KR20210010357A - 섬유 래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법 - Google Patents

섬유 래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210010357A
KR20210010357A KR1020200085001A KR20200085001A KR20210010357A KR 20210010357 A KR20210010357 A KR 20210010357A KR 1020200085001 A KR1020200085001 A KR 1020200085001A KR 20200085001 A KR20200085001 A KR 20200085001A KR 20210010357 A KR20210010357 A KR 20210010357A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reinforcing
fiber
epoxy resin
reinforcing fiber
resin adhesive
Prior art date
Application number
KR1020200085001A
Other languages
English (en)
Inventor
박상현
Original Assignee
주노이씨엠 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주노이씨엠 주식회사 filed Critical 주노이씨엠 주식회사
Priority to KR1020200085001A priority Critical patent/KR20210010357A/ko
Publication of KR20210010357A publication Critical patent/KR20210010357A/ko

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
    • E04G2023/0251—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Working Measures On Existing Buildindgs (AREA)

Abstract

구조물의 외주면에 보강 섬유를 래핑하는 단계; 상기 래핑된 보강 섬유의 둘레부를 감싸는 보강 판넬을 설치하는 단계; 상기 보강 판넬과 상기 보강 섬유 사이의 영역에서 상기 보강 섬유 측으로 에폭시 수지 접착제를 주입하여 상기 구조물, 보강 섬유 및 보강 판넬들을 일체로 합하는 단계;를 포함하여 구조물의 외주면에 보강 구조체를 배치하며, 상기 보강 섬유는 위사와 경사의 혼합비가 2:1 내지 3.5:1인 글래스 파이버인 섬유래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 보강 섬유에 에폭시 섬유를 주입하는 시간이 크게 줄어들고 시공성이 개선되고 구조물의 구조적 안정성이 향상되어 내진성 및 내하력이 개선된다.

Description

섬유 래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법 {Method for structure aseismic reinforcement and load capacity reinforcement using fiber wrapping}
본 발명은 섬유래핑에 의한 구조물의 내진성 밑 내하력 보강공법에 대한 것이다.
교각 또는 건축물의 기둥과 같은 구조물은 외부로 노출된 상태로 있기 때문에 건설후 오랜 시일이 경과되면 지진과 같이 외부로부터 가해지는 진동 등에 의하여 균열이 발생되거나 파손되거나 또는 각종 공해로 인한 부식으로 구조물의 강도가 약해진다. 특히 호수 또는 해수에 설치되는 구조물은 상술한 문제점 이외에도 수류에 의한 침식과 아울러 해수의 경우 염분에 의한 화학작용까지도 가해져서 구조물의 강도가 더 심하게 약해질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 구조물의 균열 부위나 부식으로 인하여 구조물의 일부가 떨어져나간 부위에 에폭시 수지가 함침된 섬유강화 플라스틱을 구조물 둘레에 감싸여 위치하여 고정하는 방법이 제안되었다. 그런데 이 방법에 의하면 구조물 둘레에 섬유강화 플라스틱을 감싸는 과정에서 층간의 공극이 발생되고 기포 발생 등으로 인하여 내구성이 저하될 수 있다.
이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 구조 안정성이 개선된 섬유래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는,
구조물의 외주면에 보강 섬유를 래핑하는 단계; 상기 래핑된 보강 섬유의 둘레부를 감싸는 보강 판넬을 설치하는 단계; 상기 보강 판넬과 상기 보강 섬유 사이의 영역에서 상기 보강 섬유 측으로 에폭시 수지 접착제를 주입하여 상기 구조물, 보강 섬유 및 보강 판넬들을 일체로 합하는 단계;를 포함하여 구조물의 외주면에 보강 구조체를 배치하며, 상기 보강 섬유는 위사와 경사의 혼합비가 2:1 내지 3.5:1인 글래스 파이버인 섬유래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법이 제공된다.
