KR20120010306A - 섬유레일을 이용한 콘크리트 구조물의 보강공법 - Google Patents

섬유레일을 이용한 콘크리트 구조물의 보강공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 하이브리드 섬유판넬, 섬유레일, 앵커볼트, 고정철물을 이용해서 콘크리트 구조물을 보강하는 공법에 관한 것이다.
본 발명의 하이브리드 섬유판넬은 , 탄소섬유와 유리섬유의 혼합비가 1 : 1~9 범위인 보강부가 폭 방향을 따라 일렬로 직조되고, 유리섬유로 이루어진 고정용 유리섬유가 상기 보강부에 대해 직교하는 방향으로 일렬로 직조되어 시트를 여려겹으로 적층해서 함침제를 이용해서 제조됨을 특징으로 한다.

Description

섬유레일을 이용한 콘크리트 구조물의 보강공법 {Reinforcing Concrete Structures using Fiber Rail }
본 발명은 하이브리드 섬유판넬 과 섬유레일을 이용한 콘크리트 구조물의 보강공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열화된 콘크리트 구조물의 내하력을 증대시켜 콘크리트 구조물의 성능을 향상시킬 수 있는 섬유레일을 우선적으로 설치하고, 섬유레일을 따라서 하이브리드 섬유판넬을 섬유레일의 안쪽에 생성된 홈에 설치하는 보강공법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 탄소섬유, 유리섬유를 적절한 비율로 혼합해서 직조함으로써 연성율이 크게 증대된 하이브리드 섬유판넬에 관한 것이며, 또한 이러한 하이브리드 섬유판넬이 가지고 있는 장점을 최대한 활용하여, 과도한 하중이 가해지는 콘크리트 구조물에 하이브리드 섬유판넬을 적용하여 구조물이 천천히 파괴되도록 함으로써, 구조물의 안전성을 증대시킨 콘크리트 구조물의 보강공법에 관한 것이다.
아울러, 본 발명은 하이브리드 섬유판넬을 구조물에 안전하게 설치하기 위해서 레일 모양의 섬유을 보강이 필요한 방향으로 앵커볼트 또는 고정철물을 이용해서 설치하고, 섬유레일이 안전하게 부착이 될 수 있도록 한 후에, 하이브리드 섬유판넬을 설치해서 콘크리트 구조물의 보강이 이루지도록 한다. 섬유레일과 하이브리드 섬유판넬이 설치되면, 모든 이음부, 틈새를 실링재를 이용해서 봉합하고, 엑폭시 주입재를 보강단면과 하이브리드 섬유판넬사이에 주입해서, 하이브리드 섬유판넬와 보강단면이 보강 후에 같이 거동을 할 수 있게 하는 보강공법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트는 시멘트, 굵은 골재, 잔골재, 혼화재 등으로 구성되어 있어 다른 건설자재(철근)와 달리 재료의 구성성분이 다양하며, 서로 다른 이질의 물성들이 서로 합쳐서 이루어져 있다. 그러므로 콘크리트의 품질은 구성재료의 품질과 밀접한 관계가 있으며, 배합비, 타설방법, 양생법에 따라 달라지게 된다.
품질이 좋은 콘크리트는 경제적이고, 반영구적이기 때문에 오래 전부터 건축 및 토목재료에 사용되고 있다. 그러나, 품질이 낮은 콘크리트를 생산하여 사용하거나, 외부의 열악한 환경에 콘크리트 구조물이 노출되었을 경우에는 콘크리트는 급속하게 파손된다.
한편, 최근 콘크리트구조물의 형태가 다양화되고 복잡해짐에 따라, 원래의 설계 하중보다 많은 하중이 가해지는 경우가 발생하게 되어 콘크리트 구조물의 강도를 향상시켜야 하는 경우가 종종 발생하는데, 특히 잔교식 부두의 경우에는 각종 중장비가 운행하기 때문에 구조물의 손상이 빨라지고, 바닷물의 염분이온으로 콘크리트내의 철근의 부식이 급속히 진행되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 과거에는 주로 철판을 이용한 보강공법을 많이 사용하였으나, 철판의 무게로 인해서 콘크리트 구조물의 자중이 증가하고, 시간이 지남에 따라 부식이 발행하여 미관상 보기에 좋지 않고, 환경오염의 원인이 되었다.
