KR20030038135A - 탄소섬유 형틀을 영구 거푸집으로 이용하는 콘크리트구조물 시공방법 - Google Patents

탄소섬유 형틀을 영구 거푸집으로 이용하는 콘크리트구조물 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소섬유 형틀을 영구 거푸집으로 이용하는 콘크리트 구조물 시공방법에 관한 것으로서, 기존의 건축구조물 시공을 위한 콘크리트 타설시에 사용되어지던 거푸집 대용으로 탄소섬유형틀을 활용하고 타설된 콘크리트가 양생된 후에는 유근 또는 무근 콘크리트와 일체형의 구조물이 되어 본 구조물의 일부로 이용함으로서 구조물의 물량을 감소시킴과 동시에 기존 거푸집의 설치, 해체과정을 완전히 생략하여 시공과정에서의 공기단축은 물론 이로인하여 공사비가 대폭 절감되어질 수 있도록 한다.
또한, 교각 시공등의 토목공사에 이용할 경우 상기한 건축구조물에서의 장점과 함께 세굴에 따른 교각의 침식을 예방하여 집중호우나 태풍에 의한 교량의 피해를 원천적으로 방지함과 함께, 세굴에 따른 교각붕괴를 방지할 수 있게 되어 교각의 보수보강에 사용되는 추가 경비를 절감할 수 있게됨은 물론 교각붕괴를 방지하여 국가 인프라 구조물의 안전에 기여할 수 있도록 한다.
이를 실현하기 위한 본 발명의 시공방법은, 지하부 및 지상부를 시공하는 건축공사 또는 토목공사의 기초 및 교각, 슬래브 등의 시공시 콘크리트 구조물을 구축함에 있어서, 탄소섬유를 이용하여 다양한 형태의 형틀을 제작하는 단계; 상기 제작되어진 탄소섬유 형틀을 해당 기둥, 보, 벽체, 슬라브 구축부위, 또는 기초 및 교각, 슬래브 구축을 위한 필요부위에 설치하는 단계; 상기 설치된 탄소섬유 형틀내에 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계; 상기 콘크리트 타설 및 양생 후 탄소섬유형틀을 본 구조물의 일부로 이용하는 단계; 를 포함하여 시공이 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

탄소섬유 형틀을 영구 거푸집으로 이용하는 콘크리트 구조물 시공방법{A CONCRETE CONSTRUCTION METHOD USING CARBON FIBER MOLD}
본 발명은 탄소섬유 형틀을 영구거푸집으로 이용하는 콘크리트 구조물 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축공사 및 토목공사의 교각 및 기초, 슬래브 등의 시공시 거푸집을 대체할 수 있는 탄소섬유 형틀을 영구 거푸집으로 이용하여 콘크리트 구조물을 효과적으로 시공함과 아울러 탄소섬유 형틀을 본 구조물의 일부로 활용하기 위한 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축물과 같은 구조물의 시공에 있어서, 건물의 기둥, 보, 벽체 등의 시공은 유니트 패널로 이루어진 거푸집을 복수개 결합하여 하나의 벽체면을 형성하고, 슬라브는 합판과 각재를 이용하여 지지대를 받쳐서 슬라브면을 형성하며, 상기 벽체면이나 슬라브면을 형성한 거푸집에 콘크리트를 타설하여 벽체와 슬라브를 동시에 구축하고 있다.
즉, 이는 도 1에 도시된 바와같이 보의 거푸집 설치 형태에 따라 거푸집(1)을 설치하고(a), 그 내부에 철근(2)배근을 하여 보강지지부를 형성하며(b), 거푸집 내부에 콘크리트(3)를 충진과 함께 양생시키게되고(c), 양생후에는 거푸집(1)을 제거함으로(d) 원하는 형태의 구조물이 완성되어지는 일련의 작업과정을 거치게 된다. 이때 배근되어진 철근으로 이루어지는 보강부재는 양생된 콘크리트의 지지력을 보강하여 견고한 보를 얻게 되는 것이다.