본 발명의 섬유래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강 공법을 이용하면, 구조물의 균열 및 보수가 가능하고 각종 공해로 인한 중성화방지, 수류에 의한 침식방지 및 염해에 의한 부식 방지로 구조물의 강도와 내구성을 향상시킬 수 있고 당초 구조물이 받을 수 있는 하중보다 더 큰 하중을 받을 수 있을 뿐만 아니라 진동에도 견딜수 있는 내진성을 갖게 구조물을 보강할 수 있다. 또한 보강구조체의 보강 섬유에 연결되도록 보강 판넬에 에폭시 수지 접착제 주입량 확인용 표시부를 구비하여 보강섬유에 주입되는 에폭시 수지 접착제의 주입량을 쉽게 확인할 수 있어 기존의 경우와 달리 보강판넬 등의 손상 및 변형을 줄일 수 있고 에폭시 수지 접착제 주입시간이 줄어들 수 있다. 또한 종래의 경우와 달리 별도의 접착제층을 두지 않아도 되므로 보강섬유 및 보강판넬 사이 즉 층간의 공극을 균일하게 충진할 수 있고 기포 발생을 억제하여 보강섬유와 보강판넬의 접착력을 개선하면서 보강구조체의 제조 및 이 보강구조체를 이용한 보강공정에 대한 작업비용 및 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 보강섬유를 이용한 구조물의 내진 보강 공법을 설명하기 위한 것이다.
도 2는 도1의 A-B에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일구현예에 따른 보강섬유를 이용한 구조물의 내진 보강 공법을 설명하기 위한 것이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 실시 예에 따른 구조물에 내진 보강 공법을 실시하기 이전 및 실시한 후의 상태를 설명하기 위한 사진이다.
이하, 본 발명의 섬유래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법에 대하여 보다 상세하게 살펴보기로 한다.
구조물의 외주면에 보강 섬유를 래핑하는 단계; 상기 래핑된 보강 섬유의 둘레부를 감싸는 보강 판넬을 설치하는 단계; 상기 보강 판넬과 상기 보강 섬유 사이의 영역에서 상기 보강 섬유 측으로 에폭시 수지 접착제를 주입하여 상기 구조물, 보강 섬유 및 보강 판넬들을 일체로 합하는 단계; 를 포함하여 구조물의 외주면에 보강 구조체를 배치하며, 상기 보강 섬유는 위사와 경사의 혼합비가 2:1 내지 3.5:1인 글래스 파이버인 섬유래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법이 제공된다.
상기 보강섬유는 위사와 경사 혼합비가 2:1 내지 3.5:1, 특히 3:1인 직조 섬유 형태를 갖는 글래스 파이버이다. 이러한 글래스 파이버는 위사와 경사 비율이 상기 범위를 벗어난 경우와 비교하여 인장강도 등의 물리적 특성이 크게 개선되고 직조섬유의 조밀도가 기존 대비 70% 이하로 낮추어 보강섬유에 대한 에폭시 수지 접착제의 함침이 보다 용이해진다.
글래스 파이버는 유리성분에서 뽑아낸 섬유로서 인장강도, 치수안정성, 내열성, 내화학성이 우수한 소재이다. 파이버 글래스의 적층 두께는 1겹이 약 0.6mm로 내진성능에 필요한 겹수 만큼을 구조물의 주위에 에워싼다.
보강섬유로서 위사와 경사 혼합비가 4:1인 글래스 파이버를 이용하면 직조 형상을 유지하기가 실질적으로 어려워 구조물의 둘레부에 보강섬유를 시공하는 것 자체가 어렵다. 그리고 보강섬유로서 위사와 경사 비율이 2:1 미만인 경우, 예를 들어 1:1인 경우의 글래스 파이버를 사용하면 인장강도, 휨강도 및 압축강도가 낮고 보강 섬유에 대한 에폭시 수지 함침성이 불량하여 바람직하지 못하다.
본 명세서에서 "경사"는 세로방향의 실을 가르키며 "위사"는 가로 방향의 실을 말한다. 그리고 "위사와 경사 혼합비"는 예를 들어 위사와 경사의 중량비이다.
상술한 위사와 경사 혼합비를 갖는 보강섬유는 인장강도가 300MPa 이상, 예를 들어 400 내지 850MPa, 예를 들어 640MPa이고, 인장탄성률이 25 내지 40GPa, 예를 들어 25 내지 32GPa이고, 굴곡강도는 150 내지 250MPa, 예를 들어 200 내지 220MPa이다.
상기 보강 섬유의 위사와 경도의 섬도는 예를 들면, 300 내지 2,000 데니어, 또는 500 내지 1,700 데니어 일 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다. 그리고 상기 보강 섬유의 파단신도는 5% 이상이고 두께는 0.05mm 내지 0.15mm 범위이다.
