KR20010036866A - 콘크리트 보강용 고인장 박판패널 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 보수 또는 보강을 위한 박판패널 및 그 제조방법에 관한 것으로서; 아라미드섬유, 유리섬유, 또는 탄소섬유 등의 고인장 섬유가 선택적으로 다수의 가닥으로 심을 형성하며, 충진재는 고온에서 경화되는 잠재성 에폭시 수지가 주를 이루는 수지류와 폴리에스텔 수지가 배합된 것으로서, 2,000mm 이하의 폭과 2mm - 6mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 함에 의해; 구성성분을 이루는 각각의 재질이 서로 유사하기 때문에 열팽창계수의 상이함에 기인한 국부적 변형이 발생되지 않으며, 우수한 내후성, 내화성으로 인하여 열악한 외부환경으로부터 구조물을 보호할 수 있게 된다.

Description

콘크리트 보강용 고인장 박판패널 및 그의 제조방법{Reinforcing high tension thin panel for concrete structure and the method of manufacturing the panel}

본 발명은 콘크리트 구조물의 보수 또는 보강을 위한 패널 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인장강도가 뛰어난 섬유, 예를 들면 유리섬유, 아리미드 섬유, 또는 탄소섬유 등이 수지(resins) 배합액에 함침되어 박판으로 소성 성형된 콘크리트 구조물의 보수 보강용 박판패널, 그 제조방법, 및 보강공법에 관한 것이다.

오늘날의 각종 콘크리트 구조물은 운송수단의 대형화로 인한 동적 하중의 증가와, 가혹한 산업환경에 노출되어 탄산가스, 아황산 가스, 각종 염화물, 또는 산성물질의 침입으로 열화되기 쉽다. 이에 따라, 강알칼리성인 콘크리트 구조물은 중성화되고 철근의 부식을 초래하게 되어 설계상의 안전강도를 보장할 수 없게 되며, 미관의 손상이 상당하게 된다.

콘크리트 구조물의 위와 같은 파손 내지 손상에 대하여, 구조물의 보수 및 보강을 위하여 다양한 공법들이 현장에서 사용되어 왔다. 예를 들면, 철판재의 접착공법, 시멘트 몰탈을 이용한 부재증설공법, 단면증가공법, 에폭시 몰탈을 주로 하는 에폭시 패널의 접착공법 등이 있다.

그러나, 철판재를 사용하는 공법은 자재의 자체하중이 과다하여 피보강재인 콘크리트면에 부착시키기 위하여는 많은 앵커볼트를 사용해야 하는바, 이는 열화된 콘크리트에 오히려 심한 손상을 증가시키는 결과가 되며, 비록 에폭시를 주입제로 사용한다 하더라도 열팽창계수의 차이에 따른 접착성에 문제가 있고, 철판 용접이음부의 재질변화에 따른 국부적 손상이 있게 된다. 또한, 철판재를 사용하는 공법은 철재의 열화성을 보충하기 위한 도장공사를 별도로 시행하여야 하며 지속적인 유지 보수작업이 필요하므로 소요되는 비용이 상당하였다.

부재증설 내지 단면증가공법은 기존의 콘크리트와 새로이 부가되는 콘크리트 사이의 접착성에 문제가 있으며, 자하중의 과도한 증가와 콘크리트의 열화환경에 대한 저항성이 없기 때문에 근래에는 사용되지 않는 공법이다.

섬유보강 에폭시 패널의 접착공법에서 발생되는 문제는 패널의 제작시 사출성형 또는 프레스 성형이 불가능한 재료를 사용하므로 패널의 균질성 확보가 문제되며, 패널 내부에 많은 기포가 형성되고 인장력이나 휨에 대하여 취약하기 때문에 충격에 의한 취성파괴를 일으키며, 고정용 앵커볼트를 삽입시 패널자체의 앵커 홀(hole) 주위에 균열이 발생하며 피접착부와의 탈락이 종종 발생하는 것이었다.

