KR20160037836A - 형상-기억 합금에 의하여 제조된 프로파일에 의한 프리스트레스 콘크리트 구조물의 시공방법 및 이 방법에 따라 시공된 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형상 기억 합금으로 구성되는 프로파일이 콘크리트 내로 배치되고, 또는 보강될 콘크리트가 외측에서 조면화되고, 이어서 형상기억 합금으로 구성된 프로파일(2)이 구조물의 조면화된 외측(9)에 고정되고 시멘트 매트릭스가 프로파일(2)을 덮도록 조면화된 외측(9)에 도포되는 시공방법에 대한 것이다. 시멘트 매트릭스가 도포된 후에, 상기 프로파일(2)은 열 투입의 결과 수축력, 즉 장력을 생성한다. 모르타르 커버링 층(16)이 구조물(6)의 조면화된 외측(9)과 모르타르 커버링 층(16)의 상호 결합에 의하여 보강층으로 작용한다. 프로파일(2)은 모르타르 또는 보강층(16)의 내측의 구조물의 외측을 따라 구조물 외측의 보강층(16)으로서 외부 모르타르에 설치된다. 구조물은 또한 열 입력에 의하여 장착된 모르타르 또는 보강층에서 프리스트레스 도입되어 준비될 수 있으며, 전기 케이블(3)들이 그의 단부 영역으로부터 모르타르 또는 보강층(16)의 외측으로 배치되거나 또는 전기 케이블(3)의 단부 영역이 인서트(5)를 제거함으로써 접근가능하다.

Description

형상-기억 합금에 의하여 제조된 프로파일에 의한 프리스트레스 콘크리트 구조물의 시공방법 및 이 방법에 따라 시공된 구조물{METHOD FOR BUILDING PRESTRESSED CONCRETE STRUCTURES BY MEANS OF PROFILES CONSISTING OF A SHAPE-MEMORY ALLOY, AND STRUCTURE PRODUCED USING SAID METHOD}

본 발명은, 전문가들 사이에서 형상-기억 합금 프로파일, 또는 간단히 SMA 프로파일로 불리는, 형상기억 합금으로 제조된 프로파일들이 프리스트레스 도입을위하여 설치되는, 새로운 건축에서 또는 시멘트-혼화 모르타르에 의하여 기존 구조물의 추가 보강을 위하여 사전준비된 건축에서 프리스트레스 콘크리트 구조 부재를 시공하는 방법(건축 현장에서 현장 주입)에 대한 것이다. 이러한 프리스트레스 도입 시스템에 의하면 또한 기존의 프리스트레스 하의 구조물에 추가적인 부가물을 부착할 수 있다. 추가적으로, 본 발명은 또한 본 발명의 방법에 따라 부가물들이 각각 장착된 부위 및 본 발명의 방법을 이용하여 시공되거나 또는 후속적으로 보강된 콘크리트 구조물에 대한 것이다. 본 발명의 특수한 특징은 프리스트레스를 도입하기 위하여 강-기초 형상-기억 합금이 프로파일들의 형태로 사용되는 것이다.

구조물 내의 프리스트레스(prestress)는 일반적으로 사용의 적합성을 증가시키므로 균열이 더 작아지고 또는 균열 생성이 실제로 방지된다. 프리스트레스는 이미 오늘날 콘크리트 부분의 벤딩에 대항하여 강화하기 위하여 또는 예컨대 축방향 하중을 증가시키고 전단을 강화하기 위하여 각각 컬럼들을 결속하기 위하여 사용된다.

콘크리트 프리스트레스의 또 다른 적용예는 프리스트레스를 도입하기 위하여 결속되는 액체를 운반하기 위한 튜브와 사일로 및 탱크들이다. 프리스트레스 도입을 위하여 원형 강 또는 케이블이 콘크리트에 설치되거나 또는 종래 기술에서는 이후에 구조 부재의 표면 위의 인장 측에 외부에서 고정된다. 프리스트레스 도입된 부재로부터 콘크리트로의 앵커링 또는 힘의 전달은 이들 모든 공지 방법들에서 매우 고가이다. 부재(앵커 헤드)들을 고정하기 위하여 높은 비용이 소요된다. 외부 프리스트레스에 관한 한, 프리스트레스 도입된 강과 케이블들은 각각 또한 코팅에 의하여 부식에 대해 보호되어야 한다. 이는 종래 사용된 강이 내식성이 아니기 때문이다. 프리스트레스 케이블들이 콘크리트에 설치될 때, 그들은 주입에 의하여 덕트에 삽입되는 시멘트 모르타르(mortar)에 의하여 높은 비용으로 부식에 대하여 보호되어야 하기 때문이다. 외부 프리스트레스는 또한 콘크리트 표면에 부착된 섬유-강화 화합물에 의하여 종래기술에서 생성된다. 이 경우, 방재는 가끔 접착제가 낮은 유리전이 온도를 나타내므로 매우 비싸다. 부식 보호는 대략 3cm의 강 보강재의 최소 커버링이 종래 콘크리트에 고착되어야 하는 이유이다.

