KR20150082216A - 프리스트레스드 콘크리트 부품들의 제조를 위한 보강 요소, 프리스트레스드 콘크리트 부품 및 이들의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리스트레스드 콘크리트 부품들을 제조하기 위한 보강 요소(10), 콘크리트 부품 및 대응하는 제조방법에 관한 것이다. 보강 요소(10)는 다수의 섬유들(12) 및 섬유들(12)에 의해 서로 연결되어 상기 섬유들(12)이 그 길이방향(T)으로 응력이 부여될 수 있는 다수의 홀딩 요소들(14)을 포함한다. 섬유들(12)은 홀딩 요소들(14)에 고정되어 응력이 부여된 상태로 섬유들(12)은 실질적으로 선형적 방식으로 홀딩 요소들(14)에 들어간다. 이는 높은 정도의 초기장력 및 콘크리트 부품들의 효율적이고 신뢰성 있으며 저렴한 제조 모두를 가능하게 한다.

Description

프리스트레스드 콘크리트 부품들의 제조를 위한 보강 요소, 프리스트레스드 콘크리트 부품 및 이들의 제조방법{REINFORCING ELEMENT FOR PRODUCING PRESTRESSED CONCRETE COMPONENTS, CONCRETE COMPONENT AND PRODUCTION METHOD}

본 발명은 프리스트레스드 콘크리트 부품들(prestressed concrete components)의 제조를 위한 보강 요소(reinforcing element)에 관계한다. 또한 본 발명은 프리스트레스드 콘크리트 부품, 및 보강 요소와 프리스트레스드 콘크리트 부품의 제조방법에 관계한다.

프리스트레스드 콘크리트 슬래브들은 종래 기술로부터 공지되어 있다. 예를 들어, US 2002/0059768 A1은 응력 와이어 로프들에 의한 프리스트레스드 콘크리트 슬래브의 제조방법을 개시하고 있다. 장력(tension)을 생성하기 위하여, 와이어 로프들은 상호간에 대향하여 위치하는 볼트들의 둘레에 감긴 후 볼트들이 반대 방향으로 이동함으로써 인장응력(tension stress) 하에 놓이게 된다. 이는 와이어 로프들의 파괴 응력의 대략 70%인 초기장력(pretension)을 가져온다.

본 발명의 목적은 프리스트레스드 콘크리트 부품들의 제조를 위한 개선된 보강 요소, 개선된 콘크리트 부품 및 보강 요소와 프리스트레스드 콘크리트 부품의 개선된 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 보강 요소뿐만 아니라 관련 청구항들에 따른 콘크리트 부품 및 제조방법에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 추가적인 구현예들이 추가적인 청구항들에 개시된다.

더욱이 본 발명은 프리스트레스드 콘크리트 부품들의 제조를 위한 보강 요소에 관한 것으로, 상기 보강 요소는 다수의 섬유들 및 상기 섬유들에 의해서 서로 연결된 수 개의 홀딩 요소들(holding elements)을 포함하며, 따라서 섬유들은 홀딩 요소들에 의해 길이방향으로 사전응력(prestressed)될 수 있다. 섬유들은 홀딩 요소들에 고정되어, 따라서 섬유들은 홀딩 요소들에 실질적으로 선형적 방식으로 들어간다(enter). 이렇게 하여 높은 초기장력 및 효율적이고 신뢰성 있으며 따라서 콘크리트 부품들의 저렴한 제조 모두가 달성된다.

용어 "섬유(fiber)"는 콘크리트 부품들을 위한 길고 신축성 있는 단일 또는 다수의 보강 요소들, 예를 들어 단일 필라멘트(또는 모노필라멘트로도 칭하여짐), 또는 필라멘트들의 다발(멀티필라멘트, 멀티필 얀(multifil yarn), 또는 신장된(stretched) 필라멘트의 경우에 로빙(roving)이라 칭하여짐)을 모두 포함한다. 특히 섬유라는 용어는 또한 단일 와이어 또는 다수의 와이어들을 포함한다. 또한, 섬유들은 개별적으로 또는 함께 코팅될 수 있으며, 및/또는 섬유 다발은 싸여지거나(wrapped) 꼬여질(twisted) 수 있다.

일 실시예에 따르면, 섬유들의 순 단면적(즉, 수지 함침이 없는)은 약 5 ㎟ 보다 작으며, 특히 약 0.1 ㎟ 내지 1 ㎟ 사이에 놓인다. 다른 실시예에 따르면, 섬유들의 인장변형 특성은 약 1% 보다 크다. 또 다른 실시예에 따르면, 순 단면적과 관련된 섬유들의 인장강도는 약 1000 N/㎟ 보다 크며, 특히 약 1800 N/㎟ 보다 크다.

프리스트레스드 콘크리트 부품의 제조에 있어서, 예를 들어, 우선적으로 본 발명에 따른 보강 요소들이 몰드 내에 설치되며, 이어서 섬유들이 적절한 홀딩 요소들을 반대로 당김에 의해 응력을 받게 된다. 이후, 콘크리트 성분이 부어지며, 몰드 내에 위치한 섬유들의 부분들이 콘크리트 내에 고정된다. 콘크리트 경화 이후에, 섬유들에 미리 가하여진 장력은 해제되며, 콘크리트에 갇힌 섬유 부분들이 콘크리트와 마찰적으로 연결되며 실질적으로 상기 섬유 부분들과 콘크리트 사이에 상대적인 변위가 발생하지 않기 때문에, 콘크리트에 갇힌 섬유 부분들의 장력은 보존된다. 이러한 마찰적 연결은 -그 중에서도- 콘크리트 케이싱 내에서 섬유들의 쐐기(wedging)작용에 기초한다(Hoyer 효과). 콘크리트 부품에서 돌출된 섬유들의 응력 없는 부분들은 분리되고 홀딩 요소들과 함께 제거될 수 있다. 프리스트레스드 콘크리트 부품의 사전장력은 이와 같이 콘크리트 내에 갇힌 섬유들의 응력에 의해 야기된다.