에폭시 수지류를 이용한 접착공법에 있어 가장 문제되는 부분은 무기물인 섬유재와 유기물인 수지류의 함침인바, 함침할 경우의 최적 온도는 150℃ - 170℃ 정도이지만, 현장시공시에는 가온이 불가능하여 상온 경화성 에폭시를 사용하여 접착하는 관계로 함침력이 저하된다. 에폭시 접착이 시행되었더라도 주인장보강층인 섬유를 충분히 보호해 줄 수 있는 도막의 층이 너무 얇고 자외선에 노출되는 경우 물성변화에 민감하여 쉽게 균열이 발생하고 취성파괴현상을 일으키는 경우가 있게 되었다.

상기한 문제에 대한 본 발명의 목적은, 심하게 손상 내지 파손된 콘크리트 구조물의 설계상 안전강도를 회복 내지 유지시키게 하며, 시공후 지속적인 유지보수의 필요성을 감소시키며, 환경오염물질의 침투에 의한 구조물의 손상을 방지하며, 조형물의 미감을 손상시키지 않는 상태에서 시공할 수 있게 하며, 용이한 시공을 가능하게 하여 공사비용의 절감 및 공기 단축을 가능하게 하는 데 있다.

이를 위해, 본 발명은 기본적으로 뛰어난 인성을 가지는 패널을 제공한다. 패널은 바람직하게는 경량일 것이 요구되며, 이음부가 없는 단일판이 가장 바람직할 것이다. 또한, 패널은 미감을 위해 색상별로, 또한 요구되는 강도에 따른 다양한 사양으로 제작되는 것이 바람직할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고인장 박판패널의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 박판패널의 제조공정을 도시하는 공정도.

도 3은 본 발명에 따른 고인장 수지패널인 박판패널에 의한 바람직한 시공상태를 도시하는 보수 보강된 콘크리트 구조물의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 박판패널 24 : 사출 성형기

30 : 수지류 배합액 42 : 시링(sealing)

44 : 충진용 에폭시 수지 50 : 콘크리트 구조물

상기된 목적은, 고온에서 경화되는 잠재성 에폭시수지가 주를 이루는 수지류인 충진재에; 유리섬유, 아라미드섬유, 또는 탄소섬유 등의 고인장 섬유가 선택적으로 함침되어 다수의 가닥으로 심을 형성하는 것으로서, 2,000mm 이하의 폭과 2mm - 6mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 고인장 박판패널에 의해 달성된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고인장 수지패널(10)의 단면도이다.

패널의 몸체(2)를 구성하는 충진재로서는 수지류가 사용된다. 인장강도 내지 휨강도를 유지하도록 하는 심은 다수 가닥의 섬유가 충진재 내에 고르게 분포되어 형성된다. 패널의 구성비는 수지체의 내부에 고르게 분포된 섬유의 심이 60% - 85%, 수지류가 15% - 40%이며, 더욱 바람직하게는 섬유의 심이 75% - 80%, 수지류가 20% - 25%이다. 패널은 상면에 로빙 크로스(roving cross) 섬유메시(4)가 접착되며, 저면에는 리브(6, rib)가 길이방향으로 돌출 형성된다. 섬유메시 내지 리브는 패널의 강성을 증가하는 기능을 하며, 특히 섬유메시는 시공에 있어서 패널과 충진용 에폭시수지(후술됨)의 접착성을 향상시킨다. 리브는 그의 형상 내지 수가 단지 도시된 것에 한정되지 않으며, 다양하게 변경되어 제공될 수 있겠지만, 강도의 향상을 기할 수 있는 형상이 바람직하다.

패널(10)은 두께가 10mm 이하의 박판이며, 보다 바람직하게는 2mm - 4mm 이다. 또한 패널은 폭이 2,000mm 이하로서, 보다 바람직하게는 100mm - 1,000mm 정도로서, 롤형태로 감겨져 밴딩되어 제공된다. 이와 같은 형태로 제공되는 패널은 시공에 있어서, 패널의 이음부를 최소화할 수 있게 한다.

