
특히, 2017년 포항 지진의 경우 필로티 건축물에 있어서 지진에 대한 취약성을 나타내었기 때문에 이에 대한 보강의 필요성이 큰 상황이다.
우리나라는 1996년 이후 건축물의 내진 규준이 강화되어 5층 이상의 공동 주택에 대해서는 내진 설계를 실시하도록 하고 있으며, 최근에는 모든 신축 공동주택에 대해 내진 규정을 적용하도록 의무화하고 있다.
그러나, 이러한 내진 설계의 의무화가 시행되기 이전에 건축된 구조물의 경우 내진 설계가 반영되어 있지 않기 때문에 보강 공사를 통한 내진 시공이 반영되고 있는 상황인데, 내진 시공법으로는 주로 골조만 남기고 철거한 후 골조 위에 내진 성능을 갖는 고강도의 콘크리트나 모르타르를 덧씌우는 방식으로 내진 보강 공사가 진행되고 있다. 이 경우 내진 성능을 갖는 콘크리트(또는 모르타르)와 기존 구조체의 콘크리트 간의 부착성과 내진 재료(콘크리트 또는 모르타르)의 압축강도 등 물성이 확보되어야 하는데, 이에 대한 기술들이 많이 제안되고 있는 상황이다. (예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1655108호, 제10-1746220호, 제10-0899843호, 제10-1419445호 등)
그러나, 기존 기술들은 주로 내진 보강용 모르타르 재료를 이용하는 방법들로서 구체와의 부착성, 압축강도, 휨강도 등의 물성에 대한 충분한 확보가 어렵고 발수성, 내수성 등의 물성이 충분하지 않아 보강 효과가 장기간 유지되기 어려운 문제가 있다.
최근에는 이러한 문제점을 해결하고자 대한민국 특허출원 제10-2010-0059003호에서와 같이 사전에 섬유시트를 함침제가 충진된 탱크에 함침시킨 상태에서 압력에 의해 섬유시트의 내부공기를 제거한 후 콘크리트 구조물에 부착하는 방법으로 내진 보강하는 기술이 개발된 바 있다. 그러나, 상기 기술은 내진 보강의 구조적 강도와 수명을 만족할만하게 증대시키지 못하는 한계가 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유리섬유 등의 저수축성 보강 섬유에 함침제를 적용하여 섬유시트를 제조하고, 이를 이용하여 구조물을 보강함으로써 강도 및 내구성을 향상시키고, 부착성향상, 인장강도 및 동결융해 저항성을 향상시킴으로써 구조적으로 내진 성능을 강화할 수 있는 내진 보강 공법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 저수축성 섬유 시트 및 보강 판넬를 적용함으로써 강도 및 내구성이 우수하고, 휨인성, 내마모성, 내수성 등의 내구성과 관련된 물성을 향상시킴으로써 구조적으로 내진 성능을 강화할 수 있는 내진 보강 공법을 제공하기 위한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은
바탕면을 정리하는 제 1 단계;
섬유앵커설치를 위한 앵커홀을 천공하는 제 2 단계;
바탕면 상부에 접착용 수지를 도포하는 제 3 단계; 및
저수축성 섬유시트와 보강 판넬을 상기 접착용 수지가 도포된 바탕면으로 섬유앵커를 이용해 부착하는 제 4 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 내진 보강 공법으로서,
상기 저수축성 섬유시트는
함침수지 100 중량부, 가소성 흑연 분말 분산액 0.1 ~ 10 중량부, 수축저감제 50 ~ 300 중량부 및 경화제 8 내지 12부를 혼합하여 형성된 함침수지 조성물을 섬유시트에 함침하여 형성되는 저수축성 섬유시트를 사용하는 것을 특징으로 하고, 상기 보강판넬은 상기 저수축성 섬유시트에 그래핀 필름으로 표면 적층하여 형성된 보강 판넬을 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 내진 보강 공법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 저수축성 섬유시트는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 세라믹 섬유, 바잘트 섬유 중에서 선택된는 강화섬유 시트를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가소성 흑연 분말 분산액은 흑연 분말을 물에 혼합하고 산과 가소제를 가하여 산 영역의 pH에서 교반 및 분산한 후 알칼리를 가해 중성 영역의 pH로 조절한 것으로서 흑연 분말 함량이 분산액 중에 0.001~20 중량%인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 4 단계 이후, 시공완료 작업을 수행하되, 상기 보강 판넬의 외부에 표면보호 코팅제를 도포하는 방식으로 도료를 도포하는 제 5 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 표면보호 코팅제는
