KR20190050553A - 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법 - Google Patents

양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법 Download PDF

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Abstract

전도체 역할 및 보강재 역할을 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 열화된 콘크리트 단면에 배치함으로써 고강도 및 비부식성의 탄소섬유 텍스타일에 의한 보수보강이 가능하게 되며, 또한, 탄소섬유 텍스타일에 배열된 희생양극으로 인하여 콘크리트 매립철근의 추가적인 부식을 방지함으로써 철근콘크리트 구조물의 보수보강을 극대화할 수 있고, 또한, 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재의 경우, 기존 철근콘크리트 구조물의 방식은 물론 신설 콘크리트 구조물의 보강재 및 부식방지재로도 활용할 수 있는, 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법이 제공된다.

Description

양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법 {CARBON FIBER TEXTILE REINFORCING MEMBER WITH ANODIC METAL LINE, AND REPAIR AND REINFORCEMENT METHOD OF CONCRETE STRUCTURE USING THE SAME}
본 발명은 철근콘크리트 구조물의 보수보강에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 철근콘크리트 구조물의 부식이 발생한 매립철근의 보수보강시, 전기방식을 위한 전도체 역할 및 철근콘크리트 구조물의 보강을 위한 보강재 역할을 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법에 관한 것이다.
건축 및 토목 구조물에 가장 널리 이용되고 있는 철근콘크리트는 경제적이며 내구성이 우수한 구조재료이다. 지금까지 철근콘크리트는 특별한 유지관리 없이 대략 반세기 정도의 사용 수명을 갖는다는 것이 일반적인 인식이었다.
실제로, 콘크리트와 철근으로 조합된 철근콘크리트는 기계적인 강도의 관점에서뿐만 아니라 장기적인 내구성 측면에서도 최적의 기능을 가지는 복합재료로 알려져 있다. 그러나 최근 실시된 여러 연구결과와 현장조사에 따르면 철근의 부식으로 인해 철근콘크리트는 내구성이 저하되어 구조물 전반에 심각한 문제를 발생시키는 것으로 조사되고 있다.
이러한 철근콘크리트 구조물의 내구성을 저하시키는 가장 큰 요인은 매립철근의 부식이며, 이러한 매립철근의 부식을 일으키는 주된 원인으로는 염소이온과 이산화탄소의 침투를 들 수 있다. 일단 철근이 부식되면 매립철근의 표면에 부식생성물이 형성되어 콘크리트의 균열과 박리를 일으키고, 이러한 균열과 박리는 외부 유해인자의 침투를 용이하게 하여 철근의 부식을 가속화시킨다.
따라서 철근콘크리트 구조물의 안전성과 내구성이 크게 저하되고, 심한 경우 구조물이 붕괴에 이를 수도 있다. 또한, 철근콘크리트 구조물이 이미 손상된 경우 이를 보수 및 보강하는 작업이 매우 어렵고 제한적이며, 경제적으로도 많은 비용이 소모된다.
구체적으로, 이러한 철근콘크리트 구조물의 열화는 사용된 콘크리트 및 철근의 품질, 환경적 요인, 물리적 요인 등에 영향을 받으며, 특히, 콘크리트 내에 매설된 철근의 부식에 의한 영향이 크다. 특히, 해양환경 하에 철근콘크리트 구조물이 위치하는 경우, 해수 속의 염분이 콘크리트 속으로 침투되거나, 겨울철 도로의 눈을 녹일 목적으로 사용한 염화칼슘이 콘크리트 속으로 침투되면, 콘크리트 속에 매립되어 있는 철근이 부식되기 쉬우며, 부식된 철근은 팽창하여 콘크리트에 미세한 균열을 발생시킨다.