섬유는 아라미드섬유, 유리섬유, 또는 탄소섬유 등의 일방향 고인장섬유가 선택적으로 사용되며, 그의 선정은 패널이 요구하는 강성에 따라 이루어질 것이다. 패널의 두께 내지 폭 또한 구조물의 특성에 따라 주문제작될 수 있을 것이며, 규격화하여 각 종류별로 제공될 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 보강패널의 제조공정을 도시하는 공정도이다.

아라미드섬유, 유리섬유, 또는 탄소섬유 등의 일방향 고인장 섬유(8)는 다수의 크릴(20, creel)에 감겨져 거치된다. 각각의 섬유는 단지 한종류가 사용될 수 있으며, 혼용되어 사용되는 방식이 배제되지 않는다.

한편, 에폭시수지를 포함하는 수지액(30)은 폴리에스텔 수지 및 소정의 첨가제가 배합된후 배스(22, bath)에 저장된다. 섬유는 수지배스를 통과하는 과정에서 수지액에 함침되며, 수지와 섬유의 함침물은 사출성형기의 금형(24)을 통과함으로써 패널의 형상, 즉 패널원재(10')가 마련된다. 패널원재(10')는 사출기를 통과한후 가열판(26, heat plate)에 의해 150℃ 이상의 고온에서 경화되며, 카타필러(caterpillaer) 방식의 풀러(28, puller)에 의해 토출된다. 사출성형된 패널의 일면에는 로빙 크로스(roving cross) 섬유메시(4, mesh)가 접착소성된다. 섬유메시는 패널의 인장강도를 향상시키기 위한 보조수단이며, 패널에 가해지는 하중을 분배하는 기능을 한다. 섬유메시는 에폭시류의 접착제에 의해 소성경화공정을 거친 후의 패널 일면에 접착될 수 있으며, 또는 경화공정의 전단계에서 직접 수지배합액에 함침되어 소성될 수도 있다. 도면부호 32는 연속적으로 토출되는 패널을 출고하기에 적당한 길이로 절단하기 위한 커팅수단을 도시한다.

완성된 박판패널(10)은 롤링수단에 의해 강판과 같이 롤형태로 감겨져 제공될 수 있으며, 작업자는 현장에서 필요한 길이로 절단하여 작업할 수 있게 된다.

여기서, 수지류는 에폭시가 주요한 구성성분을 이루며, 불포화 폴리에스텔 수지 등이 첨가됨으로써 이루어진다. 사용되는 에폭시 수지는 상온에서는 경화되지 않으며, 150℃ 이상에서 경화되는 잠재성인 것이 특징이며, 이에 의해 섬유의 함침성이 증가되어 섬유와 수지의 분리에 의한 문제가 발생되지 않는다.

사용된 섬유별로 보면 완성된 패널의 인장강도는 다음과 같다.

유리섬유 사용시는 3,340kg/cm², 아라미드 섬유 사용시는 7,380kg/cm^2,, 탄소섬유 사용시는 7,910kg/cm²이다. 이는 철판의 인장강도인 2,400kg/cm²보다 월등히 우수하여 취약해진 콘크리트에 대해 훌륭한 보강재로서의 기능을 수행할 수 있음을 보여준다.

도 3은 본 발명에 따른 고인장 수지패널인 박판패널에 의한 바람직한 보강공법를 설명하기 위해 도시된 보수 보강된 콘크리트 구조물(50)의 단면도이다.

박판패널(10)은 치핑(chipping) 내지 블래스팅(blasting)에 의해 하지정리된 콘크리트의 피착면에 수 개의 앵커볼트(40)에 의해 고정된다. 박판패널의 측단과 피착면 사이의 공간은 시링(42, sealing)에 의해 일정부분이 메워진다. 충진용 액상 에폭시를 주입하기 위한 주입구(도시되지 않음)는 패널의 측부를 따라 시링부의 수 곳에 형성된다. 또한 충진용 에폭시 주입시 공기의 유출 통로인 배기구(도시되지 않음)는 상기 주입구와 교번하여 형성된다.

충진용 액상 에폭시 수지(44)는 주입구를 통해 고압에서 저압으로, 또한 저압에서 고압으로 순차적으로 주입된다. 가공성, 접착성이 우수한 에폭시수지는 시공면의 미세한 균열부로 충진되어 경화제에 의해 경화되며, 공사면과 패널의 접착력을 더욱 공고하게 한다.