따라서, 최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 철근에 비해 무게가 가볍고, 부식의 위험이 없는 섬유판넬(유리섬유, 아라미드섬유, 탄소섬유, 바살트섬유 등)를 이용한 보강방법이 많이 적용되고 있다.
특허 10-2001-0079484는 난연판넬를 이용해서, 러프면을 구조물의 표면부위에 대면되게 위치시키는 제1공정, 섬유보강 수지 난연 판넬에 구비된 홈을 통하여 구조물 쪽으로 앵커 볼트 고정을 위한 구멍을 천공하는 제2공정, 앵커 볼트 고정공을 통하여 앵커 볼트를 심은 후, 그 판넬의 외부로 돌출된 앵커볼트 부위를 제거하는 제3공정, 구조물의 표면부와 난연판넬의 러프면과의 사이로 주입 충전되는 에폭시 수지에 의해 그 판넬을 구조물에 일체화되게 보강하고, 앵커 볼트의 요홈 주위로는 이물질 방지용 스티커를 부착하는 제4공정, 앵커 볼트의 홈의 내부로 씰링제를 충진하여 씨링하는 제5공정, 씨링 작업 후 이물질 방지용 스티커를 박리하는 제6공정을 통하여 콘크리트 구조물을 보수 보강하는 것이며, 여기에 더 하여 판넬들의 이음부들도 보강할 수 있게 한 것이다. 그러나 이러한 공법은 난연판넬이 취성파괴를 하기 때문에 보강후에 구조물의 안전성에 확신 할 수 없으며, 앵커볼트의 설치로 난연판넬이 부분적으로 파괴됨으로 난연판넬의 손실이 불가피 한 단점을 지니고 있다.
특허 10-2004-0028591은 철근 콘크리트 구조물인 교량 또는 건축물의 슬래브 또는 거더에 노후 및 열화로 인하여 발생된 부식 및 균열부분에 대하여 우산살앵커와 단위 강화 FRP 판넬을 조립하여 철근 콘크리트 구조물을 보수보강하는 보수보강체 및 이를 이용한 보수보강 시공방법에 관한 것으로, 수중에서도 좋은 품질의 보수공사가 가능한 장점을 가지고 있는 반면에, 우산살 앵커의 설치로 콘크리트 구조물 단면에 부분적인 파괴가 피할 수 없으며, 수중에서 시공이 복잡해지는 단점이 있다.
특허 10-2006-0135171는 해양구조물 복합섬유판을 이용한 해양구조물 보수ㆍ보강방법은 해양구조물의 보수 및 보강부위의 표면을 정리하는 단계; 상기 정리된 해양구조물의 표면을 프라이머로 도포하는단계; 상기 프라이머가 도포된 도포층의 외주면에 복합섬유판을 앵커볼트로 고정하는 단계; 상기 복합섬유판에 상하면 주입구 및 배출구를 형성하는 단계; 상기 복합섬유판의 주입구를 통해 에폭시수지 또는 모르타르를 주입 및 배출구로의 배출여부를 확인하는 단계; 상기 복합섬유판의 에폭시수지 또는 모르타르 주입을 위한 연결파이프를 절단하고, 기타 주변을 정리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다. 그러나 유리섬유로 이루어진 복합섬유판은 극한 하중이 작용하면, 취성파괴가 이루어지고, 수중용 그라우트재를 주입시에 주입압력으로 복합섬유판이 파손될 수 있는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 기존에 사용하고 있는 공법은 유리섬유, 아라미드섬유, 탄소섬유 등 한가지 종류의 섬유만 이용해서 제조된 판넬을 사용하기 때문에, 극한 하중이 작용하면, 취성파괴가 이루진다. 그리고 판넬과 판넬을 연결하는 경우에 판넬의 단부가 오목하고 볼록한 형태로 제조되어서, 서로 연결되기 때문에 연결부가 취약하고, 극한 하중이 작용하면, 연결부에서 파손될 수 있는 단점이 있다. 따라서 본 발명의 목적은 이러한 문제를 해결하기 위해서, 하이브리드 섬유판넬과 섬유레일을 이용해서 시공성 및 경제성을 향상시킨 콘크리트 구조물의 보강공법을 제공하는데 있다.
본 발명은 철근보다 가벼운 섬유를 사용함으로써 경량화를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 탄소섬유, 유리섬유를 적절한 비율로 혼합해서 직조함으로써 연성율이 증대되어 선형 거동으로 인한 급격한 취성파괴를 방지하는 하이브리드 섬유판넬을 보강재료로 제공하고, 이를 위해, 본 발명은 역학적 특성이 우수한 하이브리드 섬유판넬을 제작해서 손상된 콘크리트 구조물을 보강한다.