이와 같이 형성된 미세 균열은 콘크리트 표면까지 연장되고, 그 표면까지 연장된 균열 사이로 외부 공기나 수분이 콘크리트 내부로 더욱 침투하여, 콘크리트의 탈락, 박리 및 내부 철근의 부식을 더욱 촉진한다. 또한, 콘크리트 속으로 침투한 염분은 초기 pH 12 내지 13의 고알칼리 성분을 가진 콘크리트 내부의 수산화석회와 반응하여 탄산석회를 생성함으로써 콘크리트를 중성화시키기도 한다.
이에 따라, 철근콘크리트 구조물 내의 콘크리트 매립철근의 부식을 방지하고, 탈락된 콘크리트 단면을 복구하기 위한 여러 가지 방법이 개발되고 있다. 그 중 한 가지 방법은 탈락된 콘크리트 단면을 보수용 모르타르로 복구하는 것이다. 그러나 이러한 방법으로 보수할 경우, 콘크리트 속에 있는 염분이 완전히 제거되지 않아, 철근의 부식을 일으켜 보수 부위가 쉽게 탈락되는 문제점이 있다.
또한, 다른 방법으로서, 콘크리트의 표면 부근에 설치한 전극(양극)으로부터 콘크리트 내의 철근 등의 강재에 전류를 흘림으로써, 강재의 전위를 부식되지 않는 전위까지 저하시켜 강재 부식의 진행을 억제하는 전기방식이 알려져 있다. 이러한 전기방식으로서 외부전원 방식과 희생양극 방식이 알려져 있다.
이러한 외부전원 방식은 직류전원 장치의 정극을 방식용 양극에, 음극을 피방식체의 강재에 각각 도체로 접속하여 전기회로를 형성하고, 이러한 전기회로에 의해 방식전류를 방식용 양극으로부터 강재에 흘리는 캐소드 방식(Cathodic protection)이다. 이러한 외부전원 방식은 티탄 메시, 티탄 그리드, 티탄 로드 등의 내식성이 높은 방식용 양극을 콘크리트의 표면에 직접, 또는, 표면에 홈이나 구멍을 형성하여 설치하고, 모르타르로 고정한다. 이 때문에 내식성이 높은 양극이 고가여서 비용 면에서 불리하고, 시공이 복잡하다는 문제점이 있다.
한편, 도 1은 종래의 기술에 따른 철근콘크리트 구조물에서 부식이 발생된 콘크리트 매립철근을 예시하는 도면으로서, 도 1의 a)는 수직단면도이고, 도 1의 b)는 정면도이다.
도 1의 a) 및 b)에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 부식이 철근콘크리트 구조물(10)은 열화된 단면과 콘크리트 매립철근(20a, 20b)에 발생한 녹을 제거하고, 방청 처리한 후 모르타르 또는 콘크리트를 타설하여 보수하고 있으나, 콘크리트 매립철근(20a, 20b)의 부식으로 인하여 콘크리트 열화부(30)의 단면 결손이 발생하였기 때문에 추가로 보강재를 설치하는 것이 필요하고, 콘크리트 매립철근(20a, 20b)의 방청 처리가 완벽하게 시공되지 않게 되므로 부식된 콘크리트 매립철근(20a, 20b)이 추가로 부식할 우려가 있었다.
