KR20190048087A

KR20190048087A - 고감쇠 rc 격자보 및 이를 이용한 고감쇠 rc 격자보 구조물

Info

Publication number: KR20190048087A
Application number: KR1020170142604A
Authority: KR
Inventors: 박찬규; 안상경; 김용구; 노현섭; 이은석; 유영기; 전병갑; 정재은
Original assignee: 삼성물산 주식회사
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-05-09
Also published as: WO2019088365A1; KR102012336B1; CN109996925B; CN109996925A

Abstract

본 발명은 특히 진동 전달이 대폭 감쇠될 수 있는 RC 격자보에 관한 것으로서, RC 격자보를 이루는 콘크리트가 폴리머가 첨가된 폴리머콘크리트로 이루어짐으로써, 종래의 격자보의 춤을 그대로 유지하면서도 노광장비에 미치는 미세진동을 효과적으로 감쇄시킬 수 있어, 불량률을 감소시킴으로써 반도체 생산성을 향상시킬 수 있게 되어 정밀한 노광장비의 성능을 극대화시키는 고감쇠 RC 격자보를 제공하고자 한다.

Description

고감쇠 RC 격자보 및 이를 이용한 고감쇠 RC 격자보 구조물{High damping reinforced concrete grid beam and high damping reinforced concrete grid beam structure using it}

본 발명은 고감쇠 콘크리트를 사용한 RC 격자보에 관한 것이다.

반도체 산업은 최근 반도체 메모리가 비약적으로 고집적화, 고정밀화 됨에 따라 공기 청정도와 더불어 미진동 제어기술이 더욱 중요한 문제로 대두된다.

특히 하이테크 반도체 공정의 핵심 장비인 노광장비는 반도체 원판인 웨이퍼에 빛을 쏘여 회로 패턴을 그리는 장비이다. 반도체 노광 공정은 회로 패턴이 담긴 마스크에 빛을 통과시켜, 감광액 막이 형성된 웨이퍼 표면에 회로 패턴을 그리는 작업이다. 웨이퍼 위에 마스크를 놓고 빛을 쪼아 주면 회로 패턴을 통과한 빛이 웨이퍼에 회로 패턴을 그대로 옮긴다.

이때 노광 공정은 노광장비로 불리는 스태퍼(Stepper)를 통해 진행되는데, 스태퍼에 마스크를 넣고 빛을 투과해, 감광액이 칠해진 웨이퍼 위에 미세한 전자회로 그림이 만들어진다.

웨이퍼 위에 보다 미세한 회로 패턴을 형성하려면 분해능(分解能, resolving power)이라고도 불리는 노광 장비의 해상력(解像力, resolution)이 높아져야 한다. 분해능 혹은 해상력이란 인접한 두 물체를 별개의 것으로 분별할 수 있는 능력을 말한다. 주로 광학기기의 성능을 나타낼 때 사용되는데, 웨이퍼에 회로 패턴을 새기는 노광 장비에서 이 능력은 '얼마나 미세하게 회로 패턴을 형성할 수 있는가'로 평가된다. 해상도의 한계를 넘어서는 미세 패턴을 그리려 한다면, 빛의 회절(回折, diffraction)과 이로 인한 산란(散亂, scattering)으로 간섭이 일어나 원래의 마스크 패턴과는 다른, 왜곡된 상이 웨이퍼에 맺히는 문제가 발생한다. 왜곡된 패턴이 형성된 칩은 제 기능을 하지 못한다.

그간의 반도체 노광 장비는 개구수(numerical aperture, NA)가 높은 큰 렌즈를 사용하거나, 짧은 파장의 광원으로 진화하는 방식을 통해 해상력을 높여왔다. 130나노 반도체까진 파장의 길이가 248나노미터(nm)인 불화크립톤(KrF) 엑시머 레이저를 사용했고, 90나노대로 접어들면서부터 193nm 파장의 불화아르곤(ArF) 엑시머 레이저를 활용하게 됐다. 이 과정에서 빛의 회절과 산란으로 인한 간섭을 줄이는 갖가지 해상력 보강 기술이 등장한다. 빛의 세기와 위상(位相, phase)을 조절해 회절광을 없애는 위상 변위 마스크(phase shift mask, PSM), 왜곡이 예상되는 패턴을 인위적으로 변조해 올바른 상이 맺히도록 만든 광 근접 보정(optical proximity correction, OPC) 마스크 등이 바로 그것이다.

