KR20070004173A

KR20070004173A - 전기 발열체의 가열을 이용한 열경화성 반응성 수지접착제의 경화속도 증진 방법

Info

Publication number: KR20070004173A
Application number: KR1020050059547A
Authority: KR
Inventors: 김성일
Original assignee: 김성일
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2007-01-09

Abstract

본 발명은 각종 건설공사 등에서 구조물(10) 또는 구조 부재(10)의 보수와 보강을 위한 목적에 사용되는 에폭시계와 같은 열경화성 반응성 수지 접착제(20)의 경화 속도를 획기적으로 증진함으로써, 이를 통하여 공사 기간의 단축은 물론 구조물의 사용성을 증대하고 열경화성 반응성 수지 접착제(20)의 접착품질과 내열성을 증진하는 방법이다. 본 발명에 따르면 구조물 또는 구조 부재(10)의 표면 혹은 내부에 보강재(40)의 접착을 목적으로 도포되거나 함침되는 에폭시계와 같은 열경화성 반응성 수지 접착제(20)의 내부 혹은 외부의 표면에 선형 그리고 혹은 면형으로 하나 그리고 혹은 다수의 일정한 저항 값을 갖는 전도체(30)를 설치하고 이 전도체의 한 부분 이상에 전기 흐름을 가하여 이 전기에너지를 열에너지로 전환함에 의하여 에폭시계 접착제와 같은 열경화성 반응성 수지 접착제(20)를 가열하게 되어 경화 속도를 획기적으로 증진하게 된다.

접착제, 양생, 보수, 보강

Description

전기 발열체의 가열을 이용한 열경화성 반응성 수지 접착제의 경화속도 증진 방법{A method for increasing the speed of hardening of adhesives and bonding agent of thermosetting reaction resin using electric heating elements}

아래에서 본 발명은 개념적인 설명을 구체적으로 하기 위하여 상세도를 보다 크게 표현하였다.

도 1은 건설 구조물 혹은 구조 부재에 에폭시계 접착제와 같이 열경화성 반응성 레진으로 구성되는 접착층의 내부에 전기 발열체가 배열되도록 도포한 뒤 보강재료를 부착한 단면의 모습이다.

도 2는 본 발명의 다양한 적용 형태를 예시하고 있으며,

도 3은 전기 공급 장치와 온도제어 장치가 포함된 본 발명의 실제 시공시의 개략적인 구성도이다. 여기서 외부에서 공급되는 전기는 전기 공급 장치를 통하여 변환되며, 이 장치는 다시 온도 측정 장치를 보강 재료 그리고 또는 열경화성 반응성 수지접착제의 표면에 부착하여 제어된다.

1. 발명의 분야

본 발명은 건축 및 토목의 각종 구조물 또는 구조 부재의 보수 또는 보강을 위한 목적에 사용되는 에폭시계와 같은 열경화성 반응성 수지 접착제의 양생 속도와 접착 품질의 증진에 관한 방법이다. 이러한 열경화성 반응성 수지 접착제는 보강 혹은 보수를 위한 재료를 건축 및 토목의 각종 구조물 또는 구조 부재와 결합시키는 접착층을 형성하여 일체화 하는 역할을 한다. 또한 이 방법은 건설 분야만이 아니라 상기와 같은 접착제를 사용하는 모든 분야에 적용 가능하다.

2.관련 기술에 대한 서술

기존에 이러한 건설 공법은 판형 그리고 또는 선형의 보강재를 하나 그리고 또는 다수를 일방향 그리고 또는 다 방향으로 배열하여 이 보강재를 구조물 또는 구조 부재에 접착하여 일체화 시킴으로써 구조물의 내하력을 복원하거나 증진하기 위하여 사용되었으나, 이 경우 주로 사용되는 열경화성 반응성 레진으로 구성되는 에폭시계 접착제의 양생을 자연 조건의 기온에 의존함으로써, 상대적으로 장기간의 시간이 필요하였고 일교차와 같은 기온의 변화와 각종 조건의 변동에 따라 품질의 희생도 어느 정도 감수하여야 하였으며, 또한 양생이 되기까지의 기간 동안에는 구조물 또는 구조 부재에 하중을 재하할 수 없거나 또 다른 보강을 필요로 함으로 하여 건축물 그리고 혹은 토목 구조물의 사용성에 많은 제한이 있었다. 또한 이렇게 자연 조건의 기온에 의존함에 따라 겨울철과 같이 기온이 내려가는 시기 또는 저온의 환경적 조건에서는 시공을 할 수 없는 어려움이 있었다.