상기 에폭시 수지의 주입량은 글래스 파이버 1m2당 3 내지 10kg이며, 상기 에폭시 수지 접착제의 주입 시간이 10 분 이하이다.
상기 에폭시 수지 접착제는 예를 들어 i)비스페놀 에이형 에폭시수지, 비스페놀 에프형 에폭시수지, 노블락형 에폭시 수지 또는 그 조합물이거나 또는 ii)에폭시 혼합물 10 내지 90 중량부, 희석제 0.1 내지 50 중량부, 경화제 10 내지 90 중량부, 소포제 0.1 내지 10 중량부, 첨가제 0.1 내지 20 중량부, 산화방지제 0.1 내지 1 중량부, 사슬확장제 0.01 내지 5 중량부 및 충전제 0.5 내지 3 중량부를 포함하여 이루어진 조성물을 이용한 것이다.
본 발명에서 에폭시 수지 접착제로는 상업적으로 시판 가능한 주노이씨엠의 내진용 에폭시 주입제(kh-203)을 이용하는 것이 바람직하다. 이를 에폭시 수지 접착제로 이용하면 내열성이 필요한 콘크리트의 크랙 보수 및 보강에 유리하며, 교량, 댐, 건물(기둥, 보, 옥상 등) 등에 균열 발생이 용이하게 사용할 수 있다. 이 에폭시 주입제는 충격강도, 압축강도, 내후성이 우수하여 구조물 보강효과가 우수하고 경화후에는 내열성, 방청효과 및 물리적 강도가 우수하여 철근의 부식방지, 콘크리트 열화방지 및 강도복원에 매우 큰 효과를 나타낸다.
상기 에폭시 주입제는 주제와 경화제로 이루어진다. 상기 주제는 에폭시 수지이고 경화제는 폴리아미드아민이다. 주제와 경화제의 혼합중량비는 100:5 내지 100:40, 예를 들어 100:30이다.
상기 경화반응으로 얻어진 에폭시 수지와 폴리아미드아민의 경화반응 생성물은 160 내지 180℃에서 우수한 내열성을 갖고 있고 비중은 1.05 내지 1.15이고 상기 에폭시수지와 폴리아미드아민의 완전경화시간은 12시간 이내이다.
상기 에폭시수지와 폴리아미드아민의 경화반응 생성물은 하기 표 1에 나타난 기계적 물성을 나타낸다.
Figure pat00001
상기 보강 판넬은 보강 섬유 이외에도 구조물의 보강 성능을 더 높일 수 있도록 고강도 판넬을 이용할 수 있다.
상기 보강구조체의 보강 섬유에 연결되도록 보강 판넬에 에폭시 수지 접착제 주입량 확인용 표시부가 설치되어 보강섬유쪽으로 주입되는 에폭시 수지 접착제의 주입량 및 주입상태를 용이하게 확인할 수 있다.
도 1을 참조하여, 구조물의 외주면에 보강섬유를 래핑하는 단계를 설명한다.
보강이 필요한 구조물(1)의 전 둘레에 결쳐서 보강섬유(10)를 치밀하게 래핑하여 고정한다. 래핑후 고정할 때 직경 20mm 이상, 예를 들어 20 내지 30mm의 와샤와 같은 고정수단을 사용하여 앵커를 체결하거나, 겔 타입의 접착제를 이용하여 고정시킨 후 래핑하면 래핑시 긴장상태를 유지하여 보강섬유의 처짐이 없도록 유지될 수 있다. 이와 같이 고정수단을 이용하면 종래의 래핑과정에서 보강섬유의 처짐 현상 등이 미연에 예방되어 보강섬유가 긴장력을 유지한 상태에서 래핑되어 시공관리 및 품질확보가 이하고 구조물의 구조 안정성이 확보된다.
구조물은 예를 들어 기둥 구조를 가질 수 있다.
보강섬유(10)는 기둥 내진보강의 경우 연성거동이 주요하여 글래스 파이버를 이용하는 것이 경제성 및 내구성 면에서 우수하다.
상기 과정에 따라 래핑된 보강섬유의 둘레부를 감싸도록 보강 판넬 (10a) 및 (10b)을 설치한다.
