KR20000043848A - 케블라 시트를 이용한 콘크리트 구조물 처짐 보강 방법 및 정착구 - Google Patents

Abstract

본 발명의 케블라 시트를 이용한 콘크리트 구조물의 처짐 보강 방법은, 보강할 콘크리트 구조물의 하면에 수중 접착 경화용 프라이머재를 도포하고 케블라 시트를 접착하는 단계와, 케블라 시트 외부면에 함침재로서 수중 접착 경화제용 프라이머재를 재차 도포하여 함침시키는 단계와, 수중 접착 경화용 프라이머재가 도포된 케블라 시트 외부 면에 규사를 도포하는 단계와, 케블라 시트의 양단부를 정착구를 사용하여 콘크리트 구조물의 양단에 고정하는 단계를 포함한다. 또한, 콘크리트 구조물의 처짐 보강 방법에 사용되는 것으로 콘크리트 구조물에 케블라 시트를 고정시키기 위한 정착구는, 케블라 시트가 개재되도록 된 두개의 장방형 강재 판으로 이루어지고, 앵커 볼트 및 리벳이 끼워지도록 된 다수의 구멍이 길이 방향으로 소정 간격으로 형성되어 있다.

Description

케블라 시트를 이용한 콘크리트 구조물 처짐 보강 방법 및 정착구

본 발명은 교량 또는 고가 차도 등의 콘크리트 구조물의 처짐을 보강하는 방법에 관한 것으로, 특히 케블라 시트를 사용하는 보강 방법 및 이 방법에 사용되는 정착구에 관한 것이다.

일반적으로, 콘크리트로 된 교량 보, 복개 구조물 또는 콘크리트 박스 및 우물통 등의 구조물에서는 콘크리트의 인장 강도 부족에 따라 인장 응력을 받는 방향으로의 처짐 현상이 발생하며, 그에 따라 전체 콘크리트 구조물이 쉽게 변형 또는 파손된다. 이러한 처짐 현상을 방지하기 위하여 노후한 교량 보 등에서는 하부면에 철판을 사용하여 보강하고 있다.

종래 기술에 따르면, 소정 두께 치수를 갖는 철판을 보강할 보의 전체 길이에 걸쳐 위치시킨 후에 그 양단을 스터드 나사 등의 적절한 고정구를 사용하여 고정시킨다. 그후에, 철판과 보 사이에 에폭시 등의 접착제를 주입하여 이들을 부착시킨다.

그러나, 이처럼 철판 및 에폭시를 사용하여 보를 보강하게 되면 다음과 같은 문제점이 발생한다. 즉, 보와 철판 사이에 에폭시를 주입할 때 에폭시가 상부의 콘크리트 하면에 부착되지 않고 하부의 철판 상면에 깔리게 되며, 이를 보충하기 위하여 에폭시를 재주입하게 되면 먼저 주입된 에폭시와 나중에 주입된 에폭시 사이에 층 분리가 일어나서 접착 강도가 떨어지게 된다.

또한, 시공이 완료된 보의 계속적인 미소 진동으로 인해서 특히 진동 폭이 큰 보의 중앙부에 부착된 철판이 하방으로 처지게 되어서 보와 철판 사이에 주입된 에폭시가 접착제로서의 기능을 수행하기 어렵게 된다. 에폭시 충전물이 접착제로서의 기능을 다하지 못해서 보의 하면과 철판의 상면이 서로 떨어지게 되면 철판이 보강부로서의 기능을 상실하게 된다. 또한, 보의 양단에 고정된 철판 고정부가 심한 인장력을 받게 되어 파손되고 보의 처짐이 계속되어 결국은 파괴되어 버린다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 철판 대신에 에폭시와의 접착력이 우수하고 자체의 인장력도 우수한 케블라 시트 등의 탄소계 섬유를 사용하여 보의 처짐을 방지하려는 것이다. 또한, 탄소계 섬유를 사용하면 콘크리트 구조물의 둥근 부분의 형상에 잘 맞출 수 있으며 정착구를 사용함에 있어서도 편리함을 제공한다.

