KR20060000826A - 나선형으로 강화된 콘크리트용 복합재 리바 및 그 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 속의 철근이 재설재나 해수환경등의 각종 환경적 요인에 의해 초래되는 심각한 부식을 발생하는 내구성 저하를 방지하기 위하여 CFRP(탄소섬유 강화복합재료)와 플라스틱 외피 등으로 구성된 복합재 콘크리트 리바를 개발하여 염화 콘크리트 환경하에서도 부식되지 않고 강성을 유지하게 하여 구조물의 내구성을 도모하게 한 콘크리트용 복합재 리바 및 그 제조장치에 관한 것으로,

복합재료에 의해 심재를 형성한 심재코어와, 그 심재코어의 외피를 형성하는 외피코어와, 이 외피코어의 외주면에 형성되는 복합재료 환테부로 구성되어 이루어지는 콘크리트용 복합재 리바에 있어서,

상기 심재코어는 복합재료인 탄소섬유 강화복합재료로 구성되어지며, 상기 외피코어는 심재코어 외주면에 유리섬유 복합재료 강화층 또는 플라스틱 층을 형성하여 이루어지며, 상기 복합재료 환테부는 외피코어의 외주면에 돌출되게 권선됨이 일정 간격을 두고 나선형으로 형성되는 콘크리트용 복합재 리바를 제공하면서 이 콘크리트 리바는 클릴, 레진통, 인발다이, 히터, 당김블럭으로 구성된 콘크리트용 복합재 리바 제조장치를 제공하는 뛰어난 효과가 있다.

콘크리트 리바, 심재코어, 외피코어, 복합재료 환테부,

Description

나선형으로 강화된 콘크리트용 복합재 리바 및 그 제조장치{ A COMPOSITE REBAR FOR CONCRETE AND THE APPARATUS USING THE SAME }

도1은 종래기술에 따른 풀투루젼으로 제작된 복합재 리바를 도시한 도면.

도2는 종래기술에 따른 와인딩 제작된 복합재 리바를 도시한 도면.

도3는 본 발명에 따른 복합재 리바를 도시한 사시도.

도4는 본 발명에 따른 콘크리트용 복합재 리바의 제조 장치를 도시한 사시도.

도5는 본 발명에 따른 당김블록의 구조를 도시한 사시도.

도6은 도5의 A-A를 도시한 측단면도이다.

*도면의 주요 부분에 부호의 설명*

10:복합재 리바 12:심재코어

14:외피코어 16:복합재료 환테부

20:복합재 리바 제조장치 22:크릴

24:레진통 26:인발다이

28:히터 30:당김블록

32:홀드소켓 34:이동소켓

36:베이스 38:이송판프레임

40:제1모터 42:고정프레임

44:중공부 46:고정핀

48:제2모터 50:좌,우이동판

52:제3모터 54:구동기어

56:종동기어 58:베어링부

60:결합면

본 발명은 콘크리트용 복합재 리바에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 속의 철근이 재설재나 해수환경 등의 각종 환경적 요인에 의해 심각한 부식이 초래되어 특성이 저하되는 콘크리트 철근의 내구성 보강을 위하여 내 부식성이 우수한 강화섬유 복합재료를 콘크리트의 보강근으로 사용하는 콘크리트용 복합재 리바와 그 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트 속의 철근이 각종 환경적 요인에 의해 심각한 부식을 겪지 않을 수 없음은 이미 잘 알려진 사실이다.

또 제설재나 해수환경 등의 영향으로 인한 심각한 철근부식 문제를 겪고 있는데, 기존 철근 보강근의 경우 에폭시 코팅을 하더라도 염화 콘크리트 환경하에서는 심각한 부식을 피할 수 없다는 것이 문제점으로 부각되고 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제안되고 있는 기술들은 도1,2에 도시한 바와 같이 풀트루젼 기법으로 제작된 GFRP 리바와 와인딩 기법으로 제작된 GFRP 리바이다.

상기한 풀트루젼 기법 GFRP 리바(2)는 섬유사(4)를 2조의 나선형태로 GFRP나 CFRP봉(6)감아 형성하고 있거나, 와인딩 기법 GFRP 리바(8)는 섬유사(4)를 1조의 나선형태로 GFRP나 CFRP봉(6)에 감아 형성하여 이루어지고 있다.

또, 도시생략하고 있지만 블레이드 트루젼법을 사용하여 콘크리트 구조물용 케블라-유리섬유, 케블라- 탄소섬유 강화 복합재료 보강근을 직경 3mm와 10mm로 제작함에 있어서 코어부는 유리섬유 혹은 탄소섬유를 사용하고, 슬리브(sleeve)는 케블라를 사용하고 있음도 제시되고 있다.