보강 판넬 (10a) 및 (10b)은 구조물 (1)의 형태에 대응되도록 기둥 구조, 원형, 각형 등의 형태로 제작될 수 있다. 보강 판넬 (10a) 및 (10b)은 한 쌍으로 서로 이어져 구조물 (1)의 외주면을 밀착되게 감싸도록 설치되며, 보강 판넬 (10a) 및 (10b)에 설치된 구멍을 통해서 보강 섬유 (10) 측으로 접착제인 에폭시 수지 접착제를 주입하여 밀봉된 후 고정된다.
에폭시 수지 접착제는 예를 들어 비스페놀 에이형 에폭시수지, 비스페놀 에프형 에폭시수지, 노블락형 에폭시 수지 또는 그 조합물을 이용할 수 있다. 비스페놀 에프형 에폭시수지는 diglycidyl ether of bisphenol-F이며, 비스페놀 에이형 에폭시 수지는 diglycidyl ether of bisphenol-A로서 이들 수지는 타수지와의 상용성이 우수하며, 저온 경화성이 우수한 성질을 가지며, 여기에서는 비스페놀 에이형 에폭시수지의 물성을 보완하기 위해 혼용되며, 점도가 낮아 에폭시가 상/하수관의 내면과의 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다. 노블락 에폭시수지는 주로 전기전자 분야에서 각광받는 것으로서 우수한 내약품성과 내열성을 갖는 수지이며, 본 발명에서는 내약품성을 증가시키기 위해 본 발명에서 채용하게 되었다. 상기 노블락 수지는 페놀, 크레졸계 등을 이용할 수 있다.
에폭시 수지 접착제로서 에폭시 혼합물 10 내지 90 중량부, 희석제 0.1 내지 50 중량부, 경화제 10 내지 90 중량부, 소포제 0.1 내지 10 중량부, 첨가제 0.1 내지 20 중량부, 산화방지제 0.1 내지 1 중량부, 사슬확장제 0.01 내지 5 중량부 및 충전제 0.5 내지 3 중량부를 포함하여 이루어진 조성물을 이용할 수 있다. 이러한 조성물을 이용하면 에폭시 수지 접착제를 이용한 경우와 비교하여 열안정성이 우수하고 구조물에 대한 보강섬유의 접착력이 개선되고 기계적 물성이 향상될 수 있다.
에폭시 혼합물은 액체상의 에폭시 및 고체상의 에폭시를 포함하여 이루어지며, 상기 액체상의 에폭시는 비스페놀 F와 에피클로로히드린의 반응을 통해 유도되며 150 내지 400의 에폭시 당량을 갖고, 상기 고체상의 에폭시는 프리페놀과 에피클로로히드린으로부터 유도되며 400 내지 500의 에폭시 당량을 나타낸다. 이러한 에폭시 혼합물은 50 내지 80℃의 융점을 나타낸다.
충전제는 알루미늄 및 탄산칼슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 이용하며, 산화방지제는 Tris(2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite를 이용한다. 그리고 희석제는 에폭시 수지 접착제의 점도를 일정하게 유지하는 역할을 하며, 예로서 지방족 글리시딜 에테르를 이용하며 경화제는 구아니딘, 우레아 및 방향족아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하여 이루어지거나, 디시안아마이드를 이용한다.
조성물의 각 구성성분의 함량을 살펴보면, 경화제의 함량은 10 내지 90 중량부이다. 그리고 소포제의 함량은 0.1 내지 10 중량부이다. 그 밖 첨가제는 0.1 내지 20 중량부로 사용된다.
상술한 에폭시 수지 접착제로서 상술한 조성물을 이용하면 20℃ 이상의 온도에서 가교반응이 진행되어 에폭시 수지 접착제가 경화된다.
사슬 확장제로는 1,4-부탄디올, 글리세롤, 1,2,6-헥산트리올 및 1,1,1-트리메틸올프로판으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
보강 판넬 (10a) 및 (10b)로는 보강 섬유와 함께 구조물의 내진성 및 내하성을 보강할 수 있도록 고강도 구조체를 사용하며, 이러한 고강도 구조체는 인장강도가 400 N/mm2 이상, 특히 400 내지 700 N/mm2, 예를 들어 약 579 N/mm2, 휨강도 400 내지 700 N/mm2, 예를 들어 585 N/mm2, 압축강도 400 내지 550N/mm2의 고강도 판넬을 이용한다. 이러한 고강도 판넬은 보강섬유를 고분자 수지, 난연제, 변색 방지 첨가제 및 소포제의 혼합물에 함침하고 함침된 결과물의 표면의 경도를 제어하여 제조된 것이다.
