KR102558319B1 - 콘크리트 구조물 보강 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물을 보강함에 있어서 구조물 빔(Beam)과 같은 콘크리트 부재의 전단저항 내력을 충분히 증가시킬 수 있는 콘크리트 구조물 보강 공법에 관한 것으로, 구조물 빔의 보강면에 표면처리 작업을 실시하는 표면처리 단계와; 상기 보강면의 상단부에 상기 구조물 빔의 길이방향을 따라 일정 깊이로 오목홈을 형성하는 오목홈 형성 단계와; 상기 보강면에 모르타르층을 일정한 두께로 도포하는 모르타르층 도포 단계와; 상기 모르타르층을 전체적으로 감싸면서 상기 오목홈에 상기 보강메쉬의 일단부가 위치되게 상기 모르타르층 상에 보강메쉬를 부착하는 보강메쉬 부착 단계와; 상기 보강메쉬의 일단부를 고정봉에 감아서 상기 오목홈 내에 배치한 후에 상기 오목홈 내에 충진재를 충진시키고 경화시킴으로써 상기 보강메쉬의 일단부를 상기 오목홈 내에 정착시키는 보강메쉬 정착 단계와; 외부면에 전체적으로 미장층을 시공하는 마무리 미장 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

콘크리트 구조물 보강 공법{CONCRETE STRUCTURE REINFORCEMENT METHOD}

본 발명은 콘크리트 구조물 보강 공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콘크리트 구조물을 보강함에 있어서 구조물 빔(Beam)과 같은 콘크리트 부재의 전단저항 내력을 충분히 증가시킬 수 있는 콘크리트 구조물 보강 공법에 관한 것이다.

건축물의 노후화에 기인하여 콘크리트 구조물을 대상으로 하는 구조보강기술의 수요가 지속적으로 증가하는 추세이다. 건축물 유지 관리 부족, 내부 철근 부식, 외부 재해(지진, 화재 등) 발생 등에 의한 건축물의 노후화와 기능 저감이 보강기술 수요 증가의 주요 원인이며, 최신 구조설계기준을 만족하도록 구조성능을 실용적으로 보강하는 기술의 중요성이 점차 증대하고 있다.

콘크리트 구조물이 자중 또는 지진하중에 대하여 충분하지 못한 내력을 가지는 경우, 콘크리트 구조물을 보강해줄 필요가 있다.

구조물을 보강하는 방법에는 예시적으로 FRP(Fiber Reinforced Plastic)를 이용한 공법과 TRM(Textile Reinforced Mortar) 공법이 있다.

FRP를 이용한 공법에서는, FRP로 구조물 전체를 감싸고 에폭시 수지 등으로 FRP를 구조물에 고정하는 방법으로 구조물을 보강할 수 있다. 그러나, FRP 보강 공법은 고가의 에폭시 수지 사용으로 인한 경제성 저하, 100℃ 이상 고온에서의 열화, 재료 이질성으로 인한 콘크리트 표면 부착성능 저하 등의 문제점이 있다.

TRM 공법은 텍스타일 섬유로 구조물 전체를 감싸 모르타르로 고정하여 구조물을 보강하는 방법으로서, 고내화성 모르타르의 사용으로 인한 경제성 확보, 재료 이질성 극복 등의 강점을 갖는다.

하지만, TRM 보강 공법의 적용시, 잠재적인 취약 요인은 TRM 보강부가 콘크리트 표면으로부터 분리되는 것이다. 이는 TRM 보강부와 콘크리트 표면 간의 충분한 결합이 이루어지지 않아 초래될 수 있으며, 이를 보완하기 위해 앵커 볼트를 이용한 기계식 앵커링 또는 비금속 앵커 FRP 앵커링 기술이 적용되고 있다.

여기서, 기계식 앵커링이 적용된 TRM 보강 공법의 경우, 앵커 볼트를 이용하기 때문에 자중이 증가하고 염화물에 의한 부식에 취약한 문제점이 있으며, 콘크리트 구조물의 내부에 존재하는 전단 철근 등으로 인하여 앵커링 작업(천공 작업)이 어려우므로 시공성이 현저히 저하되는 문제점도 있다.