이에 따른 기존의 FRP 보강근은 풀투루젼으로 뽑아낸 GFRP 혹은 CFRP봉의 외주면상에 원주방향으로 적당한 각도를 가진 섬유를 감는 형태로 제작되어 이루어지고 있다. (도1,2 참조)

상기한 GFRP 혹은 CFRP봉에는 원주에 대해 나선형태로 섬유를 감아 보강층을 형성하고 있는데, 시멘트와 접촉하고 있는 복합재료 리바는 부식에 취약할 수 있으며, 탄소섬유의 경우 그 정도가 심각한 것으로 보고되고 있다. 또한 시멘트와 접촉하고 있는 복합재료 리바 표면의 접착력이 부족하여 콘크리트의 유효강도 및 유효강성이 떨어지는 현상이 일부 발생되고 있다. 이를 극복하기 위하여 복합재 표면을 프레스 또는 기계적 가공에 의하여 요철을 형성하여 표면적을 증대시키는 방법을 일부 사용하고 있으나, 강화섬유의 절단으로 인한 복합재 리바 자체의 강도가 저하 되는 현상을 초래하고 있다.

이에 따라 강화재로 사용되고 있는 탄소섬유의 손상을 최소로 하면서 접촉력과 접촉면적을 증대시키고, 염화 콘크리트 등의 부식 환경에서 저항성이 우수한 복합재 리바를 대량으로 생산 할 수 있는 복합재료 보강근 구조에 대한 제안이 요구되고 있는 실정이다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 콘크리트 속의 철근이 재설재나 해수환경등의 각종 환경적 요인에 의해 초래되는 심각한 부식을 발생하는 내구성 저하를 방지하기 위하여 CFRP(탄소섬유 강화복합재료)를 심재로 하는 심재코어와 유리섬유 복합재료 강화층 또는 플라스틱재로 외피를 형성한 외피코어와 그외주면에 일정 간격을 두고 나선형으로 된 돌출부를 가진 복합재료 환테부를 형성하도록 되어 있는 구조로 구성된 콘크리트용 복합재 리바를 개발하여 시멘트와의 접촉면적을 증대시켜 부착력을 향상시킴은 물론 염화 콘크리트 환경하에서도 부식되지 않고 강성을 유지하게 하여 구조물의 내구성을 도모하게 한 콘크리트용 복합재 리바 및 그 제조장치를 제공하는데 있다.

이를 실현하기 위한 본 발명은

복합재료에 의해 심재를 형성한 심재코어와, 그 심재코어의 외피를 형성하는 외피코어와, 이 외피코어의 외주면에 형성되는 복합재료 환테부로 구성되어 이루어지는 콘크리트용 복합재 리바에 있어서,

상기 심재코어는 복합재료인 탄소섬유 강화복합재료로 구성되어 이루어지며,

상기 외피코어는 심재코어 외주면에 유리섬유 복합재료 강화층 또는 플라스틱 층을 형성하여 이루어지며,

상기 복합재료 환테부는 외피코어의 외주면에 돌출되게 권선됨이 일정 간격을 두고 나선형으로 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 콘크리트용 복합재 리바를 제공하는데 있다.

콘크리트용 복합재 리바를 연속적으로 인발 성형을 하는 콘크리트용 복합재 리바 제조장치에 있어서,

감긴 파이버를 풀어주는 크릴과,

상기 크릴에서 풀리는 파이버에 레진을 묻혀주는 레진통과,

상기 레진통을 거친 파이버들과 플라스틱 층 또는 유리섬유 강화 복합재료 층을 회전 인발하여 리바를 형성할 수 있게 나선형 내부구조를 가진 인발다이와,

상기 섬유강화 복합재 리바가 가열될 수 있도록 설치한 히터와,

상기 히터를 통과하여 압착된 복합재 리바를 일측으로 회전시키면서 끌어 당길 수 있게 구성되어 복수개 설치된 당김블록을 포함한 구성으로 이루어짐을 특징으로 하는 콘크리트용 복합재 리바 제조장치를 제공하는데 있다.