섬유들과 콘크리트의 연결은 다양한 수단들, 예를 들어 섬유들의 표면 조도의 증대에 의해 강화될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이러한 연결이 형성되어 총 치수 인장력(total dimensional tensile force)이 200 mm, 특히 100 mm 매립 길이 후에, 더욱 특히 70 mm 매립 길이 후에(즉 콘크리트 내에 고정된 섬유들의 길이), 기계적 전단 연결에 의해서 전달될 수 있다.

본 발명에 따른 보강 요소의 섬유들은, 다수의 상이한 물질들 특히 비-부식성 물질 그 중에서도 특히 내 알칼리성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 물질은 예를 들어 폴리머 유사 탄소뿐만 아니라 유리, 스틸 또는 천연 섬유이다.

예를 들어, 섬유들은 탄소로부터 만들어진다. 탄소 섬유들은 매우 저항력이 큰 이점이 있는데, 이는 수십년이 경과하여도 안정성의 커다란 손실을 발견할 수 없음을 의미한다. 더욱이, 탄소 섬유들은 내-부식성이며, 특히 이들은 콘크리트 부품들의 표면에서 부식되지 않으며, 실질적으로 눈에 보이지 않는다. 따라서, 탄소 섬유들은 콘크리트 부품들의 표면에 자주 남게 될 수 있다. 그러나 이들은 예를 들어 떼어내거나 벗겨내어 용이하게 제거할 수도 있다.

홀딩 요소들 "내(in)"에 섬유들의 고정, 특히 홀딩 요소들 "으로(to)" 또는 홀딩 요소들 "위(on)"에 섬유들의 고정은 다양한 고정 수단들, 예를 들어 추가적인 커버링 없이 섬유들을 적층하는(laminating) 것을 포함한다.

놀랍게도, 본 발명에 따른 해결수단에 의하여 콘크리트 부품들의 높은 초기장력 및 보강 요소들의 효율적이고 신뢰성 있으며 용이한 취급 모두가 달성된다. 이에 의하여, 콘크리트 부품들이 매우 저렴하게 제조될 수 있다. 특히 다음과 같은 이점들을 달성할 수 있다.

섬유들의 가로 응력은 섬유들이 그들의 길이 방향에 대하여 섬유들의 균일한 연속성을 의미하는 실질적으로 선형적 방식으로 홀딩 요소들에 들어감으로써 실질적으로 방지된다. 이러한 가로 응력은 종종 섬유 절단을 초래하며, 예를 들어 오르막 지점, 밀집 지점에서 발생하거나 또는 전형적으로 플러그 배플, 편향 풀리 또는 가이드 볼트들인 작은 곡률 반경 지점에서 발생한다. 작용되는 힘을 홀딩 요소로 우수하게 전송하는 본 발명에 따른 섬유들의 고정에 의하여, 파괴 위험의 증가 없이 높은 응력, 따라서 콘크리트 부품들의 높은 초기장력을 달성할 수 있다. 이는 탄소 섬유들 특히 함침된 탄소 섬유들에서 매우 이점을 가지는데, 이는 이들이 가로 응력에 대하여 매우 취약하기 때문이다.

일 실시예에 따르면, 섬유들 특히 탄소 섬유들은 섬유들 파괴 응력의 약 50% 내지 95%의 장력으로 응력을 받을 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 섬유들은 섬유들의 파괴 응력의 적어도 약 80%, 특히 적어도 약 90%로 응력을 받을 수 있다. 매우 안정적이고 대형이며 얇은 콘크리트 부품들의 저렴한 제조가 달성된다. 탄소 섬유들은 콘크리트에 비하여 상이한 팽창특성을 보이기 때문에, 콘크리트 부품의 높은 초기장력은 탄소 섬유들에 있어서 특히 이점이 있다.

본 발명에 따른 보강 요소들로 인하여, 하중을 받아도 실질적으로 휘지 않는 크고 얇은 콘크리트 부품들을 제조할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제조되는 콘크리트 부품의 두께는 약 10 mm 내지 60 mm, 특히 15 mm 내지 40 mm 범위에 놓인다. 다른 실시예에 따르면, 콘크리트 부품의 넓이와 관련된 확장은 적어도 약 10 m x 5 m, 특히 적어도 약 10 m x 10 m, 더욱 특히 적어도 약 15 m x 15 m이다. 또 다른 실시예에 따르면, 콘크리트 부품의 길이는 적어도 6 m, 더욱 특히 적어도 12 m이다.

또한 보강 요소들은 제1 장소에서 중간 제품들로 제조될 수 있으며, 여기에서 필요시 적절한 이송 용기에 포장되어 콘크리트 부품들의 제조를 위하여 다른 장소로 이송된다. 다른 장소에서, 예를 들어 콘크리트 제조 공장에서는 이송된 보강 요소들이 중간 제품들로 바로 사용될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 섬유들과 홀딩 요소들의 연결에 의하여, 강건하고 공간 절약적인 따라서 양호하게 이송할 수 있는 유닛이 달성된다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 섬유들은 개별 섬유들 및/또는 하나 또는 그 이상의 로빙들, 특히 탄소 로빙들을 포함한다. 특히 안정적이고 가벼운 콘크리트 부품들의 제조가 달성된다. 개별 섬유들은 직접적으로 연결된 섬유들이 아닌 단일의 섬유로 이해된다. 이와는 반대로, 연속적인 섬유 배치가 보여야 하며, 이에 의하여 시소(see-saw)인 섬유 배치의 부분들이 루프들(loops)에 의해 연결된다.

용어 "로빙"은 신장된 필라멘트들의 다발로 이해된다. 신장된 얀으로도 불리는 이러한 로빙은 전형적으로 수천 필라멘트들 특히 약 2,000 내지 16,000 필라멘트들을 포함한다. 로빙에 의하여, 섬유들에 작용하는 장력이 실질적으로 다수의 필라멘트들에 분산되어 국부적 피크 부하가 실질적으로 방지된다.

또한, 로빙의 필라멘트들은 작은 섬유 직경을 포함함으로써 이에 대응하는 커다란 표면-직경-비율, 따라서 콘크리트와 필라멘트들 사이의 양호한 상호 연결이 달성된다. 또한 콘크리트로의 우수한 추력 전달(thrust-transmission) 및 우수한 장력 분산이 달성된다.