그러나, 종래에 건축물 시공과정에서는 거푸집의 설치후 강도보강을 위해 철근을 필수적으로 배근해야 함으로 공기가 연장되어질 수 밖에 없는 문제점이 있었다.
또한, 토목공사의 경우는 철근콘크리트 교각의 시공시 역시 상기 건축공사에서와 마찬가지로 거푸집 사용으로 인한 각종 폐해가 발생되어짐에 더불어 교각과기초에 균열이 발생되어, 발생되어진 균열을 통해 공기, 물이 유입되고, 콘크리트가 침식되어 교각이 부실하게 될 뿐 아니라, 철근이 쉽게 부식되어지게 된다. 따라서 이러한 균열 및 부식으로 인해 해마다 교각의 보수, 보강을 위해 막대한 예산이 소요되는 등 국가경제의 손실요인으로 작용하는 문제점이 발생할 수 밖에 없었다.
본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 건축 및 토목공사에서 탄소섬유로 제작되어진 형틀을 사용하여 기둥, 보, 슬라브 및 교각의 기초 및 슬래브 구조물을 형성시킨 후 이를 영구 구조물인 본 구조체의 일부로 사용토록 함으로서 건축 구조물의 시공에 따른 시공기간 단축 및 공사비용 절감의 효과를 나타날 수 있도록 하는데 목적이 있다.
도 1은 종래 거푸집을 이용한 철근 콘크리트 보의 시공과정도.
도 2는 본 발명의 탄소섬유 형틀을 이용한 무근 콘크리트 구조물 보의 시공 개념도.
도 3은 본 발명의 탄소섬유 형틀을 사용한 접합부 평단면도.
도 4는 본 발명의 탄소섬유 형틀을 사용한 교각콘크리트 타설 개념도.
도 5는 교각콘크리트 타설후 형틀과 일체화 되어진 교각 구조도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10,11 : 탄소섬유형틀12 : 접합부철근
13 : 콘크리트14 : H 빔
20,23 : 탄소섬유 형틀21 : 콘크리트 우물통기초
22 : 받침대
상기 목적은, 지하부 및 지상부를 시공하는 건축공사 또는 토목공사의 기초 및 교각, 슬래브 등의 시공시 콘크리트 구조물을 구축함에 있어서, 탄소섬유를 이용하여 다양한 형태의 형틀을 제작하는 단계; 상기 제작되어진 탄소섬유 형틀을 해당 기둥, 보, 벽체, 슬라브 구축부위, 또는 기초 및 교각, 슬래브 구축을 위한 필요부위에 설치하는 단계; 상기 설치된 탄소섬유 형틀내에 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계; 상기 콘크리트 타설 및 양생 후 탄소섬유 형틀을 본 구조물의 일부로 이용하는 단계; 를 포함하여 시공이 이루어짐을 특징으로 하는 탄소섬유 형틀을 이용한 콘크리트 구조물 시공방법을 통해 이룰 수 있게된다.
즉, 본 발명은 탄소섬유를 활용한 유근 또는 무근 콘크리트의 새로운 구조공법으로서 탄소섬유형틀은 콘크리트가 경화되기 전에 거푸집의 역할을 하여 여러 형태의 성형이 되도록 해주며, 콘크리트의 자중을 구조적으로 지지해주는 역할을 담당한다. 또한 콘크리트가 경화된 후에는 탄소섬유와 콘크리트가 일체화된다. 탄소섬유가 완벽한 구속효과를 제공함으로 철근이 필요없는 새로운 구조공법으로도 적용이 가능하고 기존의 철근을 그대로 사용하여도 좋다.