고분자 수지로는 에폭시 수지, 비닐수지, 불포화 폴리에스테르 수지 중에서 선택된 하나 이상이고, 난연제는 포스포러스 할라이드(Phosphorous Halide),, 레드 포스포러스(Red Phosphorous), 수산화알루미늄, 산화크롬 중에서 선택된 하나이상이고, 변색 방지 첨가제는 산화아연(Zinc Oxide), 산화티타늄 (Titanium Oxide)중에서 선택된 하나 이상이다.
혼합물이 함침된 보강섬유의 표면의 경도는 혼합물이 함침된 보강섬유의 표면에 규사나 금강사를 도포하여 경도를 제어할 수 있다.
보강 판넬로는 예를 들어 에폭시 수지 10 내지 40 중량부, 포스포러스 할라이드 50 내지 70 중량부, 산화아연 3 내지 7 중량부 및 소포제 3 내지 6 중량부의 혼합물에 함침하고 함침된 결과물에 규사를 도포하여 얻은 구조체를 사용할 수 있다.
도 2는 도 1의 래핑된 보강섬유의 외측으로 도1의 A-B에 대한 단면도를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하여, 에폭시 수지 접착제는 보강 섬유 (10)측으로 침투되어 경화됨으로써 구조물(1)과 보강 판넬 (10a) 및 (10b)이 일체화되어 진공과 같은 외부 자극에 대해서 견디는 힘이 증가되도록 보강한다.
본 발명의 보강방법은 도 3에 나타난 바와 같이 보강 판넬 (10b)에 보강 섬유안으로 주입되는 에폭시 수지 접착제의 주입량을 확인할 수 있는 에폭시 수지 주입량 표시부 (30)를 설치할 수 있다. 표시부(30)는 주입 계측용 파이프 형태를 가질 수도 있고 간편하게 투명호스 등을 이용할 수도 있다. 도 3에서는 보강 판넬 (10b)에만 표시부 (30)을 설치된 형태를 보여주고 있으나 보강 판넬 (10a)에도 설치될 수도 있다. 보강 섬유안으로 주입되는 에폭시 수지 접착제의 주입량을 확인할 수 있다면 에폭시 수지 주입량 표시부 (30)의 설치 위차는 변경 가능하다. 에폭시 수지 주입량 표시부 (30)는 투명 부재로 이루어져 보강섬유 (10) 안으로 주입된 에폭시 수지 주입량을 확인하기가 매우 용이하다.
만약 에폭시 수지 주입량 표시부를 설치하지 않는 경우에는, 보강 판넬이 불투명한 특성을 갖고 있어 보강판넬 내부로 주입된 에폭시 수지 접착제의 주입량을 확인하기가 매우 어렵다. 그리고 에폭시 수지 접착제의 주입량을 확인하는 경우에는 불투명한 보강판넬에 타격음 확인 등 압력을 가하면서 그 안에 존재하는 에폭시 수지의 함량을 간접적으로 확인하는 것이 일반적이다. 그런데 이와 같이 보강판넬에 불필요한 압력을 가하면 보강 판넬에 미세한 금이 생기거나 보강 섬유와 보강 판넬 사이에 공극, 틈 등이 생겨서 하자발생 요인이 될 뿐만 아니라 내부의 충진상태를 확인하기 어려워 부실시공 우려가 있어 이에 대한 개선이 요구된다.
그러나 도 3에 나타난 바와 같이 보강섬유 (10)내의 주입된 에폭시 수지 접착제의 함량을 쉽게 확인할 수 있는 표시부 (30)를 설치하면, 에폭시 수지 접착제의 주입량을 확인하기가 용이해서 목적하는 바대로 짧은 시간내에 에폭시 수지 접착제를 주입하기가 용이하고 에폭시 수지 접착제의 주입상태를 확인하기 위한 보강 판넬에 불필요한 가압 과정이 불필요하여 보강 구조체에서 보강 섬유와 보강 판넬간의 접착력 및 결착력이 양호하게 유지됨으로써 구조물의 내진성 및 내하력 보강 성능이 더 개선될 수 있다.
