KR20080070735A - 콘크리트 요소용 보강재 및 보강된 콘크리트 요소의 제조시스템 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매트릭스 내에 삽입될 때 섬유 스트링을 형성하며 예를 들면 모래와 같은 입자 형태 물질로 외표면이 코팅되는 소량의 단일 섬유 필라멘트로 형성되는 적어도 하나의 연장된 스트링으로 이루어지는 콘크리트 요소용 보강재에 관한 것이다. 상기 보강재는 상기 섬유 스트링을 반복적으로 권선함으로써 형성되는 적어도 하나 이상의 루프로 이루어지며, 상기 루프는 바람직하기로는 폐쇄되어 있거나 또는 연속적인 권선(wind) 내에 놓이게 되고, 상기 루프 또는 상기 권선의 말단은 상기 콘크리트 요소 내에서 상기 보강재를 위한 말단 앵커로서 작용한다. 본 발명은 또한 상술된 바의 보강재에 기초한 보강재 시스템에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 이러한 보강재 시스템의 제조 방법 및 이러한 보강재 시스템의 사용 방법에 관한 것이다.

Description

콘크리트 요소용 보강재 및 보강된 콘크리트 요소의 제조 시스템 및 제조방법 {Reinforcement for concrete elements and system and method for producing reinforced concrete elements}

본 발명은 보강재 및 콘크리트 요소를 보강하기 위한 보강재 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 보강재를 제조하기 위한 방법 및 보강된 콘크리트 요소의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 보강재는 함께 섬유 스트링을 제공하는 단일의 섬유 필라멘트들 소량으로 형성되는 적어도 하나의 연장된 섬유 스트링으로 이루어진다. 상기 섬유 스트링은 바람직하기로는, 모래와 같은 입자 형상 물질로 코팅될 수 있고, 상기 모래는 상기 스트링의 외표면 상에 부착된다. 또한, 본 발명은 이러한 보강된 콘크리트 요소를 응결시키기 위한 방법에 관한 것이다.

콘크리트 구조물은, 콘크리트 자체는 압축 부하 및 힘을 취하고, 보강재는 인장 부하 및 힘을 취하도록 된 구조물을 얻는 것을 목적으로 하며, 콘크리트로부터 상기 보강재로 부하 및 힘이 전이되도록 강재(steel)를 사용하여 보강된다는 것은 주지의 사실이다. 보강재 바(bar)의 표준 길이는 12미터이며 두께는 06 mm 내지 048 mm 사이에서 다양하게 이루어질 수 있다. 이러한 강재의 치수는 중량 및 강성이 크다는 것을 나타내는 것으로, 이는 구조물 내에서 상기 보강재를 다루거나 위 치시키는 것이 곤란해진다. 강재 보강재를 위치시킬 때, 인장력이 예상되는 구역에 상기 보강재를 위치시키기 위해서는, 보강재 바를 미리 구부림하여야 하며 이후 셔터링(shuttering)에서 함께 연결해야 한다.

더 큰 길이를 보강해야 하는 경우, 상기 보강재 바를 서로 중첩시켜, 법선 변형력(normal stress) 및 전단력과 같은 인장력을 하나의 바로부터 다른 바로 상기 콘크리트를 통하여 전이시켜야 한다. 상기 바를 용접하는 것 또한 가능하다. 종래의 강재 보강재는, 일반적인 규정으로, 최소한 30 mm의 콘크리트 적용 범위(적용 범위)를 요하며, 동시에, 콘크리트 구조물의 표면 가장자리에 인장력이 크게 집중된다. 여기에서, 이러한 영역에는 균열이 쉽게 나타날 수 있고, 이에 상기 콘크리트 구조물 내에 물이 침투할 수 있게 되므로, 상기 강재 보강재가 부식될 수 있다. 이러한 부식은 보강재 부피가 원래의 부피를 벗어나 증가되도록 하며 이는 인장력을 발생시키고, 폭열 현상 또한 발생될 수 있다. 보강재로서 탄소 섬유 제품을 콘크리트 내에 삽입하거나 콘크리트체의 표면에 접착시켜 사용하는 것 또한 주지되어 있다.