현재 최신 반도체 양산 라인에 도입돼 있는 ArF 노광 장비는 공기보다 굴절률이 큰 액상 매체(1.44)를 이용해 해상력을 높인 액침(液浸, immersion) 기술을 활용한다. 다만 30나노대 이하로 게이트 선폭이 줄어들면서 액침 ArF 노광 장비의 물리적인 회로 패턴 구현 능력도 한계치에 다다른다.

하지만 새로운 대안으로 떠오르고 있는 극자외선(Extreme Ultra Violet, EUV)은 자외선(UV)과 X-선의 중간 영역에 있는 전자기파로서, 반도체 공정에서 사용하는 EUV는 13.5nm의 파장을 가지도록 고안됐다. 파장이 짧은 EUV를 활용하면 10나노 미만의 반도체도 멀티패터닝이 아닌, 한 번의 노광으로 만들어낼 수 있다. 현재 EUV 장비를 개발하고 있는 업체는 반도체 노광 시장에서 1위 지위를 지키고 있는 네덜란드 ASML이 유일하다.

국내에서도 최근 이러한 EUV를 활용한 노광장비 도입을 추진하게 되었으며, EUV 노광 장비로 패터닝을 하는 경우 기존의 ArF로 멀티 패터닝을 사용하는 경우에 비해 패터닝 작업을 한 번만 하면 되기 때문에 패터닝 비용이 크게 감소한다. 15mJ(milli Joule dose, 빛을 얼마나 쬐어야 감광이 되는 지를 나타내는 단위. 단위가 높으면 빛을 더 많이 쏴야 한다)의 감광액을 사용할 경우 EUV의 패터닝 원가는 300%(액침 ArF의 비용을 100%로 봤을 때) 미만이다.

그런데 기존의 ArF 노광 장비는 불화아르곤(ArF)의 파장이 193nm이므로 종래까지는 서브 마이크로미터 단위의 미진동 제어를 타겟으로 하여 반도체 공장의 격자보를 설계하는 것을 목표로 하였지만, EUV를 활용한 최신 노광장비가 도입되면 특히 10 나노미터 미만의 로직칩 생산이 가능할 수 있으므로 수 나노미터 수준의 진동 제어가 요구되는 상황이다.

반도체 공장의 미진동 제어 기술은 크게 저 진동 건축 구조물의 설계, 반도체 제조 설비의 배치 및 분리, 진동원에 대한 방진, 진동 혐오 기기에 대한 제진 등으로 분류할 수 있다. 또한 초기 설계 단계에서 시제품이 생산되는 마지막 단계까지 전반적인 진동 영향 평가가 이루어져야 한다.

반도체 공장에서 진동제어와 관련된 밀접한 구조물은 공기청정을 위한 격자보 라는 독특한 구조물이다. 이 격자보라는 구조물 위에 독립제진대가 설치되고 독립제진대 위에 정밀 반도체 생산설비들이 놓이게 된다.

일반적으로 반도체 공장에서 진동허용 규제치도 access floor 위와 스테퍼(stepper), 어라인너(aligner) 등 고정밀 노광장비가 설치되는 독립절연기초인 제진대 위에서 3차원으로 진동허용치를 주파수별로 제한하고 있다.

그런데 종래 격자보에서 구조체의 감쇠비는 구조물의 특성에 부합하는 일정한 값으로 고정되고 강성과 질량을 변수로 하여 설계된다. 즉 격자보의 동적 응답을 효과적으로 제어하기 위해서는 격자보의 구조의 강성을 크게 하고 진동변위를 작게 하고, 격자보의 고유진동수를 외부 진동원의 주파수 보다 높게 설계하여야 한다. 격자보가 이러한 요구를 만족시키기 위해서는 강성이 커야 하므로 크기가 더 커질 수밖에 없다.

이 경우 앞서 서술된 것처럼 최신 노광장비 도입을 위해서 요청되는 수 나노미터 단위의 진동 제어 성능 수준에 대응할 수 있기 위해서는 필연적으로 격자보 춤(Depth)이 높아져야 한다. 즉 현재의 격자보가 보다 최소한 두 배로 춤이 높아져야 하는 것이다.

그러나 격자보 춤이 높아지게 되면 설비 대형화와 양생시간 및 거푸집 제거의 어려움과 인양과 운반 장비의 대형화 등으로 인한 제작성이 떨어지고, 건물 층고에 영향을 주며, 또한 이러한 양중무게 제한으로 인하여 더 작은 모듈로 분할될 수밖에 없어 양중횟수 증가 및 시공성 저하로 이어지는 문제가 있다.