상기 과정에 따라 구조물의 보강 구조체를 제조하고 그 상부에 에폭시계 난연도료, 수용성 방염도료 또는 그 조합물을 선택적으로 사용하여 도포할 수 있다. 이와 같이 난연도료 및/또는 방염도료를 도포하면 보강 구조체의 난연 특성 및 방염 특성을 더 향상시킬 수 있다.
난연도료는 상업적으로 입수 가능한 상품명FIR FREEZE(JUNO ECM Co.Ltd)를 이용할 수 있다. 이 난연도료는 수성계 수지, 정제 및 무기계 난연제로 구성되며 난연도료를 이용하여 막을 형성하는 경우 건조후 막의 두께는 약 300㎛이다.
또한 본 발명의 보강 구조체를 이용하면 보강 섬유와 보강 판넬 사이의 공극, 틈 등이 없어 이들간의 결착력, 결합력이 우수하므로 종래에 일반적인 보강 섬유인 에폭시 수지 접착제가 함침된 FRP를 이용하여 구조물을 보강하는 경우와 비교하여 보강 섬유의 겹수 및 사용량이 크게 줄어들 수 있다. 따라서 보강 구조체의 제조비용이 줄어든다. 또한 구조물의 보강 성능이 오래 유지되어 구조물의 구조 안정성이 확보될 수 있다.
제조예 1: 보강 판넬의 제조
글래스 파이버를 에폭시 수지(서일정밀화학, sc-603) 30 중량%, 포스포러스 할라이드 60 중량%, 산화아연 5 중량% 및 소포제(폴리에틸렌 글리콜계 유도체) 5중량%의 혼합물에 함침하고 함침된 결과물의 표면의 경도를 제어하여 제조된 것이다.
혼합물이 함침된 글라스 파이버의 표면 상에 규사를 도포하여 거칠게 형성된 러프면을 갖는 보강 판넬을 제조하였다.
상기 제조예 1에 따라 제조된 보강 판넬을 한국건설산업시험연구원에 인장강도, 휨강도 및 압축강도를 의뢰한 바 그 시험결과는 하기 표 2와 같다.
구 분 시험 방법 시험 결과
인장강도 KS M ISO 527-4 579 N/mm2(MPa)
휨강도 KS M ISO 14125 585 N/mm2(MPa)
압축강도 KS M ISO 14126 496 N/mm2(MPa)
표2에 나타난 바와 같이, 제조예 1에 따라 제조된 보강 판넬은 인장강도, 휨강도 및 압축강도가 매우 우수한 고강도 구조체임을 알 수 있었다. 제조예 2: 에폭시 수지 접착제의 제조
비스페놀 F 타입의 에폭시(300 당량을 갖는 액체상) 40 중량부, 비스페놀 F타입의 에폭시(450 당량을 갖는 고체상) 40 중량부, 지방족 글리시딜 에테르 5 중량부, 구아니딘 25 중량부, 파라핀상 미네랄 오일 0.2 중량부, 폴리우레탄 5 중량부, Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphite 0.5 중량부, 1,4-부탄디올 2.5 중량부 및 알루미늄 1.5 중량부를 혼합하여 에폭시 수지 접착제를 제조하였다.
실시예 1
*보강이 필요한 구조물(교각)의 전 둘레에 결쳐서 보강섬유를 두께 0.6mm/겹으로 치밀하게 래핑하고 직경 약 20mm의 와샤를 이용하여 고정하였다.
상기 보강섬유는 위사와 경사비율이 3:1인 직조 형태를 갖는 글래스 파이버를 사용하였다. 래핑된 보강섬유의 둘레부를 감싸도록 제조예 1에 따라 얻은 보강 판넬을 설치한 다음, 판넬을 한 쌍의 서로 이어져 구조물의 외주면을 밀착되게 감싸도록 설치되었다. 보강 판넬에 설치된 구멍을 통해서 보강 섬유 측으로 에폭시 수지 접착제로서 내진용 에폭시 주입제(kh-203)(JUNO ECM Co., ltd) 를 주입하여 밀봉된 후 고정하였다.