PCT 특허 출원 공개 공보 제 WO 03/025305 Al호의 출원인으로부터, 콘크리트용 보강 요소 제조 방법이 주지되어 있는데, 상기 보강재는 연장된, 바람직하기로는 연속적인 탄소 섬유 다발로 이루어지며, 이는 플라스틱재로 된 매트릭스에 주입되어 경화된다. 매우 다량의 단일 섬유들로 이루어지는 상기 섬유 다발은 상기 주입에 이어서 경화 이전에 모래와 같은 입자 형상 물질을 포함하는 조(bath)에 보내지며, 이는 상기 섬유 다발의 표면에 부착되어 범위 제한 없이 다양한 섬유들 사이 에 침투된다. 상기 입자 형상 물질은 상기 경화 공정 동안 상기 표면에 고정되어, 상기 보강 요소를 형성하게 된다. 제 138.157 호는 프리스트레스(pre-stressed) 콘크리트 구조물용의 루프 보강재를 도시하는데, 여기에서 상기 루프 보강재는 수지가 주입된 유리 섬유 스트링 다수개로 이루어지며, 각 루프의 횡단면 영역은 각 루프에 긴밀하게 연결되는 수지 주입 유리 섬유 보강 스트링에 의하여 증가된다.

유럽 특허 제 EP 1180565 호는 높은 탄성 모듈을 갖는 가요성 밴드 형태로 보강된 콘크리트용의 가요성 보강재를 개시한다. 상기 밴드는 적어도 2개의 보강재 바 둘레에 배열되며 상기 밴드의 각 단부는 견고한 접속을 형성하기 위하여 상기 보강재 바 둘레에 루프를 형성하도록 인장된다.

별도의 독립적인 교각 요소(pier element)를 형성하는 콘크리트 부유 교각을 건설하는 것은 주지되어 있다. 여기에서 교각 요소는 그의 모서리 영역에서 쌍으로 함께 연결된다. 이러한 목적으로, 수직 홈 또는 노치가 수평 덕트와 함께 각 교각 요소의 각 모서리에 배열되어, 상기 홈으로부터 상기 요소의 벽을 통하여 상기 요소의 단부 벽에서 밖으로 연장된다. 수평으로 배열되는 앵커 수단은 상기 각 요소의 상기 홈 사이에서 상기 덕트를 통하여 연장되어 2개의 교각 요소를 조립 및 상호 연결하게 된다.

상기 홈 및 덕트로 인하여, 각 모서리는 큰 인장력 및 부하에 노출된다. 따라서, 상기 모서리 및 상기 홈을 에워싸는 구간을 크게 보강할 필요가 있게 된다.

상기 모서리 영역은 취약한 것으로 밝혀진 바 있으며, 상기 교각 요소가 큰 부하 및 힘에 노출될 때, 상기 콘크리트는 큰 보강에도 불구하고 부숴진다.

해결하고자 하는 과제는, 예를 들면 큰 화재로 인한 고온에서도 우수한 강도를 유지할 수 있도록, 높은 인장력을 유지하는 것에 더하여, 낮은 중량, 및 높은 부식 저항력을 유지하는 것이다.

해결하고자 하는 또 다른 과제는 생산 설비 및 기계에 대한 투자 요건을 실질적으로 경감시키면서도, 이러한 보강재의 생산 시 생산율을 높이고, 맞춤형 보강재를 제공하는 것이다.

해결하고자 하는 또 다른 과제는 다양한 구조에 다소간 복잡한 맞춤형 보강재가 요구되는 경우에도 이러한 보강재를 부설하는 데에 필요한 시간 및 적용 범위를 감소시키는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 개선된 특성을 갖는 콘크리트용 보강 시스템으로서, 상기 구조물에 개선된 강도 및 증가된 수명을 부여하면서 동시에 이렇게 생산된 콘크리트 구조물의 유지 요건을 감소시킬 수 있는 콘크리트 보강 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 상기 보강 시스템의 또 다른 목적은 콘크리트 구조물이 화재에 노출되더라도 상기 콘크리트 구조물의 구조적인 부하를 지탱하는 능력을 연장시키는 것이다.

본 발명에 의한 상기 보강 시스템의 또 다른 목적은 복잡한 구조적 요소에 상기 보강 시스템을 적용 및 치수화할 수 있도록 하는 단순한 가요성 보강 시스템을 제공하는 것이다.

상기 보강 시스템의 또 다른 목적은 작업자가 부설하기에 용이하며 적어도 부분적으로는 무거운 수동 승강 작용을 없앨 수 있는 보강재를 제공하는 것이다.

상술한 바의 목적은 독립항의 특징부에 더욱 정의된 바의 보강 시스템 및 제조 방법에 의하여 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 상기 독립항에 정의된다.