또한, 종래의 기술에 따른 전기방식법은 양극을 노출된 콘크리트 매립철근에 직접 연결하여야 하므로, 많은 개수의 양극이 필요하고, 특히, 양극과 이격된 부위의 콘크리트 매립철근이 부식할 우려가 있다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허번호 제2016-138962호(공개일: 2016년 12월 6일), 발명의 명칭: "방식용 양극, 그것을 사용한 콘크리트 구조물의 방식 구조 및 방식 방법" 대한민국 공개특허번호 제2013-45483호(공개일: 2013년 5월 6일), 발명의 명칭: "양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조" 대한민국 등록특허번호 제10-1327241호(등록일: 2013년 11월 4일), 발명의 명칭: "강화 콘크리트의 음극 방식용 분리 애노드" 대한민국 공개특허번호 제2005-101676호(공개일: 2005년 10월 25일), 발명의 명칭: "철근 콘크리트 구조물의 부식감지용 센서 및 시스템" 대한민국 공개특허번호 제2003-8880호(공개일: 2003년 11월 20일), 발명의 명칭: "아연희생양극을 이용한 콘크리트 구조물의 전기방식보수방법 및 아연희생양극 코팅용 모르타르 조성물" 일본 공개특허번호 제2010-222653호(공개일: 2010년 10월 7일), 발명의 명칭: "콘크리트 구조물의 보강 방식 시트 및 보강 방식 시공 방법" 일본 공개특허번호 제2017-128769호(공개일: 2017년 7월 27일), 발명의 명칭: "유전 양극 유닛 및 그것을 이용한 콘크리트 구조물의 전기 방식 구조"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전도체 역할 및 보강재 역할을 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 열화된 콘크리트 단면에 배치함으로써 고강도 및 비부식성의 탄소섬유 텍스타일에 의한 보수보강이 가능한, 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 탄소섬유 텍스타일에 배열된 희생양극으로 인하여 콘크리트 매립철근의 추가적인 부식을 방지함으로써 철근콘크리트 구조물의 보수보강을 극대화할 수 있는, 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재는, 철근콘크리트 구조물 내에 횡방향 및 종방향으로 각각 매립 배치되어 부식이 발생되는 콘크리트 매립철근; 상기 철근콘크리트 구조물의 콘크리트 열화부의 소요 단면을 보강하도록 격자형으로 배치되어 전도체 역할을 하는 탄소섬유 텍스타일; 상기 콘크리트 매립철근보다 자연전위가 낮은 금속으로 형성되고, 상기 탄소섬유 텍스타일에 일축 또는 다축으로 배치되어 양(+) 전위가 인가되는 양극금속선; 및 상기 탄소섬유 텍스타일을 상기 콘크리트 매립철근의 일측에 전기적으로 연결하는 제1 연결도선을 포함하되, 상기 탄소섬유 텍스타일은 상기 콘크리트 매립철근에 연결되어 상기 양극금속선을 통해 인가되는 양(+) 전위를 상기 콘크리트 매립철근에 인가함으로써 상기 콘크리트 매립철근의 부식을 방지하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 탄소섬유 텍스타일은 고강도 및 비부식성의 탄소섬유로 형성되어 상기 콘크리트 매립철근의 전기방식을 위해 전류를 공급하는 전도체 역할 및 상기 콘크리트 열화부의 소요 단면을 보강하는 보강재 역할을 동시에 수행할 수 있다.
여기서, 상기 양극금속선과 상기 콘크리트 매립철근은 직접 도선으로 연결되지 않고, 전도체 역할을 하는 상기 탄소섬유 텍스타일을 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 콘크리트 매립철근은 희생양극 방식으로 전기방식이 이루어지며, 상기 양극금속선은 희생양극 방식의 양극 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 양극금속선은 상기 콘크리트 매립철근보다 자연전위가 낮은 망간(Mg), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재는, 상기 콘크리트 매립철근의 타측에 전기적으로 연결되는 제2 연결도선을 추가로 포함하며, 외부전원 방식으로 전기방식을 실시하도록 전기방식 단자함을 통해 상기 제2 연결배선을 외부로 인출하여 외부전원을 인가하며, 상기 콘크리트 매립철근은 처음에는 희생양극 방식으로 전기방식이 이루어지다가 희생양극이 다 소모되면 상기 전기방식 단자함에 외부전원을 공급하여 방식을 실시하는 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법은, a) 철근콘크리트 구조물의 콘크리트 열화부를 선택하는 단계; b) 상기 콘크리트 열화부의 콘크리트를 제거하여 상기 철근콘크리트 구조물에 매립된 부식철근인 콘크리트 매립철근을 노출시키는 단계; c) 상기 노출된 콘크리트 매립철근에 각각 연결되는 제1 및 제2 연결배선을 설치하는 단계; d) 양(+) 전위를 인가하기 위한 양극금속선을 격자형 탄소섬유 텍스타일에 일축 또는 다축으로 배치하는 단계; e) 상기 제1 연결배선을 통해 상기 양극금속선이 배치된 탄소섬유 텍스타일을 상기 