상기 에폭시 주입제는 주제인 에폭시 수지와 경화제인 폴리아미드 아민으로 이루어지며, 이 에폭시 주입제는 100℃에서 3시간 경과되면 주제와 경화제의 경화반응이 진행된다. 주제와 경화제의 혼합중량비는 100:30이다.
이어서 상기 섬유보강 판넬과 상기 교각 사이에 위치한 상기 보강 섬유 측으로 에폭시 수지 접착제를 주입하여 상기 교각, 보강 섬유 및 보강 판넬들을 일체로 합하고 표면상에 에폭시계 난연도료 상품명FIR FREEZE(JUNO ECM Co.Ltd)를 도포 및 건조하여 구조물 둘레에 보강 구조체를 설치하였다. 여기에서 에폭시 수지 접착제의 함량은 보강 섬유인 글래스 파이버 1m2당 약 5kg을 사용하였고 글래스 파이버의 사용량은 570g/겹 이고, 두께는 0.6mm/겹 이다.
에폭시계 난연도료는 에폭시 수지와 희석제인 글리시딜 에테르를 45:55 중량비로 혼합하고, 경화제인 구아닌딘을 에폭시수지와 경화제의 비율이 70:30 중량비로 혼합하여 이를 25℃에서 점도를 1000cps 이하로 조절한 조성물을 이용하였다.
실시예 2
보강 섬유로서 위사와 경사의 혼합비가 2:1인 글래스 파이버를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
실시예 3
보강 섬유로서 위사와 경사의 혼합비가 3.5:1인 글래스 파이버를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
실시예 4-5
에폭시 수지 접착제의 함량은 보강 섬유인 글래스 파이버 1m2당 약 3kg 및 10kg을 각각 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
실시예 6
에폭시 수지 접착제로서 제조예 2의 에폭시 수지 접착제를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
비교예 1
보강섬유로서 위사와 경사의 혼합비가 3:1 글래스 파이버 대신 에폭시 수지가 미리 함침된 섬유 강화 플라스틱(FRP)을 이용하고 에폭시 수지를 주입하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 교각 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법을 실시하였다.
에폭시 수지가 함침된 섬유 강화 플라스틱(FRP)으로는 plain weave E-glass cross (Nitto Boseki Co.,Ltd.　WR570)을 이용하였다.
비교예 2
보강 섬유로서 위사와 경사의 혼합비가 1:1인 글래스 파이버를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
비교예 3
보강 섬유로서 위사와 경사의 혼합비가 4:1인 글래스 파이버를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
평가예 1: 에폭시 수지 주입 시간 및 보강섬유의 사용량
실시예 1-6 및 비교예 1-3에 따라 실시하는 경우 에폭시 수지 주입시간, 글래스 파이버의 사용량, 글래스 파이버에 대한 에폭시 수지 함침성 및 시공성을 조사하여 하기 표 3에 나타내었다.
(1) 글래스 파이버에 대한 에폭시 수지 함침성
글래스 파이버에 대한 에폭시 수지 함침성은 에폭시 수지 접착제의 주입 시간을 참조하여 에폭시 수지 접착제의 주입 시간이 10분 이하이면 ○이고, 에폭시 수지 접착제의 주입 시간이 10분 초과하는 경우에는 X로 구분하였다.
(2) 시공성
보강 섬유를 구조물의 둘레에 감쌀 때 용이성 등을 고려하여 평가하여 보강 섬유의 직조 형상 유지 여부를 평가하여 직조 형상을 유지하는 것은 곤란하여 구조물 주위에 시공이 어려운) 경우에는 X로 나타내고 보강 섬유의 직조 형상을 유지하여 구조물 둘레에 보강 섬유를 감싸기가 용이한 경우를 ○로 나타냈다.