상기목적을 달성하기 위해서, 하이브리드 섬유시트를 콘크리트 구조물의 보강부위 면적에 맞게 적절한 크기로 재단한 이후, 상기 재단된 하이브리드 섬유시트를 적층한 후에 함침제을 이용해서 합침시켜 하이브리드 섬유판넬을 제조한 다음에, 보강 부위에 앵커볼트를 이용해서 섬유레일을 설치하고, 주입제를 주입한 후에, 주입구를 봉합하고, 주입제가 완전히 양생된 후에 주입구를 잘라내서, 하이브리드 섬유판넬이 슬래브 하면에 완전히 부착되도록 한 다음에, 접착 및 상호연결 작업을 포함하는 것을 특징으로 한다.
하이브리드 섬유판넬 마감을 위해 다양한 색상의 마감재의 도포가 가능하고, 하이브리드 섬유판넬의 두께는 현장의 여건에 따라서 다양하게 생산이 가능한 것을 특징으로 한다.
손상된 콘크리트 구조물를 하이브리드 섬유판넬을 이용해서 보강하면, 섬유판넬 사이의 연결을 섬유레일로 서로 접합하고, 콘크리트 구조물의 면과 주입제를 이용해서 부착하기 때문에 하이브리드 섬유판넬의 부착력이 확보되고, 하이브리드 섬유패널, 섬유레일, 접착제인 주입제를 구성하는 각각의 재질이 서로 유사하기 때문에 열팽창계수의 상이에 의한 국부적인 변형이 발생되지 않고, 부착력이 우수하기 때문에 외부에서 가해지는 외력이나, 내구성에 우수한 성능을 발휘한다. 또한, 충분히 경량이기 때문에 시공이 용이하여 공사비용의 절감 및 공기 단축이 가능하게 되고, 콘크리트 구조물에 부가적인 하중의 부담을 주지 않는 상태에서 설계상 안전강도를 회복 내지, 유지시킬 수 있게 되며, 시공 후 지속적인 유지보수의 필요성이 없게 된다.
도 1은 콘크리트 구조물 슬래브 보강 부위에 FRP 판넬을 부착한 후에 엑폭시를 주입해서 콘크리트 구조물 슬래브 하면을 보강한 상태를 도시한 도면,
도 2는 콘크리트 구조물을 보강하기 위해 사용되는 본 발명의 하이브리드 섬유판넬에 사용되는 하이브리드 섬유시트의 직조형태를 도시한 도면이고,
도 3는 여러겹의 하이브리드 섬유시트를 서로 겹쳐서 제조한 하이브리드 섬유판넬을 도시한 도면,
도 4a는 하이브리드 섬유판넬를 섬유레일, 앵커볼트, 접착제를 이용해서 콘크리트 구조물의 슬래브하면 전체를 보강한 도면이며,
도 4b는 하이브리드 섬유판넬를 섬유레일, 앵커볼트, 접착제를 이용해서 콘크리트 구조물의 슬래브하면을 부분적으로 보강한 도면,
도 5a는 하이브리드 섬유판넬, 섬유레일, 앵커볼트의 위치와 상세도를 도시한 도면이고,
도 5b는 섬유레일을 도시한 도면이고,
도 5c는 섬유레일을 고정하는 앵커볼트와 고정철물을 서술한 도면이고,
도 5d는 하이브리드 섬유판넬을 고정하는 앵커볼트 서술한 도면이고
도 6a는 하이브리드 섬유판넬을 이용해서 콘크리트 구조물 보를 보강한 도면이고,
도 6b는 하이브리드 섬유판넬을 이용해서 콘크리트 보의 모서리를 L자형 코너비트로 보강한 도면이고,
도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 섬유판넬의 시공순서를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 콘크리트 구조물 슬래브(1) 보강 부위에 일반적으로 많이 사용하고 있는 FRP 판넬(10)을 부착한 후에 주입제(5)를 주입해서 콘크리트 구조물을 보강한 상태를 도시한 도면으로서 일반적으로 FRP 판넬(10)을 이용해서 노후된 콘크리트 구조물을 보강할 경우에는 보강부위의 하면(1)에 FRP 판넬(10)을 외부에 부착해서 철근 대용으로서 사용하고 있다,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 섬유시트(100)의 직조형태를 도시한 도면으로서 탄소섬유(110) 또는 유리섬유(130)의 체적비가 각각 1 : 1~9 범위인 보강부(150)가 길이 방향을 따라 빈틈없이 연이어서 일렬로 직조하고, 보강 방향의 섬유 간격 및 모양을 유지하기 위해서 고정용 유리섬유(160)가 상기 보강부(150)에 대해 직교하는 방향으로 일렬로 직조되어 시트(sheet) 형상으로 제조된다. 