본 발명에 의한 보강 시스템의 필수 요소는, 매트릭스 내에 삽입된, 예를 들면 탄소 또는 화강암으로 만들어지는 다수개의 연속 섬유로 이루어지는 폐쇄된 보강 루프를 사용한다는 것이며, 상기 루프는 루프의 형성에 이어서 경화되고 예를 들면 모래와 같은 입자 층으로 코팅된다. 상기 루프는 바람직하기로는 연장되며, 종방향으로 배열되는 폐쇄된 루프 또는 연장된 권선의 형태 또는 횡방향의 해당 루프 또는 권선 형태 중 어느 하나로 될 수 있다. 루프 또는 권선의 반원형 단부는 상기 보강재를 고정하는 단부의 역할을 하는 구조로 된다. 상기 루프 보강재의 효과는 또한 적어도 부분적으로는 헬리컬 보강재를 제공함으로써 달성될 수 있다. 이러한 헬리컬 보강재가 경화된 콘크리트 내에 삽입될 때, 상기 헬리컬 보강재는 다수-축 보강재로서의 역할을 한다.

본 발명에 의한 보강재를 사용할 때, 상기 보강재의 단부 영역 내에서 힘이 갑작스럽게 또는 급격하게 집중되는 현상은 훨씬 적게 나타난다. 상기 보강재를 "결합"할 필요가 있을 경우에는, 전통적인 강재 보강재에 적용되는 종래의 중첩을 행할 수 있다. 주요한 차이는 하나의 보강재로부터의 힘이 이와 이웃하는 보강재에 전달된다는 것이며, 이 때, 상기 보강재 루프들 사이에 전단 응력의 결함이 전달되는 것에 더하여, 2개의 중첩된 루프들의 단부들 사이에서 상기 콘크리트 내에 국부적인 압축 영역이 형성된다. 콘크리트는 큰 압축력에 저항할 수 있으므로, 이 부하 전달 영역에서 발생 가능한 균열 또는 미소한 균열은 종래 보강재의 경우에서처럼 상기 압축력에 의하여 개방되기 보다는 오히려 폐쇄된다. 이러한 압축력의 크기는 여러 파라미터에 따라, 특히, 복합재 보강재와 그 둘레 콘크리트 사이의 결합에 따라 달라진다.

상기 보강재는 탄소 섬유 또는 화강암 섬유를 포함하는 복합재로 만들어진다. 본 발명에 의한 보강재 루프는 높은 인장 강도, 낮은 중량, 높은 부식 저항과 같은 우수한 물성을 갖는다. 더욱이, 높은 인장 강도는 예를 들면 매우 강한 화재와 같은 고열에서도 유지된다.

테스트는 본 발명에 의한 보강재가 강재보다 4배 더 강하고 강재보다 4배 더 가벼운 중량으로 됨을 보여준다. 결과적으로, 본 발명에 의한 보강재를 사용할 때, 실질적인 중량 감소를 달성할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 보강재는 부식에 대하여 높은 고유 저항을 가지므로, 상기 보강재를 보강될 콘크리트 요소에 인접하여 또는 그 상부에 위치시킬 수 있고, 따라서 콘크리트 적용 부위를 감소시키거나 또는 전혀 필요로 하지 않을 수도 있다. 따라서, 상기 보강재는 실제 필요한 곳에 위치될 수 있다.

도 1은 보강된 콘크리트 요소의 수직 단면을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 본 발명 원리에 의한 2개의 보강재 루프를 도시하는 개략도

도 2는 다수개의 보강재 폐루프로 형성되는 보강재 네트의 일 실시예를 나타내는 도

도 3은 종방향 및 횡방향으로 배열되는 다수개의 연속적인 보강재 루프로 형성되는 보강재 네트의 양자택일적인 실시예를 나타내는 도

도 4는 동축 및 동심원상으로 배열되는 본 발명에 의한 보강재 루프를 나타내는 도

도 5는 폰툰(pontoon)의 수평 단면을 개략적으로 나타내는 것으로, 본 발명에 의한 보강재 루프는 상기 폰툰을 보강하기 위하여 사용됨을 도시하는 개략도

