KR20100004930U - 콘크리트 휨인성 증대용 보강재 - Google Patents

Abstract

본 고안은 경화된 콘크리트 내에서 강섬유의 부착 특성을 고려한 형상 개선을 통하여 역학적 성능을 향상시키고, 단면 파단시 강섬유가 파괴하중까지 최대한 뽑히지 않게 구성되는 인성이 증대된 콘크리트 보강용 강섬유에 관한 것이며, 시멘트몰탈, 콘크리트, 숏크리트 중 어느 하나에 혼입되는 강섬유에 있어서, 주부(11)의 양단이 ∧ 형상으로 절곡되어 조부(12)가 형성되고, 주부(10)의 중앙에 ∧ 형상의 중간조부(13)가 형성되며, 조부(12)와 중간조부(13)의 절곡 각도는 30도 ~ 60도 인 것을 특징으로 한다.

강섬유, 콘크리트, 주부, 조부, 중간조부

Description

콘크리트 휨인성 증대용 보강재{An armature using flexural strength enlargement}

본 고안은 콘크리트 휨인성 증대용 보강재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강섬유의 콘크리트 부착특성과 콘크리트 휨특성을 개선하여 역학적 성능을 향상시키고, 파단시 보강재인 강섬유가 뽑히지 않게 구성되는 콘크리트 휨인성 증대용 보강재에 관한 것이다.

일반적으로 토목 및 건축공사에서는 시멘트를 이용한 콘크리트를 널리 이용하고 있다. 이러한 콘크리트는 인장 및 동적 하중에 대한 취약성으로 인하여 균열을 억제하기 힘든 단점이 있다.

이러한 단점을 개선하여 역학적 특성을 향상시키는 방법으로 철근을 골조로 이용하는 철근 콘크리트를 이용하고 있다.

이러한 철근 콘크리트 개념을 이용한 것으로 강섬유 보강 콘크리트가 있는데, 이러한 강섬유는 숏크리트, 슬래브 등 콘크리트 배합시 보강재로 혼입된다. 숏크리트는 터널의 공사시 굴착에 의한 암반 균열 및 낙반을 방지하기 위한 보강재로 서 주로 사용되며, 급결재를 이용하여 응결 시간을 줄이는 방법을 이용하고 있다. 특히 강섬유를 혼입한 콘크리트는 철근이나 와이어 메쉬를 대신할 수단으로 사용된다.

또한 강섬유는 무근콘크리트 및 철근콘크리트에 보강재로 사용된다. 이와같이 강섬유가 혼입된 콘크리트를 강섬유보강 콘크리트라 한다.

일반적으로 강섬유의 혼입율을 증가시키면 휨강도, 전단강도, 부착강도, 인성은 증대한다. 그러나 그 정도는 강섬유의 형상, 치수에 따라 다르고, 특히 인성은 형상, 치수의 영향을 크게 받는다.

도 1과 도 2에는 종래에 사용하는 강섬유의 형상이 도시되어 있는데, 도 1의 경우 강섬유(1)의 주부(2)의 양단에 절곡된 조부(3)가 형성되는데, 일반적으로 주부(2)는 대부분 동일한 직선 형태이고, 조부(3)의 형상에 의하여 강섬유의 역학적 특성이 결정된다. 도 1에서는 조부(3)가 대략 45도 절곡된 다음 다시 주부와 수평이 되게 절곡된 형상의 것이다.

그리고 도 2에서는 강섬유(1')의 주부(2') 양단에 형성되는 조부(3')가 라운드 형상으로 형성된 것이 도시되어 있다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 강섬유의 성능은 그 조부(3)(3')의 형상에 의하여 가장 큰 영향을 받게 되고, 이러한 형상은 그 미세한 차이에도 많은 역학적 성능이 달라지고, 이러한 역학적 성능은 다양한 실험과 노력에 의하여 결정지어지므로 현재에도 많은 개발이 이루어지고 있다.