이때 상기 유리섬유(130)는 약 1.0cm 정도의 간격으로 서로 교차하면서 직조되게 하여 보강부(150)의 유리섬유(130)가 일정한 방향과 간격을 유지하여 견고한 구조를 갖도록 한다. 길이 방향의 섬유는 서로 빈틈없이 이어지며, 직교하는 섬유와 지속적으로 일정한 간격으로 교차를 반복하면서 서로의 간격 및 모양이 유지되도록 한다. 따라서 보강부(150)와 고정용 유리섬유(160)가 견고하게 결합되고, 상기 섬유들은 고정용 유리섬유(160)가 상기 보강부(150)에 대해 직교하는 방향으로 일렬로 직조되어 시트 형상으로 제조된다. 이러한 형태의 섬유시트는 기존에 한가지 섬유로만 직조한 섬유시트에 비해서 파단변형율이 높아지므로, 파괴시에 연성변형을 하고, 이러한 형태로 직조된 하이브리드 섬유시트로 보강된 콘크리트 구조물은 기존 단일섬유로 직조된 섬유시트보다 안전성이 뛰어나다. 표 1은 기존에 많이 사용하고 있는 탄소섬유시트, 유리섬유시트의 파단변형율을 본 발명에서 개발한 하이브리드 섬유시트와 비교한 것으로, 하이브리드 섬유시트의 파단변형율이 다른 섬유시트에 비해서 우수하다.
섬유시트의 파단변형율 비교
물성치 하이브리드섬유시트 탄소섬유시트 유리섬유시트 비고
파단변형율 (%) 2.8 1.2 2.0
도 3은 하이브리드 섬유시트(100)를 여려겹으로 겹치게해서 놓은 다음에, 함침제(200)를 이용해서 함침을 하는데, 함침제(200)는 보강부(150) 사이와 고정용 유리섬유(160) 사이에 일정한 틈새을 따라서 하이브리드 섬유시트 내부로 흘러들어가고, 함침제(200)가 섬유시트(100)에 흡수되면서 양생된다. 함침제(200)는 주로 폴리머계통의 수지가 많이 사용되고 있다. 함침제는 종류에 따라서 다소 차이가 있으나, 약 7일 정도 양생기간이 지나면, 하이브리드 섬유판넬(300)이 완성된다. 하이브리드 섬유판넬(300)의 두께는 하이브리드 섬유시트(100)의 겹수에 따라서 결정되는데, 하이브리드 섬유시트(100) 한겹의 두께가 약 1mm 이므로, 3겹은 3mm, 5겹은 5mm, 7겹은 7mm 등으로 구분해서 다양한 두께로 제조가 가능하다.
도 4a는 콘크리트 구조물 슬래브 하면(1)을 하이브리드 섬유판넬(300)을 이용해서 보강한 것으로, 우선적으로 섬유레일(700)을 슬래브 하면(1)에 길이방향으로 앵커볼트(900)를 이용해서 고정한다. 섬유레일 고정용으로 사용하는 앵커볼트(900)는 길이가 60mm이고, 지름이 8mm인 앵커볼트(900)로서 앵커의 표면을 니켈을 사용해서 도금을 한 것으로, 토양, 해수 등 열악한 환경에 노출되어도, 부식이 전혀 발생하지 않는 앵커로서, 기존에 사용하고 있는 앵커에 비해서 내구성이 우수하다.
섬유레일(700)이 설치되면, 하이브리드 섬유판넬(300)을 섬유레일(700)의 홈에 삽입해서 설치하고, 앵커볼트(500)를 이용해서 고정한다. 하이브리드 섬유판넬용으로 사용하는 앵커볼트(500)는 길이가 50mm이고, 지름이 4mm인 앵커볼트(500)로서 섬유레일용 앵커볼트(900)와 동일하게 앵커의 표면을 니켈을 사용해서 도금을 한 것으로, 토양, 해수 등 열악한 환경에 노출되어도, 부식이 전혀 발생하지 않는 앵커로서 기존에 사용하고 있는 앵커에 비해서 내구성이 우수하다.
