KR20030025471A - 고강도 콘크리트 또는 모르타르와 강재를 이용한프리캐스트 프리스트레스트 보강재 및 이를 이용한철근콘크리트 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리스트레스 힘이 도입된 강재를 고강도 콘크리트 또는 모르타르에 매립하여, 강재를 고강도 콘크리트 또는 모르타르로 피복함으로써 강재의 부식 위험을 대폭 감소시키며, 보강재를 공장에서 사전 제작한 후 현장에서 타설되는 콘크리트와 합성시키므로써 콘크리트 구조물과의 합성작용을 통하여 콘크리트 구조물을 보강하는 새로운 형식의 철근콘크리트 구조물 보강용 프리캐스트 프리스트레스트 보강재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 보강재는 공장에서 프리캐스트 방식에 의하여 사전 제작되므로 그 형상을 자유롭게 할 수 있고, 고강도 콘크리트 또는 모르타르의 품질 변동을 최소화 할 수 있으며, 시간에 따른 강재의 프리스트레스 힘의 손실을 최소화 할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 보강재는 거푸집과 보강재로 동시에 사용할 수 있는 장점이 있으므로 거푸집 제작에 수반되는 비용의 절감, 공기단축 등 시공의 수월성을 확보할 수 있다.

본 발명에 따르면, 수밀성이 우수한 고강도 콘크리트 또는 모르타르를 이용하여 프리스트레싱 강재를 피복하고 있으므로 강재의 부식을 방지할 수 있으며, 그에 따라 강재의 부식으로 인한 콘크리트 구조물의 내구성 저하를 방지할 수 있다.

Description

고강도 콘크리트 또는 모르타르와 강재를 이용한 프리캐스트 프리스트레스트 보강재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물 {Precast Prestressed Reinforcing Elements Using High-strength Concrete or Mortar, and Reinforced Concrete Structures Using Such Elements}

본 발명은 일반적인 철근콘크리트 구조물의 보강재로 쓰이는 철근 또는 프리스트레싱 강재를 대체할 수 있는 철근콘크리트 구조물의 보강재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고강도 콘크리트 또는 모르타르와 강재를 이용하여 강재의 부식을 방지하고 그에 따라 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있는 새로운 구성의 프리캐스트 프리스트레스트 보강재(Precast Prestressed Reinforcing Elements) 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트 구조물의 보강재로서 일반적으로 철근 또는 프리스트레싱 강재 등이 사용된다. 그러나, 철근, 강선 등의 보강재는 부식에 매우 취약하고, 이러한 보강재의 부식은 결국 보강재로서의 기능을 상실하게 하여 콘크리트 구조물의 내구성을 저하시키는 요인이 된다. 특히, 철근콘크리트 구조물의 인장측에 배근된 인장 철근이나 프리스트레스 힘이 도입된 프리스트레싱 강재의 부식은 구조물의 성능 자체를 저하시키는 요인이 된다.

철근, 강선 등의 보강재의 부식 가능성을 줄이기 위하여, 콘크리트 피복두께를 소정 값 이상으로 유지하는 방법이 시도되고 있으나, 설계 규정상 피복두께가 2 ~ 6 ㎝로 제한되어 있기 때문에, 현장에서의 콘크리트 타설과정에서 시공오차가 발생할 경우 위와 같은 설계 규정에 따른 충분한 피복두께의 확보가 어렵다.

한편, 위와 같은 강재로 이루어진 보강재의 부식에 의한 문제점을 해결하기 위하여, 철근의 표면에 에폭시를 도포하여 막을 형성한 에폭시 도막 철근을 사용하는 방법이 제안되었으나, 에폭시 도막 철근의 경우에도 에폭시 도포에 따른 비용상승, 철근과 콘크리트간의 슬립 문제 등이 아직 완전하게 해결된 상태가 아니다.

그 외에도 유리섬유, 폴리머 복합소재 섬유, 탄소섬유 등이 부식의 우려가 없는 보강재로서 사용되고 있으나, 콘크리트와의 부착성능이 나빠서 일체로 거동하기가 힘들며, 열팽창계수 등의 역학적 성질이 콘크리트와 맞지 않아 장기적인 거동이 문제가 되었고, 형태를 자유롭게 할 수 없다는 문제점 등이 아직 미해결상태로 남아 있다.