콘크리트 매립철근 상에 전기적으로 연결하여 희생양극 방식으로 전기방식을 실시하는 단계; 및 f) 상기 제2 연결배선을 전기방식 단자함으로 인출하고, 상기 콘크리트 열화부에 시멘트 콘크리트 또는 모르타르를 타설하는 단계를 포함하되, 상기 탄소섬유 텍스타일은 상기 콘크리트 매립철근에 연결되어 상기 양극금속선을 통해 인가되는 양(+) 전위를 상기 콘크리트 매립철근에 인가함으로써 상기 콘크리트 매립철근의 부식을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법은, g) 상기 콘크리트 열화부의 표면을 마감 처리한 후, 상기 전기방식 단자함을 통해 상기 콘크리트 매립철근의 외부전원 방식으로 전기방식을 실시하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 콘크리트 매립철근은 처음에는 희생양극 방식으로 전기방식이 이루어지다가 희생양극이 다 소모되면 상기 전기방식 단자함에 외부전원을 공급하여 방식을 실시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전도체 역할 및 보강재 역할을 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 열화된 콘크리트 단면에 배치함으로써 고강도 및 비부식성의 탄소섬유 텍스타일에 의한 보수보강이 가능하게 된다.
본 발명에 따르면, 탄소섬유 텍스타일에 배열된 희생양극으로 인하여 콘크리트 매립철근의 추가적인 부식을 방지함으로써 철근콘크리트 구조물의 보수보강을 극대화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재의 경우, 기존 철근콘크리트 구조물의 방식은 물론 신설 콘크리트 구조물의 보강재 및 부식방지재로도 활용할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 철근콘크리트 구조물에서 부식이 발생된 콘크리트 매립철근을 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법의 동작흐름도이다.
도 5a 내지 도 5g는 각각 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 방식 과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법에 의해 처리된 철근콘크리트 구조물을 예시하는 사진이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재]
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재는, 콘크리트 매립철근(120a, 120b), 탄소섬유 텍스타일(140), 양극금속선(150), 제1 연결도선(160a), 제2 연결도선(160b), 전기방식 단자함(170) 및 보수용 콘크리트/모르타르(180)를 포함한다.
콘크리트 매립철근(120a, 120b)은 철근콘크리트 구조물(110) 내에 횡방향 및 종방향으로 각각 매립 배치되어 부식이 발생된다. 이때, 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)은 종방향 부식철근(120a) 또는 횡방향 부식철근(120b)일 수 있다.
탄소섬유 텍스타일(140)은 통상적으로 생산되는 로빙크로스를 사용하거나 사용 목적에 맞도록 탄소섬유의 굵기나 격자간격을 설계하여 특수 제작할 수 있으며, 상기 탄소섬유 텍스타일(140)은 상기 철근콘크리트 구조물(110)의 콘크리트 열화부(130)의 소요 단면을 보강하도록 격자형으로 배치되어 전도체 역할을 한다. 이때, 상기 탄소섬유 텍스타일(140)은 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)에 연결되어 상기 양극금속선(150)을 통해 인가되는 양(+) 전위를 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)에 인가함으로써 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 부식을 방지하게 된다.
양극금속선(150)은 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)보다 자연전위가 낮은 금속으로 형성되고, 상기 탄소섬유 텍스타일(140)에 일축 또는 다축으로 배치되어 양(+) 전위가 인가된다. 즉, 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)보다 자연전위가 낮은 금속(예를 들면, Mg, Al, Zn 등)으로 양극금속선(150)을 형성하고, 상기 양극금속선(150)을 상기 탄소섬유 텍스타일(140)에 배치하고, 상기 탄소섬유 텍스타일(140)을 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)에 직접 또는 제1 연결도선(160a)으로 연결시킨 후 시멘트 콘크리트 또는 모르타르(180)를 타설함으로써, 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 부식을 근본적으로 방지할 수 있다. 이때, 상기 양극금속선(150)의 굵기나 수량은 대상 철근콘크리트 구조물(110)의 부식환경과 방식기간에 따라서 정해진다.