일 실시예에 따르면, 섬유들은 2 개 내지 10 개, 특히 2 개 내지 5 개의 개별 로빙들을 포함하는 다수 로빙들의 배치로부터 이루어진다. 따라서, 상기 섬유들은 약 4,000 내지 약 160,000 필라멘트들을 포함한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 홀딩 요소들은 섬유들을 위한 안내 요소들(guiding elements), 특히 클램핑 장치 및/또는 말단 영역에서 섬유들을 적층하기 위한 홀더, 특히 섬유-보강 폴리에스터 매트릭스, 더욱 특히 폴리에스터 매트릭스를 포함한다. 상기 안내 요소들에 의하여 우수한 힘의 전달이 달성된다. 더욱이, 적층에 의하여 공간 절약적이고 강건한 유닛이 달성된다. 홀딩 요소들은 양면 접착 테이프로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 홀딩 요소들 내에 위치하는 섬유들은 기본적으로 평평한 층을 형성하며, 실질적으로 평행하게 및/또는 실질적으로 서로 간에 균일하게 이격되어 배치된다. 따라서, 보강 요소는 탄도(trajectory) 또는 하프 형상을 포함한다. 상기 형상은, 특정 섬유들의 분리를 위해 필요한 경우 삽입 시트들을 사용하여, 포개거나 말기에 용이하다. 따라서, 보강 요소들은 양호하게 이송될 수 있다.

이러한 하프 형상의 보강 요소는 그리드에 장점을 가져서 결절이 나타나지 않아 매우 높은 장력이 달성될 수 있다. 더욱이, 위빙(weaving) 또는 브레이징(braising)과 같은 복잡한 제조 단계들이 생략되고, 그리드 제조를 위한 기계들이 필요하지 않기 때문에 탄도들의 폭과 관련하여 많은 적응성이 있다. 따라서, 폭과 길이 모두에서 소위 "무한 제품들(endless products)"이 간단한 방식으로 제조될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 보강 요소는 섬유들 상호간을 예를 들어 횡단 실들(transverse threads) 및/또는 직물 형상으로 연결하는 추가적인 스페이서를 포함하며, 따라서 프리스트레스되지 않거나 단지 부분적으로 프리스트레스된(prestressed) 보강 요소의 경우에 개별 섬유들 사이에 공간이 존재한다. 프리스트레스되지 않은 섬유들의 엉킴이 실질적으로 또는 완전히 방지된다 이와 같이, 상기 스페이서는 설치 보조 및/또는 이송 보조로 작용한다. 콘크리트에 갇혀서, 스페이서들은 실질적으로 인장응력을 받지 않는다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 보강 거리는 약 5 mm 내지 약 40 mm, 특히 약 8 mm 내지 25 mm 이며, 및/또는 각 홀딩 요소당 약 10 개 특히 약 40 개의 섬유들이 고정된다. 예를 들어, 보강 거리, 즉 이웃하는 섬유들 사이의 거리가 콘크리트 부품 두께의 두 배보다 작거나 같다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 섬유들은 내 알칼리성 폴리머, 특히 수지, 더욱 특히, 비닐 에스터 수지로 함침된다. 섬유들의 높은 장력이 달성된다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 섬유들은 입자성 물질, 특히 모래로 코팅된다. 섬유들과 콘크리트 사이의 개선된 상호 연결, 따라서 콘크리트 부품 내에서의 초기장력의 높은 안정성이 달성된다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 섬유들이 홀딩 요소에 고정되어, 응력된 상태의 섬유들이 특히 적어도 약 5 mm의 거리, 더욱 특히 적어도 약 10 mm의 거리에서 실질적으로 선형적 방식으로 홀딩 요소들 내부로 연속된다. 섬유들과 홀딩 요소들 사이의 우수한 힘의 전달이 달성된다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 홀딩 요소들은 특히 섬유들이 진행하는 방향을 가로질러 힘 분산 수단, 특히 만곡(curvature) 및/또는 프로파일(profile)을 포함한다. 작용하는 힘의 우수한 분산, 따라서 응력을 받는 동안에 섬유들에 높은 인장력 및/또는 작은 하중이 달성된다. 더욱이, 이렇게 함으로써 매립길이(embedment)의 줄임, 즉 섬유들을 홀딩 요소들에 신뢰성 있게 고정하기 위해 필요한 길이를 줄이는 것이 달성된다.

일 실시예에 따르면 홀딩 요소의 만곡은, 휘어지게 놓여진 섬유들 각각이 실질적으로 평행하며, 특히 평면(plane)을 형성하는 섬유들의 층에 수직이 되도록 형성된다. 예를 들어 수평 위치의 섬유들의 배치에서, 그들 섬유 말단들은 위쪽 또는 아래쪽으로 수직으로 휘어진다.

특히 프로파일에 의해, 홀딩 요소와 클램핑 장치 사이의 우수한 마찰적 연결이 달성된다. 따라서 홀딩 요소 및/또는 섬유들 상의 압력이 감소될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 클램핑 장치에 홀딩 요소의 고정을 위해 지정된 프로파일이 홀딩 요소 표면들의 적어도 한쪽에 배치된다. 다른 실시예에 따르면, 프로파일은 파도-유사 또는 치아-유사 특히 톱니-유사하다.

본 발명에 따른 보강 요소의 일 구현예에 따르면, 보강 요소의 폭은 0.4 m, 특히 0.8 m 보다 크며, 및/또는 보강 요소의 길이는 4 m, 특히 12 m 보다 크다. 대형 콘크리트 부품들의 효율적인 제조가 달성된다. 예를 들어, 20 m x 20 m 크기의 콘크리트 슬래브가 한 번의 작업 사이클로 제조될 수 있다.