하이브리드 섬유판넬(300)이 설치되면, 다음에 하이브리드 섬유판넬(300) 테두리나, 틈이 있는 부위를 실링제를 이용해서 실링하고, 실링후에 하이브리드 섬유판넬(300)이 완전히 봉합된 후에, 주입구를 통해서 하이브리드 섬유판넬(300)과 콘크리트 구조물 슬래브 하면(1) 사이 내부로 주입제(5)를 주입한다. 주입이 완전히 끝난후에 주입구를 봉합하고, 주입제가 완전히 양생된 후에 주입구를 잘라내서, 하이브리드 섬유판넬(300)이 콘크리트 구조물 슬래브 하면(1)에 완전히 부착되도록 한다.
도4b는 콘크리트 구조물 슬래브하면(1)의 통기성을 고려해서 일정한 간격을 유지하면서 하이브리드 섬유판넬(300)을 시공한 도면으로서, 슬래브하면에 일정한 공간을 부여함으로서 콘크리트 내부에 습기 등이 외부로 나올 수 있도록 한 시공법으로, 시공 방법은 도 4a와 동일하다. 표 2는 본 발명에서 사용한 주입제의 물리적특성을 정리한 것으로, 기존의 주입제보다 역학적 특성이 우수하다.
인 장 강 도 (N/ mm 2 ) 4 5.0 이상
굴 곡 강 도 (N/mm 2 ) 5 0.0 이상
접 착 강 도 (N/mm 2 ) 1 2.0 이상
충 격 강 도 (N/mm 2 ) 0.5 이상
압 축 강 도 (N/mm 2 ) 7 0.0 이상
도 5a는 하이브리드 섬유판넬(300)과 이를 고정하는 섬유레일(700), 앵커볼트(500, 900)의 위치를 상세히 서술한 도면으로서, 손상된 콘크리트 구조물 부위를 치핑해서 제거하고, 단면복구 혹은 표면처리를 통해서 보강이 필요한 부위의 면을 평편하게 한다. 섬유로 만든 레일 모양의 섬유레일(700)을 설치하기 전에 보강부위에 먹줄을 이용해서 섬유레일(700)이 설치되는 위치를 표시한다. 섬유레일(700)은 기차철도의 레일과 유사한 모양을 가지고 있으며(도 5b 참조), 웹(701)과 플렌지(703)로 구성되여 있다. 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 등 다양한 종류의 섬유로 제작이 가능하며, 공장에서 성형장비를 이용해서 제작하거나, 현장에서 노무자가 섬유시트를 이용해서 웹(701)과 플렌지(703)를 각각 제작한 후에 접착제를 사용해서 서로 연결해서 만들 수 있다. 섬유레일(700)은 웹(701)과 플렌지(703) 사이에 홈(705)이 있어서 보강재인 하이브리드 섬유판넬(300)을 쉽게 삽입할 수 있도록 설계되여 있다. 기존의 특허는 접착제를 사용해서 보강재를 서로 연결하는 형태로 되어 있으나, 섬유레일(700)은 보강재인 하이브리드 섬유판넬(300)을 홈(705)에 삽입을 해서, 쉽게 밀어 넣을 수 있도록 설계되여 있어서, 하이브리드 섬유판넬(300)의 연결을 용이하게 할 수 있도록 하였으며, 설치후에 외부에서 과하중이 가해져도, 섬유레일(700)이 하이브리드 섬유판넬(300)을 안전하게 지탱 할 수 있도록 설계되었다. 그리고 섬유레일(700) 자체도 섬유보강재인 유리섬유, 아라미드섬유, 탄소섬유 등으로 제작해서, 앵커볼트(900)나 고정철물(950)을 이용해서 보강부에 보강하기 때문에, 섬유레일(700)이 지니고 있는 보강량 만큼 보강능력을 향상시킬 수 있다. 따라서 기존에 공법에서 연결재는 보강 능력을 전혀 가지고 있지 않지만, 본 발명에서는 연결재인 섬유레일(700) 자체가 보강능력을 가지고 있으며, 주 보강재인 하이브리드 섬유판넬(300)의 연결을 용이하게 하는 역할을 함으로서 기존 기술에 비해서 경제성이 우수하다.