따라서, 본 발명의 과제는 기존의 구조물의 보강을 위하여 새로운 콘크리트 구조물 및 콘크리트 구조 부재들 또는 시멘트-혼화 모르타르 혼합물에 프리스트레스를 도입하는 방법을 제공하는 것이며 그리고, 대체적으로, 사용 적합성 및 구조물의 안정성을 향상시키기 위하여 추가적으로 돌출하는 부가물들을 위하여 건물을 더욱 가요적으로 사용하는 것을 보장하거나 또는 구조물의 내구성 및 내화성을 증가시키는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 본 발명의 방법을 적용함으로써 도입된 프리스트레스를 나타내는 콘크리트 구조물 및 보강재를 제공하는 것이다.

상기 과제는, 온도를 증가시켜 마르텐사이트 상태로부터 오스테나이트 영구 상태로 변할 수 있는 리브 표면 또는 나사-형상의 표면을 가진 다형상 및 다결정 구조물의 강-기반 형상기억 합금 프로파일이 콘크리트 또는 시멘트-혼화 모르타르 혼합물에 그리고, 대체적으로, 추가적인 단부 앵커들에 의하여 시공되고, 따라서 화재의 경우의 열 충격을 통하여 또는 열 매체에 의한 후속되는 능동적인 제어된 열 입력의 결과 수축력, 즉 장력을 프로파일들이 생성하고, 따라서, 콘크리트 및 시멘트 혼화 모르타르 혼합물에 각각 프리스트레스를 도입하고, 힘이 프로파일의 표면 구조물을 통해 및/또는 프로파일의 단부 앵커들을 통해 상기 콘크리트 및 상기 시멘트 혼화 모르타르 혼합물에 각각 전달되는 것을 특징으로 하는 새로운 구조물 및 구조 부재 또는 기존 구조물의 보강을 위한 시멘트-혼합 모르타르 혼합물로 이루어진, 형상기억 합금으로 제조된 프로파일에 의한 프리스트레스 콘크리트 구조물의 시공방법에 의하여 해소된다.

더욱이, 상기 과제는 상기 청구항들의 하나를 이용하여 건축된 콘크리트 구조물에 의하여 달성되는 데, 상기 구조물은 구조물 외측의 보강재로서 도포된 모르타르 혼합물 또는 새로운 콘크리트에 형상-기억 합금으로 제조된 프로파일들을 포함하고, 상기 프로파일들은 모르타르 혼합물 및/또는 보강층 내에서 구조물의 외측을 따라 연장하고 프리스트레스가 도입되거나 또는 열의 투입을 통해 프리스트레스가 도입되도록 준비되며, 전기 케이블들이 프로파일들의 단부 영역들로부터 모르타르 혼합물 및 보강층으로부터 각각 연장하거나 또는 인서트를 제거함으로써 그 단부 영역들이 접근가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법은 도면들을 기초로 도시되고 설명된다. 새로운 건축 및 사전 준비된 건축에의 적용예들 각각, 및 기존의 콘크리트 건축물의 후속적인 보강을 위한 적용예들이 설명되고 명확해질 것이다.

기재 없음

도면들은 이하와 같으며:
도 1은 전기적으로 가열가능한 형상-기억합금 프로파일들이 삽입된 사전 제작 플랜트 또는 건축 현장에서 제작된 콘크리트 지지재 또는 콘크리트 슬래브를 도시하며;
도 2는 양 단부들이 패딩에 의하여 둘러싸인 형상-기억합금 프로파일이 삽입된 사전 제작 플랜트 또는 건축 현장에서 제작된 콘크리트 지지재를 도시하며;
도 3은 형상-기억합금 프로파일을 포함하는 보강층으로서 모르타르 혼합물을 적용하기 위하여 준비된 종래의 내부 강 보강재를 구비한 콘크리트 구조물의 단면을 도시하며;
도 4는 형상-기억 합금 프로파일을 설치 후의 도 3에 따른 본 구조물의 벽 단면을 도시하며;
도 5는 설치된 형상-기억합금 프로파일을 숏크리트 또는 시멘트 모르타르로서 덮은 후의 도 3과 4에 따른 본 구조물의 벽 단면을 도시하며;
도 6은 전기 케이블들을 연결하기 위하여 a) 주조된 전기 케이블을 통한 전기저항 가열 또는 b) 리세스를 통해 프로파일들을 데우기 위한 열을 입력하기 위하여 두 개의 변수들을 가진 주조되고 덮혀진 형상기억 합금 프로파일을 가진 도 3과 4에 따른 본 구조물 벽의 단면을 도시하며;
도 7은 열 입력 및 프로파일들에의 접근 점들을 충진 후에 주조되고 커버된 형상기억 합금 프로파일을 가진 도 3 내지 6에 따른 본 구조물의 벽 단면을 도시하며;
도 8은 숏크리트/분무 모르타르에 의하여 시멘트 층으로 도포할 때 표면에서 형상-기억합금 프로파일로 보강된 기존의 콘크리트 구조 부재(구조물의 벽)의 단면을 도시하며;
도 9는 시멘트를 손으로 도포할 때 표면에서 형상-기억합금 프로파일로 보강된 기존의 콘크리트 구조부재의 단면을 도시하며;
도 10은 형상기억 합금 프로파일들을 포함하고 하부에 장착되고 스리스트레스 도입된 보강층을 구비한 콘크리트 슬래브의 절개 도시된 도면이며;
도 11은 형상-기억합금 프로파일에 의하여 보강층으로서의 전체 표면이 장착되고 프리스트레스 도입된 모르타르 혼합물로서 또한 종래의 보강재를 가진 도 10에 따른 기존의 콘크리트 슬래브를 관통하는 단면을 도시하며;
도 12는 프로파일의 양 단부들에서 단지 국부적으로 장착된 그리고 내부에 형상-기억 합금 프로파일을 구비한 사후 보강층으로서 바닥부에 모르타르 혼합물이 도포된 기존의 콘크리트 슬래브를 도시하며;
도 13은 건축 과정 동안 사전에 설정된 형상-기억 합금 프로파일들이 준비된, 콘크리트 구조물에 부착된 내부의 형상-기억합금 프로파일들을 구비한 돌출 콘크리트 슬래브를 도시한다.