한편, 기존의 보통강도 콘크리트의 물리적 성질을 크게 개선한 고강도 콘크리트 또는 모르타르를 현장 타설 콘크리트로 직접 사용하여 구조물내의 역학적 성능향상과 내구성 향상을 꾀하려는 시도가 계속되고 있다.

이러한 고강도 콘크리트 또는 모르타르는 높은 강도를 갖는다는 장점에도 불구하고, 현장에서 타설할 경우 현장의 환경적 요인에 의한 품질의 변동이 커서 시공관리가 어렵고, 콘크리트의 수화열과 자기수축이 증가하여 큰 표면 인장응력이 발생하며, 응력 재분배 능력의 감소에 따른 응력 집중현상이 증가하여 인장균열이 쉽게 발생하는 등의 문제점 등이 아직 해결되지 않고 있다.

이에 본 발명은 고강도 콘크리트 또는 모르타르를 이용하여 상기와 같은 종래의 철근 또는 프리스트레싱 강재가 가지는 한계를 극복하고자 제안된 것으로서, 프리스트레스 힘이 도입된 강재를 고강도 콘크리트 또는 모르타르에 매립하여 강재의 표면을 고강도 콘크리트 또는 모르타르로 피복함으로써 강재의 부식 위험을 대폭 감소시키며, 고강도 콘크리트 또는 모르타르의 피복을 공장에서 타설하여 보강재 전부를 사전 제작한 후, 현장에서 타설되는 콘크리트와 합성시키므로써 콘크리트 구조물과의 합성작용을 통하여 콘크리트 구조물을 보강하는 새로운 형식의 철근콘크리트 구조물 보강용 프리캐스트 프리스트레스트 보강재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1a는 본 발명의 보강재에 따른 일실시예로서 정사각형 단면을 가진 실시예를 개략적으로 도시한 것이며,

도 1b는 본 발명의 보강재에 따른 또다른 실시예로서 원형 단면을 가진 실시예를 개략적으로 도시한 것이며,

도 1c는 본 발명의 보강재에 따른 또다른 실시예로서 강재가 나란하게 배치된 형태의 사각형 단면을 가진 실시예를 개략적으로 도시한 것이며,

도 1d는 본 발명의 보강재에 따른 또다른 실시예로서 강재가 2열로 배치된 형태의 사각형 단면을 가진 실시예를 개략적으로 도시한 것이며,

도 1e는 본 발명의 보강재에 따른 또다른 실시예로서 강재가 나란하게 배치된 U형 단면을 가진 실시예를 개략적으로 도시한 것이며,

도 2a는 본 발명의 보강재가 사용된 철근콘크리트 T형 보의 개략적인 단면도이고,

도 2b는 본 발명의 보강재가 사용된 슬래브 교량의 개략적인 단면도이고,

도 2c는 본 발명의 보강재가 사용된 하프슬래브의 개략적인 단면도이고,

도 2d와 도 2e는 본 발명의 보강재가 사용된 거더교의 개략적인 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 보강재 11 강재

12 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 긴장에 의하여 사전에 프리스트레스 힘이 도입되어 있는 강재와, 현장이 아닌 공장에서의 타설에 의하여상기 강재를 소정 두께로 피복하는 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 보강용 프리캐스트 프리스트레스트 보강재가 제공된다.

또한, 상기 고강도 콘크리트 및 모르타르 피복부(12)의 피복두께는 1~4㎝인 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는 철근콘크리트 구조물의 인장측에 사용되는 철근 또는 프리스트레싱 강재를 대신하여, 위의 본 발명에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 보강재를 구비한 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물이 제공된다.

이하, 본 발명의 구성을 첨부된 예시도면에 도시된 실시예에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1a 내지 도 1e에서는 본 발명에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 보강재의 다양한 실시예가 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 보강재(10)는, 긴장에 의하여 사전에 프리스트레스 힘이 도입되어 있는 강재(11)와, 상기 강재(11)를 소정 두께로 피복하고 있는 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)로 구성되어 있다.