도 6은 도 5에 도시된 폰툰 유니트에 관련하여 사용되는 보강재의 수직 단면을 도시하는 개략도

도 7은 도 5에 도시된 폰툰 유니트의 수직 단면을 도시하는 개략도

도 8은 플라스틱재에 의한 섬유 다발의 제조에 있어서 제 1 단계를 도시하는 개략도

도 9는 본 발명에 의한 루프의 제조 방법을 나타내는 도

도 10은 도 9의 A-A 선을 따라 도시한 상기 보강재 루프(11)의 수직 단면도

도 1은, 이상에서와 같이, 직사각형 빔의 형태로 개략적으로 도시된 콘크리트 요소(10)의 수직 단면을 개략적으로 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 상기 빔은 2개의 보강재 루프(11)에 의하여 개략적으로 보강된다. 다수개의 보강재 루프(11)가 사용될 수도 있으나, 명확한 도시를 위하여, 도면에는 2개의 보강재 루프(11)만을 도시한다. 그러나, 설계의 관점에서 힘 및 부하에 따라 상기 콘크리트 요소에 대량의 보강재 루프(11)를 사용할 수도 있다. 상기 보강재 루프(12)는 수평 및 수직 평면을 포함한 임의의 바람직한 평면으로 배열될 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 보강재 루프(11)는 수평 평면으로 배열되며, 하나의 루프의 일 단부는 나머지를 중첩하여 그들 사이에 폐쇄된 원통형 공간(12)을 형성하게 된다. 각 보강재 루프(11)의 대향 단부는 폐쇄된 반원(14)을 형성한다.

상기 콘크리트 요소에, 예를 들면 도 1의 화살표 방향으로, 인장 부하가 작용하게 될 때, 상기 보강재 루프(11)의 2개의 중첩 단부들은 함께 상기 폐쇄된 원통형 공간(12)을 형성하게 되고, 압축을 위하여 상기 공간(12) 내에 상기 콘크리트를 노출시킴으로써, 국부적인 프리스트레스 압축을 유발하는 단부 앵커로서 작용하게 된다. 상기 루프(11)의 단부는 보강재용 단부 앵커로서의 기능을 수행하며, 동시에 상기 루프(11)의 직선부는 종래와 같은 보강재로서의 기능을 수행하게 된다.

도시된 본 실시예에 의한 루프(11)는, 예를 들면, 섬유 스트링을 형성하기 위하여 매트릭스에 의하여 상호 연결될 수 있으며, 외부가 입자 형상 물질로 코팅된 단일의 섬유 필라멘트 소량으로 형성될 수 있다. 상기 입자 형상 물질은 예를 들면 모래로 될 수 있다.

상기 스트링(11)은 예를 들면 1-5 cm의 높이를 가질 수 있고, 두께는 예를 들면 1-2 mm로 될 수 있다. 상기 연장된 루프(11)는 폐루프(11)를 형성하기 위하여 상기 섬유 스트링을 반복적으로 권선함으로써 형성될 수 있다.

상기 루프(11)는 그의 단부가 예를 들면 반원 또는 반-타원 형상을 가질 수 있는 구조로 될 수 있다.

도 2는 본 발명에 의한 양자택일적인 실시예를 도시한다. 또한 이 실시예는 콘크리트 슬래브(10)에 관련하여 도시한 것으로, 단일의 보강재 층만이 도시한 것을 제외하고는 도 1에 도시된 실시예와 마찬가지이다. 상기 실시예는 연속적으로 서로의 후방에 배열되는 다수개의 폐루프(11)로 이루어지며, 이는 연장된 섬유 스트링(15)에 의하여 적어도 단부가 상호 연결되어, 보강재 네트 또는 보강재 매트를 형성하게 된다. 상기 연장된 섬유 스트링(15)은 직선 스트링 형태로 되거나 또는 상기 루프(11)에 대하여 수직으로 위치되는 루프의 형태로 될 수 있다. 이러한 네트 또는 매트는 예를 들면 콘크리트 바닥, 콘크리트 벽 등을 위한 보강재로 사용될 수 있다.

도면에 나타낸 바의 보강재 실시예는 예를 들면 콘크리트 컬럼의 보강재로 사용될 수도 있다.