지금까지 탄소섬유를 이용한 연구 및 기술적인 동향은 건축물의 보강방안 및 보강기술에 대한 연구를 중심으로 진행되어왔다. 균열. 부식 등으로 인해 사용성 및 내력이 저하된 보와 기둥에 있어서 접착방법과 보강량에 따른 연구가 진행되어졌다. 이러한 연구는 기존 구조물의 내력을 복원시키는 방법에 초점을 맞추어 진행되었으며 거푸집 형태로 완벽한 구속효과를 제공하는 탄소섬유와 함께 무근콘크리트를 이용하는 새로운 공법에 대한 연구는 전무한 상황이다.
한편, 보강 및 보수 측면에서는 국내.외에서 복합재료를 이용하여 구조물의 내력을 향상시키기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있지만, 이러한 연구는 복합재료를 이용하여 구조물의 내력저하 및 사용성의 문제를 극복하고자 하는 문제에 중점을 두어 연구가 진행되어왔다. 이는 우수한 재료적 성능을 바탕으로 한 보수, 보강방안이 가능했기 때문이나, 기존 건물의 보수, 보강차원이 아닌 새로운 구조형식으로의 연구는 아직까지 이루어지고 있지 않은 상황이다.
따라서, 본 발명에 의하면 도 2의 시공 개념도에 도시된 바와같이 기 제작되어진 탄소섬유형틀(10) 내에 콘크리트(13)를 충진함으로서 철근콘크리트 및 철골건물의 대용으로 활용되어지게 된다.
이에따라 거푸집의 제작에 따른 인력 절감과 철근배근 및 조립공정에 필요한 인력이 상당부분 절감되는 효과가 있어 공사비의 상당부분을 차지하는 거푸집 공정 및 철근물량이 감소되어 인력절감과 공사비 감소의 효과가 이루어질 수 있게된다.
특히, 많은 인력이 필요했던 철근 조립 및 배근과정이 사라짐에 따라 인력절감의 극대화 효과가 예상되며, 거푸집의 비사용에 따른 폐자재의 감소로 인하여 건설산업을 환경친화적 산업으로 유도할 수 있게된다. 철근콘크리트 건축물의 재료비용 중 많은 부분을 차지하고 있는 것은 철근 비용인데 상기 공법을 적용함으로서 철근이 없는 무근 콘크리트가 가능하기에 경제적인 측면에서 상당한 경제적인 효과를 볼 수 있다.
또한, 완전무근은 아니더라도 기존의 철근을 상당히 줄여 경제성을 제고할 수 있다.
일반적으로 알려진 바와같이 카본거푸집은 철보다 인장강도가 10배 이상 높은반면, 비중은 철근의 1/5 정도이므로 자중이 감소되고 부재의 단면크기를 감소시키는 효과가 예상된다.
이하, 본 발명이 건축 및 토목공사에 적용된 실시예를 첨부도면을 참조하여 살펴보기로 한다.
먼저, 일 실시예로 본 발명이 일반 건축물의 시공에 적용되었을 경우의 시공과정을 살펴보기로 한다.
건축물을 시공함에 있어, 특히 본 출원인이 출원하여 등록받은바 있는 지하구조물 시공공법(대한민국 특허등록번호 0313721호)에 적용할 경우 H형강 기둥이선시공 되어있는 형태의 지하부 흙막이 지지체 및 지하골조를 시공함에 있어서 일정깊이 굴토후 다양한 거푸집 형태로 제작되어진 본 발명의 탄소섬유형틀을 기둥 및 보의 위치에 설치한 후 콘크리트를 탄소섬유형틀에 타설하며, 이와 동시에 기둥과 보 사이의 연결부에도 콘크리트의 타설을 실시하게 된다.
도 3은 기둥과 보의 접합부를 나타낸 평면도로서 기둥구조용 탄소섬유형틀(11)과 보구조용 탄소섬유형틀(10) 접합부에 접합부용 탄소섬유형틀이 배치되며, 그 내부의 접합부에는 접합부철근(12)이 배근되고, 중심에는 기둥용 H빔(14)이 위치되어진 것을 확인할 수 있다. 이때 필요시에는 보 탄소섬유 지지를 위한 동바리(support)를 제공할 수 있게된다. 이와같이 하여 콘크리트의 타설 및 양생을 통해 1단 토압지지체의 시공이 완료되면 다시 일정깊이 굴토후 제2단의 탄소섬유형틀을 기둥과 보의 위치에 배치하고 이러한 방법을 소정의 기초타설시 까지 반복하여 시공하게 된다.