또한, FRP 앵커링을 적용한 TRM 보강 공법의 경우, 천공 작업 이외에도 에폭시 수지 등의 접합제가 부수적으로 요구되므로 고가이며, 에폭시 수지가 갖는 고온 취약성으로 인해 고온 환경에 적용할 수 없는 문제점이 있다.

KR 10-0660029 B1

Tetta, Z. C., Koutas, L. N., & Bournas, D. A. (2016). Shear strengthening of full-scale RC T-beams using textile-reinforced mortar and textile-based anchors. Composites Part B: Engineering, 95, 225-239.

따라서 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로서, FRP 및 TRM 공법의 문제점을 개선할 수 있으며, 콘크리트 구조물을 보강함에 있어서 구조물 빔과 같은 콘크리트 부재의 전단저항 내력을 충분히 증가시킬 수 있는 콘크리트 구조물 보강 공법을 제공함을 하나의 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강 공법은, 구조물 빔의 보강면에 표면처리 작업을 실시하는 표면처리 단계와; 상기 보강면의 상단부에 상기 구조물 빔의 길이방향을 따라 일정 깊이로 오목홈을 형성하는 오목홈 형성 단계와; 상기 보강면에 모르타르층을 일정한 두께로 도포하는 모르타르층 도포 단계와; 상기 모르타르층을 전체적으로 감싸면서 상기 오목홈에 보강메쉬의 일단부가 위치되게 상기 모르타르층 상에 보강메쉬를 부착하는 보강메쉬 부착 단계와; 상기 보강메쉬의 일단부를 고정봉에 감아서 상기 오목홈 내에 배치한 후에 상기 오목홈 내에 충진재를 충진시키고 경화시킴으로써 상기 보강메쉬의 일단부를 상기 오목홈 내에 정착시키는 보강메쉬 정착 단계와; 외부면에 전체적으로 미장층을 시공하는 마무리 미장 단계를 포함하고, 상기 표면처리 단계는 상기 구조물 빔의 보강면에 깊이가 2 내지 4 ㎜인 격자홈을 40 내지 60 ㎜ 간격으로 형성하는 단계 및 상기 구조물 빔의 보강면 하단부의 모서리를 곡률반경 10 내지 20 ㎜ 범위로 라운드 처리하는 단계를 더 포함하고, 상기 오목홈은 상기 보강면 내의 전단철근이 노출되는 깊이까지 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보강면의 보강층 형성 계획에 따라 상기 모르타르층 도포 단계 및 상기 보강메쉬 부착 단계를 반복적으로 수행하되, 2개의 보강메쉬가 부착되는 경우에는 보강층의 전체 두께가 14~16 ㎜가 되도록 하고, 4개의 보강메쉬가 부착되는 경우에는 보강층의 전체 두께가 29~31 ㎜가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오목홈은 20~25 ㎜ 깊이로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모르타르층은 5~7 ㎜ 두께로 도포되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보강메쉬는 CFRP 또는 GFRP 소재를 격자형태로 직조하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보강메쉬를 수지에 함침시키고 잉여 수지를 제거하는 수지 함침 단계와; 상기 수지가 경화되기 전에, 부착력 향상을 위해서 수지 함침된 상기 보강메쉬의 표면에 코팅재 분말을 도포하고 경화시키는 코팅재 분말 도포 단계와; 코팅재 분말이 도포된 상기 보강메쉬의 표면을 카메라로 촬영하여 코팅 상태를 검사하는 검사 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 코팅재 분말은 산화알루미나 분말, 세피올라이트 분말, 그래파이트 분말 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정봉은 바형상의 철근인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정봉은 바형상의 CFRP 또는 GFRP 보강재인 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강 공법에 의하면, 시공성과 경제성이 우수하며, 내화성을 포함한 고내구성 확보가 가능하고, 보강기술 적용 후의 구조성능(실용성) 상향 등 크게 4가지 효과를 가진다.