도 3은 보강 매트의 제 3 실시예를 도시하는 것으로서, 여기에서 상기 루프(11)는 다수개의 연장된 권선(17)에 의하여 상호 연결되는 횡방향 권선(16)의 형태로 된다. 상기 권선(16,17)을 형성하는 섬유 스트링은 예를 들면 도 1에 대하여 상술한 바와 같은 치수를 가질 수 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 2개의 상기 루프(16‘)는 그의 단부가 상기 콘크리트 요소(10)의 밖으로 연장되도록 부설될 수 있다. 상기 루프(16’)는 예를 들면 상기 콘크리트 요소(10)를 인접한 콘크리트 요소(도시 생략)에 부착하기 위하여 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 루프는 예를 들면 상기 인접한 콘크리트 요소 내의 해당 홈 내에 위치될 수 있으므로, 상기 2개의 콘크리트 요소는 원위치에서 상호 경화될 수 있다. 상기 콘크리트 요소(10) 밖으로 연장되는 루프(16‘)의 수량은 본 발명 개념으로부터 벗어나지 않는 한, 1개 또는 수개로 될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예를 개략적으로 나타내는 것으로, 상기 보강재 루프(11-11")는 서로에 대하여 동축으로 위치된다. 상기 보강재 루프(11)는 가장 긴 길이를 가지며, 상기 보강재 루프(11')는 다소 짧고, 상기 보강재 루프(11")는 가장 짧은 길이를 갖는다. 본 실시예에 의하면, 상기 보강재 루프(11-11")를 사용함으로써, 보강재 단면 영역의 필요성이 가장 큰 구역에 상기 보강재의 주요 부분을 위치시키는 것이 가능하다. 도 4에 도시된 상기 콘크리트 요소는 예를 들면 각 단부에서 지지되는 비임으로 될 수 있다. 이러한 해결책에 의하면, 상기 비임의 중간 부분에서 구부림 모멘트가 가장 크게 될 수 있고, 결과적으로, 이 부분이 가장 큰 보강을 요한다. 이러한 실시예로 최적량의 재료 사용을 달성한다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 보강재 루프(11)를 가능한 일 실시예에 관련하여 사용한 예를 나타내는 것으로, 상기 루프(11)의 각 단부는 원통형 튜브(18) 둘레에 권선된다. 도 5 및 도 6에 나타낸 실시예에 의하면, 상기 콘크리트 구조물은 모듈화된, 길이가 긴 부유 교각 등을 형성하기 위하여 함께 묶여있는 예를 들면 길고 모듈화된 부유 교각 등을 형성하기 위하여 여러 요소로 이루어지는 형태의 부유 교각(20)의 일부를 형성한다. 도 5는 상기 부유 요소(20)의 수평 단면을 도시하며, 도 6은 부분도로서 상기 원통형 튜브(18) 및 보강재 루프만을 도시한 부분을 나타낸다. 본 실시예에 의하면, 상기 원통형 튜브(18)는 상기 부유체(20)의 모서리 에 위치되는 원통형 강재 튜브로 형성된다. 그러나, 상기 실린더(18)는 또한 강재 이외에 금속 또는 플라스틱재와 같은 재료로 형성될 수도 있다. 앞서 도시한 실시예들에서와 마찬가지로, 상기 보강재 루프(11)는 인접한 원통형 튜브(18) 쌍들 둘레에 상기 부유체(20)의 종방향 및 횡방향으로 권선된다. 도 5 및 도 6은 상기 부유체(20)의 종방향으로 권선된 루프(11)만을 도시한다.

2개의 인접한 부유체(20)의 상호 연결을 도모하기 위하여, 또는 하나의 요소를 지주 앵커 지점(22)에 결합하기 위하여, 각각의 모서리는 상기 원통형체(18)를 위한 홈(21)이 마련된다. 이에 상응하게, 상기 원통형체(18)는, 상호 연결을 위하여 또는 함께 하나의 부유체를 다른 하나의 부유체에 또는 지주의 고정 지점에 결합하기 위하여, 타이 로드(23) 등을 위한 지지 표면을 형성하도록, 개구 및 홀이 형성된 플랜지(24)가 마련된다. 상기 타이 로드(23)는 앵커판(25)을 사용함으로써 상기 원통형체(18) 내에 부착되어 조여질 수 있다. 도 5에서와 마찬가지로 이러한 타이 로드(23)를 하나만 나타낸다. 그러나, 이러한 타이 로드(23)는 상기 부유체를 상기 지주 앵커(22)에 고정하기 위하여 또는 2개의 인접한 부유체(20)를 함께 묶어 결합하기 위하여, 상기 원통형체(18) 각각에 대하여 마련할 수도 있다. 화살표(P)는 모서리에서 상기 부유체(20)에 작용하는 당김력의 방향을 나타낸다.

상기 부착물 및 상기 타이 로드의 타이-인 결합은 당업계에 주지된 임의의 방식으로 이루어질 수 있다.