먼저, 형상-기억 합금의 성질이 이해되어야 한다. 이들은 열에 의하여 변하나 열이 방출된 후에 원래 상태로 복귀하는 특정 구조를 표시하는 합금이다. 다른 금속 및 합금과 같이, 이들 형상-기억 합금(SMA)은 결정 구조를 함유한다. 그들은 다형성(polymorphic)이며 다결정 금속이다. 형상-기억 합금(SMA)의 주요한 결정 구조는 한편으로, 온도에 다른 한편으로 장력 또는 압축이나 외부 스트레스에 의존한다. 이 합금은 온도가 높으면 오스테나이트로 불리고 온도가 낮으면 마르텐사이트로 불린다. 이들 형상-기억 합금(SMA)의 특정 측면은 그들이 저온 위상 동안 이미 변형되었더라도 고온 위상 동안 온도를 증가시킨 후에 초기 구조 및 형상을 유지할 수 있는 것이다. 이러한 효과는 건축 구조물에 프리스트레스를 도입하기 위하여 이용될 수 있다.

형상-기억 합금(SMA)에 인위적으로 열이 가해지거나 방출될 때, 합금은 주위 온도에 존재한다. 형상-기억 합금(SMA)은 특정 온도범위 내에서 안정하며, 즉, 그들의 구조가 일정 한도의 기계적 응력 내에서 변하지 않는다.

빌딩의 외관 부분에 대한 적용은 -20℃ 내지 +60℃ 주위 온도 변동 범위에 적용된다. 여기 사용되는 형상기억 합금(SMA)의 구조물은 이 온도 범위에서 변해서는 안 된다. 형상-기억 합금(SMA)의 구조물이 변하는 변태 온도는 형상기억 합금(SMA)의 조성에 상당히 의존하여 변할 수 있다. 변태 온도는 또한 하중-의존적이다. 형상기억 합금(SMA)의 기계적 응력을 증가시키는 것은 또한, 변태 온도를 증가시키는 것을 의미한다. 이들 한도는 일정 응력 한계 내에서 형상기억 합금(SMA)이 안정하게 유지되려면 상당한 주의가 기울여져야 한다. 형상기억 합금(SMA)이 빌딩보강재로 사용되면, 특히 하중이 시간에 따라 변할 때, 내식성 및 완화(relaxation) 효과에 추가해서 형상기억 합금(SMA)의 피로 특성을 고려하는 것이 중요하다. 구조적인 피로와 기능적인 피로는 구별된다. 구조적인 피로는 재료가 최종적으로 파열하기까지 거대 균열의 팽창과 형상 및 미세구조의 결함의 축적에 대한 것이다. 기능상 피로는 다른 한편 형상기억 합금(SMA)의 미세구조의 변화에 기인하는 형상-기억 효과 또는 흡수능의 점진적인 붕괴 결과 발생한다. 후자는 주기적인 하중 아래 응력-변형 곡선의 변형에 연관된다. 변태 온도는 또한 공정에서 변경된다.

형상기억 합금(SMA)은 철(Fe), 망간(Mn) 및 규소(Si)를 기초해서 최대 10%의 크롬(Cr)과 니켈(Ni)을 첨가하면 SMA가 스테인레스강과 같이 부식에 유사하게 작용하여 빌딩 섹터에서 영구적인 하중을 흡수하기에 적합하다. 문헌은 탄소(C), 코발트(Co), 구리(Cu), 질소(N), 니오븀(Nb), 니오븀 탄화물(NbC), 바나듐-질소(VN) 및 지르코늄-탄화물(ZrC)의 첨가는 다른 방식으로 형상-기억 특성을 향상시킬 수 있다라는 정보를 우리에게 제공한다. Fe-Ni-Co-Ti으로 제조된 형상기억 합금(SMA)은 최대 1000MPa의 하중을 흡수할 수 있으며, 높은 내식성을 가지며 오스테나이트 상태로 변하기 위한 최고 온도가 대략 100℃이므로 특히 양호한 특성을 나타낸다. 니켈티타늄(NiTi)으로 제조된 형상기억합금(SMAs)보다 그러한 형상기억 합금(SMAs)들이 상당히 저가이므로 구조강에 비교해서 상당히 우수한 내식강의 특성을 기초로 본 발명의 보강 시스템은 형상기억 합금(SMAs)들의 특성 그리고 바람직하게는 형상기억 합금(SMA)의 특성을 이용한다.