첫째, 구조물 빔의 보강면 상단부에 일정 깊이로 형성된 오목홈을 이용하여 보강메쉬의 정착이 이루어지기 때문에, 종래의 기계적 앵커 및 비금속 앵커 정착 상세에서 필수적으로 동반되는 천공 작업이 요구되지 않으므로, 콘크리트 내부의 전단 철근이 천공 경로를 방해하는 문제점이 발생하지 않아 시공성에 유리하다. 또한, 보강메쉬의 정착에 사용되는 정착부재(예: 철근)의 크기가 D10 ~ D12로 작기 때문에 다른 정착 상세에 비해 자중이 적은 이점이 있다.

둘째, 구조물의 보강면 전체에 다량의 에폭시 수지를 사용하여 FRP를 부착하는 기존 FRP 보강 공법과 비교할 때, 보강메쉬의 정착을 위해서 구조물의 보강면 상단부에 일정 깊이로 형성된 오목홈에만 에폭시 수지를 충진하면 되므로 고가의 에폭시 수지 사용량이 감소되어 경제성에 유리하다.

셋째, 보강메쉬가 모르타르층으로 완전히 덮여지게 되고, 인화성이 강한 에폭시 수지의 사용량이 소량이므로, 고온 환경에서도 적용할 수 있어 내화성능이 우수하다. 또한 정착용 부재가 외부로 노출되지 않아 부식 등의 내구성 측면에서도 유리하다.

넷째, 보강기술 적용 후 강도, 연성능력 등의 구조성능이 크게 상향된다.

도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강 공법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물 보강 공법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보강메쉬의 처리방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4 내지 도 8은 전단파괴가 발생하도록 설계된 실험체 S 시리즈에 대해서 보강공법 적용 전후의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 9 내지 도 13은 휨항복 후 전단파괴가 발생하도록 설계된 실험체 FS 시리즈에 대해서 보강공법 적용 전후의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 14 및 도 15는 각각 실험체 S 시리즈 및 실험체 FS 시리즈에 대한 하중-변위 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 16 및 도 17은 실험체 S 시리즈 및 실험체 FS 시리즈에 대한 에너지 소산 능력을 나타낸 그래프이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항은 상세한 설명 및 도면에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 매체를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강 공법을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물 보강 공법을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보강메쉬의 처리방법을 설명하기 위한 블록도이고, 도 4 내지 도 8은 전단파괴가 발생하도록 설계된 실험체 S 시리즈에 대해서 보강공법 적용 전후의 실험결과를 나타낸 그래프이고, 도 9 내지 도 13은 휨항복 후 전단파괴가 발생하도록 설계된 실험체 FS 시리즈에 대해서 보강공법 적용 전후의 실험결과를 나타낸 그래프이고, 도 14 및 도 15는 각각 실험체 S 시리즈 및 실험체 FS 시리즈에 대한 하중-변위 곡선을 나타낸 그래프이며, 도 16 및 도 17은 실험체 S 시리즈 및 실험체 FS 시리즈에 대한 에너지 소산 능력을 나타낸 그래프이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물 보강 공법은, 표면처리 단계(S10)와, 오목홈 형성 단계(S20)와, 모르타르층 도포 단계(S30)와, 보강메쉬 부착 단계(S40)와, 보강메쉬 정착 단계(S50)와, 마무리 미장 단계(S60)를 포함하여 구성된다.

우선, 표면처리 단계(S10)에서는 구조물 빔(10)의 보강면(11)에 표면처리 작업을 실시한다.

여기서, 표면처리 작업은 보강 전, 보강이 적용될 구조물 빔(10)의 보강면(11)에 샌드 블라스팅을 실시하여 표면의 거칠기를 높이는 작업일 수 있다. 이후, 필요하다면 깊이가 2 내지 4 ㎜, 바람직하게는 3 ㎜인 격자홈을 40 내지 60 ㎜ 간격으로 얕게 파내어 추후에 부착할 보강메쉬(15)와의 부착력을 증진시킬 수 있다. 또한, 구조물 빔(10)의 보강면(11) 하단부의 모서리를 곡률반경 10 내지 20 ㎜, 바람직하게는 15 ㎜ 범위로 둥글게 라운드 처리함으로써 응력 집중을 추가로 저감시킬 수 있다.

다음에, 오목홈 형성 단계(S20)에서는 보강이 적용될 구조물 빔(10)의 보강면(11)의 상단부에 구조물 빔(10)의 길이방향을 따라 일정 깊이로 오목홈(12)을 형성한다(도 2a 참조).