도 7은 도 5에 나타낸 부유체(20)의 수직 단면을 나타내는 것으로, 상기 보강재 루프(11) 및 2개의 원통형체(18)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 상기 보강재 는 상기 원통형체와 함께 상기 부유체의 상반부에 배열된다.

도 8 및 도 9는 상기 보강재의 섬유 형성 부분의 가능한 제조 방법을 개략적으로 나타내는 것으로, 상기 루프 제조 방법을 나타낸다. 생산 라인의 제 1 부분에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 다수개의 연속적인 단일 섬유 또는 필라멘트(26)가 상응하는 수의 필라멘트 또는 섬유 스풀 또는 릴(RI)로부터 인출 또는 당겨진다. 상기 섬유(26)는 주입되기 위하여 우선 수집되어 부유 플라스틱재 또는 매트릭스(27) 조(bath)에 공급된다. 상기 수집된 섬유 다발(29)은 바람직하기로는 참조 부호 (R2) 및 (R3)로 명시된 바와 같은 종동 롤을 사용함으로써 당겨진다. 상기 주입된 섬유 다발은 롤러(R4) 위로 당겨져서 가능하기로는 상기 다발을 프리텐션(pre-tensioning)함으로써 상기 조(bath)으로부터 상기 다발을 당겨내게 되며, 이는 한 쌍의 롤러로 이루어지는 당김 수단(28)에 의하여 수행될 수 있다. 이들 롤러(28)는 또한 상기 섬유 다발이 주입되는 비경화 플라스틱재 또는 매트릭스의 가능한 잔여물을 짜내기 위한 수단으로 작용할 수도 있다. 이들 롤러(28)로부터 상기 주입된 섬유 다발(29)은 예를 들면 도 9에 나타낸 바와 같은 드럼 형상체 둘레에 권선하기 위하여 당겨진다.

도 9는 주입되었으나 아직 경화되지 않은 섬유 다발(29)이 2개의 연장된 원통형 드럼(30) 둘레에 권선되어 있는 것을 나타낸다. 상기 드럼(30)은 중간 지점이 상기 드럼의 축과 평행한 축(32)에 의하여 지지될 수 있는 하나 이상의 아암(31)에 의하여 상호 연결될 수 있다. 상기 상호 연결된 드럼(30)을 그의 축(32) 둘레로 회전시킴으로써 상기 주입되었으나 아직 경화되지 않은 섬유 다발(29)을 서로의 상부 에 권선하여 루프 형상 보강재(11)를 형성하게 된다.

도 10은 도 9의 A-A선을 따라 도시한 섬유 다발(29)의 단면을 나타낸다. 상기 섬유 다발(29)은 드럼체(30,31,32) 상에 권선되므로, 상기 섬유 루프(11)는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 다소 원형인 단면을 갖게 된다. 양자택일적으로, 상기 섬유 다발(29)은 드럼 상에 권선되어 그 단면이 다소 타원형으로 되도록 할 수도 있다.

루프(11)의 권선이 소망하는 형상 및 치수로 완성되면, 상기 루프의 외부가 모래와 같은 입자 형상 물질로 코팅될 수 있고, 그 결과 상기 루프는 적합한 방식으로 경화된다. 상기 입자 형상 물질은 상기 다발의 외표면에만 부착되므로 상기 다발(29) 내부의 섬유는 날카로운 입자 표면에 노출되지 않게 된다. 상기 루프(11) 외부에 상기 입자 형상 물질을 코팅하는 목적은 응결될 때 상기 콘크리트와 상기 섬유 다발 사이에 적당한 결합을 보장하기 위한 것이다.

예를 들면 전후로 권선되는 연장된 루프와 같이 상기 보강재가 상이한 형상으로 되어야 하는 경우, 상기 주입되었으나 아직 경화되지 않은 섬유 다발(29)을 제조하기 위한 방법은 도 9에 대하여 설명한 바의 방법에 상응한다. 상기 섬유 다발(29)은 소정 보강재 형상을 갖도록 특별히 개발된 보받이(template)에 권선되고, 경화하기 이전에 임의의 적합한 방식으로 상기 섬유 다발(29)의 미경화 표면에 입자 형상 물질이 도포된다.

상기 섬유 다발(29)에 사용되는 섬유재는 본 발명에 의하여 예를 들면 매우 높은 융점, 예를 들면 1000℃를 초과하는 융점을 갖는 물질로 형성될 수 있고, 상 기 주입 물질 또는 매트릭스는 예를 들면 열가소성 플라스틱과 같은 플라스틱재로 형성될 수 있다. 상기 섬유 필라멘트(26)에 적합한 물질로는 탄소 또는 화강암을 들 수 있다.

