KR20190035884A - 보강 지오셀 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건축 분야에 관한 것이며, 보다 상세하게는 보강 지오그리드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 보강 지오그리드는 행으로 배열되고, 체커 보드 방식으로 길이 방향으로 상호 연결된 가요성 중합체 스트립으로 제조되어, 이의 표면에 수직 방향으로 신장될 때, 3 차원 셀 구조체를 형성한다. 스트립는 배수구를 구비하고, 또한, 전체 길이 방향을 따라 꼬인 적어도 2 개의 섬유성 부재로 구성된 코드에 의해 길이 방향으로 보강된다. 지오그리드를 제조하는 방법에 따라, 용융 소재를 압출하여, 중합체 웹을 제조하고, 꼬인 보강 코드를 웹 위에 위치시키고, 웹을 120 ℃ 내지 200 ℃로 가열하면서 캘린더링하여, 보강 코드가 웹 내로 매설하며, 보강 웹을 시트로 절단하고, 시트를 천공하여 배수구를 형성하며, 시트를 스트립으로 절단하고, 중합체 스트립을 체커 보드 방식으로 연결하여, 3 차원 셀 구조체를 형성한다. 기술적인 결과는 보강 부재가 지오그리드의 스트립에 보다 안정적으로 유지되며, 지오그리드는 인장 하중 및 전단 하중 하에서 파열에 대해 보다 큰 내성을 갖는다는 것이다.