본 고안은 전술한 문제를 해결하기 위하여 고안한 것으로서, 인성지수가 뛰어나, 콘크리트에 혼입하였을 때 휨에 저항할 수 있도록 강섬유를 혼입하여 콘크리트를 보강하고자 하는 목적이 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위하여 시멘트몰탈, 콘크리트, 숏크리트 중 어느 하나에 혼입되는 강섬유에 있어서, 주부의 양단이 ∧ 형상으로 절곡되어 조부가 형성되고, 주부의 중앙에 ∧ 형상의 중간조부가 형성되며, 조부와 중간조부의 절곡 각도는 30도 ~ 60도 인것을 특징으로 하는 인성이 증대된 콘크리트 보강용 강섬유 및 시멘트몰탈, 콘크리트, 숏크리트 중 어느 하나에 혼입되는 강섬유에 있어서, 주부의 양단이 ∧ 형상으로 절곡되어 조부가 형성되고, 조부의 절곡 각도는 30도 ~ 60도 인것을 특징으로 하는 인성이 증대된 콘크리트 보강용 강섬유를 제공한다.

이상과 같이 본 고안은 파괴단면 조사를 위하여 동일 배합을 통한 시험체 제작후 휨인성 시험을 실시한 결과, 기존제품에서 대부분 뽑힘 현상이 발생하고, 비교시험 강섬유인 양단 라운드 형에서 약 20% 정도 강섬유가 끊어지며 나머지는 뽑힘 현상이 발생한 것에 비해 본 발명의 강섬유는 대부분 뽑히지 않고 끊어짐이 발 생되므로 파괴하중에 대해서 콘크리트 휨에 대한 저항 능력이 향상되는 효과가 있었다. 이는 시험후 그래프 양상과 인성지수를 통하여 검증되었다.

인성지수의 경우 본 고안의 강섬유가 기존 제품보다 약 10% 이상 향상되는 효과가 있다.

주부의 중앙에 ∧ 형상의 중간조부가 형성되어 휨응력 작용시 지간이 좁아지는 효과가 있어 유리하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석하여서는 되지 않고, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 고안은 강섬유(10)의 조부(12) 형상이 꺽쇠(∧) 형상으로 형성된 것으로서, 주부의 중앙에 중간조부(13)가 형성된 것을 주요 구성으로 한다.

본 고안의 강섬유를 기본 제품과 비교시험을 하기 위한 조건은 아래와 같다. 시험기간은 2008년 6월~7월이고, 25 : 27 : 150 (굵은골재 최대치수 : 압축강도 : 슬럼프 )로 한다.

도 5와 도 6에는 타입별 강섬유 25kg/m3, 20kg/m3 을 혼입한 시험결과를 도 시한다.

슬럼프테스트, 공기량, 압축강도, 쪼갬인장ㅋ강도, 휨인성시험 테스트를 강섬유 혼입율 타입별 3회 실시하였다.

본 고안의 강섬유(10)(10')는 시멘트몰탈, 콘크리트, 숏크리트 중 어느 하나에 골재(5)와 같이 혼입되는데, 도 3에 도시된 일시예의 강섬유(10)는 주부(11)의 양단이 ∧ 형상으로 절곡되어 조부(12)가 형성되고, 주부(11)의 중앙에 ∧ 형상의 중간조부(13)가 형성된다.

이러한 주부(11) 양단에 형성된 꺽임부인 조부(12)는 30도~60도의 절곡각도를 가지게 형성된다.

그리고 주부(11)의 중앙에 조부(12)와 동일한 형상의 중간조부(13)를 형성한다. 이러한 중간조부(13)의 절곡 각도도 조부(12)와 마찬가지로 30도 ~ 60도로 형성한다.

조부(12)는 주부(11)의 양단에 동일 재질의 강으로 형성되고, 주부와 조부는 일체형으로 형성한다. 즉 주부(11)와 조부(12)와 중간조부(13)는 모두 일체로 같은 직경 또는 굵기로 형성된다.