특히 한국은 최신 EUV 노광장비의 세계 최대 도입국이 될 예정에 있으나, 이러한 초미세 진동 제어가 가능하여야 한다는 기술적 난제가 해결되지 못한다면 반도체 설비 공장의 시공에서 많은 문제가 발생될 수밖에 없다.

따라서 최신 노광 장비가 도입되면 수 나노미터 단위의 초정밀 고집적 반도체 생산이 가능하고 또한 종래 대비 두 배의 생산성 향상이 가능하여 세계적인 반도체 시장 경쟁에서 상당히 유리한 위치를 차지할 수 있음에도 현재 나노미터 단위의 진동 억제를 현실화 시킬 격자보 기술은 아직 연구된 바가 없는 상태이므로 기술적 장애로 작용되고 있어, 이러한 장애를 극복하여 초미세 미진동 억제를 현실화 시킬 수 있는 격자보에 대한 기술이 절실하게 요청되는 상황이다.

등록특허공보 제10-0392188호(등록일자: 2003. 07. 08)

이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 종래 격자보의 크기를 유지시키면서도 초미세 진동이 감쇠되어 노광장비에 미치는 미세진동이 효과적으로 제어될 수 있는 RC 격자보를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고감쇠 RC 격자보는 반도체 공장의 각 층 바닥을 이루는 격자보에 있어서, 격자보를 이루는 콘크리트는 감쇠비가 15% 보다 크게 설계된 콘크리트인 것을 특징으로 한다.

특히 바람직하게는 상기 격자보를 이루는 콘크리트는 폴리머가 혼합된 폴리머 콘크리트이다.

여기서 상기 폴리머 콘크리트는 바람직하게는 콘크리트 조성물 혼합 과정에서 수용성 또는 분산형 폴리머를 병행 투입하여 혼합된 콘크리트이거나, 또는 폴리머를 단독 결합재로 하여 혼합된 콘크리트 이거나, 또는 경화된 콘크리트의 공극에 폴리머를 가압이나 감압이나 중력 침투의 방식으로 함침시켜 제작된다.

한편 본 발명에 따른 고감쇠 RC 격자보 구조물은 반도체 공장 내부에 설치되며, 일정 간격을 두고 종횡으로 설치되는 수직 기둥인 샛기둥과, 인접되는 두 개의 샛기둥 상부에 거치되어 고정됨으로써 샛기둥 상부를 가로질러 연결시키는 일 방향 보와, 일 방향 보로 둘러싸여 형성되는 장방형의 수평면적을 채우는 형태로 설치되는 장방형의 격자보로 구성되되, 상기 격자보는 격자보를 이루는 콘크리트는 폴리머가 첨가된 폴리머 콘크리트인 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 폴리머 콘크리트는 콘크리트 조성물 혼합 과정에서 수용성 또는 분산형 폴리머를 병행 투입하여 혼합된 콘크리트이거나, 또는 폴리머를 단독 결합재로 하여 혼합된 콘크리트 이거나, 또는 경화된 콘크리트의 공극에 폴리머를 가압이나 감압이나 중력 침투의 방식으로 함침시켜 제작된다.

그리고 상기 일 방향 보의 폭 방향 양 측면에는 바람직하게는 상부가 돌출되는 형태의 단차가 형성되고 격자보의 테두리 면에는 하부가 돌출되는 형태의 단차가 형성되어 격자보 의 테두리 면 단차의 저면이 일 방향 보 측면 단차의 상면에 거치되는 형태로 격자보가 설치된다.

이때 상기 샛기둥 내부에는 샛기둥의 길이 방향으로 복수개의 수직근이 장입되되, 수직근의 상단은 바람직하게는 샛기둥의 상면보다 더 돌출되고, 상기 일 방향 보의 길이방향 양 측 저면에는 상기 수직근의 돌출된 상단이 삽입되는 수직근 삽입 홈이 형성되어, 수직근이 수직근 삽입 홈에 삽입됨으로써 샛기둥과 일 방향 보가 결합된다.

특히 바람직하게는 상기 샛기둥 상부에서 만나는 두 개의 일 방향 보 각각은 단부의 상부 모서리가 절개되어 단차가 형성되고, 두 개의 일 방향 보 단부가 샛기둥 상부에서 나란하게 연결될 때 상기 단차가 만나면서 상부근 노출 공간이 형성되며, 상부근 노출공간과 일 방향 보 사이 및 일 방향 보와 격자보 사이에는 콘크리트가 주입되어, 일 방향 보 사이와 일 방향 보 및 격자보를 결합시킨다.