바람직하게, 오목홈(12)은 이후에 설명될 보강메쉬(15, 17)의 정착능력을 증가시키기 위해 구조물 빔(10)의 보강면(11)의 양 상단부에 내측으로 형성될 수 있다.

이때, 오목홈(12)은 콘크리트 슬리팅기를 사용하여 20~25 ㎜의 깊이로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 오목홈(12)은 보강면(11) 내의 전단철근(13)이 노출되는 깊이까지 형성될 수 있으며, 실질적으로 보강면(11)을 덮고 있는 콘크리트 피복두께와 동일하게 될 수 있다.

실제 시공시, 오목홈(12)은 일반적으로 구조물 빔(10)의 보강면(11) 바로 아래, 예를 들어 상부 슬래브 바로 아래에 형성될 수 있다.

다음에, 모르타르층 도포 단계(S30)에서는 보강면(11)에 모르타르층(14)을 일정한 두께로 도포한다(도 2b 참조). 이때, 모르타르층(14)은 보강메쉬(15)의 함침을 위해 5~7 mm의 두께로 얇게 보강면(11) 상에 도포한다.

다음에, 보강메쉬 부착 단계(S40)에서는 모르타르층(14)을 전체적으로 감싸면서 오목홈(12)에 보강메쉬(15)의 일단부가 위치되게 모르타르층(14) 상에 보강메쉬(15)를 부착한다(도 2b 참조). 이때, 작업자는 보강메쉬(15)의 격자들 사이로 모르타르층(14)이 빠져나올 수 있도록 살짝 눌러주며, 바람직하게는 롤러(R)를 사용하여 모르타르층(14)이 고르게 펴질 수 있도록 평탄화 작업을 수행할 수 있다.

모르타르층 도포 단계(S30) 및 보강메쉬 부착 단계(S40)는 보강면(11)의 보강층('보강부'라고도 함) 형성 계획에 따라 반복적으로 수행할 수 있다.

예를 들면, 도 2c에 도시된 바와 같이, 보강면(11) 상에 모르타르층(14)을 도포하고, 모르타르층(14) 상에 보강메쉬(15)를 부착하고, 다시 모르타르층(16)을 도포하고, 이후에 모르타르층(16) 상에 보강메쉬(17)를 부착할 수 있다. 이때, 모르타르층(16)은 보강메쉬(15)의 함침을 위해 5~7 mm의 두께로 얇게 보강면(11) 상에 도포한다. 또한, 앞서 언급한 대로, 작업자는 보강메쉬(17)의 격자들 사이로 모르타르층(16)이 빠져나올 수 있도록 살짝 눌러주며, 바람직하게는 롤러(R)를 사용하여 모르타르층(16)이 고르게 펴질 수 있도록 평탄화 작업을 수행할 수도 있다.

다음에, 보강메쉬 정착 단계(S50)('정착 상세'라고도 지칭함)에서는 보강메쉬(15, 17)의 일단부를 고정봉(20)에 감아서 오목홈(12) 내에 배치한 후에 오목홈(12) 내에 충진재(21)를 충진시키고 경화시킴으로써 보강메쉬(15, 17)의 일단부를 오목홈(12) 내에 정착시키게 된다(도 2d 참조).

본 발명에 있어서, 보강메쉬(15, 17)는 CFRP(Carbon Fiber Feinforced Plastic) 또는 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 소재를 격자형태(가로사×세로사)로 직조하여 형성될 수 있다.

보강메쉬 정착 단계(S50)의 목적은 오목홈(12)에 배치된 보강메쉬(15, 17)와 구조물 빔(10) 같은 콘크리트 부재 간의 전단저항 내력 또는 계면 전단 응력 메커니즘을 충분히 증가시키는 데 있다.

여기서, 고정봉(20)은 바형상의 철근일 수 있다. 바형상의 철근인 경우, D10~D12의 철근이 사용될 수 있다.

다른 실시예에서, 고정봉(20)은 바형상의 CFRP 또는 GFRP 보강재일 수도 있다.