본 발명에 사용되는 케블라 시트는 일반적으로 고강도 및 고탄력률을 갖고, 파단 신축의 밸런스에 뛰어나며, 지진 등에 의한 변형에 대하여 높은 내성을 발휘한다. 또한, 내충격성이 높고, 비도전성이기 때문에 전기 쇼트를 방지할 수 있고, 녹이 슬지 않기 때문에 염해 대책에도 대응할 수 있으며, 각종 화학 약품에 대한 내성도 강하다. 그 외에도, 비중이 철의 1/5로 가볍고, 인장 강도가 강철의 7배로 매우 높다.

이러한 일반적 성질을 갖는 케블라 시트는 접착 수지와의 함침성이 뛰어나고, 경량으로 탄력성이 좋아서 취급이 용이하며, 좁은 공간이나 높은 곳에서의 시공시에도 충분히 적용할 수 있다. 또한, 코너 강도가 높기 때문에 모퉁이부의 모서리 처리 작업을 필요로 하지 않으며, 기포도 발생하지 않는다. 또한, 습한 곳에서의 시공도 가능하다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 것으로, 접착제의 접착력을 증가시키기 위해서 보강재로서 철판 대신에 무게가 가볍고 접착제의 함침성이 양호한 케블라 시트를 사용하는 보 보강 방법을 마련하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 케블라 시트의 양단을 보의 양단에 견고하게 고정하는 데 사용되는 적절한 구조의 정착구를 마련하는 것이다.

본 발명의 일면에 따르면, 케블라 시트를 이용한 콘크리트 구조물의 처짐 보강 방법이 마련되는데, 상기 방법은 보강할 콘크리트 구조물의 하면에 수중 접착 경화용 프라이머재(U&V)를 도포하고 케블라 시트를 접착하는 단계와, 케블라 시트 외부면에 함침재로서 수중 접착 경화용 프라이머재를 재차 도포하여 함침시키는 단계와, 수중 접착 경화용 프라이머재가 도포된 케블라 시트 외부 면에 규사를 도포하는 단계와, 케블라 시트의 양단부를 정착구를 사용하여 콘크리트 구조물의 양단에 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면에 따르면, 케블라 시트를 이용한 콘크리트 구조물의 처짐 보강 시에 케블라 시트를 콘크리트 구조물에 고정시키는 데 사용되는 정착구가 마련된다. 이러한 정착구는 케블라 시트가 개재되도록 된 두개의 장방형 강재 판으로 이루어지고, 앵커 볼트 및 리벳이 끼워지도록 된 다수의 구멍이 길이 방향으로 소정 간격으로 형성되어 있다.

도1은 본 발명에 따라 시공된 보 보강부가 있는 교량을 도시한 개략도.

도1a는 도1의 a부분을 도시한 확대 상세도.

도2는 대향 정합면이 형성된 강재 고정판을 사용한 보 보강 방법에 사용되는 정착구와 케블라 시트의 고정 구조를 도시한 사시도.

도3 및 도4는 길이 방향으로 슬롯이 형성된 강재 고정판을 사용한 보 보강 방법에 사용되는 정착구와 케블라 시트의 고정 구조를 도시한 사시도.

도5는 도3 및 도4에 도시된 강재 고정판 외에 케블라 시트의 고정 강도를 증가시키기 위해 와셔 및 강재 봉을 사용한 정착구와 케블라 시트의 고정 구조를 도시한 사시도.

도6은 보의 양단에 홈을 형성하고 이 홈 안에 강재 파이프로 된 정착구를 사용하여 케블라 시트를 고정시키는 실시예를 도시한 사시도.