이때 상부근 노출공간과 일 방향 보 사이 및 일 방향 보와 격자보 사이에 주입되는 콘크리트는 바람직하게는 폴리머 콘크리트이다.

본 발명에 따른 RC 격자보는 종래의 격자보의 두께를 그대로 유지하면서도 최신 첨단 노광장비에 미치는 미세진동의 감쇠가 극히 미세한 나노미터 단위까지 이루어질 수 있어, 생산되는 반도체의 불량률을 감소시킴으로써 반도체 생산성을 향상시킬 수 있어 정밀한 첨단 노광장비의 성능을 극대화시키는 효과가 있다.

도 1은 입력주파수/고유주파수 비율과 구조물 응답의 관계를 나타낸 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 격자보 구조물의 분해 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 격자보 구조물에서 격자보의 부분 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 격자보 구조물에서 일 방향 보의 부분 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 격자보 구조물에서 샛기둥의 부분 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 격자보 구조물의 평단면도,
도 7은 도 6에서 A로 표시된 영역의 부분 확대도
도 8은 일 방향 보의 정단면도,
도 9는 일 방향 보의 측단면도,

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 반도체 공장에서 노광장비의 기초지반으로 사용되는 격자보에 있어서, 격자보가 폴리머 또는 고무가 첨가된 콘크리트로 이루어짐으로써, 종래 격자보에 비해 진동 감쇠비가 15% 이상 증가되는 것을 특징으로 한다.

콘크리트의 진동 특성을 결정하는 요소인 질량, 강성, 감쇠 중에서 종래의 콘크리트에서 고려된 변수는 질량과 강성이다. 왜냐하면 격자보를 이루는 RC 콘크리트 자체의 감쇠비를 조절하기는 힘들기 때문이다. 따라서 격자보 구조의 동적 응답을 효과적으로 제어하기 위해서는 구조의 강성을 크게 하여 진동변위를 작게 하고, 고유진동수를 외부 진동원의 주파수인 작동주파수 보다 높게 설계하여 공진 발생을 최대한 피하여야 한다.

참고로 도 1에는 감쇠율이 고정 값이 되어 감쇠가 없을 경우에 고유진동수와 입력주파수가 근접할수록 응답이 무한대로 증폭되어 공진이 발생되는 지점을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

참고로 고유진동수(f)는 단위시간당 진동하는 회수를 의미하며, 구조물의 동적 특성을 표현하는 가장 대표적인 개념이다. 일반적으로 [Hz] 단위를 사용하여 초당 진동수(cycles/sec)로 나타낸다. 구조물의 고유진동수는 구조물의 강성(k)에 비례하고 질량(m)에 반비례하는 특성 을 가진다.

그리고 공진(resonance)은 구조물의 고유진동수가 구조물에 가해지는 진동/하중의 작동주파수의 근처에 있게 될 때 구조물에 발생되는 진동의 증폭 현상이다. 하지만, 고유진동수와 작동주파수가 유사하다고 하여 무조건 공진을 일으키는 것은 아니며, 작동주파수가 고유진동수와 유사한 상태를 일정 시간 동안 지속하면서 두 진동수의 방향이 서로 영향을 줄 때에만 공진현상이 발생하게 된다. 이와 같은 공진상태에 놓일 수 있는 구조물은 공진상태를 피할 수 있도록 설계되어야 한다. 예를 들어 자동차 타이어의 트레드(tread, 돌기패턴)는 타이어와 도로의 접촉면에서 물기로 인한 미끄러짐을 방지하기 위한 홈인데 주행중에 트레드와 도로가 부딪혀 진동이 발생될 때 이 진동이 자동차 부품 중 어느 한 부품의 고유진동수와 일치하면 그 부품에는 공진이 발생될 수 있다. 이러한 공진을 방지하기 위하여, 즉 트레드와 도로의 접촉에서 일정한 주파수의 진동이 반복하여 발생하지 않도록 트레드 패턴은 아주 불규칙하게 디자인 되어 있다. 앞에서 설명한 것처럼 고유진동수는 구조물의 강성에 비례하고 질량에 반비례하는 특성을 가지므로, 구조물의 고유진동수를 조정하기 위해서는 구조물 강성의 증가, 질량의 감소, 그리고 구조물 내 질량의 재분배 등이 필요하다.

참고로 단자유도계의 운동방정식은

과 같이 나타낼 수 있고, 좌변 첫 번째 항이 관성력이며, M이 질량을 나타낸다.