수용성 개질 라텍스 0.1 내지 5 중량부, 알콕시 실란 가수분해물 0.1 내지 2 중량부, 실리코네이트계 액상 성분 0.1 내지 3 중량부를 포함하고,
클링커 0.5 내지 10 중량부, 이수석고 및 반수석고 혼합물 1 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 무수석고 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부를 포함하는 분말 성분을 포함하며,
활성촉진제 0.1 내지 2 중량부 및 리튬계 반응촉진제 0.01 내지 1 중량부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수용성 개질 라텍스는 아크릴 수지 10~20 중량비, SBR(Styrene-Butadiene rubber) 고무 10~20 중량비, 하이드록실 아크릴레이트 모노머 0.1~5 중량비, 불포화 폴리에스테르 수지 15~30 중량비, 갈산 0.1~5 중량비, 금속 양이온 1~10 중량비, 알루미늄염화물 0.1~1.0 중량부, 무수황산소다 0.01~0.1 중량부, 분산제 0.5~5 중량비 및 물 40~70 중량비의 비율로 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물 내진 보강 공법은 유리섬유 등의 저수축성 보강 섬유에 함침제를 적용하여 섬유시트를 제조하고, 이를 이용하여 구조물을 보강함으로써 강도 및 내구성을 향상시키고, 부착성향상, 인장강도 및 동결융해 저항성을 향상시킴으로써 구조적으로 내진 성능을 강화할 수 있으며, 저수축성 섬유 시트 및/또는 보강 판넬을 적용함으로써 강도 및 내구성이 우수하고, 휨인성, 내마모성, 내수성 등의 내구성과 관련된 물성을 향상시킴으로써 구조적으로 내진 성능을 강화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 내진 보강 기술의 바람직한 실시예를 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 하기 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 내진 보강 공법은 하기의 순서로 진행된다. 즉
바탕면을 정리하는 제 1 단계;
섬유앵커설치를 위한 앵커홀을 천공하는 제 2 단계;
바탕면 상부에 접착용 수지를 도포하는 제 3 단계; 및
저수축성 섬유시트와 보강 판넬을 상기 접착용 수지가 도포된 바탕면으로 섬유앵커를 이용해 부착하는 제 4 단계; 를 포함하여 구성된다.
이하에서는 위 각 단계에 관하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 바탕면을 정리한다. 즉, 바탕면은 충분히 양생 및 건조되어야 하며 표면에 이물질이나 기타 부착에 방해되는 요소가 최대한 없도록 조치하는 것이 바람직하다. 표면치핑이 필요한 경우 손상된 부분을 제거하고 표면의 이물질을 제거한다.
이후, 섬유앵커설치를 위한 앵커홀을 천공한다.
구체적으로, 전동 드릴을 사용해 앵커홀을 수직을 유지하면서 천공하고 천공에 따른 내부의 먼지 및 이물질을 완전히 제거하는 것이 바람직하다. 이후, 접착용 수지를 도포한다.
주제 및 경화제를 규정된 배합으로 충분히 믹싱 혼합하고, 섬유시트의 부착 대상이 되는 바탕면에 수지를 2 내지 5mm 두께로 평활도가 유지되도록 골고루 도포하는 것이 바람직하다.
이후, 저수축성 섬유시트에 함침제를 적용해 형성되는 보강 섬유시트 및 보강 판넬 중 하나 또는 모두를 접착용 수지가 도포된 바탕면으로 부착한다.
즉, 상기 보강 섬유 시트 및/또는 보강 판넬을 보강 대상인 바탕면에 부착하여 골고루 압착하면서, 기포를 제거한 후 양생시킨다. 한편, 필요시 섬유 앵커를 이용해 부착길이가 부족한 경우 이를 확보하고, 접착력증대를 위해 사용할 수 있으며, 섬유 앵커의 일부는 삽입하여 에폭시 충진으로 채우고, 나머지 부분은 방사형으로 펼쳐서 섬유시트로 덮어 마감할 수 있다.
상기 보강 섬유시트 및 이를 이용해 형성되는 보강 판넬에 관해서는 후술한다.
이후, 양생 및 섬유마감부위에 실링제 도포를 수행한다.