다음에, 마무리 미장 단계(S60)에서는 외부면에 전체적으로 미장층(22)을 시공한다(도 2e 참조).

여기서, 충진재(21)는 에폭시 수지 등의 접착제가 될 수 있으며, 오목홈(12) 내에만 충진하기 때문에, 충진재(21)를 소량 사용하는 것으로 충진재(21)의 사용량을 현저히 감소시킬 수 있게 된다.

따라서, 종래기술에 따른 FRP 보강 공법과 비교할 때, 고가의 에폭시 수지의 소량 사용으로 인한 경제성을 확보가능하고, 100℃ 이상 고온에서의 열화 뿐만 아니라 재료 이질성으로 인한 콘크리트 표면 부착성능 저하 등의 문제점이 모두 해소될 수 있는 이점이 있다.

도 2e에서와 같이, 보강메쉬(15, 17)의 일단부를 고정봉(20)에 감아서 오목홈(12) 내에 배치한 후에 오목홈(12) 내에 충진재(21)를 충진시키고 경화시킴으로써 보강메쉬(15, 17)의 일단부를 오목홈(12) 내에 정착시키며, 외부면에 전체적으로 미장층(22)을 시공한 일련의 상태를 앵커 디테일(anchor detail)이라고 지칭하기로 한다.

도 2e에서와 같이, 2개의 보강메쉬(15, 17)가 부착되는 경우에는 보강층의 전체 두께가 14~16 ㎜가 되도록 할 수 있다. 여기서, 보강층의 전체 두께는 보강면(11)으로부터 미장층(22)까지의 두께가 될 수 있다.

다른 예로서, 도면에 도시되어 있지 않지만, 4개의 보강메쉬가 부착되는 경우에는 보강층의 전체 두께가 29~31 ㎜가 되도록 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 보강메쉬(15, 17)는 CFRP 또는 GFRP 소재를 격자형태(가로사×세로사)로 직조하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 보강메쉬(15, 17)는 부착력 향상을 위해서 추가적인 처리방법이 수행될 수 있다.

도 3을 참조하면, 보강메쉬(15, 17)에는 부착력 향상을 위해서 수지 함침 단계(S70)와, 코팅재 분말 도포 단계(S72)와, 검사 단계(S74)가 수행될 수 있다.

수지 함침 단계(S70)에서는 수지가 담긴 함침조(도시안됨)에서 보강메쉬(15, 17)를 수지에 함침시키고 잉여 수지를 제거한다. 이때, 보강메쉬(15, 17)는 수지에 함침되지만, 미경화된 상태로 후공정인 코팅재 분말 도포 단계(S72)로 보내지며, 코팅재 분말 도포가 완료된 후에 경화가 실시된다.

코팅재 분말 도포 단계(S72)에서는 수지가 경화되기 전에, 부착력 향상을 위해서 수지 함침된 보강메쉬(15, 17)의 표면에 코팅재 분말(도시안됨)을 도포하고 경화시킨다.

코팅재 분말 도포 단계(S72)는 폐쇄공간의 코팅용기(도시안됨) 내에서 다수 개의 코팅재 분사노즐(도시안됨)을 사용하여 수지 함침된 보강메쉬(15, 17)에 코팅재를 분사하여 코팅을 실시할 수 있다.

여기서, 코팅재 분말은 산화알루미나 분말, 세피올라이트 분말, 그래파이트 분말 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

산화알루미나 분말은 콘크리트와의 부착강도를 최대 220% 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.

산화알루미나 분말은 코팅재 분말 100 중량부에 대하여 10∼20 중량부로 함유되는 것이 바람직하다.

세피올라이트 분말은 다공성 무기재로서 흡착재 역할을 수행한다. 상기 세피올라이트는 코팅재 분말 100 중량부에 대하여 0.1∼15 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 세피올라이트의 중량비가 증가하면 점도 개선 성능을 나타내며, 상기 세피올라이트의 함량이 0.1 중량부 미만일 경우 점도 개선 효과가 미약할 수 있고, 상기 세피올라이트의 함량이 15 중량부를 초과할 경우에는 작업성이 저하되고 제조 원가가 높아져 경제적이지 못하다.