도7은 도6에 도시된 것과 유사하지만 강재 파이프 대신에 홈의 형상에 맞는 강재 고정판을 사용한 실시예를 도시한 사시도.

도8은 도7에 도시된 실시예의 변형 예를 도시한 사시도.

도9는 도8에 도시된 형태의 고정판을 2개 사용한 실시예를 도시한 사시도.

도10은 단면이 ㄷ형인 강재 고정판과 이 고정판의 홈 안에 끼워지는 크기를 갖는 평판형 고정판을 사용한 실시예를 도시한 개략도.

도11은 단면이 V형인 고정판을 사용한 실시예를 도시한 개략도.

도12는 보에 V형 컷팅부를 형성하고 이 컷팅부의 형상에 일치하는 V형 고정판을 사용한 실시예를 도시한 개략도.

도13은 케블라 시트로 된 섬유 패널의 여러 실시예를 도시한 개략도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

8: 케블라 시트 8a: 콘크리트 표면 개선제

8b, 8c: 수중 접착 경화용 프라이머재

10, 14: 고정판 12: 앵커 볼트

20, 22: 구멍 24: 슬롯

26: 와셔 28: 강재 봉

30: 강재 파이프 46: 홈

48: 컷팅부

도1은 본 발명에 따라 시공된 보 보강부가 있는 교량을 도시하고 있다. 도1a는 도1의 a부분, 즉 케블라 시트의 단부가 고정되는 부분을 도시한 확대 상세도이다. 이들 도면에서, 2는 교량 상판, 4는 보, 8은 케블라 시트, 8a는 콘크리트 표면 개선제, 8b 및 8c는 케블라 시트 접착제인 수중 접착 경화용 프라이머재이다. 콘크리트 표면 개선제(8a)는 케블라 시트가 부착될 콘크리트 면의 표면 상태를 개선하기 위해 콘크리트 면에 도포된다. 수중 접착 경화용 프라이머재는 케블라 시트를 콘크리트 면에 부착시키기 위한 에폭시계 접착제로서, 케블라 시트를 부착하기 전에 콘크리트 면에 도포한 후 케블라 시트를 부착시키고 케블라 시트 위에 다시 한번 수중 접착 경화용 프라이머재를 재차 도포하여 함침시킨다. 이때 나중에 도포된 수중 접착 경화용 프라이머재는 케블라 시트를 투과할 수 있기 때문에 콘크리트 면과 케블라 시트 상부면 사이에 먼저 도포된 프라이머재에 함침된다. 또한, 규사(도시 생략)는 함침된 수중 접착 경화용 프라이머재가 마르기 전에 분무되어 주위의 콘크리트 색깔과 비슷하게 하고, 그 위에 미장이나 도장 등 2차적인 작업을 용이하게 하기 위해 사용된다.

또한, 10 및 14는 케블라 시트를 그 사이에 협지하도록 하는 정합면을 각각 갖는 하부 및 상부 고정판, 12는 상기 고정판들을 보에 고정하는 앵커 볼트이다. 상부 및 하부 고정판은 나중에 상세하게 설명하는 것처럼 서로 정합되는 표면 형상을 취하고 그 길이 방향으로 앵커 볼트 및 리벳이 결합되는 구멍이 소정 간격으로 다수 형성되어 있다.

도2 내지 도13을 참조하여 고정판과 앵커 볼트 및 리벳을 포함하는 정착구를 사용하는 본 발명에 따른 보강 방법의 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명의 방법에 사용되는 정착구의 여러 형태가 도2 내지 도5에 도시되어 있다. 도2에서, 하부 고정판(10)과 상부 고정판(14)은 그 대향 면들이 서로 정합되는 형상을 취하며 그 길이 방향을 따라 앵커 볼트(18)가 삽입되는 구멍(20) 및 리벳(16)이 삽입되는 구멍(22)이 다수 형성되어 있다. 이들 고정판 사이에는 케블라 시트(8)가 위치하게 된다. 리벳(16)은 이들 상부 및 하부 고정판을 서로 결합하는 기능을 하며, 앵커 볼트(18)는 고정판에 형성된 구멍(20)을 관통함으로써 상부의 보(4) 안에 소정 깊이로 삽입되어 상부 및 하부 고정판을 보에 고정시키는 기능을 한다.