상기한 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)를 구성하는 고강도 콘크리트 또는 고강도 모르타르는 400kg/㎠ 내지 600kg/㎠ 의 압축강도를 가진다. 상기한 고강도 콘크리트 또는 고강도 모르타르 자체는 종래에 이미 개발되어 있는 기술에 의하여 물/시멘트비, 골재의 배합비 등을 정하여 상기한 압축강도를 가지도록 제작된다.

상기한 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12) 내에는 강재(11)가 매립되어 있다. 즉, 강재(11)는 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)에 의하여 표면이 소정 두께로 피복되어 있는 것이다. 이와 같이, 본 발명에서는 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)가 강재(11)를 소정 두께로 피복하고 있으므로, 고강도 콘크리트 또는 모르타르의 수밀성에 의하여 강재(11)로의 수분 침투가 제지되어 강재의 부식 가능성이 거의 없게 된다.

도 1a에는 사각형 단면의 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)의 중앙에 하나의 강재(11)만이 매립되어 있는 실시예가 도시되어 있으며, 도 1b에는 원형 단면의 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)의 중앙에 하나의 강재(11)만이 매립되어 있는 실시예가 도시되어 있다. 도 1c에는 직사각형 단면의 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)의 중앙에 다수개의 강재(11)가 일렬로 나란하게 매립되어 있는 실시예가 도시되어 있으며, 도 1d에는 사각형 단면의 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)의 중앙에 다수개의 강재(11)가 2열로 나란하게 매립되어 있는 실시예가 도시되어 있고, 도 1e에는 U형 단면의 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)의 중앙에 다수개의 강재(11)가 단면형태에 나란하게 매립되어 있는 실시예가 도시되어 있다.

이와 같이, 본 발명에 있어서, 강재(11)가 매립되어 있는 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)의 단면형상은 원형, 정사각형, 직사각형, T자형, U자형 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 상기 피복부(12)의 매립되는 강재(11)의 개수및 배열형태 역시 구조물의 보강정도에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 고강도 콘크리트 또는 모르타르는 높은 수밀성을 가지고 있으므로 상기 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)의 두께는 1~4㎝로 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 보강재의 단면 치수 역시 다양하게 변화될 수 있는데, 그 구체적인 일례로서, 도 1a 내지 도 1e에 표시된 바와 같이, 정사각형 단면의 경우는 일변의 길이가 4 - 10cm가 적당하며(도 1a), 원형 단면의 경우는 지름이 약 4 - 10cm가 바람직하다(도 1b). 도 1c에 도시된 직사각형 단면의 경우도 그 높이가 4 - 10cm이면 적당하며, 강재가 다수 열로 배열된 도 1d의 실시예의 경우는 가로 및 세로의 길이를 10cm 이상이면 무방하다. 또한, 단면의 형태가 다른 도 1e의 실시예의 경우도 두께가 4~10cm 이면 적당하며 가로 및 세로의 길이는 따로 제한할 필요가 없다.

한편, 본 발명에 있어서, 상기한 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12) 내에 매립되는 강재로는 통상의 프리스트레스트 콘크리트의 긴장재로서 사용되는 강봉, 스트랜드 등이 사용되며 10,000kg/㎠의 강도(fy)를 갖는 것이 바람직하다. 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12) 내에 매립되는 상기 강재(11)는 프리스트레싱되어 긴장력이 도입되어 있다.

상기한 구성을 가진 본 발명의 보강재(10)는 현장에서 제작되는 것이 아니라 사전에 공장에서 제작된다. 즉, 프리캐스트 방식에 의하여 제작되는 것이다. 구체적으로, 우선 강재(11)를 긴장하여 소정의 프리스트레스 힘을 도입한다. 프리스트레스트된 강재(11)를 몰드에 위치한 후, 배합된 고강도 콘크리트 또는 모르타르를 타설하여 경화시키므로써 보강재(10)를 제작하는데, 이러한 보강재(10)의 제작과정은 현장이 아닌 공장에서 이루어지는 것이다.