그라파이트(graphite) 분말은 탄소 섬유인 카본을 한 번 더 고온에서 태운 것으로서, 금속광택을 가진 탄소 동위원소의 하나이다. 육방측상 결정구조를 가지며 혹 또는 짙은 회색으로 경도는 1~2, 비중은 약 16이나 고밀도인 것은 23이며 비중이 높을수록 원자로 재료로 좋고, 매끄러운 감촉이 있으며 굽어지기 쉽다. 가공방향에 따라 결정에 이방성이 생기며 또한 다공성이고 흡습성, 흡착성이 있고 성형품으로서 너무 큰 것을 만들 수 없다는 등의 결점이 있으나 원료가 저렴하므로 불순물이 적은 것은 감속재, 반사재로 이용된다. 본 발명에 적용되는 그래파이트는 카본 그래파이트라고도 부르며, 강도가 강하고 온도나 습도의 변화에도 거의 영향을 받지 않는 장점이 있다. 본 발명에서 사용가능한 그래파이트의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 천연흑연 및 인조흑연을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

바람직하게, 그라파이트 분말은 코팅재 분말 100 중량부에 대하여 5∼10 중량부로 함유되는 것이 바람직하다.

검사 단계(S74)에서는 코팅재 분말이 도포된 보강메쉬(15, 17)의 표면을 카메라(도시안됨)로 촬영하여 코팅 상태를 검사하게 된다.

카메라(도시안됨)는 코팅용기(도시안됨)의 후단에 설치되어 코팅재 분말이 도포된 보강메쉬(15, 17)의 코팅 상태를 검사하도록 코팅영상을 촬영한다. 즉, 표면 코팅재인 코팅재 분말이 도포된 보강메쉬(15, 17)를 카메라 등의 촬영장비로 촬영하여 검사한다. 이와 같이, 카메라 등의 촬영장비를 이용하여 보강메쉬(15, 17)에 코팅되는 코팅재 분말의 양을 정밀하게 측정할 수 있고, 이에 따라, 코팅재 분말을 수지 함침된 보강메쉬(15, 17)의 표면에 균일하게 도포할 수 있다.

도 4 내지 도 8에는 전단파괴가 발생하도록 설계된 실험체 S 시리즈에 대해서 보강공법 적용 전후의 실험결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

구체적으로, 도 4에는 보강이 수행되지 않은 구조물 빔의 실험체(S-CO)에 대한 실험결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 여기서 실험체(S-CO)는 하중의 (+) 방향에서 빔이 종방향 철근의 휨 항복에 도달하기 전에 파손되었고, 하중의 (-) 방향에서 빔의 내하력은 종방향 철근의 휨 항복에 도달한 후 저하되었다.

도 5에는 본 발명에 따른 정착 상세를 적용하지 않고 보강메쉬의 보강을 수행한 실험체(S-TRM-N-2)에 대한 실험결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 여기서 실험체(S-TRM-N-2)는 약 2.2%의 드리프트(Drift)에서 완전한 탈결합(debonding)을 나타낸다.

도 6에는 본 발명에 따른 정착 상세를 적용하고 보강메쉬의 보강을 수행한 실험체(S-TRM-A-2)에 대한 실험결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 여기서 실험체(S-TRM-A-2)는 오목홈을 따라 갈라진 균열을 보여주었지만, 앵커 디테일은 테스트가 끝날 때 실패하지 않았다.

실험체(S-TRM-N-2) 및 실험체(S-TRM-A-2)에 대해 기록된 최대 하중은 대조 실험체(S-CO)보다 각각 약 32.9% 및 43.6% 높았다.

또한, 도 5 및 도 6에서, 그래프 하부의 사진은 본 발명의 정착 상세가 적용되지 않은 실험체(S-TRM-N-2) 및 정착 상세가 적용된 실험체(S-TRM-A-2)의 파괴모드를 비교하여 제시하고 있다.

도 5에서의 그래프 하부의 사진에서와 같이, 실험체(S-TRM-N-2)의 경우, 2.2%의 드리프트에서 초기 탈결합이 발생한 것을 볼 수 있는 반면에, 도 6에서의 그래프 하부의 사진에서와 같이, 실험체(S-TRM-A-2)의 경우, 드리프트 4% 도달 후 실험 종료시까지 콘크리트 표면에서 보강부가 탈락하지 않는 것을 볼 수 있다.