본 발명의 과제는 상기 서술된 과정을 상대적으로 단순한 수단을 통하여, 에폭시계와 같은 열경화성 반응성 수지 접착제의 경화 과정을 획기적으로 증진할 수 있도록 개선하는 것이다.

본 발명은 원리적으로 에폭시계와 같은 반응성 레진으로 구성된 접착제의 경화속도는 접착제에 가해지는 온도가 올라감에 따라 급격히 빨라지고, 또한 전기에너지와 열에너지가 일정한 비례적 상관관계에 있다는 사실에 근거하고 있다.

본 발명에 따르면 일정한 저항 값과 전기 전도성을 갖고 있는 발열체를 반응성 레진으로 구성된 에폭시계 접착제의 내부 그리고 혹은 외부에 부착 그리고 혹은 삽입한 뒤 여기에 전류를 통하게 하면 발열체를 통한 전기에너지가 열에너지로 변환되면서 발열체를 가열하게 되고, 이에 따라 에폭시계와 같은 열경화성 반응성 수지 접착제를 가열함으로써 경화 시간을 단축하여 양생을 촉진하게 된다.

이러한 발열체로서는 전기적 저항과 전도성을 갖는 어떠한 물체도 사용될 수 있으나, 구체적인 열경화성 반응성 수지 접착제의 사용 용도에 따라 적용을 달리할 수 있다. 또한 이러한 물체는 그 형태에 있어서 역시 접착제의 구체적인 사용 용도에 따라 선형, 면형, 혹은 기타의 형태로 단일하게 혹은 복합적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 적용시 발열체로 사용되는 물체는 전원과 연결될 수 있도록 양 끝 단을 가져야 하며, 양 끝 단은 미리 갈아 내거나하는 등의 방법으로 전원과의 접촉 부위의 전기 저항이 최소화 될 수 있도록 하여야 하며, 발열체의 종류에 따라 미리 저항 값을 측정하여 필요한 온도에 맞게 전류를 조절할 수 있다. 이 경우 온도 측정 장치를 발열체 혹은 열경화성 반응성 수지 접착제의 일부에 부착하여 온도를 측정하며, 이 측정된 온도가 미리 계획된 온도를 넘거나 낮게 되지 않도록 독립된 장치를 사용하여 전류의 흐름을 자동제어할 수 있다.

도면에서 보이는 보강재료(40)는 철근콘크리트 구조물, 석조 구조물 또는 철골 구조물과 같은 건설 구조 부재(10)의 보강을 위한 보조 재료로서 설계된 것이다.

이 보강재료(40)는 보강 목적과 설계에 따라 재료측면에서는 철판, 에폭시판넬, 탄소섬유, 탄소판 등 다양한 재료를 사용할 수 있으며, 그 형태측면에서는 선형, 면형, 격자형 등 다양한 형태를 사용할 수 있고, 설치 위치는 구조물의 표면, 내부 등 다양한 곳에 설치할 수 있으며, 구조물과의 접착 방식에 있어서는 에폭시계 접착제와 같은 열경화성 반응성 수지 접착제(20)의 표면, 내부 등 다양한 방식으로 접착할 수 있다.

도면에서 보이는 발열체(30)는 보강 목적과 설계에 따라 니크롬선, 열선, 탄소섬유 그리고 또는 탄소섬유로 구성된 복합체 등 다양한 재료를 사용할 수 있으며, 그 형태에서는 선형, 면형 등 다양한 형태를 사용할 수 있고, 배치 방법에 있어서는 직력 혹은 병력 혹은 직렬과 병렬의 혼합으로 배치할 수 있고, 설치 위치는 에폭시계 접착제와 같은 열경화성 반응성 수지 접착제(20)의 내부 그리고 혹은 외부에 설치할 수 있으며, 또한 상기 보강재료(40)가 보강 목적이 요구하는 바의 설계에 따른 발열체(30)로서의 성능과 기능을 갖는다면, 보강재료 겸 동시에 발열체로 사용하는 것도 가능하다.