또한, 본 발명은 프리스트레스드 콘크리트 부품들을 위한 보강 요소의 제조방법에 관계하며, 상기 방법은

- 상호 이격된 다수의 섬유들을 집합적으로 잡아당겨 프리스트레스드 섬유들을 제공하는 단계; 및

- 상기 섬유들을 그들 상호간의 위치, 특히 거리 및/또는 방향의 관점에서 고정시키기 위하여, 특히 클램핑 및/또는 적층에 의해 홀딩 요소를 프리스트레스 섬유들에 고정하는 단계를 포함한다.

특히 콘크리트 내에 설치하기 전 및 설치하는 동안에 섬유들을 팽팽하게 하기 위한 보강 요소의 추가적인 이용과 관련하여, 섬유들의 실질적으로 동시에 진행되는 공정 및 이에 따라서 보강 요소의 매우 효율적인 제조 및 섬유들의 유리한 배치가 달성된다.

일 실시예에 따르면, 홀딩 요소는 섬유들과 연결된 후에 특히 중심에서 갈라져(cutthrough), 생성된 부분들(segments) 모두는 두 개의 연속적으로 제조되는 보강 요소들을 위한 두 개의 홀딩 요소들을 차례로 형성한다. 제1 부분은 제1 보강 요소의 말단을 형성하며 제2 부분은 이어지는 보강 요소의 초입을 형성한다.

다른 실시예에 따르면, 홀딩 요소는 이중 홀딩 요소(double holding element)로 형성되어 두 부분들(parts) 사이에는 개방된 중간의 공간(open intermediate space)이 위치하며, 여기에 섬유들이 노출된다. 홀딩 요소들의 상기 갈라짐은 상기 중간 공간 내의 섬유들을 예를 들어 단순히 절단하는 것에 의해 수행될 수 있다. 보강 요소들의 제조, 특히 연속적인 제조를 위한 효율적인 분리가 달성된다.

본 발명에 따른 보강 요소 제조방법의 일 구현예에 따르면, 홀딩 요소의 고정은 섬유들의 집합적 당김 과정 동안에, 특히 홀딩 요소들을 섬유들의 이동과 동시에 이동시킴에 의해 수행된다. 특히 보강 요소들의 연속적 제조를 위한 효율적인 제조가 달성된다.

본 발명에 따른 보강 요소 제조방법의 일 구현예에 따르면, 홀딩 요소의 고정은 홀딩 요소의 상부 파트와 하부 파트를 섬유들의 반대편 파트들에서 고정함으로써, 특히 유리 섬유 매트들을 결합함으로써 이루어진다.

본 발명에 따른 보강 요소 제조방법의 다른 구현예에 따르면, 섬유들의 배치는 섬유들을 홀딩 요소의 제1 파트 위에 놓고 홀딩 요소의 제2 파트를 추가하여 상기 두 개의 파트들을 서로 밀어 섬유들을 고정함으로써 이루어진다. 홀딩 요소들의 섬유들은 단단히 둘러싸여 매우 튼튼하고 강건한 고정이 달성된다.

또한, 본 발명은 프리스트레스드 콘크리트 부품 특히 콘크리트 슬래브에 관계하며, 이는 본 발명에 따른 보강 요소를 하나 이상 사용하여 제조되며, 여기에서 콘크리트 부품의 초기장력은 섬유들의 파괴 응력의 80% 이상, 특히 90% 이상이다.

일 실시예에 따르면, 상기 콘크리트 부품은 특히 그룹으로 배치된 다수의 본 발명에 따른 보강 요소들을 사용하여 제조된다. 그룹으로 배치함에 의하여 콘크리트 부품의 상태들에 대한 개선된 조절이 달성된다. 그룹으로의 배치는 하나 또는 그 이상의 수평 및/또는 수직 거리들 또는 각진(angular) 특히 직각의 배치에 의해 달성된다.

일 실시예에 따르면, 섬유들의 프리스트레싱은 섹션별로 특히 사용된 보강 요소들 각각에 대해 개별적으로 프리스트레싱함으로써 이루어진다. 초기장력이 특정한 요구에 맞추어 신축적으로 조절될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 보강 거리, 즉 두 개의 이웃하는 섬유들 사이의 거리는 콘크리트 부품 두께의 두 배보다 작거나 같으며, 특히 슬래브 두께의 두 배보다 작거나 같다.

또한 본 발명은 프리스트레스드 콘크리트 부품의 제조방법에 관계하며, 상기 방법은

- 본 발명에 따른 보강 요소를 하나 이상 제공하는 단계;

- 적절한 홀딩 요소들을 서로 멀어지게 잡아당김으로써 보강 요소의 섬유들에 응력을 부여하는 단계; 및

- 응력이 부여된 섬유들을 적어도 부분적으로 콘크리트 내에 설치함으로써 콘크리트 부품의 콘크리트 작업을 수행하는 단계를 포함한다.

매우 효율적이고 용이하게 관리할 수 있는 사전 작업 및 따라서 콘크리트 부품의 저렴한 제조가 달성된다. 특히 대대적이고 복잡한 개별 섬유들의 부설 작업 특히 까다로운 바구니 세공법(basketry)이 생략된다. 이와 같이 본 발명에 따른 방법은 콘크리트 부품들의 생산 현장에서의 제조방법으로 매우 적합하다.

본 발명에 따른 방법은 대형 프리스트레스드 콘크리트 부품들의 제조, 예를 들어 약 20 m 폭 및 약 20 m 길이의 콘크리트 부품들의 제조에 특히 적합하다. 이어지는 작업 단계에서, 콘크리트 부품들의 장력은 분리되는 동안에 항상 남아있기 때문에, 상기 대형 프리스트레스드 콘크리트 부품들은 작은 프리스트레스드 콘크리트 부품들로 분할될 수 있다. 이어서 작은 콘크리트 부품들은 예를 들어 특별한 형상의 마루 바닥, 계단 디딤바닥 또는 탁구 테이블 제작을 위해 예를 들어 톱질, CNC 밀링, 워터 젯 커팅에 의해 개별적으로 절단될 수 있다. 이러한 분할(partition)은 이하에서 더욱 상세하게 기술되는 바와 같이 분리 요소, 특히 폼(foam)을 사용함으로써 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 프리스트레스드 콘크리트 부품 제조방법의 또 다른 구현예에 있어서, 하나 이상의 보강 요소를 제공하는 단계는 다수의 보강 요소들을 층 내에 특히 실질적으로 평행하고 및/또는 이웃하여 나란히 위치시켜 배치함으로써 이루어진다. 넓은 영역의 효율적인 설치가 달성된다.