구체적으로, 상기 탄소섬유 텍스타일(140)은, 도 3의 a)에 도시된 바와 같이, 종방향 탄소섬유(141) 및 횡방향 탄소섬유(142)가 격자 형상으로 다수 배치되고, 도 3의 b)에 도시된 양극금속선(150)을 일축 또는 다축으로 배치됨으로써, 도 3의 c)에 도시된 바와 같이 탄소섬유 텍스타일 보강재를 형성하게 된다.
제1 연결도선(160a)은 상기 탄소섬유 텍스타일(140)을 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 일측에 전기적으로 연결하고, 제2 연결도선(160b)은 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 타측에 전기적으로 연결되고, 외부로 인출되어 전기방식 단자함(170)에 연결된다.
전기방식 단자함(170)은 상기 철근콘크리트 구조물(110)의 외부에 설치되며, 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 전기방식을 위해서 상기 제2 연결도선(160b)으로부터 인출되는 도선에 연결된다.
콘크리트 또는 모르타르(180)는 상기 탄소섬유 텍스타일(140), 제1 연결도선(160a) 및 제2 연결도선(160b)의 설치 후에 콘크리트 열화부(130)를 매립하도록 타설된다.
본 발명의 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재는, 도 2의 하부에 도시한 바와 같이, 격자 형태로 배치되는 종방향 탄소섬유(141) 및 횡방향 탄소섬유(142)의 탄소섬유 텍스타일(140)과 상기 탄소섬유 텍스타일(140)에 일축 또는 다축으로 배치된 양극금속선(150)으로 구성된다.
이때, 상기 콘크리트 열화부(130)의 단면을 제거하고, 부식된 콘크리트 매립철근(120a, 120b)은 노출시켜 방청 처리를 한 후, 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 부식으로 인하여 철근단면적 결손을 보강하기 위하여 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 보수할 콘크리트 열화부(130) 단면에 배치한다. 이때, 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)과 탄소섬유 텍스타일(140)은 제1 연결도선(160a)으로 각각 연결한 후 콘크리트 또는 모르타르(180)로 단면을 복구하여 보수를 완료한다.
본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재는, 일축 또는 다축으로 양극금속선(150)이 배치되어, 상기 철근콘크리트 구조물(110)의 콘크리트 열화부(130)의 소요 단면에 보강재인 탄소섬유 텍스타일(140)을 설치함으로써 양극 설치가 완료되고, 이때, 상기 탄소섬유 텍스타일(140)이 전도체 역할을 하므로 양극금속선(150)과 콘크리트 매립철근(120a, 120b)을 직접 도선으로 연결할 필요가 없으며, 많은 개수의 양극 설치 없이도 방식 효과가 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재에서, 제1 연결도선(160a)은 탄소섬유 텍스타일(140)과 콘크리트 매립철근(120a, 120b)을 직접 연결하여 탄소섬유 텍스타일(140)에 구비된 희생양극으로 사용되는 양극금속선(150)에 의해 희생양극법에 의해 방식이 실시되고, 또한, 제2 연결도선(160b)은 탄소섬유 텍스타일(140)로부터 외부 전기방식 단자함(170)으로 인출되어 상기 희생양극으로 사용되는 양극금속선(150)이 다 소모되었을 경우, 외부전원을 공급하여 방식을 실시할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 전도체 역할 및 보강재 역할을 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 열화된 콘크리트 단면에 배치함으로써 고강도 및 비부식성의 탄소섬유 텍스타일에 의한 보수보강이 가능하게 되며, 또한, 탄소섬유 텍스타일에 배열된 희생양극으로 인하여 콘크리트 매립철근의 추가적인 부식을 방지함으로써 철근콘크리트 구조물의 보수보강을 극대화할 수 있고, 또한, 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재의 경우, 기존 철근콘크리트 구조물의 방식은 물론 신설 콘크리트 구조물의 보강재 및 부식방지재로도 활용할 수 있다.