상기한 당김블록은

제조장치의 베이스에 설치된 이송안내부재 상에 전기적인 신호에 의해 작동 하는 제1모터를 구비하여 좌,우 이동하게 탑재 설치된 이송판프레임과, 이 이송판프레임의 일측 고정프레임에 중공부와 탄지된 고정핀을 갖춰 설치된 테이퍼형 홀드소켓과,

상기 홀드소켓의 일측 인송안내부재 상의 이송판프레임을 전기적인 신호로이동하게 작동하는 제2모터를 구비하여 좌,우 이동하게 탑재 설치된 좌,우이동판과, 이 좌,후이동판상에 전기적인 신호에 의해 작동하는 제3모터에 의해 회전하게 설치된 구동기어와, 이 구동기어와 치합되어 회전하는 종동기어를 외주면 일측에 형성하면서 베어링부로 좌,우이동판상에 지지 설치되고 결합면을 중심에 형성한 이동소켓으로 구성되어 이루어짐을 특징으로 하는 콘크리트용 복합재 리바 제조장치를 제공하는데 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명한다.

도3는 본 발명에 따른 복합재 리바를 도시한 사시도이고, 도4는 본 발명에 따른 콘크리트용 복합재 리바의 제조 장치를 도시한 사시도이다.

그리고 도5는 본 발명에 따른 당김블록을 개략적으로 도시한 도면이며, 도6은 도5의 A-A를 도시한 측단면도이다.

콘크리트용 복합재 리바(10)는 종래 복합재료에 의해 심재를 형성한 심재코어와, 그 심재코어의 외피를 형성하는 외피코어와, 이 외피코어의 외주면에 형성되는 복합재료 환테부로 구성되어 이루어지고 있는 바,

여기에서 상기 심재코어(12)는 복합재료인 탄소섬유 강화복합재료로 구성되 어 이루어지며, 상기 외피코어(14)는 심재코어(12) 외주면에 유리섬유 복합재료 강화층 또는 플라스틱 층을 형성하여 이루어지며, 상기 복합재료 환테부(16)는 외피코어의 외주면에 돌출되게 권선됨이 일정 간격을 두고 나선형으로 형성되어 이루어지고 있다.

상기 콘크리트용 복합재 리바(10)는 복합재료 환테부(16)를 나선형으로 함에 따라 시멘트와의 접촉면적을 증대시켜 부착력을 향상시키며, 염화 콘크리트 환경하에서도 부식되지 않고 강성을 유지하여 구조물의 내구성을 유지하게 이루어지고 있다.

상기한 심재 코어(12)는 요철과 기계적 가공이 전혀 없이 축 방향으로 배열된 형태를 취하고 있으며 복합재 리바의 외부하중을 주로 지탱하는 역할을 담당하게 되어 있으며 심재코어(12)의 외부를 감싸고 있는 유리섬유 복합재료 강화층 또는 플라스틱 층에 의하여 염화 콘크리트 환경하에서도 부식을 방지할 수 있도록 되어 있다.

또한 나선형으로 된 플라스틱 또는 유리섬유 강화 복합재료는 콘크리트와 복합재 리바(10)의 접촉면적을 증대시키는 결과를 가져오며, 외력에 의해 나선형 환테부(16)가 콘크리트와 분리되지 않도록 최적의 형태로 형성할 수 있으며, 특정각도나 크기로 한정되지는 아니한다.

그리고 상기 콘크리트용 복합재 리바 제조장치(20)는 콘크리트용 복합재 리바(10)를 연속적으로 회전 인발 성형을 하기 위하여 감긴 파이버를 풀어주는 크릴(22)과, 상기 크릴(22)에서 풀리는 파이버에 레진을 묻혀주는 레진통(24)과, 이 레 진통(24)을 거친 파이버들과 플라스틱 층 또는 유리섬유 강화 복합재료 층을 회전 인발할 수 있는 나선형 내부구조를 가진 인발다이(26)와, 섬유강화 복합재 리바가 (10)가 가열될 수 있도록 설치한 히터(28)와, 상기 히터(28)를 통과하여 압착된 복합재 리바(10)를 일측으로 회전시키면서 끌어 당길 수 있게 구성된 당김블록(30)을 포함한 구성으로 이루어지고 있다.

상기의 나선형 내부구조를 가진 인발다이(26)는 다이의 내부가 3차원으로 된 나선형 구조를 하고 있으며, 잉여레진을 배출시키고 압착하는 역할을 하며 외부에 설치된 히터에 의하여 복합재의 경화가 진행되면서 복수개 당김블록(30)에 의하여 일측으로 회전시키면서 끌어 당겨지는 구조로 되어 있다.

상기 인발다이(26)를 통과한 복합재 리바(10)는 경화도가 80% 이상 진행되어 그 형태를 유지하고 있으므로 인발다이(26)와 복합재 리바(10) 사이에 심한 마찰력이 발생할 수 있으므로 인발다이(26)의 표면은 통상의 크롬 코팅처리 등을 수행하여 내마모성을 향상시키는 구조로 되어 있다.

상기한 당김블록(30)은 홀드소켓(32)과, 이동소켓(34)으로 구성되어 이루어지고 있다.