이후, 시공완료 작업을 수행한다. 즉, 상기 보강 판넬의 외부에 표면보호 코팅제를 도포하는 방식으로 도료를 도포하는 등 성능에 맞는 코팅제 도포 및 주변정리를 수행하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 따른 보강 섬유시트 및 이를 이용해 형성되는 보강 판넬에 관하여 설명한다.
상기 섬유시트는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 세라믹 섬유, 바잘트 섬유 등의 강화섬유를 사용할 수 있으며, 기타 나일론, 폴리에스테르 등의 합성섬유 시트를 사용할 수도 있다. 바람직하게는 유리섬유이다.
본 발명에 따른 상기 보강 섬유시트는 함침수지 100 중량부, 가소성 흑연 분말 분산액 0.1 ~ 10 중량부, 수축저감제 50~ 300 중량부 및 경화제 8 내지 12부를 혼합하여 형성된 함침수지 조성물을 섬유시트에 함침하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 함침수지는 열경화성 수지 또는 상온경화성 수지인 것을 특징으로 한다.
상기 가소성 흑연 분말 분산액은 섬유시트의 인장강도, 압축강도 등 강도 특성을 향상시키는 역할을 하며, 동시에 내마모성, 내식성, 방수성도 향상시키는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 가소성 흑연 분말 분산액은 용매 중에 흑연 분말 입자가 분산된 형태로 사용되는 것이 바람직하다.
상기 흑연은 분말 그대로 사용하기에는 분말도가 너무 커서 사용이 쉽지 않은 문제가 있으므로 용매에 분산시킨 분산액으로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 가소성 흑연 분말 분산액을 형성하기 위해서는 흑연 분말을 물에 혼합하고 산과 가소제를 가하여 산 영역의 pH에서 교반 및 분산한 후 알칼리를 가해 중성 영역의 pH로 조절한 것으로서 흑연 분말 함량이 분산액 중에 0.001~20 중량%로 포함된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 산(예: 염산, 시트르산, 아세트산 등)을 가하는 것은 용매 중에 분산성을 향상시키기 위한 것이고, 알칼리(예: NaOH, KOH 등)를 가하는 것은 pH를 중성 영역으로 조절하여 안정성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명에서 상기 가소성 흑연 분말 분산액을 형성함에 있어서 용매로는 물을 사용하는 것이 바람직하나, 알코올을 단독 또는 물과 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에서 상기 가소제는 흑연 분말의 구조를 연화시키는 작용을 하는 것으로서, 예로서는 프탈레이트계 가소제를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 DEHP(Di-2-EthylHexyl Phthalate), DBP(Di-Butyl Phthalate), DIDP(Di-IsoDecylPhthalate), BBP(Butyl Benzyl Phthalate), DINP(Di-IsoNonyl Phthalate), DNOP(Di-n-Octyl Phthalate) 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 수축저감제는 과립형 폴리스티렌 수지를 촉매제인 스티렌 모노머에 용해시킨 것으로서, 폴리스티렌 수지 30~40 중량부를 스티렌 모노머 60~70 중량부에 혼합하여 용해시키고 수산화알루미늄 분말 1~10 중량부 및 마그네슘 실리케이트 분말 0.1~5 중량부를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 불포화 폴리에스테르 수지와 같은 "열경화성 수지" 및 아크릴, 우레탄계의 "상온경화형 수지"의 경화 수축은 경화촉진제 및 촉매제 양의 증가에 따라 일정한 상태에 빨리 도달하게 되며, 그 값은 3.5/1000 내지 5.5/1000 정도일 수 있다.
이에 따른 문제점을 보완하기 위해서는 첨가되는 수지의 양을 가급적 적게 하는 것이 중요하나, 수지를 함침해야 하는 제품의 특성상 수지양을 줄이는 것은 품질 저하로 이어질 수 있으며 미경화가 우려되는 바 이는 적절한 해결방법이 아니다.
이에 근본적인 수축을 줄이고 고품질의 섬유시트 제조를 위해서 본 발명에서는 함침수지에 "수축저감제"를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 "수축저감제"는 함침수지가 가교시 수축이 일어나는 부분을 메꿔주어 수지가 수축된 부분만큼을 보전해 주는 역할을 하여 항상 균등한 성능을 기대할 수 있다.
즉 함침수지에 수축저감제를 혼입하여 섬유시트의 수축율을 줄이고 안정적인 함침 섬유시트를 제공할 수 있다.