강-기초 형상기억 합금(SMAs)들이 거친 표면, 예컨대 거친 나사면을 가진 원형 강 형태로 사용되고 이후에 기저 콘크리트를 가진 압입부(indentation)에 기인하여 이후 보강층으로 기능하는 모르타르 혼합물, 즉, 모르타르층에 매입된다. 합금은 열의 소비에 의하여 원래 상태로 영구히 수축한다. SMA-프로파일은 원래 형태를 점유하고 또한 오스테나이트 상태로 합금을 변경시키는 온도로 가열될 때 하중 하에 원래 형태를 유지할 것이다.

여기 달성된 효과는 모르타르 혼합물 및 모르타르 층으로 각각 주조된 형상-기억 합금 프로파일들이 콘크리트에 삽입됨으로써 보호된 형상-기억 합금(SMA)의 역방향으로의 변형 결과로서 가열된 후에 전체 경화된 모르타르 혼합물과 모르타르 층에 프리스트레스를 도입하고, 이러한 프리스트레스는 형상-기억 합금 프로파일의 전체 길이로 각각 평평하게 직선적으로 연장한다.

원리상, 형성-기억 합금강 프로파일, 요약해서 바람직하게 리브 표면을 가지거나 또는 거친 나사면을 가진 원형 강으로 제조된 SMA 강 프로파일은 종래의 보강된 강 대신에 새로운 구조물 또는 사전 제작된 구조물에 또는 본 발명에 따라 콘크리트에 설치된 프로파일에 추가해서 사용된다. 콘크리트가 경화된 후에 전원 공급은 SMA 강 프로파일을 가열한다. 이는 SMA 강 프로파일의 수축을 발생하고 따라서 경화된 콘크리트 부분에 프리스트레스를 도입한다. 일정한 방향으로 그러나 우선적으로 콘크리트 구조물의 거친 면을 향하는 인장 방향으로 SMA 강 프로파일을 장착함으로써 후속되는 보강이 달성되고 이어서 장착되고 이후에 에워싸이고 시멘트 모르타르 또는 숏크리트로 전체면에 걸쳐 덮혀진다. 시멘트 모르타르 혼합물과 모르타르층이 각각 경화된 후에, SMA 강 프로파일은 전기에 의하여 가열되고, 이는 이들 SMA 강 프로파일의 수축을 발생한다. 이러한 수축에 의하여 시멘트 모르타르 혼합물 및 모르타르층 각각의 프리스트레스를 발생한다. 이어서 힘이 콘크리트 구조물의 거친면과 접합된 결과 모르타르층으로부터 기존 콘크리트로 전달된다.

보강된 콘크리트 부분, 예컨대, 신규의 SMA 강 프로파일들이 설치되고 사전 장력이 부여된 발코니 또는 정면 슬래브 또는 파이프들의 사전 제작은 추가적인 이점들을 제공한다. 구조 부재의 단면은 이들 사전 제조된 콘크리트 구조 부재의 프리스트레스에 기인하여 감소될 수 있다. 구조 부재는 내부 프리스트레스에 기인하는 균열이 없도록 구성되므로, 구조 부재는 염화물의 침입과 탄화에 대해 각각 보다 더 보호된다. 즉, 그러한 구조 부재는 더욱 경량일 뿐아니라 따라서 더욱 내구적이며 내식성을 가진다.

본 발명은 또한 열 입력에 의한 SMA 강 프로파일의 직접 수축이 먼저 의식적으로 생략되는 화재의 경우 구조물을 더욱 잘 보호하기 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 화재로부터의 열에 의하여 내장된 SMA 강 프로파일은 수축한다. 따라서, SMA 강 프로파일로 보강된 콘크리트 빌딩 외장재는 자동으로 화재의 경우 프리스트레스를 생성하고 화재에 대한 내성을 향상시킨다.