상기 홀드소켓(32)은 제조장치의 베이스(36)에 설치된 이송안내부재(37) 상을 전기적인 신호에 의해 이동하게 작동하는 제1모터(40)를 구비하여 좌,우 이동하게 고정프레임(42)이 탑재 설치된 이송판프레임(38)과, 이 이송판프레임(38)의 일측 고정프레임(42)에 중공부(44)와 탄지된 고정핀(46)을 갖춰 설치되고 있다.

상기 이동소켓(34)은 홀드소켓(32)의 일측 이송안내부재(37) 상에 전기적인 신호에 의해 작동하는 제2모터(48)를 구비하여 이송판프레임(38)상을 좌,우 이동하게 탑재 설치된 좌,우이동판(50)과, 이 좌,우이동판(50)상에 전기적인 신호에 의해 작동하는 제3모터(52)에 의해 회전하게 설치된 구동기어(54)와, 이 구동기어(54)와 치합되어 회전하는 종동기어(56)를 외주면 일측에 형성하면서 베어링부(58)로 좌,우이동판(50)상에 지지 설치되고 결합면(60)을 테이퍼지게 형성한 구성으로 이루어지고 있다.

상기한 당김블록(30)은 복합재 리바(10)를 일측으로 회전시키면서 끌어 당기는 역할을 하는 구조로서, 인발 방향으로 제품을 끌어당긴 후 반대방향으로 전진하는 두개의 당김블록(30)을 가지고 있어서 한개의 블록이 제품을 당기면 다른 블록은 후퇴하여 다음번에 당길 준비를 하고 있다.

상기 당김블록(30)은 좌우로 이동이 가능한 테이퍼진 내면의 결합면(60)을 가진 원통형 이동소켓(34)과, 고정핀(46)을 구비하면서 홀드소켓(32)으로 구성되어 결합이 전기적 신호에 의해 구동하는 제2모터(48)에 의해 가변적 결합과 분리를 반복하게 이루어지고 있다.

상기 이동소켓(34)은 리바의 축방향으로 이송할 수 있는 구조로 되어 있으며, 이동소켓(34)을 회전시킬 수 있는 제3모터(52)및 구동,종동기어(54)(56) 등으로 구성되어져 있다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 작용을 설명하면, 콘크리트용 복합재 리바(10)는 복합재료인 탄소섬유 강화복합재료로 심재코어(12)를 구성하고, 심재코어(12) 외주면에 유리섬유 복합재료 강화층 또는 플라스틱 층으로 외피코어 (14)를 형성한 후 외피코어(14)의 외주면에 돌출되게 권선됨이 일정 간격을 두고 나선형으로 복합재료 환테부(16)를 형성하여 이루어진다.

상기한 바와 같이 이루어지는 콘크리트용 복합재 리바(10)를 제조하기 위한 제조장치(20)의 작용을 설명하면,

도시생략한 제어부의 전기적인 신호에 의한 제2모터(48)의 작동으로 이동소켓(34)이 이송판프레임(38)상에서 좌측으로 이송되면 이동소켓(34)의 결합면(60)에 홀더소켓(32)이 결합되면서 고정핀(46)을 가압하므로서 리바(10)에 홀더소켓(32)를 고정하게 되는데, 이는 이동소켓(34)과 홀더소켓(32), 리바(10)가 서로 체결되는 효과를 가져온다.

그리고 나서 제3모터(52)가 전기적인 신호에 의해 작동하여 구동기어(54)를 통해 이동소켓(34)의 종동기어(56)를 치합상태에서 회전시킴에 따라 좌,우이송판(50)상에 베어링부(58)로 회전하게 지지된 이동소켓(34)은 연동하여 회전하게 된다.

이에 따라 상기 이동소켓(34)은 홀딩하고 있는 리바(10)를 회전시키고 있는 상태에서 제1모터(40)의 작동으로 이송판프레임(38)이 우측으로 이동함과 아울러 전기적인 신호에 의해 작동하는 제2모터(48)의 작동으로 이송안내부재(37)를 따라 이송판프레임(38)이 우측으로 이동함에 따라 리바(10), 홀더소켓(32), 이동소켓(34)이 일체가 된 상태인 당김블록(30)은 인발방향으로 끌어당김으로서, 나선형 리바(10)를 회전시켜 가면서 인발 역할을 수행하게 된다.

상기 선행 작동하는 당김블록(30-1)이 인발 방향으로 제품을 끌어당기면 후 행 작동하는 당김블록(30-2)은 좌측으로 이동하여 당길 준비를 하게 된다.