그러나 수축저감제를 필요 이상 많이 사용하면 함침 섬유시트 물성에 저하를 가져올 수 있으므로 이것의 사용량을 적절히 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하고자 하는 수축저감제는 과립형인 "폴리스티렌"을 함침수지 촉매제인 "스티렌 모노머"에 용해시킨 것을 사용하며, 추가로 수산화알루미늄 분말 및 마그네슘 실리케이트 분말을 사용한다.
본 특허 내용(저수축성 함침 섬유시트)에서 사용하고자 하는 수축저감제에서 폴리스티렌(바람직하게는 중량평균분자량 10,000~200,000)과 스티렌 모노머의 중량 비율은 폴리스티렌 수지 30~40 중량부를 스티렌 모노머 60~70 중량부에 혼합하여 용해시킨 것이 바람직하다.
본 발명에서 함침수지 100 중량부, 수축저감제 50~ 300 중량부 및 경화제 8 내지 12부를 혼합하여 사용시 수축저감제를 사용하지 않을 때에 비하여 경화 수축율(3.5/1000 미만)과 작업성에서 요구하는 가사시간 모두를 만족하는 것을 알 수 있고, 안정적으로 현장에서 사용하도록 할 수 있다.
본 발명에 상기 수축저감제에 포함되는 수산화알루미늄 분말은 반응시 열을 흡수함으로써 수축을 저감시키는데 보조적인 기능을 한다. 상기 수산화알루미늄은 수축저감제 중에 약 1 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 수산화알루미늄이 1 중량부 미만이면 열 흡수 성능이 부족하여 수축저감제로서의 기능이 발휘되기 어렵고 10 중량부를 초과하면 수지의 기능 발휘를 방해할 가능성이 있어서 상기 범위 내로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 수축저감제에 포함되는 마그네슘 실리케이트 분말은 건조 수축시 공기량이 증가되어 강도 저하가 일어나는 문제를 감소시키는 역할을 한다. 상기 마그네슘 실리케이트는 수축저감제 중에 약 0.1 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 마그네슘 실리케이트가 0.1 중량부 미만이면 강도 저하 저감 효능이 부족하고 5 중량부를 초과하면 수지의 기능 발휘를 방해할 가능성이 있어서 상기 범위 내로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 경화제로는 아민계 경화제를 사용하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 함침수지는 내진 보강의 범위 및 경화 방식에 따라 달리할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 함침수지 조성물에는 기능성 충전제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 기능성 충전제로는 실리카 분말과 팽창성 흑연의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 실리카 분말로서는 콜로이달실리카, 흄드실리카 및 마이크로나이즈드 실리카 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 이용할 수 있다.
상기 기능성 충진제는 바인딩 효과를 더욱 증대시키는 역할을 함으로써 보수 효과를 증대시키는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 실리카 분말과 팽창성 흑연의 혼합 비율은 100:50~200 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기능성 충진제를 사용할 때는 분말을 바로 사용하는 것도 가능하지만, 표면을 처리하여 유기실란으로 처리하여 코팅함으로써 바인딩 효과 증대로 인한 내구성 증대 효과를 볼 수 있다.
즉, 실리카 분말 단독 또는 팽창성 흑연 분말의 혼합물이 용매에 분산된 콜로이드상 요액을 유기 실란에 분산시킨 후 약 1~10시간 동안 교반하여 처리할 수 있다. 구체적으로, 실리카 분말 단독 또는 팽창성 흑연 분말의 혼합물 용액 100 중량부를 기준으로 유기 실란 약 0.1~50중량부를 상기 용액에 첨가하여 용액 내에서 분말 입자 표면에 유기기를 형성하고 반응기를 통과시켜 탈수 및 축합반응을 통해 유기기로 표면 처리된 분말을 형성시킨다. 이때 상기 용액은 실리카 분말이나 팽창성 흑연 분말이 물이나 알코올과 같은 용매 내에 콜로이드 상태로 분산되어 있는 것으로서 콜로이드 용액 상태로 유기 실란과 접촉하는 것이 바람직하다.
상기 유기실란의 구체적인 예로는 디메틸디메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 테트라에톡시실란 등을 들 수 있다. 이 때 유기 실란으로 분말 표면을 처리하는 것은 상온에서 1~10 시간 정도 교반 처리하여 유기기가 형성된 무기물을 형성하고 이를 반응기에 통과시켜 형성한다. 이 때 상기 반응기는 가열장치로서 온도를 100 ~ 300℃로 승온하여 1~10시간 동안 용매와 유기기가 형성된 무기물을 탈수 및 축합반응시켜 표면 처리가 완료된 분말상의 무기물 입자를 제조할 수 있다.