위와 같은 프리캐스트 방식으로 제작된 본 발명에 따른 보강재(10)는 현장으로 운반되어 후술하는 바와 같이, 콘크리트 구조물의 보강을 위하여 사용된다.

이와 같이 본 발명의 보강재는 공장에서 생산되므로, 현장에서의 고강도 콘크리트 또는 모르타르의 타설과는 달리, 고강도 콘크리트 또는 모르타르의 품질을 체계적으로 관리할 수 있어 품질의 변동을 최소화할 수 있게 되고, 시간에 따른 프리스트레스 힘의 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 공장생산을 통하여 다양한 단면 형상과 크기를 갖는 보강재의 생산이 가능하며 그에 따라 우수한 현장 적응성을 갖게 된다.

다음에서는 본 발명에 따른 보강재(10)를 이용한 철근콘크리트 구조물의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

<실시예1>

도 2a에는 정사각형 단면을 가진 본 발명에 따른 보강재(10)가 T형 단면의 콘크리트 보(100)의 보강재로서 사용된 실시예의 단면이 개략적으로 도시되어 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보강재(10)는 콘크리트 보의 철근 대용 또는 프리스트레싱 강재 대용으로 사용될 수 있는데, 그 과정을 살펴보면, 우선 정사각형 단면(원형 단면도 무방함)의 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)의 중앙에 강재(11)가 매립되어 구성된 본 발명에 따른 보강재(10)를 공장에서 사전에 제작한다. 공장에서 제작된 보강재(10)를 현장으로 운반하여, 적용될 콘크리트 보(100)의 거푸집 내부의 인장측에 배치하고, 그 외의 부분에는 통상의 콘크리트(압축강도 300kg/㎠ 이상 400kg/㎠ 미만)(101)를 현장 타설하여 채움으로써 이미 설치되어 있던 본 발명에 따른 보강재(10)와 일체로 합성하여 콘크리트 보의 제작을 완료한다.

필요에 따라서는, 현장 타설 콘크리트(101)와 보강재(10)의 더욱 확실한 합성을 위하여, 보강재(10)의 공장 제작시 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)에 스터드, 연결 볼트 등의 연결재(도시되지 않음)를 미리 설치하는 것도 바람직하다.

도 2a에서 도면부호 102는 콘크리트 보(100)의 보강철근(102)을 나타낸다.

<실시예2>

도 2b에는 슬래브 교량(200)에 정사각형 단면을 가진 본 발명에 따른 보강재(10)를 적용한 실시예가 도시되어 있다. 즉, 콘크리트 슬래브 교량(200)의 인장측에 정사각형 단면을 가진 본 발명에 따른 보강재(10)를 배치하여 보강한 것이다. 기타 사항은 상기한 실시예1과 동일하다. 도 2b에서 도면부호 201은 현장타설 콘크리트(201)를 나타내며, 도면부호 202는 슬래브 교량(200)의 슬래브 내에 배치된 보강철근(202)을 나타낸다.

<실시예3>

도 2c는 콘크리트 슬래브(300)에 본 발명에 따른 보강재(10)를 적용한 실시예를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 보강재(10)를 판형 단면으로 공장 제작한 후, 이를 콘크리트 슬래브(300)의 보강재로 활용하는 것이다.

이 경우, 도면에 도시된 바와 같이, 보강재(10)가 슬래브(300)의 하부로 될 수 있으므로, 스래브의 현장 콘크리트 타설시 보강재(10)가 거푸집의 역할을 하게 되며 그에 따라 별도의 거푸집 설비가 필요없게 되고 그 결과 시공비를 절감하게 된다(이러한 형태의 슬래브는 하프 슬래브로 불린다.).

도 2c에서 도면 부호 301은 현장 타설 콘크리트(301)를 나타낸다.

<실시예4>

도 2d는 콘크리트 거더교(400)에 본 발명에 따른 보강재(10)를 적용한 실시예를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 보강재(10)를 U형 단면으로 공장 제작한 후, 이를 콘크리트 거더교(400)의 거더로 활용하는 것이다.