상기 보강재료(40)는 건설 구조 부재(10)의 표면 혹은 내부에 에폭시계 접착제와 같은 열경화성 반응성 수지 접착제(20)를 사용하여 상기와 같은 다양한 방식으로 부착된다. 이렇게 보강재료(40)를 건설 구조 부재(10)에 접착하기 위하여 우선 주로 에폭시 레진으로 만들어진 반죽 상태의 반응성 접착제(20)가 건설 부재(10)의 바깥 면에 도포된다. 다음 발열체(30)가 상기와 같은 방식으로 배치되고 필요시 그 위에 다시 반응성 수지 접착제(20)를 도포한다. 그 뒤 미리 설계에 따라 재단된 보강재료(40)가 건설 부재의 표면에 접착층(20)을 통해 압착된다. 만일 필요하다면 그 위에 다시 반응성 수지 접착제(20)를 도포할 수도 있다.

접착제의 양생 또는 경화 시간을 촉진하기 위하여 발열체(30)가 전기 전류의 도움을 받아 가열되고, 이에 따라 에폭시계 접착제와 같은 열경화성 반응성 수지 접착제(20)가 가열된다. 이러한 목적을 위하여 전기적 접촉이 되도록 그림 2a과 같이 전기도선(81)을 발열체의 바깥 면 양 끝 단에 접촉하거나, 그림 2b와 같이 도선과 연결된 접촉판(50)을 발열체(31)의 표면에 접촉시킨다. 그리고 보강재료(40) 자체를 발열체(30)로 사용하는 경우는 그림 2c 혹은 그림 2d와 같이 발열체 겸용 보강재료(40)의 양 끝 단에 전기도선과 연결된 접촉판(50)을 접촉한다. 상기 접촉판(50)은 발열체의 종류에 따라 다양한 재료와 형태로 사용될 수 있으며, 전기 전류의 흐름이 원활히 이루어질 수 있도록 전기 저항이 적은 제료를 사용한다. 또한 그림 2에서 접촉하는 부위 역시 전기 저항이 최소화 되도록 처리되어야 한다. 이러한 필요를 위하여 발열체가 접촉판(50)과 접촉하는 부위를 갈아내거나, 거칠게 하는 등의 처리를 할 수 있다.

발열체(30)는 전기 도선(81)을 통하여 전류 공급 장치(70)에 연결되며, 이 전류 공급 장치(70)는 온도 측정기(60)와 연결되어 자동 온도 제어 장치의 기능을 동시에 갖는다.

전기에너지와 열에너지는 비례적 상관관계에 있으며, 그 관계는 다음과 같다.

여기서 Q는 열에너지를, E는 전기에너지 혹은 전력량으로서 전력(P)에 사용시간(t)의 곱으로 나타내어 지며, 전력(P)는 전압(V)와 전류(I)의 곱으로 나타낼 수 있다.

열의 산출량이 설계된 가열 시간에 맞게 조절될 수 있도록 하기 위하여 전원으로 부터의 전압과 전류의 세기는 달라질 수 있다. 상기와 같이 부착된 발열체(30)의 길이, 그리고 전류의 흐름과 연결되는 발열체(30)의 유효 전도 단면은 각 각의 경우에 따라 실제로 크게 달라질 수 있기 때문에, 먼저 저항 측정기를 사용하여 시공되는 발열체(30)의 옴(ohm)저항 R이 측정되고, 이 측정 값으로 부터 적용될 전압 V, 혹은 설계 전류의 세기 I 가 아래와 같이 결정될 수 있다.

여기서 V는 전압, I는 전류, R은 저항을 나타내며, R_t는 연결된 발열체의 전체 저항 값을 나타내고, R_n은 연결된 발열체(30) 각 각의 저항 값을 나타낸다. 또한 위에서 두 번째는 발열체를 직렬로 연결한 경우, 세 번째는 발열체(30)를 병렬로 연결한 경우이다.

상기와 같은 과정에서 자동 온도제어 조절기를 사용하여 가열 과정을 조절하기 위하여, 예를 들면 일정한 단계 혹은 단락과정에 따라 조절하는 것도 가능하다. 온도를 계측하기 위하여 온도 측정기(60)를 발열체(30) 또는 보강재료(40)에 연결할 수 있으며, 그 측정 값을 온도 산출량을 조절하거나 조정하는데 이용할 수 있다.