[양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법]
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법의 동작흐름도이고, 도 5a 내지 도 5g는 각각 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 방식 과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 4 및 도 5a 내지 도 5g를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법은, 먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 철근콘크리트 구조물(110)의 콘크리트 열화부(130)를 선택한다(S110). 이때, 보수 및 보강될 철근콘크리트 구조물(110)에 대한 현장 조사를 실시하여, 콘크리트가 박리 또는 탈락된 부분을 결정한다.
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 콘크리트 열화부(130)의 콘크리트를 제거하여 상기 철근콘크리트 구조물(110)에 매립된 부식철근인 콘크리트 매립철근(120a, 120b)을 노출시킨다(S120). 이때, 상기 철근콘크리트 구조물(110)의 탈락된 부분주위에 존재하는 열화되어 들떠 있거나 균열이 심하여 탈락될 우려가 있는 콘크리트 열화부(130)의 콘크리트를 제거며, 콘크리트 열화부(130)에서 노출된 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 부식부위를 사포, 솔 등을 이용하여 제거하는 것이 바람직하며, 필요에 따라 부식 부위를 제거한 콘크리트 매립철근(120a, 120b)을 물로 세척하고, 건조한 후, 방청제를 도포할 수도 있다.
다음으로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 노출된 콘크리트 매립철근(120a, 120b)에 각각 연결되는 제1 및 제2 연결배선(160a, 160b)을 설치한다(S130).
다음으로, 도 5d에 도시된 바와 같이, 양(+) 전위를 인가하기 위한 양극금속선(150)을 격자형 탄소섬유 텍스타일(140)에 일축 또는 다축으로 배치한다(S140).
다음으로, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 제1 연결배선(160a)을 통해 상기 양극금속선(150)이 배치된 탄소섬유 텍스타일(140)을 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b) 상에 전기적으로 연결하여 희생양극 방식으로 전기방식을 실시한다(S150). 여기서, 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)은 희생양극 방식으로 전기방식이 이루어지며, 상기 양극금속선(150)은 희생양극 방식의 양극 역할을 하며, 상기 양극금속선(150)은 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)보다 자연전위가 낮은 망간(Mg), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)일 수 있다. 또한, 상기 양극금속선(150)과 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)은 직접 도선으로 연결되지 않고, 전도체 역할을 하는 상기 탄소섬유 텍스타일(140)을 통해 연결된다.
다음으로, 도 5f에 도시된 바와 같이, 상기 제2 연결배선(160b)을 전기방식 단자함(170)으로 인출하고, 상기 콘크리트 열화부(130)에 시멘트 콘크리트 또는 모르타르(180)를 타설한다(S160).
다음으로, 도 5g에 도시된 바와 같이, 상기 콘크리트 열화부(130)의 표면을 마감 처리한 후, 상기 전기방식 단자함(170)을 통해 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 외부전원 방식으로 전기방식을 실시한다(S170). 따라서 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)은 처음에는 희생양극 방식으로 전기방식이 이루어지다가 희생양극이 다 소모되면 전기방식 단자함(170)에 외부전원을 공급하여 방식을 실시할 수 있다.
이에 따라 상기 탄소섬유 텍스타일(140)은 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)에 연결되어 상기 양극금속선(150)을 통해 인가되는 양(+) 전위를 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)에 인가함으로써 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 부식을 방지할 수 있고, 이때, 상기 탄소섬유 텍스타일(140)은 고강도 및 비부식성의 탄소섬유로 형성되어 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 전기방식을 위해 전류를 공급하는 전도체 역할 및 상기 콘크리트 열화부(130)의 소요 단면을 보강하는 보강재 역할을 동시에 수행할 수 있다.