본 발명의 방법은 이하에서 도면들을 기초로 상세히 설명된다. 이를 위하여, 도 1은 콘크리트 슬래브 또는 콘크리트 지지재(1) 단면을 도시한다. 하나 또는 다수의 SMA 강 프로파일(2)들이 내부에 매입된다. 리브 또는 다른 구조의 표면 또는 나사면을 가진, 다형상 및 다결정 구조물을 가진 강-기초 SMA 프로파일(2)들이 매번 사용된다. 이들 SMA 강 프로파일들은 온도가 증가될 때 마르텐사이트 상태로부터 오스테나이트의 영구적인 상태로 변할 수 있다. 그러한 구조 부재는 건축 현장에서 또는 사전 준비된 현장에서 건축될 수 있다. 원형 강 형태의 내장된 SMA 강 프로파일(2)은 거친 면을 나타내므로 콘크리트 내측에서 이를 흡수할 수 있다. SMA 강 프로파일(V)이 삽입된 콘크리트가 경화된 후에 SMA 강 프로파일(2)은 열의 투입을 통해 가열된다. 주조 가열 케이블(3)에 전압이 인가됨에 따라 저항 가열을 포함함으로써 전기에 의하여 효과적으로 달성되므로 SMA 강 프로파일(2)은 컨덕터로서 가열된다. 전기 저항 가열에 의한 가열(calefaction)은 너무 시간이 많이 소요되며 너무 많은 열이 콘크리트에 투입될 것이므로 SMA 프로파일 바들은 길고, 다수의 전기 연결부들이 SMA 프로파일 바의 길이에 걸쳐 형성된다. 전체 SMA 프로파일 바가 오스테나이트 상태를 나타내기까지 SMA 강 프로파일은 이어서 두 개의 인접하는 가열 케이블들에 그리고 이후에 이들에 인접한 다음의 케이블들에, 등으로 전압이 인가됨에 따라 단계별로 SMA 강 프로파일이 가열될 수 있다. 고 전압 및 전류는 이에 대해 일시적으로 필요하므로 건축 현장에 때로 공급되는 220V/110V의 공통 라인 전압 및 500V의 전압 소스가 충분하지 못하다. 사실, 충분히 두터운 파워 케이블에 의해 직렬로 연결된 많은 리튬 배터리들에 의하여 전압을 발생하는 건축 현장에 사용되는 이동식 에너지 유닛에 의하여 공급되므로 고 암페어 전류가 SMA 강 프로파일을 통해 전송될 수 있다. 가열 공정은 단지 단 기간 지속될 뿐이므로 대략 150℃ 내지 300℃의 필요 온도는 2 내지 5초 내에 SMA 강 프로파일(2)에서 도달되고 수축력이 생성된다. 후속되는 콘크리트는 손상을 받는 사실이 피해진다. 두 조건들은 이를 위하여 충족되어야 한다; 수초 내에 오스테나이트 상태에 프로파일 바가 도달하기 위하여 첫째, mm2 단면적당 약 10-20A가 필요하며, 둘째로, 1m 길이의 프로파일 바에 대해 약 10-20V가 필요하다. 배터리들은 직렬로 연결되어야 한다. 배터리들의 수와 크기 및 형태는 필요 전류(암페어)와 필요 전압(볼트)이 사용가능하도록 선택되어야 한다. 에너지 소비는 제어 시스템에 의하여 조정되어야 하므로 버튼의 누름에 의하여 - 일정한 프로파일 강 길이 및 프로파일 강 두께에 적합한- 전원이 바른 시간 동안 정확하게 프로파일 바에 공급되고 필요한 전류가 흐른다. 프로파일 바들이 길이가 수 미터일 때 일정 단면을 따라 전기 연결부들을 제공함으로써 단계별로 가열 공정이 발생될 수 있으며, 즉, 그로부터 시공될 구조 부재로부터 전압이 인가될 수 있는 개방 공간으로 가열 케이블이 연장한다. 전체 길이를 오스테나이트 상태로 변형시키기 전에 이와 같이 필요한 열은 프로파일 바의 전 길이에 걸쳐 점차로 도입될 수 있다.

도 2는 그러한 콘크리트 구조 부재의 대체적인 디자인의 단면을 도시한다. SMA 강 프로파일의 단부 영역들은 인서트(5)로 덮혀지고, 콘크리트가 경화된 후에 열을 인가하기 위하여 콘크리트 부재(1) 표면까지 인서트는 도달한다. 이들 인서트(5)들은 예컨대 SMA 원형 강(2) 또는 스티로폼 부재 등의 단부 영역 위로 설치되는 목재 부재들일 수 있다. 인서트(5)들은 콘크리트가 경화되고 SMA 강 프로파일(2)의 단부 영역들에의 접근이 개방된 후에 제거될 수 있다. 이들 인서트들은 이어서 에너지 유닛의 전기 케이블들이 대형-크기의 터미널들을 사용하여 이들 단부 영역에 연결됨에 따라 가열된다. 대신에, 열의 즉시 투입은 필요하지 않다. 그러한 콘크리트 부재(1)는 일정 정도로 사전 조정된다. 화재로부터의 열 충격이 이후 발생하면, SMA 프로파일(2)은 수축력과 장력을 발생할 것이며 콘크리트의 프리스트레스를 생성할 것이며, 이로써 빌딩의 내화 내성을 상당히 향상시킬 것이다. 모든 의도들과 목적을 위하여, 인서트는 화재의 경우 같이 모두 결속되고 적어도 휠씬 후에 붕괴할 것이다.

도 3 내지 9는 추가적인 실시예인, 빌딩에서의 보강층의 생성을 도시한다. 도 3은 다시 종래의 보강재(7, 8)에 의하여 종래와 같이 보강된 구조물 벽(6)의 단면을 도시한다. 구조물 벽(6)의 외측(9)은 디자인이 새것이거나 이후에 조면화된다. 예컨대, 이는 습식 샌드 블라스팅에 의하여 달성될 수 있다. 고압수 젯에 의한 유체역학적인 대응은 더욱 양호한 대안이다. 적어도 500바에서 3000바에 이르는 다양한 수량과 수압을 가진 다른 시스템들이 실용화된다. 그러한 시스템에서는 최소 3mm의 콘크리트 표면의 소정의 거칠기가 보장된다. 추가적으로, 기재 콘크리트는 모세관 압력에 의하여 물로 포화되는 것이 유체정력학의 적용에 의하여 보장된다. 이것은 기존의 콘트리트와 적용될 새로운 시멘트-기초 모르타르 층 사이의 적절한 접합을 위한 조건이다.