도 5c는 콘크리트 구조물 슬래브 하면(1)에 섬유레일(700)을 고정하는 앵커볼트(900)의 설치를 서술한 도면으로서 섬유레일(700)이 하중이 가해지는 방향과 일치하도록 하고, 섬유레일(700)을 슬래브 하면에 임시로 거치하고, 설계된 일정한 간격으로 유지할 수 있도록, 섬유레일(700)을 고정하는 앵커볼트(700)을 형성하기 위해서, 우선 드릴을 이용해서 섬유레일(700)의 중앙부를 관통해서 콘크리트 슬래브 하면(1)까지 도달하는 홀을 만들고, 홀을 깨끗이 청소한 뒤에 앵커볼트(900)를 삽입하고, 햄머를 이용해서 단단히 고정한다. 앵커볼트(900)의 설치로 섬유레일(700)을 슬래브 하면(1)에 안전하게 고정함으로서, 슬래브 상부에서 가해지는 외력에 지지하고, 하이브리드 섬유판넬(300)이 설치 될 수 있도록 레일 모양의 홈(705)을 제공해서, 하이브리드 섬유판넬(300)이 섬유레일(700)을 따라서 일정한 방향과 일정한 간격으로 설치될 있도록 하는 기능을 하게 된다. 섬유레일(700)을 이용한 보강법은 기존에 사용하는 공법(특허 10-2001-0079484, 특허 10-2004-0028591, 특허 10-2006-0135171)들과 다르게 하이브리드 섬유판넬(300) 사이를 철도레일 모양의 레일을 섬유보강재에 만들어서, 하이브리드 섬유판넬(300)을 설치 할 때에 섬유에 생성된 레일을 이용해서 쉽게 설치할 수 있도록 개발한 것으로, 일차적으로 섬유레일이 슬래브 상부에서 작용하는 하중에 저항하고, 추가적인 하중은 하이브리드 섬유판넬(300)이 받아줄 수 있도록 설계된 것으로, 따라서 기존 공법에 비해서 보강성능이 우수하고, 시공이 간편한 특징을 지니고 있다.
앵커볼트(900)를 이용하는 고정방법은 시공이 간편한 장점이 있지만, 섬유레일(700)에 손상을 주기 때문에 섬유레일(700)의 보강능력이 떨어진다. 이러한 단점을 보완하기 위해서 고정철물(950)을 이용해서 섬유레일(700)을 고정하는 방법이 있는데, 도 5c는 섬유레일(700)을 고정하는 고정철물((950)의 설치를 서술한 도면으로서, 앵커볼트(900)를 대신해서 설치함으로서, 섬유레일(700)을 설치하기 위해서 드릴을 이용해서 홀을 만들 때 발생하는 섬유레일(700)의 손상을 제거하는 것을 목적으로 한다. 앵커볼트(900)와 다르게 앵커 설치시에 섬유레일(700)에 홀을 생성하지 않으므로서, 섬유레일의 손상이 제거되고, 섬유레일(700)이 가지고 있는 보강기능을 충분히 발휘 할 수 있다. 고정철물(950)은 철판으로 레일모양의 앵커를 섬유레일(700)에 일정한 간격으로 설치하고, 고정철물(950)의 양쪽 끝단은 고정철물용 앵커볼트(951)를 삽입할 수 있도록 홈(953)이 있어서, 고정철물(950)을 보강부 하면을 고정시키는 역할을 한다. 고정철물(950)의 모양은 레일모양으로서 두께가 3mm-5mm인 강판을 사용하고, 양쪽 끝에는 홀이 있어서 고정철물용 앵커볼드(951)가 콘크리트에 삽입되어서, 고정될 수 있도록 하였으며, 고정철물용 앵커볼트(951)는 하이브리드 섬유판넬에 사용되는 것과 동일한 길이가 50mm이고, 지름이 4mm인 섬유레일용 앵커볼트(500)를 사용한다. 고정철물(950)은 앵커볼트(900)와 동일한 기능을 하지만, 섬유레일(700)을 전혀 손상시키지 않으므로 섬유레일(700)이 가지고 있는 보강기능을 충분히 발휘할 수 있는 특징이 있다.