일반적으로, 철근의 전기화학적 방식법으로는 외부전원법, 희생양극법이 있으며, 희생양극법은 피부식체인 철근보다 전위가 상대적으로 낮은 금속을 연결하여 희생적으로 부식시킴으로서 피방식체인 철근을 보호하는 방법이다.
구체적으로, 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)보다 자연전위가 낮은 금속인 희생양극, 예를 들면, 망간(Mg), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn) 등을 콘크리트 매립철근(120a, 120b)에 직접 또는 연결도선으로 연결하면, 콘크리트 매립철근(120a, 120b)과 희생양극의 양 금속 간에는 전지반응이 형성되고, 전위차가 낮은 희생양극에서 금속이온이 용출되어 콘크리트 매립철근(120a, 120b)으로 방식전류가 흐르게 되고, 이에 따라 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 부식이 방지되는 것으로, 이를 희생양극법에 의한 전기방식법이라고도 한다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재는, 탄소섬유 텍스타일(140)에 일축 또는 다축으로 양극금속선(150)이 배치되고, 상기 철근콘크리트 구조물(110)의 콘크리트 열화부(130)의 소요 단면에 보강재인 탄소섬유 텍스타일(140)을 설치함으로써 양극 설치가 완료되고, 상기 탄소섬유 텍스타일(140)이 전도체 역할을 하므로 양극과 콘크리트 매립철근(120a, 120b)을 직접 도선으로 연결할 필요가 없으며, 많은 개수의 양극 설치 없이도 방식이 가능하게 된다. 이때, 제1 연결도선(160a)이 연결된 이후 전도체인 콘크리트 매립철근(120a, 120b)과 탄소섬유 텍스타일(140) 사이에 전류가 흘러서 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 부식을 방지할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법에 의해 처리된 철근콘크리트 구조물을 예시하는 사진이다.
도 6의 a)는 철근콘크리트 구조물(110)의 콘크리트 열화부에서 부식이 발생한 콘크리트 매립철근(120)이 노출된 것을 나타내며, 또한, 도 6의 b)는 본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법에 의해 처리된 철근콘크리트 구조물(110)로서, 콘크리트/모르타르(180)에 의해 콘크리트 열화부의 표면을 마감하고, 또한, 전기방식 단자함(170)이 철근콘크리트 구조물(110)의 외부로 노출된 것을 나타내는 사진이다.
본 발명의 실시예에 따른 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재는, 토목 및 건축분야의 철근콘크리트 구조물에 적용될 수 있고, 또한, 노후 철근콘크리트 구조물의 보수 또는 보강에 적용될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 철근콘크리트 구조물
120: 부식철근
120a: 종방향 부식철근
120b: 횡방향 부식철근
130: 콘크리트 열화부
140: 탄소섬유 텍스타일
141: 종방향 탄소섬유
142: 횡방향 탄소섬유
150: 양극금속선
160a: 제1 연결배선
160b: 제2 연결배선
170: 전기방식 단자함
180: 시멘트 콘크리트(또는 모르타르)

Claims (12)

  1. 철근콘크리트 구조물(110) 내에 횡방향 및 종방향으로 각각 매립 배치되어 부식이 발생되는 콘크리트 매립철근(120a, 120b);
    상기 철근콘크리트 구조물(110)의 콘크리트 열화부(130)의 소요 단면을 보강하도록 격자형으로 배치되어 전도체 역할을 하는 탄소섬유 텍스타일(140);
    상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)보다 자연전위가 낮은 금속으로 형성되고, 상기 탄소섬유 텍스타일(140)에 일축 또는 다축으로 배치되어 양(+) 전위가 인가되는 양극금속선(150); 및
    상기 탄소섬유 텍스타일(140)을 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 일측에 전기적으로 연결하는 제1 연결도선(160a)
    을 포함하되,
    상기 탄소섬유 텍스타일(140)은 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)에 연결되어 상기 양극금속선(150)을 통해 인가되는 양(+) 전위를 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)에 인가함으로써 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 부식을 방지하는 것을 특징으로 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소섬유 텍스타일(140)은 고강도 및 비부식성의 탄소섬유로 형성되어 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 전기방식을 위해 전류를 공급하는 전도체 역할 및 상기 콘크리트 열화부(130)의 소요 단면을 보강하는 보강재 역할을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 양극금속선(150)과 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)은 직접 도선으로 연결되지 않고, 전도체 역할을 하는 상기 탄소섬유 텍스타일(140)을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)은 희생양극 방식으로 전기방식이 이루어지며, 상기 양극금속선(150)은 희생양극 방식의 양극 역할을 하는 것을 특징으로 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 양극금속선(150)은 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)보다 자연전위가 낮은 망간(Mg), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)인 것을 특징으로 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 타측에 전기적으로 연결되는 제2 연결도선(160b)을 추가로 포함하며, 외부전원 방식으로 전기방식을 실시하도록 전기방식 단자함(170)을 통해 상기 제2 연결배선(160b)을 외부로 인출하여 외부전원을 인가하며, 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)은 처음에는 희생양극 방식으로 전기방식이 이루어지다가 희생양극이 다 소모되면 상기 전기방식 단자함(170)에 외부전원을 공급하여 방식을 실시하는 것을 특징으로 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재.