충진용 에폭시 수지는 가소성이며, 경화제는 약알카리성이 사용된다. 이에 의해, 충진층은 알카리성의 콘크리트와 유사한 PH를 갖게 되어 물성 차이에 의해 발생되는 박리 또는 변형 등의 문제가 발생되지 않는다. 또한 경화제는 어느 정도의 친수성 물질이 사용되는 것이 바람직하다.

상기한 구성 및 제조공정을 특징으로 하는 고인장 박판패널은 그의 성분을 이루는 각각의 재질이 서로 유사하기 때문에 열팽창계수의 상이함에 기인한 국부적 변형이 발생되지 않으며, 경량이므로 구조물에 부가적인 하중을 가하지 않게 된다. 또한 상기의 고인장 박판패널은 에폭시수지의 일반적인 특성에 따른 우수한 내후성, 및 내화성으로 인하여 열악한 외부환경으로부터 구조물을 보호할 수 있게 되며, 내구성이 우수하여 보수작업에 소요되는 비용을 절감한다.

본 발명에 의한 박판패널은 앵커볼트와 에폭시 충진제에 의해 구조물과 완전히 일체가 되어 거동함으로써, 구조물의 보수 보강효과를 극대화 한다.

또한, 본 발명에 의한 박판패널은 그에 의한 시공이 용이하여, 공사기간을 단축시킬 수 있으며, 공사비용을 절감하는 우수한 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 의한 박판패널은 롤형태로 감겨져 제공됨으로써, 이음부를 최소화 함에 의해 패널 사이의 이음부에서 발생될 수 있는 국부파손 등의 문제를 없게 한다.

Claims (5)

150℃ 이상의 고온에서 경화되는 잠재성 에폭시수지가 주를 이루는 충진재에; 유리섬유, 아라미드섬유, 또는 탄소섬유 등의 고인장 섬유 가운데 적어도 한종류 이상이 일방향으로 고르게 분포하도록 함침되어 형성되는 섬유심을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 고인장 박판패널.

제 1항에 있어서, 일면에 로빙 크로스(roving cross) 섬유메시(mesh)가 더욱 접착되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 고인장 박판패널.

제 1항에 있어서, 상기 수지류와 상기 섬유심의 구성비는 상기 수지류가 20% - 30%이며, 상기 섬유심이 70% - 80%인 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 고인장 박판패널.

유리섬유, 아라미드섬유, 또는 탄소섬유 등의 고인장 섬유 가운데 적어도 한종류 이상의 섬유를 고온에서 경화되는 잠재성 에폭시수지가 주를 이루는 수지류에 선택적으로 함침시키는 함침공정과; 2,000mm 이하의 폭과 10mm 이하의 두께로 패널원재를 인발성형하는 1차성형공정과; 인발성형된 상기의 패널원재에 압력과 열을 가하여 소성경화하는 제 2차 성형공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 고인장 박판패널의 제조방법.

유리섬유, 아라미드섬유, 또는 탄소섬유 등의 고인장 섬유 가운데 적어도 한종류 이상의 섬유를 고온에서 경화되는 잠재성 에폭시수지가 주를 이루는 수지류에 선택적으로 함침시키는 함침공정과; 2,000mm 이하의 폭과 10mm 이하의 두께로 패널원재를 인발성형하는 1차성형공정과; 인발성형된 상기의 패널원재에 압력과 열을 가하여 소성경화하는 제 2차 성형공정을 포함하는 공정에 의해 제작된 콘크리트 보강용 고인장 박판패널을,

볼트수단 및 시링(sealing)에 의해 손상 또는 열화된 콘크리트 구조물 표면에 고정 접착하는 단계와;

콘크리트 구조물 표면과 상기 박판패널 사이의 공간에 에폭시 수지를 주입할 수 있도록 주입구 및 배기구를 형성하는 단계와;

상기 주입구를 통해 상기 에폭시 수지를 상기 박판패널과 상기 콘크리트 구조물 표면 사이의 공간에 충진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수 보강공법.