도 4는 원형 강 형태의 SMA 프로파일(2)들이 적절한 합금을 가진 거친 표면에 부착되는 방식을 도시한다. 이들 프로파일들은 다월(dowel)(10)에 의하여 콘크리트 벽에 고정될 수 있다. 다월(10)은 또한 필요하면 제1 보강재(7, 8) 후방에 도달할 수 있다. 개별적인 SMA 프로파일(2)들의 양측 단부 영역들은 각각 전기 케이블(3)로 연결된다. 수직으로 연장하는 단일 SMA 프로파일(2)이 단지 여기서는 보이지만, 수평으로 또는 어느 방향으로도 연장하는 SMA 프로파일(2)들이, 콘크리트 벽(6)에서 수평으로 연장하는 철근(8) 보강재 및 수직으로 연장하는 가로 철근(7)에 의하여 도시된 바와 같이 저지될 수 있음이 명백하다.

다음에, 도 5 도시와 같이, SMA 프로파일들이 분무, 주입 또는 코팅에 의하여 숏크리트 또는 시멘트 모르타르를 적용함으로써 완전히 감싸진다. 시멘트 모르타르는 손으로 도포될 수 있다.

도 6 도시와 같이, 인서트(5)가 도입되는 SMA 프로파일(2)의 일 지점에 리세스(11)가 명백히 구비된다. SMA 프로파일(2)은 콘크리트 또는 모르타르가 경화된 후에 인서트가 제거된 부위에서 노출된다. 이어서 유사한 리세스에서 터미널을 통해 SMA 프로파일에 연결된 또 다른 가열 케이블과 결합하여, 터미널에 의하여 거기에 연결되어야 하는 가열 케이블을 이용하여 열의 투입이 이루어진다. 저항 가열이 발생되도록 양측에 표시된 가열 케이블(3)을 통해 SMA 프로파일(2)에 전압이 공급되는 부위가 이것이다. 가열 공정에 의하여 SM 프로파일(2)의 수축력을 발생하고 이로써 장력과 전체 모르타르 혼합물과 보강층(16)은 각각의 프리스트레스를 생성하며, 프리스트레스는 콘크리트 벽(6)의 거친 표면과의 상호 결합을 통해 이들에 전달된다. 결국, 구조물은 크게 보강된다.

도 7은 모르타르 혼합물과 보강층(19) 내에 각각 SMA 프로파일(2)의 수축력과 장력을 발생한 후의 구조물의 이러한 벽의 단면을 도시한다. 열을 투입하기 위하여 사용된 리세스(11)는 이제 시멘트 모르타르로 충진된다. 가열 케이블(3)들이 관련되는 한, 이들은 표면에 맞닿도록 절단된다.

도 8은 분무층으로 수직 외부층에서 보강되고 다시 SMA 프로파일(2)에 의하여 프리스트레스 도입된 강-보강된 구조물 벽(6)의 단면을 도시한다. 이를 위하여, SMA 프로파일(2)로 제조된 격자가 적절한 다월(10)에 의하여 콘크리트의 거친 표면에 부착된다. 이후에, 이 격자는 여기 도시된 바와 같이 스프레이 건(21)으로부터 방출된 숏크리트에 의하여 코팅되고 덮혀진다. 이 후에, 이러한 쇼스리트는 경화되고, 열의 입력에 의하여 격자의 SMA 프로파일(2)이 수축하므로 전체 숏크리트 층이 보강층(21)으로서 프리스트레스 도입된다. 도입된 프리스트레스는 이 구조물의 거친 면과의 상호 결합을 통해 구조물(6)에 전달되고 기본적으로 구조물의 안정성과 내화성을 증가시킨다.

도 9는 수평 콘크리트 슬래브에의 적용예를 도시한다. 이것은 콘크리트 슬래브의 거친 면에 SMA 프로파일(2)을 설치한 후에, 이들 SMA 프로파일(2)들이 손으로 충진된 유동 모르타르에 의하여 주조될 수 있는 부위이다. 시멘트 주입 모르타르가 사용될 때, 이 부위는 여전히 트라월(trowel)에 의하여 밀집되거나 또는 진동되어야 한다.

대신에, 자체-치밀화 및 자체-평형 시멘트 모르타르가 사용될 수 있다. 이 후에, 주조된 SMA 프로파일(2)은 열의 입력을 통해 가열되고 콘크리트 슬래브로 전달하는 모르타르 층의 넓은 면적의 프리스트레스를 생성한다.

도 10은 SMA 프로파일들을 포함하는 바닥 측에서 장착되고 프리스트레스 도입된 보강층(19)이 구비된 콘크리트 슬래브(12)의 아래로부터 도시된 사시도로서 콘크리트 슬래브(12)의 절개부, 즉, 슬래브의 코너를 도시한다. 설명된 바와 같이 SMA 프로파일을 포함하는 보강층(19)은 다수의 도월(13)들에 의하여 콘크리트 슬래브(12)를 가진 압입-체결 연결부를 가진다.

SMA 프로파일들은 단지 완전한 장착 후에 열의 입력을 통해 수축력 따라서 장력을 발생하도록 이루어지고 압입-체결 연결부는 보강층(19)으로 작용하고 내부에 SMA 프로파일들이 위치되는 경화된 모르타르 또는 콘크리트 층과 콘크리트 슬래브(12) 사이에 형성되므로, 보강층(19)은 프리스트레스 도입되고 이러한 프리스트레스는 맞춤 장착과 연결을 통해 콘크리트 슬래브(12)로 전달된다.