  7. a) 철근콘크리트 구조물(110)의 콘크리트 열화부(130)를 선택하는 단계;
    b) 상기 콘크리트 열화부(130)의 콘크리트를 제거하여 상기 철근콘크리트 구조물(110)에 매립된 부식철근인 콘크리트 매립철근(120a, 120b)을 노출시키는 단계;
    c) 상기 노출된 콘크리트 매립철근(120a, 120b)에 각각 연결되는 제1 및 제2 연결배선(160a, 160b)을 설치하는 단계;
    d) 양(+) 전위를 인가하기 위한 양극금속선(150)을 격자형 탄소섬유 텍스타일(140)에 일축 또는 다축으로 배치하는 단계;
    e) 상기 제1 연결배선(160a)을 통해 상기 양극금속선(150)이 배치된 탄소섬유 텍스타일(140)을 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b) 상에 전기적으로 연결하여 희생양극 방식으로 전기방식을 실시하는 단계; 및
    f) 상기 제2 연결배선(160b)을 전기방식 단자함(170)으로 인출하고, 상기 콘크리트 열화부(130)에 시멘트 콘크리트 또는 모르타르(180)를 타설하는 단계
    를 포함하되,
    상기 탄소섬유 텍스타일(140)은 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)에 연결되어 상기 양극금속선(150)을 통해 인가되는 양(+) 전위를 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)에 인가함으로써 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 부식을 방지하는 것을 특징으로 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탄소섬유 텍스타일(140)은 고강도 및 비부식성의 탄소섬유로 형성되어 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 전기방식을 위해 전류를 공급하는 전도체 역할 및 상기 콘크리트 열화부(130)의 소요 단면을 보강하는 보강재 역할을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 양극금속선(150)과 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)은 직접 도선으로 연결되지 않고, 전도체 역할을 하는 상기 탄소섬유 텍스타일(140)을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 e) 단계에서 콘크리트 매립철근(120a, 120b)은 희생양극 방식으로 전기방식이 이루어지며, 상기 양극금속선(150)은 희생양극 방식의 양극 역할을 하는 것을 특징으로 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 양극금속선(150)은 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)보다 자연전위가 낮은 망간(Mg), 알루미늄(Al) 또는 아연(Zn)인 것을 특징으로 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    g) 상기 콘크리트 열화부(130)의 표면을 마감 처리한 후, 상기 전기방식 단자함(170)을 통해 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)의 외부전원 방식으로 전기방식을 실시하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 콘크리트 매립철근(120a, 120b)은 처음에는 희생양극 방식으로 전기방식이 이루어지다가 희생양극이 다 소모되면 상기 전기방식 단자함(170)에 외부전원을 공급하여 방식을 실시하는 것을 특징으로 하는 양극금속선이 구비된 탄소섬유 텍스타일 보강재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법.
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