도 1에는 입력주파수/고유주파수 비율과 구조물 응답의 관계를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 감쇠가 없을 경우, 고유진동수와 입력주파수가 근접할수록 응답이 무한대로 증폭됨을 알 수 있다.

상기 식에서 알 수 있듯이 구조물의 강성을 증가시킴과 아울러 관성력을 증대시키기 위해서는 격자보의 두께를 증가시킬 수밖에 없는데, 공진 발생을 나노미터 단위까지 억제시키기 위해서는 격자보의 춤을 최소한 두 배로 늘려야 한다.

그러나 이처럼 격자보의 두께 증가로 질량을 무한정 증대시킨다면 콘크리트의 양생, 분리, 인양 및 운반 작업에 들어가는 시간과 노력 증대와 장비의 대형화로 인해 작업성 및 비용이 현저하게 떨어질 뿐만 아니라 구조물 전체적으로 안정성에 문제가 발생될 수 있어 현실성이 없게 된다.

또한 종래의 건축물 및 각종 수배전반에 사용되는 진동 감쇠 장치의 경우에도 지진과 같은 큰 진폭이 구조물의 안정성에 영향을 미치지 않을 정도로 감쇠시키는 효과는 있을지 몰라도 도입이 예정된 첨단 노광장치의 정밀도가 보장될 수 있을 정도의 수 나노미터 수준의 진동을 잡는 것은 불가능하다.

즉 종래 기술로 적용시킬 수 있는 어떠한 방법으로도 신규 초정밀 노광장치의 정밀도를 보장시킬 수 있는 진동 감쇠 기술은 현재까지는 부재한 실정이어서 우리나라의 반도체 산업 경쟁력을 비약적으로 향상시킬 수 있는 최신 노광장비의 도입이 목전에 와 있음에도 불구하고 장비의 정밀도를 보장시킬 수 있는 방안이 부재한 것이다.

따라서 본 발명에서는 감쇠력을 나타내는

항을 실질적인 변수로 활용할 수 있도록 고감쇠 폴리머 콘크리트를 격자보에 적용하는 방안을 제안하는 것이다.

건설재료로써 대표적으로 사용되는 포틀랜드 시멘트 콘크리트는 경제성 및 구조상의 장점을 가지고 있으나, 인장강도가 작으며, 건조수축이 크고, 내약품성이 낮아 취약한 단점이 있다. 이러한 단점을 개선하기 위해 콘크리트 제조시에 사용하는 결합재의 일부 또는 전부를 고분자 화학구조를 가지는 폴리머고 대체시켜 제조한 콘크리트를 총칭하여 폴리머 콘크리트 혹은 콘크리트 폴리머 복합체(concrete polymer composite)라고 한다. 폴리머 콘크리트는 제조방법에 따라 폴리머 시멘트 콘크리트(PCC : Polymer Cement Concrete), 폴리머 콘크리트(PC : Polymer Concrete), 폴리머 함침 콘크리트(PIC : Polymer Impregnated Concrete)로 분류할 수 있다.

폴리머 시멘트 콘크리트(PCC : Polymer Cement Concrete)는 일반 시멘트 콘크리트의 혼합시에 수용성 또는 분산형 폴리머를 병행·투입하여 만들어지는 콘크리트로서, 콘크리트의 경화과정에 폴리머 반응이 진행되며, 사용 폴리머에 따라 외부에서 열을 가하여 경화가 촉진되기도 한다. PCC는 접착성과 내구적 특성이 많이 요구되는 부분, 즉 교량상판 덧씌우기, 바닥 미장재, 콘크리트 팻칭재료 등으로 많이 사용되고 있다.

폴리머 콘크리트(PC : Polymer Concrete)는 결합재로서 시멘트를 사용하지 않고 폴리머만을 골재와 결합하여 콘크리트를 제조한 것으로서, 휨강도, 압축강도, 인장강도가 현저하게 개선 향상되며, 조기에 고강도를 발현하기 때문에 단면의 축소에 따른 경량화가 가능하며, 마모저항, 충격저항, 내약품성, 동결융해 저항성, 내부식성 등 강도특성과 내구성이 우수하기 때문에 구조물에 다양하게 이용되고 있다. 폴리머 시멘트 몰탈은 종래의 시멘트계 미장마감재 보다 내구성이 우수하고 특히 보수재로서 성능과 가격의 균형이 좋기 때문에 수요가 증가하고 있다.