도 11은 SMA 프로파일(2)들에 의하여 장착되고 프리스트레스 도입된 보강된 강으로 제조된 보강재(7,8)와 보강층(19)을 가진 도 10에 따른 콘크리트 슬래브(2)를 관통하는 단면을 가진 보강재의 내부 조성을 도시한다. 콘크리트 슬래브(12)의 바닥 측면은 거칠고 SMA 프로파일(2)은 분무 보강층(19)에 매입된다. 콘크리트가 경화된 후에, 콘크리트는 콘크리트 슬래브(12)의 제1 보강재(7, 8)까지 도달하는 길다란 콘크리트 다월(13)에 의하여 장착될 것이다. SMA 슬래브 프로파일(12)들은 이어서 프리스트레스가 도입되고 이러한 프리스트레스는 콘크리트 슬래브(12)의 거친 면과 상호 결합하여 보강층(19)으로 전달되고 그 위에 맞춤 장착된다. 이와 같이 프리스트레스 콘크리트 슬래브(12)는 상당히 큰 내-하중 성능을 나타내며 따라서 기존의 콘크리트 슬래브는 바닥으로부터 효율적으로 보강될 수 있다.

도 12는 양 단부들에서 맞춤 고정된 후속으로 적용된 보강층(19)을 가진 콘크리트 비임을 도시한다. 프리스트레스는 단지 이 예에서 일 방향으로만 작용하고, 즉 콘크리트 비임의 양측 지지점 사이로 작용한다.

도 13은 또 다른 흥미있는 사례를 도시한다. 콘크리트 또는 공통의 강화된 강에 매입된 SMA 프로파일(2)을 가진 구조물이 여기서 프리스트레스 도입된다. 빌딩의 외부로 향하는 보강재의 외측 단부에는 커플링 부재(22)가 구비된다. SMA 프로파일(2)들을 사용할 때, 전기 케이블(3)은 콘크리트에 매입된 SMA 프로파일(2)의 후방 단부로 연장한다. 이들 커플링 부재(22)들은 예컨대 이중 너트일 수 있다. 이들은 콘크리트에 매입되고 단지 약간의 콘크리트로 커버된다. 돌출하는 콘크리트 슬래브(15)는 구조물(14)에 장착되고, 커플링 부재(22)는 노출될 것이고 SMA 프로파일(2)들이 주조 내장된 콘크리트 슬래브(15)는 콘크리트 구조물(14)에 연결된다. 이를 위하여, 이러한 구조물로부터 돌출하는 SMA 프로파일(2)에는 단부 영역에 거친 나사가 구비되고 커플링 부재(22)에 의하여 SMA 프로파일들 또는 공통 철근(rebar)에 견고히 연결되거나 볼트 결합된다. 이러한 기계적 결합 후에 구조물(14)과 돌출 콘크리트 슬래브(15) 사이의 공간은 충진된다. 충진부가 경화된 후에, 전기 케이블(3)을 통해 열이 SMA 프로파일(2)에 도입되므로 수축력과 장력이 생성된다.

이는 전체 시스템에 장력을 가하며, 즉, 돌출하는 콘크리트 슬래브(15)가 내부적으로 프리스트레스가 도입되고 프리스트레스에 의하여 구조물(14)을 조이며, 구조물 내부에 설치되는 보강재가 또한 SMA 프로파일(2)일 때, 구조물(14) 내측에 프리스트레스를 도입하고 이는 최종적으로 돌출부의 더 큰 안정성 및 내하중성을 발생할 것이다.

2: 프로파일 5: 인서트

Claims (7)