이 경우, 도면에 도시된 바와 같이, 보강재(10)가 거더교(400)의 거더 표면부로 될 수 있으므로, 거더 부분의 현장 콘크리트 타설시 보강재(10)가 거푸집의 역할을 하게 되며 그에 따라 별도의 거푸집 설치가 필요 없게 되고 그 결과 시공비를 절감할 수 있게 된다.

도 2d에서 도면부호 401은 현장 타설 콘크리트(401)를 나타낸다.

<실시예5>

도 2e는 콘크리트 거더교(500)에 본 발명에 따른 보강재(10)를 적용한 실시예를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 보강재(10)를 I형 단면으로 공장 제작한 후, 이를 콘크리트 거더교(500)의 거더로 활용하는 것이다.

이 경우, 도면에 도시된 바와 같이, 보강재(10)의 하단부가 직접 거더교(500)의 거더 하단부로 될 수 있으므로, 거더부분의 현장 콘크리트 타설시 보강재(10)가 거푸집의 역할을 하게 되며 그에 따라 하단부에는 별도의 거푸집 설치가 필요 없게 되고 그 결과 시공비를 절감할 수 있게 된다.

도 2e에서 도면부호 501은 현장타설 콘크리트(501)를 나타낸다.

본 발명에 따른 보강재(10)는 고강도 콘크리트 또는 모르타르를 피복부로 사용하므로 우수한 수밀성과 내구성을 갖고 있다. 따라서, 본 발명의 보강재는 위에서 예시한 실시예 이외에도 철근콘크리트 부재 또는 프리스트레싱 강재가 사용될 수 있는 모든 곳에 철근 또는 프리스트레싱 강재를 대신하여 사용할 수도 있고, 그 밖의 기초 구조물, 유해 화학물질에 노출된 환경하의 콘크리트 구조물(예를 들면, 지중 암거 벽체, 하수 처리장 구조물, 기타 유해 화학물질 저장구조물) 등에도 광범위하게 사용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 보강재(10)는 콘크리트 구조물에 사용되던 보강철근 및 프리스트레싱 강재를 대체하는 것으로서, 수밀성이 우수한고강도 콘크리트 또는 모르타르를 이용하여 프리스트레싱 강재를 피복하고 있으므로 강재의 부식을 방지할 수 있으며, 그에 따라 강재의 부식으로 인한 콘크리트 구조물의 내구성 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 강재의 부식에 의하여 내구성에 심각한 저하를 가져오는 기초 구조물, 지하암거, 하수처리장 구조물, 기타 유해 화학물질 저장구조물에 사용되는 경우, 이들 구조물의 내구성을 현저하게 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 보강재(10)는 공장에서 프리캐스트 방식에 의하여 사전 제작되므로 그 형상을 자유롭게 할 수 있고, 고강도 콘크리트 또는 모르타르의 품질 변동을 최소화 할 수 있으며, 시간에 따른 강재의 프리스트레스 힘의 손실을 최소화 할 수 있게 된다.

그 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 보강재(10)는 거푸집으로 사용할 수 있으므로, 거푸집 비용절감, 공기단축 등 시공의 수월성을 확보할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 보강재(10)는 철근을 사용하는 거의 모든 철근 콘크리트 구조물에 사용될 수 있으므로 적용범위가 넓다.

Claims (3)

1. 긴장에 의하여 사전에 프리스트레스 힘이 도입되어 있는 강재(11)와, 공장에서의 타설에 의하여 상기 강재(11)를 소정 두께로 피복하는 고강도 콘크리트 또는 모르타르 피복부(12)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 보강용 프리캐스트 프리스트레스트 보강재.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고강도 콘크리트 및 모르타르 피복부(12)의 피복두께는 1~4㎝인 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물 보강용 프리캐스트 프리스트레스트 보강재.
3. 철근콘크리트 구조물의 인장측에 사용되는 철근 또는 프리스트레싱 강재를 대신하여, 제1항의 프리캐스트 프리스트레스트 보강재를 구비한 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물.