이와 같이 제조되는 실리카 분말 및 팽창성 흑연 분말은 표면에 실란이 형성되어 있으므로 바인딩 효과가 우수하고 이에 따라 내구성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명에서 상기 기능성 충전제는 상기 함침수지 조성물 100 중량부를 기준으로 1~10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 섬유시트는 일반적인 수지 함침 장치를 이용하여 제조될 수 있다.
상기와 같은 방법으로 제조되는 섬유시트는 복수층을 적층하고 가열 가압 방식으로 접합시킴으로써 보강 판넬을 형성할 수 있다. 이 때 복수개 섬유시트의 적층은 방향이 십자형으로 적층되는 형태가 바람직하며, 기타 사선 방향으로 적층한 것을 사용하는 것도 가능하다.
상기 보강판넬은 상기 저수축성 섬유시트의 적층형태에 그래핀 필름으로 표면 적층하여 형성된 보강 판넬을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 그래핀은 탄소 원자들이 육각형 벌집 모양으로 배열되어 구성된 것으로서 원자 한층의 두께를 가진 반금속성 물질로 알려져 있다. 상기 그래핀은 구조적, 화학적으로 매우 안정할 뿐만 아니라 우수한 기계적 물성과 함께 뛰어난 전기, 열 전도체로서의 특징도 갖는다.
또한, 상기 그래핀은 비표면적이 약 2,000~3,500 m2/g로 매우 크며, 철의 100 배 정도의 인장강도, 수소나 헬륨도 차단하는 높은 기밀성을 가지므로 내구성도 우수하다.
본 발명에서는 상기 그래핀을 얇은 박막 형태의 필름으로 적층하여 사용할 수 있다.
또한 보강 판넬의 두께는 현장 조건에 따라 요구 두께를 조절하여 제조 후 사용할 수 있다.
한편, 상기 시공완료 작업을 수행함에 있어서, 표면보호 코팅제를 도포하는 등 성능에 맞도록 코팅제(도료)를 도포할 수 있다.
본 발명에서 상기 표면보호 코팅제는 수용성 개질 라텍스 0.1 내지 5 중량부, 알콕시 실란 가수분해물 0.1 내지 2 중량부, 실리코네이트계 액상 성분 0.1 내지 3 중량부를 포함하고,
클링커 0.5 내지 10 중량부, 이수석고 및 반수석고 혼합물 1 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 무수석고 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부를 포함하는 분말 성분을 포함하며,
활성촉진제 0.1 내지 2 중량부 및 리튬계 반응촉진제 0.01 내지 1 중량부를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 상기 수용성 개질 라텍스는 합성수지계 에멀젼 라텍스로서, 구체적으로는 아크릴 수지 10~20 중량비, SBR(Styrene-Butadiene rubber) 고무 10~20 중량부, 하이드록실 아크릴레이트 모노머 0.1~5 중량부, 불포화 폴리에스테르 수지 15~30 중량비, 갈산 0.1~5 중량부, 금속 양이온 1~10 중량비, 알루미늄염화물 0.1~1.0 중량부, 무수황산소다 0.01~0.1 중량부, 분산제 0.5~5 중량비 및 물 40~70 중량비의 비율로 포함되어 구성되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아크릴 수지는 2-하이드록시에틸메타크릴산(2-HEMA : 2-hydroxyethyl methacrylate), 메타크릴산메틸(MMA : methyl methacrylate), n-부틸 아크릴레이트(n-BA : n-butyl acrylate) 및 아크릴산(AAc : acrylic acid) 중 선택된 어느 하나의 아크릴레이트 단량체 및 음이온 또는 비이온 유화제 및 개시제를 첨가하여 합성된 폴리 아크릴레이트 하이브리드 에멀젼을 사용할 수 있다. 상기 아크릴 수지는 건조가 빠르고 외부 폭로조건에서도 우수한 내후성, 내구성, 자외선안정성을 나타내며 수용성으로 이루어져 있어 친환경적이다.
상기 SBR 고무는 탄성을 유지하기 위해 고형분이 50% 이상인 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 표면에서 부식을 방지하는 역할을 하는 동시에 용매에 분산되어 있는 형태를 하고 있으며, 용액 상태에서 상기 갈산을 분산 및 용해시켜 갈산의 효과를 증대시키도록 하는 역할을 하기도 한다. 상기 용매로는 에틸렌 글리콜계의 2가 알코올을 사용할 수 있다.