섬유레일(700)이 보강방향을 따라서 일정하게 설치되면, 하이브리드 섬유판넬(300)을 섬유레일(700)에 생성된 홈(705)에 삽입해서 설치한다. 하이브리드 섬유판넬(300)이 설치되면, 섬유판넬용 앵커볼트((500)를 일정한 간격으로 설치해서 하이브리드 섬유판넬(300)을 콘크리트 구조물 고정한다. 도 7d는 하이브리드 섬유판넬(300)을 고정하는 섬유판넬용 앵커볼트(500)의 상세도면을 도시한 것으로, 하이브리드 섬유판넬(300)이 설치된 후에 섬유판넬용 앵커볼트(500)를 삽입할 홀을 드릴을 이용해서 하이브리드 섬유판넬(300)을 관통해서, 콘크리트 구조물 슬래브 하면(1)에 만들고, 햄머를 이용해서 섬유판넬용 앵커볼트(500)를 타격해서 일정한 간격으로 설치한다. 섬유판넬용 앵커볼트(500)의 설치로 하이브리드 섬유판넬(300)을 콘크리트 구조물 슬래브 하면(1)에 안전하게 고정함으로서, 콘크리트 구조물 슬래브 상부(1)에서 가해지는 외력에 충분히 견딜 수 있다.
앵커볼트(500, 900)을 이용해서 섬유레일(700)과 하이브리드 섬유판넬(300)이 설치된 다음에, 하이브리드 섬유판넬(300) 테두리, 이음매 등 틈새가 있는 부위를 실링제를 이용해서 실링하고, 하이브리드 섬유판넬(300)이 완전히 봉합되도록 한다. 그리고 주입구를 만든 후에, 주입구를 통해서 하이브리드 섬유판넬(300)과 콘크리트 구조물 슬래브 하면(1) 사이 내부로 주입제(50)를 주입한다. 주입이 완전히 끝난후에 주입구를 봉합하고, 주입제(50)가 완전히 양생된 후에 주입구를 잘라내서, 하이브리드 섬유판넬(300)이 슬래브 하면과 일체화 되도록 한다. 양생이 된 주입제(50)는 하이브리드 섬유판넬(300)이 콘크리트 구조물에 완전히 부착되도록 하고, 외부에서 하중이 가해지면, 같이 거동 할 수 있도록 한다,
도 6a는 하이브리드 섬유판넬(300)을 이용해서 콘크리트 구조물의 보를 보강한 도면으로서, 콘크리트 구조물 슬래브 보강과 유사하게 하이브리드 섬유판넬(300), 섬유레일(700), 앵커볼트(500, 900)를 이용해서, 콘크리트 구조물의 보를 보강을 한다. 그러나 콘크리트 구조물 보의 보강에서는 L형 코너비트(703)를 사용해서 모서리를 마무리하는 것이 차이가 있다. L자형 코너비트(703)는 하이브리드 섬유시트를 함침해서 만든 L자 모양의 연결재로서, 하이브리드 섬유판넬(300)과 동일하게 하이브리드 섬유시트를 여러겹으로 적층해서 제조한다.
L자형 코너비트(703)는 보의 모서리 끝단에 설치해서 보의 하면과 벽체를 연결하는 연결재로서, 보의 하면에 설치된 섬유레일(700)과 벽체에 설치된 하이브리드 섬유판넬(300)을 자연스럽게 연결하고, 보의 하면 코너에 형성된 빈 공간은 주입제(50)를 주입해서, 하이브리드 섬유판넬(300)의 보강 능력을 향상시키고, 외관를 미려하게 하는 데 L자 코너비트(703)의 설치 목적이 있다.
도 6b는 하이브리드 섬유판넬(300)을 이용해서 콘크리트 보의 모서리를 L자형 코너비트(730)로 보강한 도면을 상세히 도시한 것으로, 섬유레일(700)을 따라서 하이브리드 섬유판넬(300)이 앵커볼트(500, 900)을 이용해서 고정되고, 모서리를 따라서 L자형 코너비트가 섬유레일(700)과 앵커볼트(500, 900)을 감싸면서 설치되고, L자형 내부 모서리의 공간을 함침제(50)로 주입한 도면을 상세하게 표시하고 있다.
도 7는 본 발명에 따른 하이브리드 섬유판넬(300)의 시공순서를 도시한 도면이다. 먼저, 콘크리트 구조물에 있어서 보강을 필요로 하는 부위를 치핑한다(단계 S1). 즉, 콘크리트 구조물의 예정된 보강부위에 그라인드, 물세척 등을 이용해서 표면을 깨끗하게 정리하고, 열화된 콘크리트 부위는 제거하여 표면이 충분히 부착력을 확보할 수 있는 상태가 되도록 한다.