본 발명에 따른 프리스트레스드 콘크리트 부품 제조방법의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 하나 이상의 보강 요소를 제공하는 단계는 보강 요소들을 둘 이상의 층들에 배치함으로써 달성되며, 이웃하는 층의 보강 요소들의 방향은 각을 가지고, 특히 실질적으로 직각으로 배치된다. 복잡한 보강의 효율적이고 신축성 있는 설치가 달성된다. 예를 들어 하나 이상의 보강 요소를 제공하는 것은 수 개의 보강 요소들을 서로의 상부에 쌓음으로써 이루어진다.

본 발명에 따른 프리스트레스드 콘크리트 부품 제조방법의 또 다른 구현예에 있어서, 프리스트레스드 콘크리트 부품은 분리 요소, 특히 폼을 콘크리트 부품의 콘크리트 작업 이전에 삽입하는 추가적인 단계를 포함한다. 콘크리트 부품의 효과적인 분할이 달성된다. 특히 폼은 매우 신축적이고 적용성이 우수하며 저렴한 분할을 가져온다. 추가적인 기능으로, 폼은 콘크리트 작업 동안에 섬유들의 위치 확보 및 섬유들의 고정의 보조 수단으로 작용한다. 분리 요소로서 예를 들어 천연 고무 또는 스티로폼 등의 고상 물질이 적용될 수도 있다.

본 발명에 따른 프리스트레스드 콘크리트 부품 제조방법의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 방법은 콘크리트 작업 이후에 콘크리트 부품을 특히 브레이킹(breaking) 및/또는 톱질에 의해 분리하는 단계를 추가적으로 포함한다. 폼은 안정성에 크게 기여하지 않기 때문에, 콘크리트 부품의 단일의 파티션들은 오직 섬유들에 의해서만 사실상 함께 유지된다. 따라서, 콘크리트 부품들은 특히 단순한 브레이킹에 의해 쉽게 분리된다. 잘 관리할 수 있는 파트들에서의 파티션이 수월하고 효율적인 방법으로 달성된다. 예를 들어 상기 파트들은 콘크리트 부품들의 생산 현장에서 추가적인 작업 지역들로 분배되어 그곳에서 최종 형상으로 만들어질 수 있다.

전술한 실시예들 및 구현예들의 조합 또는 조합들의 조합이 추가적인 조합의 대상이 될 수 있음이 명확하게 지적된다. 모순되는 결과를 가져오는 조합들만이 제외된다.

본 발명의 추가적인 구현예들의 예시가 이하 도면들에서 도시된다.
도 1은 두 개의 홀더들을 사용하여 프리스트레싱될 수 있는 탄소 섬유들을 가지는 본 발명의 일 구현예에 따른 보강 요소의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 홀더의 개략적 상세도이다.
도 3은 도 1에 따른 다수의 보강 요소들을 사용하여 프리스트레스드 콘크리트 슬래브 제조 과정 중 중간 상태의 개략적인 도면이다.
도 4는 도 2에 따른 홀더의 개략적 측면도이다.
도 5는 도 3에 추가적으로 콘크리트 슬래브의 분할 및 탄소 섬유들의 고정을 위해 추가적으로 건축용 폼을 가지는 개략적인 도면이다.
도 6은 만곡을 포함하는 도 2에 따른 홀더의 개략적인 도면이다.

이하의 구현예들은 예시적이며 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

도 1은 인장된 상태의 본 발명의 일 구현예에 따른 보강 요소(10)의 개략적인 도면이다. 이러한 보강 요소(10)는 프리스트레스드 콘크리트 부품들의 제조에 제공된다.

보강 요소(10)는 본 예에서는 탄소 섬유들(12)로 형성된 10개의 개별 섬유들(12, 부분적으로만 부호를 붙임) 및 두 개의 홀더들(14) 형상의 두 개의 홀딩 요소들을 포함한다. 홀더들(14)은 서로 이격되어 배치되며, 10개의 탄소 섬유들(12)에 의해 서로 연결된다. 탄소 섬유들(12)은 그들의 길이 방향(T)으로 홀더들(14)을 반대로 잡아당김으로써 응력이 가해질 수 있다.

본 발명에 따르면, 탄소 섬유들(12)이 홀더들(14) 내에 고정되어, 신장된 탄소 섬유들(12)이 선형적 방식으로 홀더들(14)에 들어간다. 또한 탄소 섬유들(12)은 기본적으로 평평한 층을 형성하며, 층 내에서 탄소 섬유들(12)은 실질적으로 평행하고 서로 균일하게 이격되어 배치된다. 보강 요소(10)는 하프 형상을 가진다. 이 실시예에 따르면, 보강 거리 즉 평행하게 배치된 탄소 섬유들(12) 사이의 거리는 약 10 mm이고 따라서 보강 요소(10)의 폭은 약 10 cm이다.

탄소 섬유들(12)은 각각 탄소 로빙(roving) 즉 수천 개의 신장되고 나란히 배치되며, 기본적으로 동일한 방향인 필라멘트들(약 2,000 내지 약 16,000 필라멘트들)의 다발을 포함한다. 상기 필라멘트들 따라서 탄소 섬유들(12)은 비닐 에스터 수지 형태의 내 알칼리성 수지로 함침되어, 탄소 섬유들(12)은 금속 와이어와 유사하게 컴팩트한 유닛을 형성한다. 함침은 예를 들어 담금조(dipping bath)에 의해 수행될 수 있으며, 이를 통하여 탄소 섬유들(12)을 제조하기 위하여 로빙이 당겨진다.

더욱이, 탄소 섬유들(12)은 모래로 코팅되어 콘크리트와의 개선된 연결이 달성된다. 이 실시예에 따르면, 100 mm의 매립길이에서 총 치수 인장력이 기계적 전단 연결에 의해 전달될 수 있다.