이러한 유형의 섬유재를 사용하는 것의 실질적인 장점은 상기 콘크리트 구조물이 예를 들면 화재로 인한 고온에 노출되더라도 보강 효과의 주요 부분을 유지한다는 것이다. 상기 주입 물질/매트릭스가 녹아버리거나 타버리더라도, 이러한 일은 200℃ 이상에서나 발생할 수 있는 것이다, 상기 연속적인 섬유 다발은 여전히 그의 “콘크리트 회랑(corridor)”내에 위치되어 산소로부터 다소간 자유롭다. 산소가 존재하지 않으므로, 탄소 및 화강암과 같은 물질 또는 이와 유사한 유형의 물질은 1000℃ 이상의 매우 높은 온도도 견뎌낼 수 있다.

상기 보강재 루프가 상기 루프에 몇 차례 권선되지 않는 두꺼운 섬유 다발로 형성되는 경우, 하나의 섬유 다발은 화재 이후에 그의 “회랑”으로부터 철거된다. 본 발명에 의한 상기 보강재 루프가 상기 루프에 매우 여러 차례 권선되는 가는 섬유 다발로 형성되면, 상기 루프는 상기 주입물질/매트릭스가 증발되어버리는 경우에도 실질적인 인장력을 견딜 수 있게 된다.

본문에 명백히 달리 기재되지 않는 한, 루프라는 용어는 본 발명에 의한 섬유 스트링 또는 다발로 형성되는 권선 또는 나선(helix)을 포함한다.

원통형체는 상술된 바와 같으나, “원통형체”라는 용어는 상기 섬유 보강재가 둘레에 권선되는 표면을 가지며 곡면으로 된 몸체를 포함한다. 상기 원통형체에서 상기 섬유 보강재와 접촉되지 않는 부분은 임의의 적당한 형태로 될 수 있다. 상기 원통형체는 입체적으로 고밀도(compact)로 될 수 있고 또는 발명 개념을 벗어나지 않는 한 중공형(hollow)으로 될 수도 있다.

더욱이, 상기 섬유 루프는 두께나 길이 범위가 변경가능하다. 조합으로 또는 단독으로, 길고 두꺼운 루프는 인장력을 취할 수 있고, 반면에 다수개의 짧은 루프의 사용은 화재의 경우 빠른 온도 상승으로 인한 콘크리트의 부서짐을 방지 또는 적어도 감소시킬 수 있다. 이는 화재로 인한 열이 상기 매트릭스를 탄화시키거나 또는 증발시켜 버리는 경우에도 단일 루프가 그의 기능을 수행할 것이라는 사실에서 기인한다 할 수 있겠다.

더욱이, 상기 루프는 타원형이지만 다소간 둥근 형태를 가질 수도 있다.

본 발명에 의한 소형 루프는 거나이트(gunite)에 대하여 사용하기에도 적합하며, 상기 루프는 또한 콘크리트가 갈라지거나 미소한 균열이 생기는 것을 방지할 수 있다.

Claims (13)

1. 탄소 또는 현무암과 같은 섬유 물질로 형성되는 단일 섬유 필라멘트로서, 상기 단일 섬유 필라멘트를 반복적으로 권선하여 연속적인 스트링에 권선되며 매트릭스 내에 삽입되고, 예를 들면 모래와 같은 입자 형상 물질로 외표면이 코팅되는 단일 섬유 필라멘트 다수개로 형성되는 적어도 하나의 연장된 스트링으로 보강재가 이루어지는, 보강된 콘크리트체로서,