다음에, 하이브리드 섬유시트(100)를 콘크리트 구조물의 보강부위 면적에 맞게 적절한 크기로 재단한 이후(단계 S2), 상기 재단된 하이브리드 섬유시트(100)를 적층한 후에 함침제(200)을 이용해서 합침시켜 섬유시트 내부로 함침제가 충분히 스며들도록 한 다음에 약 7일간 양생한다(단계 S3).
다음, 콘크리트 구조물상의 예정된 보강 부위의 표면이 적절한 부착력을 갖도록 하기 위해서 보강 부위에 앵커볼트(500, 900)나 고정철물(950)을 이용해서 섬유레일(700)을 설치하고, 섬유레일(700)을 따라서 하이브리드 섬유판넬(300)를 설치한다.
하이브리드 섬유판넬(300)이 설치되면 주입기를 이용해서 콘크리트 구조물과 하이브리드 섬유판넬(300)사이에 함침제(200)를 주입해서 하이브리브 섬유판넬(300)이 슬래브 하면에 적절하게 부착될 수 있도록 한다
주입이 완전히 끝난후에 주입구를 봉합하고, 주입제(50)가 완전히 양생된 후에 주입구를 잘라내서, 하이브리드 섬유판넬(300)이 슬래브 하면에 완전히 부착되도록 한다.
[표 2] 주입제의 물리적인 특성
50 : 함침제
100 : 하이브리드 섬유시트
300 : 하이브리드 섬유판넬
500, 900 : 앵커볼트
700 : 섬유레일

Claims (8)

  1. 콘크리트 구조물의 보강 부위에 부착되어 구조물을 보강하는 하이브리드 섬유판넬로서,
    탄소섬유와 유리섬유의 혼합비가 1 : 1~9 범위인 보강부가 폭 방향을 따라 일렬로 직조되고 유리섬유로 이루어진 고정용 유리섬유가 상기 보강부에 대해 직교하는 방향으로 일렬로 직조되어 시트형상으로 제조된 하이브리드 섬유시트를 여려겹으로 적층해서 함침제로 함침시킨 후에 양생해서 하이브리드 섬유판넬을 제조하는 기술.
  2. 청구 1항에 있어서 하이브리드 섬유판넬의 두께는 하이브리드 섬유시트의 겹수에 따라서 3mm 5mm 7mm 로 구분해서 제조하는 기술
  3. 하이브리드 섬유판넬 섬유레일 앵커볼트 고정철물을 이용해서 콘크리트 구조물을 보강하는 공법
  4. 청구항 3에 있어서
    섬유레일은 웹과 플렌지로 구성되여 있으며 원재료는 유리섬유 탄소섬유 아라미드섬유 등 다양한 종류의 섬유로 제작이 가능하며 웹과 플렌지 사이에 홈이 있어서 보강재인 하이브리드 섬유판넬을 쉽게 삽입할 수 있도록 설계된 공법
  5. 청구항 3에 있어서
    섬유레일과 하이브리드 섬유판넬로 고정용으로 사용하는 앵커볼트는 부식을 방지하기 위해서 앵커볼트 표면을 니켈로 도금한 기술
  6. 청구항 3에 있어서
    섬유레일을 고정하는 고정철물의 모양은 레일모양으로서 두께가 3mm-5mm인 강판이며 고정철물을 고정하기 위해서 사용하는 앵커볼트는 길이가 50mm이고 지름이 4mm인 앵커볼트를 사용한다.
  7. 청구항 3에 있어서
    하이브리드 섬유판넬 테두리 이음새 등 틈새가 있는 부위를 실링제를 이용해서 실링하고 실링후에 하이브리드 섬유판넬이 완전히 봉합된 후에 하이브리드 섬유판넬과 콘크리트 구조물 사이 내에로 주입제를 주입해서 부착하는 공법

  8. 하이브리드 섬유판넬를 이용한 콘크리트 구조물의 보강방법으로서,
    콘크리트 구조물의 보강 부위를 치핑하는 단계와,
    하이브리드 섬유판넬을 제조하는단계와,
    앵커볼트나 고정철물을 이용해서 섬유레일과 하이브리드 섬유판넬을 설치하는 단계와,
    주입제를 주입해서 양생하는 단계로 콘크리트 구조물을 보강하는 공법
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