이러한 본 발명을 적용할 경우 에폭시 접착제의 양생 경화 시간이 통상 자연적인 온도 조건에서 7~20일 이상 소요되던 것을 2~4시간 정도로 단축할 수 있어 반응성 레진으로 구성되는 에폭시계 접착제를 사용하는 각종 건설 공법에 있어 공사 시간을 획기적으로 단축하는 것이 가능하다. 또한 건축 그리고 혹은 토목용의 각종 구조물의 보수보강 공사시의 사용성 또한 획기적으로 증대됨으로써 비용의 절감과 함께 건설 구조물 사용 효율의 극대화를 꾀하는 것이 가능하다. 이에 더하여 이러한 본 발명을 사용할 경우 일정한 온도를 공급하여 단기간에 양생이 이루어 짐에 따라 접착 품질이 향상되고 더불어 접착제의 유리전이온도가 증가됨으로써 화재에 대한 저항력이 보다 증대된다.

Claims

에폭시계 접착제와 같은 열경화성 반응성 레진으로 구성되는 접착제를 사용하여 다음과 같은 단계와 구조를 갖는 건축 및 토목 구조물 그리고 또는 구조 부재의 보수 및 보강 공법에 있어,

철근 콘크리트 구조물, 석조 구조물, 혹은 철골 구조물, 기타의 건설 구조물의 표면 혹은 표면에 형성된 홈, 또는 내부에 에폭시계 접착제와 같은 반응성 레진으로 구성되는 접착제를 도포 혹은 함침하는 단계와 그 위에 에폭시계 접착제와 같은 열경화성 반응성 수지 접착제에 의하여 접착되는 보강 재료를 압착 그리고 혹은 부착 또는 설치하고 보강 목적에 따른 설계의 필요시 압착된 보강 재료의 위에 다시 열경화성 반응성 수지 접착제를 도포 혹은 함침하는 단계로 이루어 지는 건설 구조물 그리고 또는 구조 부재의 보수 및 보강 공법과 또한 일반적인 접착 방법에 있어,

일정한 전기 저항과 전도성을 갖는 발열체를 에폭시계 접착제의 내부 그리고 혹은 외부에 설치하고 이 발열체를 전기 도선과의 접촉에 의하여 전기 전류를 흐르게 함으로써, 전기에너지가 열에너지로 전환됨에 의하여 발열체가 가열되고 이를 통하여 에폭시계와 같은 열경화성 반응성 접착제에 열을 가하여 경화 시간을 단축시키는 공법과 구조.
제 1항에 있어서,

발열체의 재료는 니크롬선, 동선, 전기열선, 탄소섬유, 탄소섬유 복합판 등 전기 저항과 전도성을 갖추고 전기 에너지를 열에너지로 전환할 수 있는 재료이며,

그 형태는 선형, 면 혹은 판형, 격자형, 혹은 상기 형태의 복합으로 설치 가능하고,

설치 위치는 에폭시계와 같은 열경화성 반응성 수지 접착제의 내부 그리고 혹은 보강 재료와 접하는 외부, 또는 보강 재료의 접착되지 않는 외부의 표면 등이 될 수 있으며,

배열 형태는 직렬 혹은 병렬 또는 직렬과 병렬의 혼합으로 배열되는 방법과 구조.
제 1항에 있어서,

탄소섬유 복합판 등과 같이 보강 재료 자체가 일정한 저항과 전도성을 갖는 경우 그 자체를 발열체로 사용하여 상기 청구항 제 2항과 같이 사용하는 공법.
제 1항에 있어서,

계획된 열량을 계획된 시간 동안 지속시키기 위하여 전원 전압과 전류를 변환하고 제어할 수 있는 전원 공급장치를 사용하여 전기 전류를 공급하며,

이 전원 공급장치에 보강 재료 혹은 에폭시계와 같은 열경화성 반응성 수지 접착제의 표면 혹은 내부에 부착 혹은 설치된 온도 측정기를 연결하여 상기 접착제의 양생을 위한 온도와 시간을 자동적으로 제어하는 구조와 장치.