이러한 강섬유는 대략 25mm ∼ 70mm 범위의 길이로 제조되는 것이 바람직하다. 그러나 보강용 강섬유의 규격에 대한 규정인 콘크리트용 강섬유 품질규격에서 정한 범위내에서 재질 굵기 인장강도 및 굽힘강도가 결정되어야 한다.

본 고안의 주요 구성인 조부(12)와 중간조부(13)의 형상에서 뽑힘 현상이 최대로 저항을 받게 되고, 이러한 뽑힘 현상이 발생되지 않음으로 인하여 콘크리트 에 작용하는 휨응력에 최대한 저항할 수 있다.

본 고안의 다른 실시예로 중앙에 중간조부가 없는 형상의 것이 도 4에 도시되어 있다. 다른 실시예의 강섬유(10')는 주부(11')의 양단이 ∧ 형상으로 절곡되어 조부(12')가 형성되고, 조부(12')의 절곡 각도는 30도 ~ 60도 인 것이다. 전술한 실시예에서 중간조부가 하는 역할만큼 휨인성이 줄어들지만, 일반 기존 제품보다 높은 휨인성을 가지고 있다.

같은 섬유라는 명칭이 붙지만 강섬유는 일반섬유와 달리 콘크리트 내에서 역학적 성질이 전혀 다르고, 실제 사용시에도 다른 목적으로 사용되어진다. 강섬유 콘크리트의 경우 균열억제 이외 인성계수 및 인성지수의 향상을 주요 목적으로 두고 있고, 일반 섬유 콘크리트의 경우 균열억제의 목적으로 사용되고 있다.

따라서 본 고안에서 제시하는 강섬유(10)(10')는 역학적 성능이 향상되는 인성지수가 증대되므로 기존의 강섬유와 다른 것이다.

도 7의 도시된 표에서 볼 수 있듯이, 인성지수가 10%이상 증대된다. 괄호 안의 수치는 최초 균열 발생점을 재확인하여 재계산한 수치로서 훨씬 뛰어난 수치를 보여준다.

도 5, 도 6, 도 7에서 기존제품은 도 1에 도시된 것을, 양단라운드는 도 2에 도시된 것을 의미하고, 양단v형은 본 고안의 강섬유를 의미한다.

도 1은 종래의 강섬유를 도시한 사시도.

도 2는 종래의 다른 강섬유인 양단 라운드형 강섬유를 도시한 사시도.

도 3은 본 고안의 강섬유를 도시한 사시도.

도 4는 본 고안의 다른 실시예를 도시한 사시도.

도 5는 본 고안의 강섬유의 25kg/m³ 혼입 시험 결과 그래프를 도시한 도면.

도 6은 본 고안의 강섬유의 20kg/m³ 혼입 시험 결과 그래프를 도시한 도면.

도 7은 본 고안의 강섬유를 혼입한 콘크리트의 성능 시험 결과를 도시한 도표.

도 8은 본 고안의 강섬유가 혼입된 콘크리트를 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >

1, 1' : 강섬유 2, 2' : 주부

3, 3' : 조부 4 : 콘크리트

5 : 조골재 10, 10' : 강섬유

11 : 주부 12 : 조부

13 : 중간조부

Claims (2)

1. 시멘트몰탈, 콘크리트, 숏크리트 중 어느 하나에 혼입되는 강섬유에 있어서,

   주부(11)의 양단이 ∧ 형상으로 절곡되어 조부(12)가 형성되고, 주부(10)의 중앙에 ∧ 형상의 중간조부(13)가 형성되며, 조부(12)와 중간조부(13)의 절곡 각도는 30도 ~ 60도 인것을 특징으로 하는 콘크리트 휨인성 증대용 보강재.
2. 시멘트몰탈, 콘크리트, 숏크리트 중 어느 하나에 혼입되는 강섬유에 있어서,

   주부(11')의 양단이 ∧ 형상으로 절곡되어 조부(12')가 형성되고, 조부(12')의 절곡 각도는 30도 ~ 60도 인것을 특징으로 하는 콘크리트 휨인성 증대용 보강재.

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