   상기 보강재는 콘크리트 내에 삽입될 때, 서로 거리를 두고 떨어져 위치되는 적어도 2개의 연장된 스트링으로 이루어지며, 상기 스트링은 아치형 전이부에 의하여 상호 연결되거나, 또는 콘크리트 내에 삽입될 때 상기 루프 형상체가 개방형 루프로 형성되고, 상기 아치형 전이부는 상기 콘크리트체의 경화 콘크리트 내에 삽입될 때 상기 루프 형상 보강재의 단부 앵커로 작용하는 구조로 됨을 특징으로 하는 보강된 콘크리트체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 루프는 쌍으로 사용되며, 상기 아치형 루프 단부들은 서로 중첩되어, 상기 콘크리트체 내에 중간 영역을 형성하고 압축력의 작용을 받음을 특징으로 하는 보강된 콘크리트체.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 루프는 별도로 삽입된 원통형체의 둘레에 권선됨을 특징으로 하는 보강된 콘크리트체.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 루프의 대향 단부는 별도로 삽입된 원통형체 둘레에 권선됨을 특징으로 하는 보강된 콘크리트체.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 삽입된 원통형체는 고밀도로 또는 중공형으로 형성될 수 있고, 콘크리트, 강재와 같은 금속재, 플라스틱재, 카드보드 또는 이와 유사한 유형의 물질로 이루어질 수 있음을 특징으로 하는 보강된 콘크리트체.
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 원통형체 또는 원통형체들에는 상기 콘크리트체를 응결시키기 이전에 및/또는 인접 콘크리트체와의 연결을 위하여 타이-인 결합되기 이전에 상기 보강재를 인장력에 노출시키기 위한 구조로 되는 홈 또는 부착 수단이 마련됨을 특징으로 하는 보강된 콘크리트체.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 루프는 서로 상이한 길이를 가지며, 상기 루프는 서로에 대하여 동축으로 배열됨을 특징으로 하는 보강된 콘크리트체.
8. 매트릭스 내에 삽입되고 예를 들면 모래와 같은 입자 형상 물질층으로 외표 면이 코팅되며, 보강재 루프를 제조하기 위하여 반복적으로 권선되는 단일의 섬유 필라멘트들 소량으로 형성되는 적어도 하나의 연장된 탄소 섬유 루프로 보강재가 이루어지는, 보강된 콘크리트 요소를 응결시키기 위한 방법으로서,

   적어도 하나의 원통형체는: 연장된 연속적인 탄소 섬유 스트링으로 형성되는 연장된 보강재 루프로서 형성되는 적어도 하나의 폐루프의 일 단부는 상기 원통형체 둘레에 배열되며, 그의 대향 단부는 고정되고; 상기 연장된 보강재 루프는 그의 길이 방향으로 인장되어, 이에 콘크리트가 부어져서 상기 콘크리트가 충분히 경화되면 상기 인장력이 해제되도록; 위치됨을 특징으로 하는 보강된 콘크리트 요소를 응결시키기 위한 방법.
9. 각각의 콘크리트 요소가 보강되며 2개의 인접한 콘크리트 요소가 중간 앵커 요소에 의하여 함께 연결되는 상호 연결 콘크리트 구조를 형성하기 위하여 인접한 별도의 콘크리트 요소에 연결되도록 된 콘크리트 요소의 보강 시스템으로서,

   각각의 콘크리트 요소의 각 단부에는 부하를 지탱하는 원통형체가 삽입되고, 상기 보강재는 바람직하기로는 상기 콘크리트 요소의 각 단부에 배열되는 상기 2개의 부하 지탱 원통형체 사이 및 그 둘레에 바람직하기로는 연속적인 방식으로 연장되는 적어도 2개의 루프로 이루어짐을 특징으로 하는 콘크리트 요소의 보강 시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 보강재는 섬유로 형성되는 연속적인 스트링으로 이 루어짐을 특징으로 하는 시스템.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 섬유 스트링의 외표면은, 상기 섬유의 외표면에 부착되는 모래로 형성되는, 입자 표면이 마련됨을 특징으로 하는 시스템.
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 타이-인 결합되는 콘크리트 요소의 체인 형성을 위하여 콘크리트 요소 쌍의 사이에 상호 연결을 도모하기 위하여, 상기 2개의 원통형 요소 내에 홈이 형성됨을 특징으로 하는 시스템.
13. 횡방향으로 연장되는 루프 형상 보강재 요소 및 종방향으로 연장되는 보강재 요소로 이루어지며, 상기 상이한 방향의 보강재 요소들은 마디(node)에서 상호 연결되어 보강 네트를 형성하게 되는 복합재의 보강 네트 제조 방법으로서,

    다수개의 연장된 루프 형상 섬유 요소는 리그(rig) 내에 배열되어, 상기 루프 형상 보강재 요소가 서로에 대하여 정확히 위치되고, 따라서 보강재 네트의 형성을 위하여 종방향으로 연장되는 보강재 요소는 상기 리그 상의 루프 형상 요소 위로 당겨져서 상기 루프 형상 보강재에 부착되고, 연장된 스트링은 상기 루프들의 단부들에 부착되며, 상기 스트링 또한 상기 루프의 단부들에서 상기 루프들에 고정됨을 특징으로 하는 복합재의 보강 네트 제조 방법.

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