특히, 상기 기초타설후 탄소섬유형틀은 종래 사용되어지던 거푸집과 달리 해체하지 않고 탄소섬유형틀내의 콘크리트와 함께 그대로 지하골조로 활용함으로서 흙막이 지지체의 강성증가 및 공사기간의 단축 등의 우수한 시공성을 나타내게됨을 알 수 있다.
따라서, 기존의 철골로 이루어진 본 출원인의 상기 등록된 바 있는 지하구조물 시공공법을 탄소섬유 및 콘크리트 공법으로 대체할 수 있게된다.
이러한 시공방법에서는, 탄소섬유형틀을 설치함에 따라 형틀자체의 보강력으로 인해 응력보강용 철근을 완전히 생략하거나 일부를 줄이거나 또는 완전히 생략할 수 있게 됨으로서, 철근 배근의 과다로 인한 부식발생 및 이음 정착에 대한 문제가 해결되어질 수 있으며, 거푸집 제거과정이 없으므로 환경 친화적인 공법으로 접근되어질 수 있게되는 것이다. 그리고 이와 유사한 시공과정을 상부구조물에도 적용하여 지하부분과 동일한 결과를 얻을 수 있다.
한편, 다른 실시예로 본 발명이 토목공사에서 교각의 시공에 적용되었을 경우의 시공과정을 살펴보기로 한다.
이는 도 4 및 도 5의 교각콘크리트 타설 개념도에 도시된 바와같이 기초가 되는 우물통 기초용 탄소섬유 형틀(20)을 시공하고 내부에 콘크리트을 충진하여 기초가 되어지는 콘크리트 우물통기초(21)를 양생시킨다. 이후 그 상부에 다시 받침대(22)에 의해 지지되어지는 교각용 탄소섬유 형틀(23)을 설치한 후 역시 콘크리트 충진 및 양생과정을 통해 도 5에 도시된 바와같은 탄소섬유 형틀(20,23)과 구조적으로 일체화된 콘크리트기초 및 교각(21,25)이 완성되어질 수 있게된다.
도면중 미설명 부호 24는 내부에 배근된 철근으로서 이는 필요에 따라 선택적으로 설치되어질 수 있게된다.
이와같이 시공되어지는 탄소섬유형틀을 이용한 복합공법 교각은 시공완료후 탄소섬유 형틀(20,23)이 외벽구조를 유지하고 있게됨으로 인해 종래 문제점으로 대두되었던 교각과 기초에 균열이 발생되어 발생되어진 균열을 통해 공기, 물이 유입되고, 콘크리트가 침식되며 그 결과로 교각이 부실하게 될 뿐 아니라 철근이 쉽게 부식되어지는 등의 문제점이 해결되어질 수 있게됨을 알 수 있다.
따라서 종래 부식환경으로 인한 콘크리트 교각의 보수에 투입되어지던 재원의 낭비를 크게 절감시킬 수 있게된다.
상기와 같이 본 발명의 공법을 활용한 무근 또는 유근 콘크리트의 구조적인 해법 제시는 철근콘크리트의 장점인 경제성과 내구성 및 조형성에 있어서 장점을 극대화시킬 수 있으며, 종래 거푸집사용에 따른 문제점과 장스팬 구조의 비경제성 및 균열에 따른 부식, 유지관리의 단점이 보완되는 대안인 것이다.
한편, 상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 간략하게 설명 및 도시되었지만 본 발명의 탄소섬유 형틀을 이용한 시공공법이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
예를들어 탄소섬유 형틀의 형태와 여기에 부속되어지는 원형지지대 및 동바리형태와, 받침대 등은 필요에 따라서 여러가지 다양한 형상으로 제작되어질 수 있게된다.