1. 새로운 구조물 및 구조 부재 또는 기존 구콘크리트 구조물의 보강을 위한 시멘트-혼합 모르타르 혼합물로 이루어진, 형상기억 합금으로 제조된 프로파일에 의한 프리스트레스 콘크리트 구조물의 시공방법에 있어서,
   a. 기존 구조물의 보강될 외측 또는 리세스(도 9)가 조면화되며,
   b. 온도를 증가시킴으로써 마르텐사이트 상태로부터 오스테나이트 영구 상태로 변형될 수 있으며, 리브면 또는 나사-형상 면을 가진 다형상 및 다결정성 구조의 형상-기억 합금으로 제조된 프로파일(2)들이 구조물(6, 12)의 조면화된 외측(9)에 부착되고,
   c. 상기 구조물(6, 12)의 외측의 물에 의한 모세관 포화가 생성되고 이어서 형상기억합금으로 제조된 프로파일(2)들을 덮기 위하여 이러한 외측에 모르타르 혼합물로서 시멘트 매트릭스가 도포되며,
   d. 시멘트 매트릭스의 경화 후에, 상기 형상-기억 합금으로 제조된 프로파일(2)들이 열의 투입을 통해 수축력 따라서 장력을 생성하게 되고, 그 결과 상기 구조물(6, 12)의 조면화된 외측(9)의 압입을 통해 생성된 모르타르 혼합물이 보강층(16, 19)으로서 프로파일들의 프리스트레스를 유발하고, 이로써 상기 프로파일(2)의 표면 구조물을 통해 콘크리트 또는 모르타르 혼합물(1)에 힘이 전달되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금으로 제조된 프로파일에 의한 프리스트레스 콘크리트 구조물의 시공방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   a. 상기 프로파일(2)들은 추가적인 단부 앵커들에 의하여 상기 구조물(6, 12)의 조면화된 외측(9)에 부착되고,
   d. 단부 앵커들을 통해 또한 힘이 콘크리트 또는 모르타르 혼합물(1)에 전달되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금으로 제조된 프로파일에 의한 프리스트레스 콘크리트 구조물의 시공방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   a. 기존 구조물(6, 12)의 보강될 외측 또는 내부의 리세스는 적어도 500바의 압력에 의해 유체역학적으로 또는 샌드 블라스팅에 의하여 지하부가 물로 포화되도록 최소 3mm의 표면 거칠기로 조면화되고,
   b. 형상기억 합금 프로파일(2)들이 앵커들이나 강 프로파일들에 의하여 상기 구조물(6, 12)의 조면화된 외측(9) 또는 리세스에 설치되고,
   c. 상기 구조물(6, 12)의 외측 또는 내부 리세스의 물에 의한 모세관 포화가 발생되고 이어서 모르타르 혼합물로서의 시멘트 매트릭스가 손으로 보강층(16, 19)으로 도포되거나 또는 건조 숏크리트(shotcrete)에 의해 분무되거나 또는, 수평인 외측의 경우, 자체-평형 유동 모르타르의 코팅 및 형상기억 합금으로 제조된 프로파일(2)의 커버링에 의하여, 대체적으로, 도포된 모르타르 혼합물 및/또는 보강층(16, 19) 후방의 구조물(12)의 전방 콘크리트 보강부(7, 8) 후방으로 연장하는 다월(13)을 적용하여 보강층(16, 19)을 맞춤 시공하여 보강층(16, 19)으로서 모르타르 혼합물이 생성되며,
   d. 적용된 모르타르 혼합물 및/또는 보강층의 경화에 이어서, 형상기억 합금으로 제조된 프로파일(2)들이 열의 투입을 통해 수축력, 즉 장력을 생성하도록 이루어지고, 그 결과 도포된 모르타르 혼합물 및/또는 보강층(16, 19)이 구조물의 조면화된 외측(9)의 압입을 통해 프리스트레스가 도입되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금으로 제조된 프로파일에 의한 프리스트레스 콘크리트 구조물의 시공방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   리브 표면을 가진 강-기반 형상기억합금으로 제조된 프로파일(2)들이, 시공될 구조물(14)에 새로운 콘크리트 구조 부재(15)를 장래 추가할 때 사전의 준비로서 시공될 구조물(14)의 콘크리트에 삽입되므로, 이들 프로파일들은 구조물(18)의 외측에 수직으로 연장하고 구조물(18) 외측의 표면 아래 및 단부에서 거친 나사(20)가 구비되고 이로써 단부 영역은 분리가능한 인서트(5)에 의해 에워싸이고 이어서 모르타르로 덮혀지므로 돌출하는 콘크리트 구조 부재(15)는 추가될 콘크리트 구조 부재(15)에 단부 영역에서 형상기억 합금 프로파일(2) 및 거친 나사(20)가 구비됨에 따라 이후의 필요한 시기에 이전에 시공된 콘크리트 구조물(14)에 콘크리트 시공되고 프리스트레스 도입되고 커플링 부재(22)들을 통해 이전에 시공된 콘크리트 구조물(14)의 구조물 외측(18)을 향하여 외측으로부터 기존의 콘크리트 구조물(14)의 노출된 형상기억합금 프로파일(2)의 단부 영역에 체결 연결될 수 있으며 그리고 열의 투입에 의한 경화 후에 형상기억합금 프로파일(2)이 수축력을 생성하고 부착된 콘크리트 구조 부재(15)가 이와 같이 그 자체의 프리스트레스를 경험하고 프리스트레스 하의 기존의 콘크리트 구조물(14)에 장착되도록 콘크리트 시공될 수 있는 것을 특징으로 하는 형상기억합금으로 제조된 프로파일에 의한 프리스트레스 콘크리트 구조물의 시공방법.
5. 상기 청구항들의 어느 한 항에 있어서,
   고정되거나 또는 일시적으로 연결된 전기 케이블(3)을 통한 직렬로 연결된 배터리들의 열로부터의 에너지 유닛 형태의 전압 소스로부터의 열 투입을 위한 형상기억 합금으로 제조된 프로파일(2)들에는, mm2 단면적당 10-20A의 전류를 발생하기 위하여 m의 프로파일 길이당 10-20V의 전압이 공급되므로, 이들이 저항 가열을 형성하고 2 내지 10초 내에 마르텐사이트 상태로부터 기존 오스테나이트 상태까지 프로파일들이 변형되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금으로 제조된 프로파일에 의한 프리스트레스 콘크리트 구조물의 시공방법.
6. 청구항 5에 있어서, 외부로 연장하는 가열 케이블들을 가진 다수의 전기 연결부들이 상기 프로파일의 길이에 걸쳐 제공되고 열 입력은 단계적으로 일시에 두 개의 인접 전기 연결부들에서 전압의 적용을 통해 단계적으로 생성되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금으로 제조된 프로파일에 의한 프리스트레스 콘크리트 구조물의 시공방법.
7. 청구항 1 내지 6의 어느 하나의 청구항에 따른 방법을 이용하여 구축된 콘크리트 구조물.

Images