참고로, 도 6에 따른 그래프 하부의 사진에 있어서, 지점 a는 오목홈에 따른 분할 크랙(splitting crack)을 나타내고, 지점 b는 (+) 방향으로의 주요 대각선 전단균열을 나타내며, 지점 c는 (-) 방향으로의 미세 대각선 전단균열을 나타낸다.

도 7에는 본 발명에 따른 정착 상세를 적용하지 않고 보강메쉬의 보강을 수행한 다른 실험체(S-TRM-N-4)에 대한 실험결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 여기서 다른 실험체(S-TRM-N-4)는 약 2.2%의 드리프트(Drift)에서 완전한 탈결합(debonding)을 나타낸다.

도 8에는 본 발명에 따른 정착 상세를 적용하고 보강메쉬의 보강을 수행한 다른 실험체(S-TRM-A-4)에 대한 실험결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 여기서 다른 실험체(S-TRM-A-4)는 오목홈을 따라 갈라진 균열을 보여주었지만, 앵커 디테일은 테스트가 끝날 때 실패하지 않았다.

실험체(S-TRM-N-4) 및 실험체(S-TRM-A-4)에 대해 기록된 최대 하중은 대조 실험체(S-CO)보다 각각 약 41.6% 및 63.5% 더 높았다.

도 9 내지 도 13에는 휨항복 후 전단파괴가 발생하도록 설계된 실험체 FS 시리즈에 대해서 보강공법 적용 전후의 실험결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

구체적으로, 도 9에는 보강이 수행되지 않은 구조물 빔의 실험체(FS-CO)에 대한 실험결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 여기서 실험체(FS-CO)는 상하 빔의 종방향 철근량이 동일하여 하중의 (+)방향과 (-)방향에서 거의 동일한 최대 하중을 보였다.

종방향 철근은 약 2.0% 드리프트(Drift)에서 항복하며, 반복 하중 동안 누적된 손상으로 인해 하중 전달 용량이 점진적으로 저하된다.

도 10에는 본 발명에 따른 정착 상세를 적용하지 않고 보강메쉬의 보강을 수행한 실험체(FS-TRM-N-2)에 대한 실험결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 여기서 실험체(FS-TRM-N-2)는 약 4.2%의 드리프트에서 완전한 탈결합을 나타낸다.

도 11에는 본 발명에 따른 정착 상세를 적용하고 보강메쉬의 보강을 수행한 실험체(FS-TRM-A-2)에 대한 실험결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 여기서 실험체(FS-TRM-A-2)는 오목홈을 따라 갈라진 균열을 보였지만, 앵커 디테일은 테스트가 끝날 때 실패하지 않았다.

실험체(FS-TRM-N-2) 및 실험체(FS-TRM-A-2)에 대해 기록된 궁극적인 드리프트는 최대 5%까지 크게 개선되었다.

도 12에는 본 발명에 따른 정착 상세를 적용하지 않고 보강메쉬의 보강을 수행한 다른 실험체(FS-TRM-N-4)에 대한 실험결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 여기서 다른 실험체(FS-TRM-N-4)는 보강부에 미미한 손상을 보였고, 약 3.4%의 드리프트에서 완전한 탈결합을 나타낸다.

도 13에는 본 발명에 따른 정착 상세를 적용하고 보강메쉬의 보강을 수행한 다른 실험체(FS-TRM-A-4)에 대한 실험결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 여기서 다른 실험체(FS-TRM-A-4)는 보강부에 미미한 손상과 함께 오목홈을 따라 갈라진 균열을 보여주었지만, 앵커 디테일은 테스트가 끝날 때 실패하지 않았다.

실험체(FS-TRM-A-4)에 대해 기록된 궁극적인 드리프트는 최대 5%까지 크게 개선되었다.

도 14 및 도 15에는 실험체 S 시리즈 및 실험체 FS 시리즈에 대한 하중-변위 곡선을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

도 14에서의 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, S 시리즈에서는 비보강 구조물 빔 및 정착 상세 미적용 실험체와 비교했을 때, 정착 상세가 적용된 실험체(S-TRM-A-2)가 강도와 연성능력의 두 가지 측면에서 모두 우수한 것으로 나타났다.