상기 하이드록실 아크릴레이트 모노머는 가교밀도를 향상시켜 망목상 상태를 증대시키는 역할을 하여 물성을 향상시키는 기능을 한다. 이러한 하이드록실 아크릴레이트 모노머로는 하이드록실 에틸아크릴레이트, 하이드록실 프로필아크릴레이트, 하이드록실 에틸메틸아크릴레이트 등을 사용할 수 있다.
상기 불포화 폴리에스테르는 산과 글리콜류 화합물의 축합 중합에 의해 형성되는 것으로서, 예를 들어 푸마르산과 디에틸렌글리콜의 반응에 의해 형성되는 산가 18~20mg/KOH의 범위에 드는 것을 사용할 수 있다. 상기 불포화 폴리에스테르는 모르타르의 내후성, 내광성, 내스크래치성을 강화하는 역할을 한다.
상기 갈산은 탄닌을 산 또는 알칼리 가수분해하여 얻어지는 페놀카르복시산으로 C7H6O5*?*H2O의 분자식을 갖는 화합물로서, 표면의 방청, 방수성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 금속 양이온은 구체적인 예로서 Ca2+, Mg2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+ 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 알루미늄염화물은 산과 수산화알루미늄의 반응에 의해 형성되는 것으로서, 라텍스재의 내화학성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 무수황산소다는 pH를 조절하기 위한 것으로서 라넥스재가 알칼리화하는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 분산제는 수용성 라텍스의 혼합시 액상 내에서 내부 성분을 고르게 분산시켜 균일성을 향상시키기 위한 것으로, 본 발명에서는 비이온 타입의 폴리옥시알킬렌형 계면활성제 또는 음이온 타입의 폴리카르복실염계 계면활성제 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 알콕시 실란 가수분해물은 졸-겔 공정을 통해 실란을 실리카겔 형상으로 형성하고, 이와 같이 얻어진 실리카겔의 세공중에 메타크릴산 메틸을 넣은 후 이를 중합 및 가수분해하여 얻어진 것을 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 메타크릴산 메틸의 함량은 알콕시 실란 함량 100 중량부를 기준으로 0.5~5 중량부의 범위로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 실리코네이트계 액상 성분은 칼륨메틸실리코네이트 0.1~5 중량비, 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트 0.1~5 중량비, 에폭시계 바인더 수지 0.1~10 중량비 및 플루오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머 0.1~5 중량비의 비율로 포함하여 구성된다.
본 발명에서 상기 칼륨메틸실리코네이트는 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 강화 성분을 모재 콘크리트 구조물 내부로 침투시켜 주는 역할을 함과 동시에 발수성을 증대시키는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 칼륨메틸실리코네이트는 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~3 중량비의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 칼륨메틸실리코네이트는 고형분 함량이 30~40 중량%이고 pH 12~14인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트는 본 발명에 따른 모르타르 조성물에 사용될 경우 콘크리트의 각종 유해 성분들이 외부로 용출되는 것을 방지하여 환경 오염을 유발하는 것을 방지하는 효과가 있다. 본 발명에서 상기 3-아이오도-2-프로피닐-N-부틸 카바메이트는 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~5 중량비의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 에폭시계 바인더 수지는 조성물의 각 성분들 간의 결합력을 증진시키며 콘크리트 내부의 기계적 강도 및 수밀성을 높이는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 그 함량은 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~10 중량비의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 플로오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머는 본 발명에 따른 모르타르 조성물이 도포된 후 표면이 산성 조건에 노출될 경우 내산 특성을 강화시켜 산에 의한 콘크리트의 부식을 방지하는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 플로오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머는 알루미노 실리케이트와 플루오르 알칼리 실리케이트가 50~65:35~50의 중량비로 혼합된 혼합물로 구성된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 알루미노 실리케이트의 함량이 상기 범위보다 적을 경우에는 강도 저하의 문제가 있으며, 상기 범위를 초과할 경우에는 모르타르의 겉마름 현상으로 인해 크랙이 발생할 수 있다.
본 발명에서 상기 플로오르(F)기를 함유한 무기계 폴리머는 상기 실리코네이트계 액상 성분 중에 0.1~10 중량비의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량비 미만이면 내산 강화 효과가 미미하며, 10 중량비를 초과하면 상용성이 문제될 수 있다.