도3에 도시된 정착구에서 상부 및 하부 고정판의 중앙에는 길이 방향의 슬롯(24)이 각각 형성되어 있다. 이 슬롯은 케블라 시트가 통과하게 되며 앵커 볼트를 삽입하는 데에도 사용된다. 도면에 도시된 것처럼 이러한 형상의 고정판을 사용할 때에는 케블라 시트가 하나의 고정판에 형성된 슬롯(24) 안으로 통과한 후에 고정판의 후방면을 감싸고 다른 하나의 고정판의 후방면을 감싼 후에 다시 이 고정판의 슬롯(24)을 통과하는 형상으로 고정된다. 앵커 볼트와 리벳은 도2에 도시된 실시예에서와 동일한 기능을 한다.

도4에 도시된 실시예는 도3에 도시된 형태의 고정판을 하나만 사용한 경우에 관한 것이다. 여기서, 케블라 시트는 고정판의 하면으로 진행하여 그 후방면을 감싼 후에 슬롯(24) 안을 통과하여 다시 빠져 나오는 방식으로 고정된다. 여기서 앵커 볼트는 케블라 시트가 감겨있는 고정판을 보에 고정시키는 기능을 한다.

도5에 도시된 실시예는 도3에 도시된 실시예와 유사하지만, 앵커 볼트가 삽입되는 고정판 부분에 와셔(26)를 사용하고 이 와셔의 하부에 강재 봉(28)을 사용한 것이 다르다. 와셔(26)는 슬롯의 길이를 따라 적절한 수(도면에는 3개만 도시됨)로 되고 강재 봉(28)은 원형 단면을 취하고 슬롯의 길이와 거의 같은 길이를 갖는다. 와셔 및 강재 봉을 사용함으로써 고정판으로 된 정착구를 보의 하부면에 더욱 견고하게 고정시킬 수 있다.

도6에는 보의 양단에 홈을 형성하고 이 홈 안에 강재 파이프(30)로 된 정착구를 사용하여 케블라 시트를 고정시키는 실시예에 관한 것이다. 상기 홈은 단면이 예를 들어 사각형을 취하며 강재 파이프를 수용할 수 있는 크기로 보의 단부 부분에 형성되어 있다. 강재 파이프(30)는 길이 방향을 따라 절개되어 있으며, 이 절개부(31)를 통해서 케블라 시트가 끼워진다. 이러한 정착구를 사용하는 고정 방법은 먼저, 강재 파이프의 외주면을 케블라 시트로 감고 케블라 시트의 단부를 강재 파이프의 절개부 안에 충분히 끼운 후에 강재 파이프(30)를 상기 보의 홈 안에 위치시키고 앵커 볼트로 강재 파이프를 보의 하부면에 견고하게 고정한다. 그후에, 에폭시를 홈과 원형의 강재 파이프 사이에 충전한다.

도7에는 도6에 도시된 실시예에서 강재 파이프 대신에 홈의 형상에 맞는 강재 고정판(32)을 사용한 실시예를 도시한다. 이 실시예에서는 홈의 표면에 에폭시를 먼저 도포한 후에 정착구를 설치하는 것이 도6의 실시예에서와 다르다.

도8에는 도7에 도시된 실시예의 변형 예가 도시되어 있다. 이 실시예에서는 홈이 V형을 취하고 그에 따라 강재 고정판(34)도 양측에 연장부가 있는 V형 단면을 취한다. 또한, 이 실시예에서도 홈의 표면 및 양측 연장부에 에폭시를 도포한 후에 정착구를 고정하며 보의 단부 쪽에 있는 고정판은 앵커 볼트를 사용하고 다른 단부에는 콘크리트 못(35) 또는 힐트(hilt)를 사용한다.