또한 우수한 특성을 이용하여 맨홀, FRP 복합관 및 패널, 고강도 파일, 인조대리석 등의 공장(프리캐스트)제품과 댐 방수로의 복공, 수력발전소 감세공의 복공, 온천지 건물의 기초 등 현장타설 공사에 사용되고 있다.

폴리머 함침 콘크리트(PIC : Polymer Impregnated Concrete)는 경화 콘크리트의 성질을 개선할 목적으로 콘크리트 부재에 폴리머를 침투시켜 제조된 콘크리트이다.

PIC는 함침시킬 부재를 건조시켜 폴리머가 침투될 공간을 형성한 후 시멘트 콘크리트 공극에 폴리머를 가압, 감압 및 중력으로 침투시키는 방법이 사용되며, 폴리머 함침정도에 따라 완전함침, 부분함침으로 분류된다. PIC는 마모저항성, 포장 재료의 성능개선, 프리스트레스트 콘크리트의 내구성 개선 등에 유리하며, 주요 용도로는 기존 콘크리트 구조물 표면의 경화, 강도, 수밀성, 내약품성과 중성화에 대한 저항성 및 내마모성 등의 향상을 도모할 목적으로 고속도로의 포장과 댐의 보수공사 및 지붕슬래브의 방수공사 등에 활용이 되고 있다.

또한 폴리머 콘크리트의 탄성계수는 일반 시멘트 콘크리트보다 약간 작으며 크리프 특성은 폴리머 결합재의 종류 및 양과 온도에 따라 다르나 일반 시멘트 콘크리트와 큰 차이는 없다.

폴리머 콘크리트는 수밀성과 기밀성 면에서 거의 완전한 구조이므로 흡수 및 투수에 대한 저항성과 기체의 투과에 대한 저항성이 우수하다.

또한 폴리머 콘크리트는 폴리머 결합재의 높은 접착성 때문에 시멘트 콘크리트, 타일, 금속, 목재, 벽돌 등 각종 건설재료와의 접착이 용이하고, 내약품성, 내마모성, 내충격성 및 전기절연성이 양호하며, 가연성인 폴리머 결합재를 함유하기 때문에 난연성 및 내구성은 불량한 특징을 가지고 있다.

본 발명에서는 이러한 폴리머 콘크리트로 격자보를 제작함으로써, 감쇠율을 향상시켜 초미세진동을 최대한 억제시키고자 한다. 참고로 도 2와 도 3에는 폴리머 콘크리트로 제작되는 격자보가 사시도와 평면도의 형태로 나타나 있다.

따라서 폴리머 콘크리트가 적용될 경우 강성과 질량뿐만 아니라 감쇠까지 설계 변수로 하여 최적의 설계안을 도출할 수 있고, 결과적으로 제작성과 시공성 및 경제성이 대폭 향상될 수 있다.

다음으로는 폴리머 콘크리트로 제작된 격자보가 적용된 고감쇠 RC 격자보 구조물에 대하여 첨부된 도면과 함께 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 고감쇠 RC 격자보 구조물은 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 수직 방향으로 설치된 샛기둥과, 일 방향 보와, 격자보로 구성되되, 격자보는 앞서 설명된 폴리머 콘크리트로 이루어진다.

여기서 일 방향 보(30)의 측면에는 도 4에 도시된 것처럼 돌출 형태의 단차가 형성되고, 격자보(20)의 측면에는 도 3에 도시된 것처럼 함몰 또는 후퇴 형태의 단차가 형성되어 격자보(20) 측면 단차의 저면이 일 방향 보(30) 측면 단차의 상면에 거치되는 형태로 격자보(20)가 설치된다.

참고로 도 4에 도시된 일 방향 보(30)의 측면 단차의 상면을 '돌출 단차 상면(33)'이라 하고 도 3에 도시된 격자보(20) 측면의 단차 저면을 '후퇴 단차 저면(23)'이라 칭하기로 한다.

본 발명에서는 상기와 같이 구성된 샛기둥(10), 격자보(20), 일 방향 보(30)의 결합을 위해 콘크리트(40)가 마련된다. 콘크리트(40)는 샛기둥(10) 상부에서 만나는 두 개의 일 방향 보(30) 단부 사이의 틈과, 일 방향 보(30)의 측면과 격자보(20)의 측면 사이의 틈에 주입되어, 일 방향 보(30)가 단부끼리 접합되어 고정되고, 일 방향 보(30)와 격자보(20)가 서로 접합 고정된다.