Description

보강 지오그리드 및 이를 제조하는 방법
본 발명은 건설 산업, 특히 지오셀 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 구조 유닛을 보강하고 산업 및 민간 구조물의 취약한 기초 뿐만 아니라 해안선의 사면과 저수지의 채널을 보강하기 위한 석유-및-가스, 운송 및 유압 공학 산업에 사용될 수 있다.
본 발명과 가장 근접한 유사체는 러시아 특허 RU 2459040호(2012년 8월 20일)에 개시된 보강 지오셀이다. 지오셀은 스트립이 이의 표면에 수직한 방향으로 신장될 때, 셀 구조를 형성하도록, 여러 행으로 배열되고, 스트립의 길이를 따라 엇갈린 순서로 상호 연결된 가요성 고밀도 폴리에틸렌(high-density polyethylene, HDPE) 스트립으로부터 형성된다. 스트립에는 스트립의 짧은 면에 반원형을 갖는 신장된 직사각형의 형태를 갖는 배수구가 구비되며, 스트립은 HDPE에 대한 아라미드 또는 탄소 보강사(reinforcing thread)의 중량%로 0.3 내지 3의 비율로 아라미드 또는 탄소 보강사를 이용하여 길이 방향으로 보강된다. 상기 구조는 전단 응력이 발생하면 보강사가 지오셀 웹으로부터 미끄러져 나와, 지오셀의 강도를 감소시키는 단점이 있다.
청구된 발명 군의 목적은 가장 근접한 유사체의 단점을 제거하는 것이다.
본 발명의 기술적 효과는 지오셀 스트립에서 보강 부재를 유지하는 신뢰성이 개선될 뿐만 아니라 신축 하중 및 전단 하중 하에서 지오셀의 인장 강도가 개선된다.
이러한 기술적 효과는 보강 지오셀이 행(row)으로 배열되고, 길이 방향의 엇갈린 순서로 상호 연결된 가요성 중합체 스트립으로 제조되어, 스트립의 표면과 수직 방향으로 신장될 때, 3 차원 셀 구조체를 형성하고, 스트립은 배수구를 구비할 뿐만 아니라, 길이 방향으로 보강사(reinforcing thread)로 보강되며, 상기 보강사는 그 전체 길이를 따라 꼬인 적어도 2 개의 섬유성 부재로 구성됨에 따라 달성된다.
또한, 기술적 효과는 보강 지오셀의 제조 방법으로서, 용융 중합체 소재를 압출하여, 시트 소재를 제조하는 단계, 시트 소재 위에 보강사를 위치시키는 단계, 120 ℃ 내지 200 ℃의 온도 범위로 가열된 시트 소재를 캘린더링(calendering)하여, 보강사를 시트 소재 내로 가압하는 단계, 보강된 시트 소재를 시트로 절단하는 단계; 시트를 천공하여, 배수구를 형성하는 단계, 시트를 스트립으로 절단하는 단계 및 스트립을 엇갈린 순서로 연결하여, 3 차원 셀 구조체를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 보강사는 그 전체 길이를 따라 꼬인 적어도 2 개의 섬유성 부재로 구성된 방법으로 달성된다.
본 발명의 다른 실시예가 가능하며:
- 보강사는 센티미터(cm) 당 5 내지 20 꼬임(twist)을 포함한다;
- 보강사는 폴리에스터 또는 레브산(lavsan)으로 제조된다;
- 보강사는 1 mm 이하의 두께를 가지며, 1 mm 내지 10 mm의 가로 방향 피치(pitch)로 배열된다;
- 스트립은 고밀도 폴리에틸렌(high-density polyethylene, HDPE) 또는 HDPE와 저밀도 폴리에틸렌(low-density polyethylene, LDPE)의 혼합물로 제조된다.
- 배수구는 둥근 코너부를 구비한 신장된 직사각형의 형상을 갖는다;
- 본 발명을 구현할 때, 보강사를 시트 소재 위에 위치시키기 전에 접착성 조성물에 함침한다;
- 본 발명을 구현할 때, 시트 소재를 캘린더링하여, 보강사를 적어도 0.25 mm의 깊이로 가압한다.
공지된 솔루션과 차별화된 바와 같이, 2 개 이상의 섬유성 부재로 구성된 꼬인 보강사의 형태인 보강 부재가 청구된 지오셀에 사용된다. 보강사의 이러한 구성은 지오셀의 스트립(또는 리본)에서 이들을 안정적으로 유지한다. 또한, 지오셀의 스트립과 보강 부재 자체의 굽힘을 유발하는 신장 하중 및 전단 하중 하에서, 꼬인 스레드(thread)를 사용하여 지오셀의 인장 강도가 향상되며, 따라서, 결과적으로는 이러한 지오셀에 의해 보강된 기초(지반)의 압입 저항력을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 의해 설명되며,
도 1은 지오셀을 제조하기 위하여 사용된 스트립의 구조체를 도시하고;
도 2는 보강사의 일 도면이며; 및
도 3은 청구된 발명에 따른 지오셀의 일 도면이다.
청구된 보강 지오셀(도 3 참조)은 시트 소재로 제조된 가요성 스트립(1)(도 1 참조)로 구성되며, 가요성 스트립(1)은 행으로 배열되고, 예를 들면, 초음파 용접 또는 스레드(thread)에 의해 엇갈린 순서(이음부(2))로 상호 결합된다.
스트립(1)은 중합체 소재로 제조되며, 특히, HDPE 또는 HDPE 및 LDPE의 혼합물로 제조된다. 스트립(1)은 1 mm 내지 2 mm의 두께를 가질 수 있다.
또한, 스트립(1)은 전체 길이를 따라 꼬인 2 개 이상의 섬유성 부재(fibrous element)(섬유(fiber))를 포함하는 보강사(3)로 보강된다(도 2 참조). 바람직하게는, 섬유성 부재는 그 길이 방향으로 1 센티미터 당 5 내지 20 꼬임을 갖는다. 보강사(3)는 폴리에스터 또는 레브산으로 제조될 수 있으며, 최대 1 mm의 직경을 가지며, 보강사는 스트립(1) 내로 가압되어, 적어도 0.25 mm의 두께를 가지고, 1 mm 내지 10 mm의 가로 방향 피치로 배열된다.
스트립(1)은 또한 배수구(4)가 구비되며, 배수구는 바람직하게는 둥근 코너부를 구비한 신장된 직사각형의 형상을 갖는다.
개시된 지오셀은 하기와 같이 제조될 수 있다.
용융 중합체 소재를 압출하여, 중합체 시트 소재를 제조한다. 꼬인 보강사를 제조된 시트 소재 위에 위치시키고, 엠보싱 롤을 이용하여 후자를 120 ℃ 내지 200 ℃의 온도 범위에서 캘린더링함으로써, 보강사를 적어도 0.25 mm의 깊이로 가압한다. 접착성을 개선하기 위하여, 보강사는 예비적으로 접착성 조성물, 예를 들어, Latacril BM 접착제(TU(기술 규정(technical regulations)을 의미)) 2385-403-002089)에 함침할 수 있다. 제조된 보강 시트 소재는 롤러에서 냉각되고, 시트로 절단된다. 이 후, 시트는 천공되어, 배수구가 형성된다. 그 후, 이렇게 제조된 천공된 시트는 스트립(리본)으로 절단된다. 스트립은 초음파 용접법을 이용아여 엇갈린 순서로 상호 연결되고, 스레드로 함께 봉제되어, 3-차원 셀 구조체를 형성한다. 최종 구조체가 신장되어, 지오셀을 형성한다.
[실시예]
전술된 방법에 따라, 센티미터 당 10 개의 꼬임을 가지며, 각각 0.5 mm 두께의 2 개의 섬유성 부재(스레드)로 구성된 꼬인 폴리에스터 스레드로 보강된 1.5 mm 두께의 폴리에틸렌 스트립으로 지오셀을 제조하였다. 스레드는 2 mm의 가로 방향 피치로 배열되었다. 또한, 스트립에는 20x4 mm의 둥근 모서리부를 구비한 직사각형 배수구가 구비되었다.
비교를 위해, 꼬이지 않은 보강사를 사용하는 것을 제외하고는 동일한 파라미터 하에서 가장 유사체에 따라 지오셀을 제조하였다.
전술한 구조체 및 가장 근접한 유사체로 공지된 구조체와의 비교 결과를 표 1에 나타내었다.
가장 근접한 유사체 및 청구된 발명에 따라 제조된 지오셀의 특성
파라미터 가장 근접한 유사체 솔루션에 따라 제조된 지오셀 청구된 지오셀
스트립의 두께(mm)
(Thickness of the strip, mm)		 1.5 1.5
최대 하중시 비-천공 스트립의 인장 강도(kN/m)
(Tensile strength of the non-perforated strip at a maximum load, kN/m)		 20.25 25.22
최대 하중시 비-천공 스트립의 인장 강도(kN/m)
(Tensile strength of the perforated strip at a maximum load, kN/m)		 16.1 17.47
최대 하중시 천공 스트립의 단위 신장률(%)
(Unit elongation of the perforated strip at a maximum load, %)		 22.45 21.05
파단점에서 비-천공 스트립의 단위 신장률(%)
(Unit elongation of the non-perforated strip at a break point, %)		 100.42 101.33
천공 스트립의 이음부 인장 강도(kN/m)
(Seam pull strength of the perforated strip, kN/m)		 18.66 19.07
전단 하중시 지오셀에 의해 보강된 충전된 압축 소재의 강도(kg/cm2)
(Strength of an infilled compacted material reinforced by the geocell at shear loads, kg/cm2)
 2.1 2.4
따라서, 청구된 구조체는 지오셀 스트립에 보강 부재를 안정적으로 유지할 뿐만 아니라 인장 하중 및 전단 하중 하에서 지오셀의 강도를 향상시킨다.
1: 스트립
2: 이음부
3: 보강사
4: 배수구