본 발명에서 클링커는 규산칼슘인 알라이트, 베라이트 및 세라이트 등으로 구성된다. 상기 클링커는 분말성분과 액상성분의 혼합을 촉진시키는 역할을 한다. 상기 클링커는 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 클링커의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 분말성분과 액상성분의 혼합이 용이하지 않으며, 10 중량부를 초과하는 경우는 강도가 저하되는 문제가 있다.
본 발명에서 상기 이수석고 및 반수석고는 점성을 증가시켜 부착성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 이수석고 및 반수석고는 1 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 함량이 1 중량부 미만인 경우는 점성 및 부착성이 저하되는 문제가 있으며, 10 중량부를 초과하는 경우는 강도가 낮아지는 문제가 있다.
본 발명에서 상기 플라스터(plaster)는 분말 성분에 포함된 성분이 액상성분과 용이하게 혼합되도록 하는 역할을 한다. 상기 플라스터는 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 따라서, 상기 플라스터의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 분말 성분에 포함된 다양한 성분이 액상성분과 용이하게 혼합되기 어려운 문제가 있고, 10 중량부를 초과하는 경우는 강도 및 내화학성 등이 저하되는 문제가 있다.
상기 무수석고는 황산칼슘의 무수물에 해당하는 광물로서, 분말성분과 액상성분의 혼합시 부착성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 무수석고는 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 무수석고의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 모르타르의 부착성이 저하되며, 10 중량부를 초과하는 경우는 내화학성이 저하되는 문제가 있다.
상기 실리카퓸(silica fume)은 비정질의 활성 실리카로서 평균입경이 0.15㎛ 정도이며, 완전 구형에 가까운 입자이다. 실리카퓸은 구상입자의 특성에 의해 분말성분 입자 사이의 충진 효과에 의하여 방수성 및 내화학성을 향상시키며, 모르타르의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 특히, 실리카퓸은 모르타르의 부착성능을 향상시키는 역할을 하기도 한다. 상기 실리카퓸은 0.1 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 실리카퓸의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우는 모르타르의 방수성 및 내화학성이 저하되고 강도가 낮아지는 문제가 있으며, 5 중량부를 초과하는 경우는 균열이 발생할 수 있는 문제가 있다.
상기 플라이애쉬(fly ash)는 화력발전소 등 석탄을 연료로 사용하는 시설에서 석탄을 태우고 남은 성분들이 산화물 형태로 남아 산화 실리콘(SiO2)나 산화 알루미늄(Al2O3)성분의 미세한 먼지로 남은 것을 의미한다. 상기 플라이애쉬를 코팅제에 혼합하여 사용하면 작업성이 개선되고 장기적인 강도 및 수밀성이 향상되어 경제적이다. 상기 플라이애쉬는 0.01 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 플라이애쉬의 함량이 0.01 미만인 경우는 모르타르의 부착성능이 저하되며, 5 중량부를 초과하는 경우는 내화학성이 저하되는 문제가 있다.
상기 석회석은 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 부착성을 보조적으로 향상시키는 역할을 한다. 상기 석회석은 0.5 중량부 내지 10 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 석회석의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우는 부착성 향상 효과가 저하되며, 10 중량부를 초과하는 경우는 내화학성이 저하되는 문제가 있다.
상기 슬래그는 제철소 등에서 철강을 제조하는 과정에서 발생하는 부산물로서, 슬래그의 주성분은 알루미나 규산염이며, 이를 분말성분에 혼합하는 경우 모르타르의 내구성 및 내화학성을 높이는 역할을 한다. 특히 슬래그는 투수성이 낮아 본 발명에 따른 모르타르의 방수성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 슬래그는 0.01 중량부 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 슬래그의 함량이 0.01 중량부 미만인 경우는 내구성, 내화학성 및 방수성이 저하되는 문제가 있으며, 5 중량부를 초과하는 경우는 균열이 발생할 수 있고 무게가 증가하는 문제가 있다.