또한, 도 15에서의 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, FS 시리즈에서는 정착 상세가 적용되지 않은 실험체(FS-TRM-N-2)는 5%의 드리프트에서 강도 감소가 발생하는 반면, 정착 상세가 적용된 실험체(FS-TRM-A-2)는 강도 감소가 없으며, 연성능력 또한 가장 우수한 것으로 나타났다.

도 16 및 도 17에는 실험체 S 시리즈 및 실험체 FS 시리즈에 대한 에너지 소산 능력을 나타낸 그래프가 도시되어 잇다.

도 16 및 도 17에서의 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 정착 상세를 적용하여 보강을 수행한 실험체(S-TRM-A-2)와 실험체(FS-TRM-A-2)가 가장 높은 수준의 변형에서 에너지 소산 용량을 유지할 수 있는 것으로 나타난다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 구조물 빔 11 : 보강면
12 : 오목홈 13 : 전단철근
14, 16 : 모르타르층 15, 17 : 보강메쉬
20 : 고정봉 21 : 충진재
22 : 미장층

Claims (9)

1. 구조물 빔의 보강면에 표면처리 작업을 실시하는 표면처리 단계와;
   상기 보강면의 상단부에 상기 구조물 빔의 길이방향을 따라 일정 깊이로 오목홈을 형성하는 오목홈 형성 단계와;
   상기 보강면에 모르타르층을 일정한 두께로 도포하는 모르타르층 도포 단계와;
   상기 모르타르층을 전체적으로 감싸면서 상기 오목홈에 보강메쉬의 일단부가 위치되게 상기 모르타르층 상에 보강메쉬를 부착하는 보강메쉬 부착 단계와;
   상기 보강메쉬의 일단부를 고정봉에 감아서 상기 오목홈 내에 배치한 후에 상기 오목홈 내에 충진재를 충진시키고 경화시킴으로써 상기 보강메쉬의 일단부를 상기 오목홈 내에 정착시키는 보강메쉬 정착 단계와;
   외부면에 전체적으로 미장층을 시공하는 마무리 미장 단계를 포함하고,
   상기 표면처리 단계는 상기 구조물 빔의 보강면에 깊이가 2 내지 4 ㎜인 격자홈을 40 내지 60 ㎜ 간격으로 형성하는 단계 및 상기 구조물 빔의 보강면 하단부의 모서리를 곡률반경 10 내지 20 ㎜ 범위로 라운드 처리하는 단계를 더 포함하고,
   상기 오목홈은 상기 보강면 내의 전단철근이 노출되는 깊이까지 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강 공법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보강면의 보강층 형성 계획에 따라 상기 모르타르층 도포 단계 및 상기 보강메쉬 부착 단계를 반복적으로 수행하되, 2개의 보강메쉬가 부착되는 경우에는 보강층의 전체 두께가 14~16 ㎜가 되도록 하고, 4개의 보강메쉬가 부착되는 경우에는 보강층의 전체 두께가 29~31 ㎜가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강 공법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 오목홈은 20~25 ㎜ 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강 공법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 모르타르층은 5~7 ㎜ 두께로 도포되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강 공법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 보강메쉬는 CFRP 또는 GFRP 소재를 격자형태로 직조하여 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강 공법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 보강메쉬를 수지에 함침시키고 잉여 수지를 제거하는 수지 함침 단계와;
   상기 수지가 경화되기 전에, 부착력 향상을 위해서 수지 함침된 상기 보강메쉬의 표면에 코팅재 분말을 도포하고 경화시키는 코팅재 분말 도포 단계와;
   코팅재 분말이 도포된 상기 보강메쉬의 표면을 카메라로 촬영하여 코팅 상태를 검사하는 검사 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강 공법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 코팅재 분말은 산화알루미나 분말, 세피올라이트 분말, 그래파이트 분말 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강 공법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 고정봉은 바형상의 철근인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강 공법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 고정봉은 바형상의 CFRP 또는 GFRP 보강재인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강 공법.