또한, 홀더들(14)은 각각 두 개의 개구부(16)를 포함하며(점선으로 표시), 이에 의해 홀더들(14)은 클램핑 장치(미도시) 상에 자리할 수 있다. 클램핑 장치에 의해, 탄소 섬유들(12)은 콘크리트 부품들을 제조하는 동안에 정밀하게 조절될 수 있으며, 특히 수평 및/또는 수직 방향의 기울어짐 없이 응력이 부여될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 홀더(14)는 하나의 홀 또는 다수의 홀들 특히 둘 이상의 홀들을 홀더(14)의 위치 확보를 위하여 포함한다.

일 실시예에 따르면, 홀더(14) 제조를 위하여 비용효과적인 재료들이 사용된다. 홀더(14)의 예시적 물질 구성 및 적절한 제조예가 도 2에 의해 도시된다. 홀더(14)는 제조되는 콘크리트 부품의 일부가 아니며 콘크리트 작업 이후 통상적으로 분리되어 제거되기 때문에, 다른 재료들도 또한 사용될 수 있다.

도 2는 도 1에 따른 홀더(14)의 단순화된 개략적 상세도이다.

패치(patch)로도 불리는 홀더(14)는, 그 안에 섬유들이 두 장의 유리 섬유 매트들 형태로 둘러싸인 폴리에스터 매트릭스 형태의 섬유-강화 폴리머 매트릭스를 포함한다. 상기 폴리에스터 매트릭스는 신장된 탄소 섬유들(12)을 그들의 말단 구역에서 둘러싼다. 예를 들어, 상기 폴리에스터 매트릭스의 크기는 약 10 cm x 10 cm이며, 총 두께는 약 2 mm이다. 다른 실시예에 따르면, 탄소 섬유들(12) 방향으로의 폴리머 매트릭스의 길이 팽창은 약 10 cm 내지 약 20 cm이다. 섬유 매트들은 상부층 및 하부층을 형성하며, 신장된 탄소 섬유들(12)은 이 층들 사이에 위치하며 폴리에스터 적층에 의해 그 안에서 고정된다. 따라서, 폴리에스터 매트릭스는 탄소 섬유들(12)을 위한 곧게 정렬된 안내 요소를 형성하며(점선으로 표시), 탄소 섬유들(12)은 폴리에스터 매트릭스 내부 즉 홀더(14) 내부에서 선형적 방식으로 실질적으로 연속된다. 홀더(14)에 의해, 탄소 섬유들(12)은 그들의 상호 위치 즉 평평한 층에서 실질적으로 평행하고 서로 균일하게 이격되어 고정된다.

탄소 섬유들(12)의 말단은 홀더(14)에서 어느 정도 벗어나 홀더(14) 출구측에서 돌출된다. 그러나 또한 섬유들(12)은 홀더(14) 내부에서 마감될 수 있으며, 또는 예를 들어 홀더(14)가 보다 큰 유닛으로부터 분리될 때 그 말단이 홀더(14)의 표면과 동일 평면으로 마감될 수 있다.

예를 들어, 이러한 홀더(14)는 다음의 단계들에 의해 제조될 수 있다:

- 적절한 수의 공급 롤들(supply rolls)로부터 실질적으로 동시에 탄소 로빙들을 스트리핑하여, 인접하고 상호 이격된 다수의 탄소 로빙들을 제공하는 단계;

- 탄소 로빙들을 비닐 에스터 수지 담금조를 통과시킴으로써 카본 로빙들이 콤팩트한 탄소 섬유들(12)을 형성하도록 탄소 로빙들을 함침시키는 단계;

- 필요하면 미리 위치한 홀더(14)에 의해 탄소 섬유들(12)에 응력이 부여되도록 탄소 섬유들(12)을 집합적으로 잡아당기는 단계;

- 응력이 부여된 탄소 섬유들(12)에 폴리에스터로 포화된 두 개의 유리 섬유 매트들을 하나는 아래쪽에서 다른 하나는 위쪽에서 적용하는 단계;

- 필요하면 추가적인 양의 폴리에스터를 가하여 포화된 유리 섬유 매트들과 폴리에스터가 응력이 부여된 탄소 섬유들(12)을 둘러싸도록 두 개의 유리 섬유 매트들을 결합시키는 단계; 및

- 탄소 섬유들(12)이 마찰적으로 홀더(14) 내에 고정되도록 폴리에스터를 경화시키는 단계.

이러한 적층(laminating)에 의해, 홀더(14)는 탄소 섬유들(12)과 함께 콤팩트하고 강건한 유닛을 형성한다.

도 3은 예를 들어 콘크리트 슬래브용 기성 콘크리트 공장에서의 프리스트레스드 콘크리트 슬래브(20) 제조를 위한 중간 상태의 개략도이다. 중간 상태란 준비 공사 종료 이후의 배치를 의미하나, 콘크리트 슬래브(20)의 콘크리트 작업 훨씬 이전을 의미하기도 한다.

배치(arrangement)는 거푸집 테이블(미도시), 그 위에 배치된 중공 프레임(30) 및 본 발명에 따른 다수의 동일한 보강 요소(10)들(단지 부분적으로만 개략적으로 도시)을 포함한다. 중공 프레임(30)은 거푸집 테이블과 함께 초기장력 베드(pretension bed)라고도 불리는 콘크리트용 몰드를 형성한다.

보강 요소들(10)은 각각 다수의 탄소 섬유들(12)(명료화를 위해서 단지 외측 섬유들을 부분적으로 도시함) 및 두 개의 홀더들(14)을 포함하며, 그들의 설치에 있어서 실질적으로 도 1에 따른 보강 요소들(10)에 상응한다. 그러나 이 일시예에 따르면, 탄소 섬유들(12)의 길이는 약 20 m이고 홀더들(14)의 폭은 약 1 m이다. 보강 거리는 전술한 실시예, 즉 도 1에서와 동일하게 약 10 mm이므로, 약 100 개의 탄소 섬유들(12)이 홀더들(14) 각각에 고정된다.