본 발명에서 상기 활성촉진제는 초기 응결 속도를 조절하기 위해 사용되며, 모르타르의 기능을 활성화시키고 부착성능을 강화하는 역할을 하는 것으로서, 예를 들어, 칼슘, 마그네슘, 망간 또는 알루미늄의 활성 다가 금속이온을 포함하는 염화물염, 탄산염, 황산염 또는 수산염을 사용할 수 있고, 그 사용량은 0.5~2 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 리튬계 반응촉진제는 응결(종결) 이후 시멘트 수화물이 생성을 촉진하여 강도 발현에 영향을 미치고 미세 공극을 치밀하게 하는 역할을 하는 것으로서, 예를 들어 탄산리튬, 황산리튬, 수산화리튬, 산화리튬, 염화리튬, 인산리튬, 질산화리튬, 리튬 실리케이트 등을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 0.5~1 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서 난연 효과를 발휘하도록 하기 위하여 난연제를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 난연제는 몰리브덴산 안티몬, 수산화알미늄, 산화몰리브덴, 수산화마그네슘 중 어느 하나 또는 2종 이상 혼합한 것을 사용할 수 있다. 특히 수산화알미늄(Al(OH)3)은 열이 가해져서 500℃ 이상이 되면 활성알루미나로 변화되어 흡착 성능을 가지게 되므로 연소시 발생하는 다이옥신, 염화수소가스(HCl) 등 유해 물질을 흡착하며 열 분해시 흡열 반응을 하여 냉각 효과도 있고 불연성으로서 내수, 내산성이 우수하도록 하며, 난연제들을 병용 사용하여 난연 효과의 향상을 기대할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 적용한 섬유시트 및 보강판넬을 이용한 콘크리트 구조물 내진 보강 공법에 관하여 상세하게 설명하였다.
본 발명에 따른 섬유시트 및 보강판넬을 이용한 내진 보강 공법은 다양한 분야에서 콘크리트 구조물의 내진 보강에 사용될 수 있으며, 슬래브, 보, 기둥, 벽체, 바닥면의 내진 보강에 효과적이다.
이상과 같이, 본 명세서에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (6)

  1. 바탕면을 정리하는 제 1 단계;
    섬유앵커설치를 위한 앵커홀을 천공하는 제 2 단계;
    바탕면 상부에 접착용 수지를 도포하는 제 3 단계; 및
    저수축성 섬유시트와 보강 판넬을 상기 접착용 수지가 도포된 바탕면으로 섬유앵커를 이용해 부착하는 제 4 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 내진 보강 공법으로서,
    상기 저수축성 섬유시트는
    함침수지 100 중량부, 가소성 흑연 분말 분산액 0.1 ~ 10 중량부, 수축저감제 50 ~ 300 중량부 및 경화제 8 내지 12부를 혼합하여 형성된 함침수지 조성물을 섬유시트에 함침하여 형성되는 저수축성 섬유시트를 사용하는 것을 특징으로 하고, 상기 보강판넬은 상기 저수축성 섬유시트에 그래핀 필름으로 표면 적층하여 형성된 보강 판넬을 사용하는 것을 특징으로 하되,
    상기 가소성 흑연 분말 분산액은 흑연 분말을 물에 혼합하고 산과 가소제를 가하여 산 영역의 pH에서 교반 및 분산한 후 알칼리를 가해 중성 영역의 pH로 조절한 것으로서 흑연 분말 함량이 분산액 중에 0.001~20 중량%인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 내진 보강 공법
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 저수축성 섬유시트는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 세라믹 섬유, 바잘트 섬유 중에서 선택된는 강화섬유 시트를 사용하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 내진 보강 공법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제 4 단계 이후,
    시공완료 작업을 수행하되, 상기 보강 판넬의 외부에 표면보호 코팅제를 도포하는 방식으로 도료를 도포하는 제 5 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 내진 보강 공법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 표면보호 코팅제는
    수용성 개질 라텍스 0.1 내지 5 중량부, 알콕시 실란 가수분해물 0.1 내지 2 중량부, 실리코네이트계 액상 성분 0.1 내지 3 중량부를 포함하고,
    클링커 0.5 내지 10 중량부, 이수석고 및 반수석고 혼합물 1 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 무수석고 0.5 내지 10 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 슬래그 0.01 내지 5 중량부를 포함하는 분말 성분을 포함하며,
    활성촉진제 0.1 내지 2 중량부 및 리튬계 반응촉진제 0.01 내지 1 중량부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 내진 보강 공법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 수용성 개질 라텍스는 아크릴 수지 10~20 중량비, SBR(Styrene-Butadiene rubber) 고무 10~20 중량비, 하이드록실 아크릴레이트 모노머 0.1~5 중량비, 불포화 폴리에스테르 수지 15~30 중량비, 갈산 0.1~5 중량비, 금속 양이온 1~10 중량비, 알루미늄염화물 0.1~1.0 중량부, 무수황산소다 0.01~0.1 중량부, 분산제 0.5~5 중량비 및 물 40~70 중량비의 비율로 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 내진 보강 공법.
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