따라서, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와같은 본 발명은, 기존의 건축구조물 시공시 사용되어지던 거푸집 대용으로 구조용 탄소섬유형틀을 활용하여 유근 또는 무근 콘크리트와 일체형의 구조물로 이용함으로서 시공과정에서의 공기단축은 물론 이로인하여 공사비가 대폭 절감되어질 수 있는 콘크리트 구조물 시공방법인 것이다.
또한, 교각 시공등의 토목공사에 이용할 경우 상기한 건축구조물에서의 장점과 함께 세굴에 따른 교각의 침식을 예방하여 집중호우나 태풍에 의한 교량의 피해를 원천적으로 방지할 수 있게되어 교각의 보수보강에 사용되는 추가경비를 절감할 수 있게됨은 물론 교각붕괴를 방지하여 국가 인프라 구조물의 안전에 기여할 수 있게된다.
또한, 본 발명의 공법 적용시 탄소섬유 형틀을 본 구조물의 일부로 이용함으로써 완벽한 콘크리트 구속효과를 제공하게 되어 철근의 시공을 원천적으로 생략하거나 철근 물량을 현저히 줄임으로써 구조물의 경제성을 제고할 수 있음은 물론, 철근 뿐만 아니라 콘크리트 물량도 동시에 절감할 수 있게되는 것이다.

Claims (4)

  1. 지하부 및 지상부를 시공하는 건축공사 또는 토목공사의 기초 및 교각, 슬래브 등의 시공시 콘크리트 구조물을 구축함에 있어서,
    탄소섬유를 이용하여 다양한 형태의 형틀을 제작하는 단계;
    상기 제작되어진 탄소섬유 형틀을 해당 기둥, 보, 벽체, 슬라브 등의 구축부위, 또는 기초 및 교각, 슬래브 등의 구축을 위한 필요부위에 설치하는 단계;
    상기 설치된 탄소섬유 형틀내에 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계;
    상기 콘크리트 타설 및 양생 후 탄소섬유 형틀을 본 구조물의 일부로 이용하는 단계;
    를 포함하여 시공이 이루어짐을 특징으로 하는 탄소섬유 형틀을 영구 거푸집으로 이용하는 콘크리트 구조물 시공방법.
  2. H형강 기둥이 선시공 되어있는 형태의 지하부 흙막이 지지체 및 지하골조를 시공함에 있어서 일정깊이 굴토후 다양한 거푸집 형태로 제작되어진 탄소섬유형틀을 기둥과 보의 위치에 설치하는 단계;
    콘크리트를 탄소섬유형틀에 타설하며, 이와 동시에 기둥과 보의 연결부에도 접합부용 탄소섬유형틀을 배치하여 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계;
    상기 콘크리트의 타설 및 양생을 통해 1단 토압지지체의 시공이 완료되면 다시 일정깊이 굴토후 다음단의 탄소섬유형틀을 기둥과 보의 위치에 배치하여 상기단계를 반복 시공하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 형틀을 영구 거푸집으로 이용하는 콘크리트 구조물 시공방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기둥과 보 사이의 연결 접합부에는 접합부철근이 배근되고, 중심에는 기둥용 H빔이 위치되어지며, 보 탄소섬유 지지를 위한 동바리를 제공함을 특징으로 하는 탄소섬유 형틀을 영구 거푸집으로 이용하는 콘크리트 구조물 시공방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 탄소섬유형틀과 콘크리트는 콘크리트 양생후 일체화된 구조물로서 굴토시에는 흙막이용 스트러트 지지체로서 사용되고, 흙막이 완료시에는 해체하지 않고 지하 본골조로 사용되어, 지하 철골조를 대체하는 영구 스트러트로 이용되어짐을 특징으로 하는 탄소섬유 형틀을 영구 거푸집으로 이용하는 콘크리트 구조물 시공방법.
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