샛기둥(10)은 도 2의 분해사시도에는 도시되지 않았으나, 도 6에 도시된 바와 같이 두 개의 일 방향 보(30)가 나란하게 연결되는 지점과, 네 개의 격자보(20)가 모두 결합되는 모서리 지점의 하부에 설치되어 전체 구조물을 지지한다.

샛기둥(10) 내부에는 도 5에 도시된 바와 같이 샛기둥(10)의 길이 방향으로 복수개의 수직근(12)이 장입되되, 수직근(12)의 상단은 샛기둥(10)의 상면보다 더 돌출되고, 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이 일 방향 보(30)의 단부에 인접된 일 방향 보(30)의 저면에는 수직근(12)의 상단이 삽입되는 수직근 삽입 홈(36)이 형성되어 일 방향 보(30)의 단부 근처의 저면이 샛기둥(10)의 상면에 안착될 때 까지 수직근(12)이 수직근 삽입 홈(36)에 삽입된다.

이로써 샛기둥(10)과 일 방향 보(30)는 진동이 발생되어도 서로 분리되지 않고 견고하게 결합된다.

그리고 샛기둥(10) 상부에서 만나는 두 개의 일 방향 보(30) 각각은 단부의 상부 모서리가 단차가 형성되게 절개되고, 두 개의 일 방향 보(30) 단부가 샛기둥(10) 상부에서 일정 간격을 두고 나란하게 인접될 때 상부근 노출 공간(32)이 형성되면서 도 8에 도시된 바와 같이 용기 모양으로 형성되는 공간에 콘크리트(40)가 주입됨으로써, 콘크리트(40)가 상부근 노출 공간(32)과, 두 개의 일 방향 보(30) 단부 사이 간격(d2)과, 일 방향 보(30)와 격자보(20) 간격(d1)에 채워지면서 응고되어 결합시킨다.

특히 본 발명에서는 상기 콘크리트(40)에 폴리머 콘크리트를 적용시킴으로써, 일 방향 보(30)와 격자보(20)사이에 전달될 수 있는 극미 진동을 감쇠시킬 수 있다.

또한 본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같이 일 방향 보(30)의 단부에 상부근 노출 공간(32)을 둠으로써, 나란하게 이어지는 두 개의 일 방향 보(30)와, 일 방향 보(30)의 측면에 결합되는 네 개의 격자보(20)가 만나면서 도 9에 도시된 바와 같이 용기 모양으로 형성되는 공간이 생겨 콘크리트(40)를 주입 할 때 콘크리트(40)가 일 방향 보(30)의 상부로 넘치는 현상이 방지될 뿐만 아니라 용기 모양으로 형성되는 공간에 채워진 콘크리트(40)의 하중으로 인하여 콘크리트(40)이 일 방향 보(30) 단부 사이 간격(d2)과, 일 방향 보(30)와 격자보(20) 간격(d1)에 훨씬 용이하게 침투될 수 있다. 여기서 '용기 모양으로 형성되는 공간'이 바로 상부근 노출 공간(32)에 해당된다.

그리고 앞서 설명된 수직근 삽입 홈(36)은 상부근 노출 공간(32)의 상면부터 일 방향 보(30)의 저면까지 완전히 관통하는 형태로 일 방향 보(30)가 제작됨으로써, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 상부근 노출 공간(32)을 통해 주입되는 콘크리트(40)는 수직근 삽입 홈(36) 내부로도 주입되어 수직근(12)이 수직근 삽입 홈(36) 내부에 견고하게 부착되어 진동이 발생되더라도 일 방향 보(30)가 샛기둥(10) 상면으로부터 분리되는 현상이 방지될 수 있다.

참고로, 본 발명에서 폴리머 콘크리트로 제작되는 격자보는 도 2 및 도 3에 도시된 형상의 격자보에 한정되지 않으며, 도 7에 도시된 바와 같이 격자보에 형성된 격자 형상이 정사각형일 수도 있고, 또한 장방형인 경우 격자의 가로 세로 비율은 다양할 수 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이 격자 형상이 사각형에 한정되지 않고 원형일 수 있으며, 이때 원형의 직경 또한 다양할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

d1 : 일 방향 보와 격자보 간격 d2 : 일 방향 보 단부 사이 간격
10 : 샛기둥 12 : 수직근
20 : 격자보 22 : 중공
23 : 후퇴 단차 저면 30 : 일 방향 보
32 : 상부근 노출 공간 33 : 돌출 단차 상면
35 : 상부근 36 : 수직근 삽입 홈
37 : 상부근 결속구 40 : 콘크리트