도9는 도8에 도시된 형태의 고정판을 2개 사용한 실시예를 도시한다. 이 실시예의 고정 방법에서는 하나의 강재 고정판(36)을 에폭시가 도포된 보의 홈에 부착한 후에 케블라 시트를 상기 고정판(36) 위에 위치시킨다. 그후에, 다른 하나의 고정판(38)을 케블라 시트 위에 위치시키고 앵커 볼트 및 콘크리트 못 또는 HILT를 사용하여 고정시킨다.

도10에는 단면이 ㄷ형인 강재 고정판(40)과 이 고정판(40)의 홈 안에 끼워지는 크기를 갖는 평판형 고정판(42)을 사용한 실시예를 도시한다. 이 방법에서는 평판형 고정판(42)의 양 표면에 에폭시를 도포한 후에 케블라 시트의 일단이 고정판(42)의 일 표면에서 시작하여 고정판을 감싸도록 위치시킨다. 그후에 케블라 시트가 부착된 고정판(42)을 ㄷ형의 고정판(40)의 홈 안에 끼우고 앵커 볼트를 사용하여 보의 소정 위치에 고정한다.

도11에는 단면이 V형인 고정판(44)을 사용한 실시예를 도시한다. 이 실시예에서는 상기 고정판(44)과 협동하는 좁고 깊은 홈(46)이 보의 하부면에 형성되어 있다. 이 실시예의 고정 방법은 먼저 홈(46)의 표면에 에폭시를 도포한 후에 도면에 도시된 것처럼 케블라 시트를 보의 홈 양쪽에서 적절하게 위치시킨다. 그후에 V형 고정판(44)을 상기 케블라 시트가 위치한 홈에 위치시킨 후에 망치 등을 사용하여 강제로 끼운다. 이 방법에서는 강재 고정판의 탄성을 이용하여 케블라 시트를 고정하므로 앵커 볼트 또는 리벳을 사용할 필요가 없다.

도12에는 보에 V형 컷팅부(48)를 형성하고 이 컷팅부의 형상에 일치하는 V형 고정판(50)을 사용한 실시예를 도시한다. 이 실시예에서는 컷팅부(48)에 케블라 시트를 위치시킨 후에 고정판(50)을 그 위에 위치시키고 볼트(52)를 사용하여 고정한다. 그후에 고정판(50)의 V형 홈 부분에 에폭시를 충전한다.

도13에는 케블라 시트로 된 섬유 패널의 여러 실시예를 도시한다. 도13의 (a)는 케블라 시트로 된 대표적인 섬유 패널을 도시한다. 이 도면에 도시된 것처럼 섬유 패널의 양단에는 이를 고정시키거나 두개의 섬유 패널을 서로 연결하기 위한 적절한 형상의 고정구(54)가 마련되어 있으며, 이 고정구(54)에는 볼트(57) 등을 끼울 수 있는 슬롯(56)이 형성되어 있다. 상기 고정구(54)는 접착제를 사용하여 고정될 수도 있고, 도13의 (b)에 도시된 것처럼 볼트 등을 사용하여 고정될 수도 있다. 도13의 (c)에는 연결판(58)을 사용하여 두개의 섬유 패널을 단부에서 서로 연결하는 방법이 도시되어 있다.

이상 케블라 시트를 교량 및 고가차도 등의 콘크리트 구조물을 보강하는 데 적용한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 콘크리트 박스, 콘크리트 우물통, 터널의 내벽면, 굴뚝, 등대 등에도 적용할 수 있다. 또한, 낙석에 대한 복도의 보강, 콘크리트의 균열 및 낙하 방지 및 염해 방지 등의 용도에도 적용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 철판 대신에 에폭시와의 접착력 및 함침성이 우수하고 가벼운 케블라 시트 및 케블라 시트의 양단을 콘크리트 구조물에 견고하게 고정할 수 있는 정착구를 사용함으로써 콘크리트 구조물과 케블라 시트 사이의 접착력을 우수한 상태로 유지할 수 있어서 콘크리트 구조물의 보강력을 증대시킬 수 있다.