즉, 선행 작동하는 당김블록(30-1)이 제품을 당기면 후행 작동하는 다른 당김블록(30-2)은 이동하여 다음번에 당길 준비를 하게 된다.

그리고 인발을 완료한 선행 작동 당김블록(30-1)은 먼저 이동소켓(34) 그다음 홀더소켓(32)을 각각 순서대로 리턴시켜 리바(10)로부터 고정핀(46)의 접촉력을 해제시킨 후, 다음번에 당길 준비를 위하여 당김블록(30-1)을 좌측으로 최대한 이송시키게 된다.

이상과 같은 구조로 되어 있는 두개의 당김블록(30)중 선행 작동하는 당김블록(30-1)이 제품을 당기면 후행 작동하는 당김블록(30-2)은 다음번에 당길 준비를 하고 있는 구조를 체택하고 하고 있는데, 이러한 당김블록의 이상적인 작동을 효과적으로 유발하기 위하여 통상의 PLC(Programmable logic Control) 제어기술을 이용하여 구현하게 된다.

예컨대, 본 발명의 범위는 상술한 사항에 한정되지 아니하며, 단순한 형상의 변경 등 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 누구나 실시 가능한 범위까지 포함한다.

상기한 본 발명은 탄소섬유 강화 복합재료를 심재코어로 사용하고 복합재 리바의 외주면에 나선형 요철을 형성하여 탄소섬유 복합재료의 염화 콘크리트 환경하에서의 부식을 최소화하고 시멘트와의 접촉면적을 증대시켜 부착력을 극대화하는 구조로 되어 있으며, 이를 대량 생산할 수 있는 복합재 리바 제조장치를 제공하여 우수한 성능의 복합재 리바를 대량으로 생산하여 생산단가를 낮출 수 있는 효과를 가지고 있다.

상기 복합재 리바의 나선형 요철의 형성과 치수를 정교하게 조절할 경우, 복합재 리바의 유효강성비를 50% 이상 확보할 수 있는 등 토목, 건설 자재 산업상 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 복합재료에 의해 심재를 형성한 심재코어와, 그 심재코어의 외피를 형성하는 외피코어와, 이 외피코어의 외주면에 형성되는 복합재료 환테부로 구성되어 이루어지는 콘크리트용 복합재 리바 구조에 있어서,

   상기 심재코어는 복합재료인 탄소섬유 강화복합재료로 구성되어 이루어지며,

   상기 외피코어는 심재코어 외주면에 유리섬유 복합재료 강화층 또는 플라스틱 층을 형성하여 이루어지며,

   상기 복합재료 환테부는 외피코어의 외주면에 돌출되게 권선됨이 일정 간격을 두고 나선형으로 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 콘크리트용 복합재 리바 구조.
2. 콘크리트용 복합재 리바를 연속적으로 인발 성형을 하는 콘크리트용 복합재 리바 제조장치에 있어서,

   감긴 파이버를 풀어주는 크릴과,

   상기 크릴에서 풀리는 파이버에 레진을 묻혀주는 레진통과,

   상기 레진통을 거친 파이버들과 플라스틱 층 또는 유리섬유 강화 복합재료 층을 회전 인발하여 리바를 형성할 수 있게 나선형 내부구조를 가진 인발다이와,

   상기 섬유강화 복합재 리바가 가열될 수 있도록 설치한 히터와,

   상기 히터를 통과하여 압착된 복합재 리바를 일측으로 회전시키면서 끌어 당 길 수 있게 구성되어 복수개 설치된 당김블록을 포함한 구성으로 이루어짐을 특징으로 하는 콘크리트용 복합재 리바 제조장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 당김블록은 제조장치의 베이스에 설치된 이송안내부재 상에 전기적인 신호에 의해 작동하는 제1모터를 구비하여 좌,우 이동하게 탑재 설치된 이송판프레임과, 이 이송판프레임의 일측 고정프레임에 중공부와 탄지된 고정핀을 갖춰 설치된 테이퍼형 홀드소켓과,

   상기 홀드소켓의 일측 이송판프레임 상에 전기적인 신호에 의해 작동하는 제2모터를 구비하여 이송판프레임상을 좌,우 이동하게 탑재 설치된 좌,우이동판과, 이 좌,후이동판상에 전기적인 신호에 의해 작동하는 제3모터에 의해 회전하게 설치된 구동기어와, 이 구동기어와 치합되어 회전하는 종동기어를 외주면 일측에 형성하면서 베어링부로 좌,우이동판상에 지지 설치되고 결합면을 중심에 형성한 이동소켓으로 구성되어 이루어짐을 특징으로 하는 콘크리트용 복합재 리바 제조장치.

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