Claims

반도체 공장의 각 층 바닥을 이루는 격자보에 있어서,
상기 격자보를 이루는 콘크리트는 감쇠비가 15% 보다 크게 설계된 콘크리트인 것을 특징으로 하는 고감쇠 RC 격자보.
제1항에 있어서,
상기 격자보를 이루는 콘크리트는 폴리머가 혼합된 폴리머 콘크리트인 것을 특징으로 하는 고감쇠 RC 격자보.
제2항에 있어서,
상기 폴리머 콘크리트는 콘크리트 조성물 혼합 과정에서 수용성 또는 분산형 폴리머를 병행 투입하여 혼합된 콘크리트이거나, 또는 폴리머를 단독 결합재로 하여 혼합된 콘크리트 이거나, 또는 경화된 콘크리트의 공극에 폴리머를 가압이나 감압이나 중력 침투의 방식으로 함침시켜 제작되는 것을 특징으로 하는 고감쇠 RC 격자보.
반도체 공장 내부에 설치되며, 일정 간격을 두고 종횡으로 설치되는 수직 기둥인 샛기둥과;
인접되는 두 개의 샛기둥 상부에 거치되어 고정됨으로써 샛기둥 상부를 가로질러 연결시키는 일 방향 보와;
일 방향 보로 둘러싸여 형성되는 장방형의 수평면적을 채우는 형태로 설치되는 장방형의 격자보;로 구성되되,
상기 격자보는 격자보를 이루는 콘크리트는 폴리머가 첨가된 폴리머 콘크리트인 것을 특징으로 하는 고감쇠 RC 격자보 구조물.
반도체 공장 내부에 설치되며, 일정 간격을 두고 종횡으로 설치되는 수직 기둥인 샛기둥과;
장방형이면서 상면과 저면을 관통하는 관통공이 종횡으로 형성되어 격자 형상으로 제작되며, 장방형의 형상에서 네 귀퉁이 저면이 샛기둥으로 지지되도록 네 개의 샛기둥 상부에 설치되는 격자보;로 구성되되,
상기 격자보를 이루는 콘크리트는 폴리머가 첨가된 폴리머 콘크리트인 것을 특징으로 하는 고감쇠 RC 격자보 구조물.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 폴리머 콘크리트는 콘크리트 조성물 혼합 과정에서 수용성 또는 분산형 폴리머를 병행 투입하여 혼합된 콘크리트이거나, 또는 폴리머를 단독 결합재로 하여 혼합된 콘크리트 이거나, 또는 경화된 콘크리트의 공극에 폴리머를 가압이나 감압이나 중력 침투의 방식으로 함침시켜 제작되는 것을 특징으로 하는 고감쇠 RC 격자보 구조물.
제4항에 있어서,
상기 일 방향 보의 폭 방향 양 측면에는 상부가 돌출되는 형태의 단차가 형성되고 격자보의 테두리 면에는 하부가 돌출되는 형태의 단차가 형성되어 격자보 의 테두리 면 단차의 저면이 일 방향 보 측면 단차의 상면에 거치되는 형태로 격자보가 설치되는 것을 특징으로 하는 고감쇠 RC 격자보 구조물.
제7항에 있어서,
상기 샛기둥 내부에는 샛기둥의 길이 방향으로 복수개의 수직근이 장입되되,
수직근의 상단은 샛기둥의 상면보다 더 돌출되고, 상기 일 방향 보의 길이방향 양 측 저면에는 상기 수직근의 돌출된 상단이 삽입되는 수직근 삽입 홈이 형성되어, 수직근이 수직근 삽입 홈에 삽입됨으로써 샛기둥과 일 방향 보가 결합되는 것을 특징으로 하는 고감쇠 RC 격자보 구조물.
제7항에 있어서,
상기 샛기둥 상부에서 만나는 두 개의 일 방향 보 각각은 단부의 상부 모서리가 절개되어 단차가 형성되고, 두 개의 일 방향 보 단부가 샛기둥 상부에서 나란하게 연결될 때 상기 단차가 만나면서 상부근 노출 공간이 형성되며, 상부근 노출공간과 일 방향 보 사이 및 일 방향 보와 격자보 사이에는 콘크리트가 주입되어, 일 방향 보 사이와 일 방향 보 및 격자보를 결합시키는 것을 특징으로 하는 고감쇠 RC 격자보 구조물.
제9항에 있어서,
상부근 노출공간과 일 방향 보 사이 및 일 방향 보와 격자보 사이에 주입되는 콘크리트는 폴리머 콘크리트인 것을 특징으로 하는 고감쇠 RC 격자보 구조물.