Claims (13)

1. 콘크리트 구조물의 처짐 보강 방법에 있어서,

   보강할 콘크리트 구조물의 하면에 수중 접착 경화용 프라이머재를 도포하고 케블라 시트를 접착하는 단계와,

   케블라 시트 외부면에 함침재로서 수중 접착 경화용 프라이머재를 재차 도포하여 함침시키는 단계와,

   수중 접착 경화용 프라이머재가 도포된 케블라 시트 외부 면에 규사를 도포하는 단계와,

   케블라 시트의 양단부를 정착구를 사용하여 콘크리트 구조물의 양단에 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 처짐 보강 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 케블라 시트 고정 단계에서 정합되는 대향 요철면을 각각 구비하고 다수의 결합 구멍이 형성된 상부 고정판 및 하부 고정판 사이에 케블라 시트를 위치시켜 리벳을 사용하여 상기 고정판에 대해 고정하고 상부 고정판 및 하부 고정판을 앵커 볼트를 사용하여 콘크리트 구조물에 고정하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 처짐 보강 방법.
3. 제1항에 있어서, 콘크리트 구조물에 정착구가 삽입될 수 있는 형상의 홈을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 케블라 시트 고정 단계에서 상기 홈에 에폭시를 충전한 후에 케블라 시트와 정착구를 상기 홈에 삽입한 후에 앵커 볼트를 사용하여 고정시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 콘크리트 구조물의 처짐 보강 방법에 사용되는 것으로 콘크리트 구조물에 케블라 시트를 고정시키기 위한 정착구에 있어서,

   케블라 시트가 개재되는 두개의 판으로 이루어지고, 상기 판을 콘크리트 구조물에 고정시키기 위한 앵커 볼트 체결용 구멍 및 상기 케블라 시트를 상기 판에 고정시키기 위한 리벳 수용 구멍이 다수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정착구.
5. 제4항에 있어서, 상기 판의 케블라 시트 접촉면에 요철 형상의 대향면이 형성된 것을 특징으로 하는 정착구.
6. 제4항에 있어서, 상기 판에 케블라 시트를 통과시키기 위한 슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정착구.
7. 제6항에 있어서, 상기 판의 슬롯 위에 위치하는 와셔와 슬롯 부분에서 상기 와셔 하부에 위치하는 강재 봉을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착구.
8. 제4항에 있어서, 콘크리트 구조물의 하부면에 형성된 홈에 끼워지는 것을 특징으로 하는 정착구.
9. 제4항 또는 제8항에 있어서, 케블라 시트가 삽입되는 슬롯이 길이 방향으로 형성된 강재 파이프로 된 것을 특징으로 하는 정착구.
10. 제4항 또는 제8항에 있어서, 콘크리트 구조물의 홈의 단면 형상에 정합되는 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 정착구.
11. 제4항에 있어서, ㄷ형 단면을 취하는 외부 판과 이 외부 판의 내부 홈 안에 삽입되는 내부 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 정착구.
12. 콘크리트 구조물의 처짐 보강 방법에 사용되는 것으로 콘크리트 구조물에 케블라 시트를 고정시키기 위한 정착구에 있어서,

    콘크리트 구조물의 하부면에 형성된 홈 안에 탄성적으로 끼워지는 크기를 취하는 단면이 V형인 강재 판으로 된 정착구.
13. 케블라 시트의 양단에 이를 보강할 부분에 고정시키거나 두개의 케블라 시트를 서로 연결하는 데 사용되는 고정구가 마련된 섬유 패널.