보강 요소들(10)의 배치를 위하여 홀더들(14)은 서로에게 반대로 당겨지어 탄소 섬유들(12)은 신장된 상태에서 중공 프레임(30) 내부에 위치하게 된다. 탄소 섬유들(12)은 중공 프레임(30)을 관통하여 외측으로 안내되어 탄소 섬유들(12)의 말단 및 홀더들(14)은 예를 들어 중공 프레임(30)에서 30 cm의 거리로 중공 프레임(30)의 외측에 위치한다. 2-파트(two-part) 중공 프레임(30)에 있어서, 통로들은 중공 프레임(30)의 상부 파트와 하부 파트 사이의 적절한 사이 공간들(interspaces)에 의해 형성될 수 있다. 중공 프레임(30)은 서로 포개어지는 수 개의 스트립들(strips)에 의해 만들어져서 탄소 섬유들(12)은 개별 스트립들의 사이 공간들을 관통하여 안내될 수 있다. 사이 공간들은 스펀지 고무 및/또는 브러쉬 헤어에 의해 추가적으로 밀봉될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 서로 포개어지는 스트립들의 높이는 3 mm, 12 mm 및 3 mm이다.

도시된 배치에서, 보강 요소들(10)의 첫 번째 절반은 제1 층에 평행하고 서로 나란히 이웃하여 부설되며, 보강 요소들(10)의 나머지 절반은 역시 제2 층에 평행하고 서로 나란히 이웃하여, 그러나 제 1층의 보강 요소들(10)에는 수직으로 부설된다. 보강 요소들(10)은 이와 같이 분리된 층들에 배치되어, 하나가 다른 하나의 위에 놓이고, 두 개의 이웃하는 층에서 서로 수직인 방향으로 놓인다. 보강 요소들(10)은 이와 같이 개별적인 탄소 섬유들(12)의 합사(braiding) 없이 종방향 방호(armor) 및 횡방향 방호를 형성한다.

보강 요소들(10)의 배치 후에, 홀더들(14)은 예를 들어 초기장력 설비로도 불리는 클램핑 장치에 의해 또는 토크 렌치(미도시)에 의해 수동으로 서로 반대로 당겨진다. 예를 들어, 콘크리트 슬래브에서 요구되는 부하에 따라 적어도 약 30 kN/m 내지 적어도 약 300 kN/m의 장력이 생성된다(dimensioning force).

전술된 상태에 이어서, 한 번의 작업 단계로 콘크리트 슬래브(20)를 제조하기 위하여 준비된 방식으로 콘크리트가 중공 프레임(30) 내에 부어질 수 있다. 중공 프레임(30) 내에 위치하는 인장된 탄소 섬유들(12)의 부분은 콘크리트에 둘러싸여 콘크리트 내에 갇히게 된다. 특히 적절한 것은 탄소 섬유들(12)의 사이 공간들을 관통하여 쉽게 흐를 수 있는 SCC 미세 콘크리트이다(NORM SIA SN505 262에 따라 적어도 C30/37). 콘크리트는 또한 압출 또는 충진에 의해 중공 프레임(30) 내부에 삽입되고 진동에 의해 균일하게 분산될 수 있다.

콘크리트의 경화 후, 콘크리트 슬래브(20)는 중공 프레임(30)에서 제거될 수 있다. 콘크리트 내에 갇힌 탄소 섬유들(12)은 콘크리트 슬래브(20)의 정적 보강을 형성한다. 콘크리트에서 돌출된 탄소 섬유들(12)의 부분은 콘크리트 슬래브(20)의 모서리에서 파괴되어 홀더들(14)과 함께 제거된다. 이 실시예에 따르면, 제조된 콘크리트 슬래브(20)는 약 6 m x 2.5 m 크기이고, 이 콘크리트 슬래브(20)의 보강 부담(reinforcing share)은 20 ㎟/m 폭 보다 크다. 다른 실시예에 따르면, 콘크리트 슬래브는 약 7 m x 2.3 m 크기이다.

도 4는 도 2에 따른 홀더(14)의 개략적인 측면도이다. 탄소 섬유들(12)은 홀더(14)에 선형적 방식으로 들어온다. 또한 탄소 섬유들(12)은 홀더(14)의 내부에서도 선형적 방식으로 이어져, 홀더(14)는 탄소 섬유들(12)을 위한 곧게 정렬된 안내를 형성한다. 이 실시예에 따르면, 탄소 섬유들(12) 방향에서의 홀더(14)의 길이 방향 팽창은 약 3 cm이다.

홀더(14)는 추가적으로 프로파일(16, 점선으로 도시됨)을 포함한다. 이 실시예에 따르면, 톱니-형상 프로파일(16)이 홀더(14)의 제1(상부) 영역과 그로부터 반대로 위치한 (하부) 영역에 위치한다.

상기 영역들은 클램핑 장치(미도시)에서 예를 들어 클램핑에 의해 홀더(14)를 고정하기 위한 목적이다. 톱니-형상 프로파일(16)에 의해, 홀더(14)와 톱니 형상의 클램핑 장치 사이의 마찰적 연결이 달성된다.

도 5는 도 3에 따른 보강 요소들(10)을 도시하나, 분리 요소(separative element)로서 중공 몰드의 바닥 및 탄소 섬유들(12)의 아래쪽 및 위쪽에 건축용 폼(building foam, 40)을 발포함으로써 파티션(partition)이 추가로 형성되었다. 상기 파티션에 의해, 부어진 콘크리트가 파티션으로 채워진 공간에 전혀 들어가지 않거나 단지 무시할 수 있는 양만이 들어갈 수 있다. 따라서 그 내부에 섬유 부분들이 위치하는 중공 프레임의 일부 공간만이 콘크리트 작업된다. 또한 건축용 폼(40)은 콘크리트 작업 동안에 섬유들의 고정을 제공한다.

콘크리트의 경화 후, 콘크리트 슬래브(20)는 건축용 폼 파티션을 따라서 개별적인 원(raw) 슬래브들로 쪼개질 수 있다. 상기 원 슬래브들은 예를 들어 둥근 톱에 의해 원 슬래브들을 원하는 형상으로 다듬는 것에 의해 더욱 가공될 수 있다.