Claims (10)

  1. 행(row)으로 배열되고, 길이 방향의 엇갈린 순서로 상호 연결된 가요성 중합체 스트립으로 제조되어, 상기 스트립의 표면과 수직 방향으로 신장될 때, 3 차원 셀 구조체를 형성하는 보강 지오셀로서,
    상기 스트립은 배수구를 구비하고, 상기 스트립의 길이 방향을 따라 보강사(reinforcing thread)로 보강되며, 상기 보강사는 그 길이를 따라 꼬인 적어도 2 개의 섬유성 부재로 구성되는 보강 지오셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강사는 센티미터(cm) 당 5 내지 20 꼬임을 포함하는 지오셀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강사는 폴리에스터 또는 레브산(lavsan)인 지오셀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강사는 1 mm 이하의 두께를 가지며, 1 mm 내지 10 mm의 가로 방향 피치(pitch)로 배열된 지오셀.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트립은 고밀도 폴리에틸렌(high-density polyethylene, HDPE) 또는 HDPE와 저밀도 폴리에틸렌(low-density polyethylene, LDPE)의 혼합물로 제조된 지오셀.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배수구는 둥근 코너부를 구비한 신장된 직사각형의 형상을 갖는 지오셀.
  7. 보강 지오셀의 제조 방법으로서,
    용융 중합체 소재를 압출하여, 시트 소재를 제조하는 단계;
    상기 시트 소재 위에 보강사를 위치시키는 단계;
    120 ℃ 내지 200 ℃로 가열된 시트 소재를 캘린더링(calendering)하여, 상기 보강사를 상기 시트 소재 내로 가압하는 단계;
    보강 시트 소재를 시트로 절단하는 단계;
    상기 시트를 천공하여, 배수구를 형성하는 단계;
    상기 시트를 스트립으로 절단하는 단계; 및
    상기 스트립을 엇갈린 순서로 연결하여, 3 차원 셀 구조체를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 보강사는 그 길이를 따라 꼬인 적어도 2 개의 섬유성 부재로 구성된 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 보강사를 상기 시트 소재 위에 위치시키기 전에 접착성 조성물에 함침하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 보강사는 폴리에스터 또는 레브산인 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 시트 소재를 캘린더링하여, 상기 보강사를 적어도 0.25 mm의 깊이로 가압하는 방법.

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