이 실시예에 따르면, 제조된 콘크리트 슬래브는 약 20 m x 20 m 크기이고, 두께는 약 20 mm이다. 건축용 폼(40)에 의한 파티션을 따라 콘크리트 슬래브(20)를 분리하여, 약 5 m x 약 3 m의 크기를 가지는 작은 슬래브들이 제조된다. 상기 작은 슬래브들로부터 예를 들어 3 개의 탁구 테이블들이 톱으로 잘라 제조될 수 있다.

도 6은 도 2에 따른 홀더(14)의 개략적인 측면도이나, 상기 홀더(14)는 만곡(18) 형상의 힘 분배 수단을 포함한다. 탄소 섬유들(12)이 홀더(14)의 만곡(18)에 따라 또한 만곡을 가지고 선형적 방식으로 홀더(14)에 들어와 홀더 내부에 연속된다. 탄소 섬유들(12)은 입구 영역에서 고정되어 홀더(14) 내부에서 10 mm의 거리(d)로 실질적으로 선형적 방식으로 연속된다. 상기 형상에 의하여, 홀더(14) 내부로 섬유들의 양호한 진입 및 흡수되는 힘의 균일한 분산 모두가 달성된다.

Claims (15)

1. 프리스트레스드 콘크리트 부품들을 제조하기 위한 보강 요소(10)로서, 상기 보강 요소(10)는 다수의 섬유들 및 수 개의 홀딩 요소들(14)을 포함하며, 상기 홀딩 요소들(14)은 상기 섬유들(12)에 의해 서로 연결되어, 상기 섬유들(12)은 상기 홀딩 요소들(14)에 의해 그 길이방향(T)으로 응력이 부여될 수 있으며,
   상기 섬유들(12)은 상기 홀딩 요소들(14)에 고정되어, 상기 섬유들(12)은 응력이 부여된 상태로 실질적으로 선형적 방식으로 상기 홀딩 요소들(14)에 들어가는 보강 요소(10).
2. 제1항에 있어서, 상기 섬유들(12)은 개별적 섬유들 및/또는 하나 또는 그 이상의 로빙들, 특히 탄소 로빙들을 포함하는 보강 요소(10).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 홀딩 요소들(14)은 섬유들을 위한 안내 요소들, 특히 클램핑 장치 및/또는 말단 영역에서 섬유들의 적층을 위한 홀더, 특히 섬유-보강 폴리머 매트릭스, 더욱 특히 폴리에스터 매트릭스를 포함하는 보강 요소(10).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 홀딩 요소들(14) 내의 섬유들(12)은 기본적으로 평평한 층을 형성하며, 특히 실질적으로 서로 평행하게 및/또는 실질적으로 서로 균일하게 이격되어 배치되는 보강 요소(10).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 보강 거리는 약 5 mm 내지 약 40 mm, 특히 약 8 mm 내지 약 25 mm 이고/이거나 홀딩 요소들(14) 각각에 10 개 이상, 특히 40 개 이상의 섬유들(12)이 고정되는 보강 요소(10).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유들(12)은 홀딩 요소들(14)에 고정되어, 응력이 부여된 상태의 상기 섬유들(12)은 특히 약 5 mm 이상의 거리(d), 더욱 특히 약 10 mm 이상의 거리에서 홀딩 요소들(14) 내부로 실질적으로 선형적 방식으로 연속되는 보강 요소(10).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀딩 요소들(14)은 특히 섬유들(12)이 놓여진 방향에 가로지르는 힘 분산 수단, 특히 만곡 및/또는 프로파일을 포함하는 보강 요소(10).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 요소(10)의 폭은 0.4 m 보다 크고/크거나 상기 보강 요소(10)의 길이는 4 m, 특히 12 m 보다 큰 보강 요소(10).
9. 상호 이격된 다수의 섬유들(12)을 집합적으로 잡아당겨 응력이 부여된 섬유들(12)을 제공하는 단계; 및
   상기 섬유들(12)을 그들 상호간의 위치, 특히 거리 및/또는 방향의 관점에서 고정시키기 위하여, 특히 클램핑 및/또는 적층에 의해 홀딩 요소(14)를 응력이 부여된 섬유들(12)에 고정하는 단계를 포함하는 프리스트레스드 콘크리트 부품들(20)용 보강 요소의 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 홀딩 요소들(14)의 고정 단계는 특히 섬유들의 이동과 동시에 홀딩 요소들(14)을 이동시킴으로써 섬유들의 집합적 잡아당김 동안에 달성되는 보강 요소의 제조방법.
11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 보강 요소(10)를 하나 이상 사용하여 제조되는 콘크리트 부품(20), 특히 콘크리트 슬래브로서, 콘크리트 부품(20)의 초기장력은 섬유들의 파괴 응력의 80% 이상, 특히 90% 이상인 콘크리트 부품.
12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 보강 요소(10)를 하나 이상 제공하는 단계;
    대응하는 홀딩 요소들(14)을 서로 반대로 당김으로써 보강 요소(10)의 섬유들(12)에 응력을 부여하는 단계; 및
    응력된 섬유들(12)을 적어도 부분적으로 콘크리트 내에 고정함으로써 콘크리트 부품의 콘크리트 작업을 수행하는 단계를 포함하는 프리스트레스드 콘크리트 부품(20)의 제조방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 보강 요소를 제공하는 단계는 다수의 보강 요소들(10)을 층 내에 특히 실질적으로 평행하고/하거나 이웃하여 나란히 위치시켜 배치함으로써 달성되는 프리스트레스드 콘크리트 부품의 제조방법.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 보강 요소를 제공하는 단계는 보강 요소들(10)을 둘 이상의 층들에 배치함으로써 달성되며, 이웃하는 층 내의 보강 요소들(10)의 방향은 각을 가지고, 특히 직각으로 배치되는 프리스트레스드 콘크리트 부품의 제조방법.
15. 제12항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 분리 요소, 특히 폼(40)을 콘크리트 부품의 콘크리트 작업 이전에 삽입하는 단계를 추가로 포함하는 프리스트레스드 콘크리트 부품(20)의 제조방법.
    

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