구 분 위사와 경사의 혼합비 에폭시 수지 주입시간(분) 보강 섬유의 사용량(중량%) 에폭시 수지 접착제의 함침성 시공성
실시예 1 3:1 8 70% ○ ○
실시예 2 2:1 10 75% ○ ○
실시예 3 3.5:1 5 65% ○ ○
실시예 4 3:1 3 64% ○ ○
실시예 5 3:1 6 66% ○ ○
실시예 6 3:1 7 65% ○ ○
비교예 1 - - 100% X ○
비교예 2 1:1 20 100% X ○
비교예 3 4:1 10 60% ○ X
표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 6에 따르면, 비교예 2 및 3의 경우에 비하여 에폭시 수지 주입시간이 크게 줄었다. 그리고 실시예 1 내지 6에 따르면, 비교예 1 및 2의 경우 보강섬유 사용량 대비 실시예 1 내지 6의 보강섬유 사용량이 64-70%로 적은 보강섬유를 사용할 수 있었다.또한 실시예 1 내지 6에 따르면 표 3에 나타난 바와 같이 에폭시 수지 접착제의 함침성과 시공성이 우수한 결과를 나타냈다.
그러나 위사와 경사 혼합비가 4:1인 글래스 파이버를 이용한 비교예 3에 따라 실시하면 글래스 파이버에 에폭시 수지 접착제를 주입하는 것은 용이하지만 글래스 파이버가 직조 형상을 유지하지 못하여 시공자체가 어려웠다. 그리고 위사와 경사 혼합비가 1:1인 글래스 파이버를 이용한 비교예 2에 따라 실시하면 시공성은 양호하지만 글래스 파이버에 대한 에폭시 수지 접착제의 함침성이 불량한 결과를 나타냈다.
평가예 2: 인장강도, 인장탄성률 및 굴곡강도 테스트
실시예 1에서 사용된 보강섬유 및 비교예 2에서 사용된 보강섬유에 대한 인장강도, 인장탄성률 및 굴곡 강도를 한국건설산업시험연구원에 인장강도, 휨강도 및 압축강도를 의뢰한 바 그 시험결과는 하기 표 4와 같다.
시험 방법 실시예 1 비교예 2
인장강도(MPa) KS M ISO 527-4 640 N/mm2(MPa) 252
인장탄성률(GPa) KS M ISO 527-4 32 N/mm2(MPa) 11.0
압축강도 (MPa) KS M ISO 14125 202 N/mm2(MPa) 63.2
표 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 보강섬유는 비교예 2의 보강섬유와 비교하여 인장강도, 인장탄성률 및 압축강도가 매우 개선된 결과를 나타냈다. 실시예 1의 보강섬유는 비교예 2의 경우와 비교하여 인장강도, 인장탄성률 및 압축강도가 개선되어 이를 이용하여 구조물의 보강하면 시공시 내진성, 내하력 등의 성능이 2배 이상 향상되었다. 평가예 3: 내구성
실시예 1에 따라 도림천 복개(좌안) 내진 성능을 개선을 위한 보강공법을 실시한 결과 실시한 결과, 그 보강후 물성 변화을 평가하였고 그 사진을 도 4a 및 도 4b에 각각 나타내었다. 도 4a는 보강공법을 실시하기 이전의 상태를 나타난 사진이고 도 4b는 보강공법을 실시한 후의 상태를 나타낸 사진이다.
도 4b에 나타난 바와 같이 실시예 1에 따르면, 보강후 구조물의 내진성, 내하력 등의 성능이 개선됨을 알 수 있었다.
평가예 4; 난연특성
상기 실시예 1에 따라 구조물의 보강 구조체에 대한 난연 특성 테스트를 실시하였고 그 테스트를 한국건설산업품질연구원에 의뢰한 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
구 분 시험 방법 시험 결과
난연특성(열방출률, 가스유해성) 국토교통부고시 제2015-744호 적합
표 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 보강 구조체는 난연 특성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.
본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 구조물 10: 보강섬유
1Oa, 10b: 보강판넬

Claims (1)

  1. 구조물의 외주면에 보강 섬유를 래핑하는 단계;
    상기 래핑된 보강 섬유의 둘레부를 감싸는 보강 판넬을 설치하는 단계; 및
    상기 보강 판넬과 상기 보강 섬유 사이의 영역에서 상기 보강 섬유 측으로 에폭시 수지 접착제를 주입하여 상기 구조물, 보강 섬유 및 보강 판넬들을 일체로 합하는 단계;를 포함하여 구조물의 외주면에 보강 구조체를 배치하며,
    상기 보강 구조체의 보강 섬유에 연결되도록 보강 판넬에 에폭시 수지 접착제 주입량 확인용 표시부를 구비하며,
    상기 보강 섬유는 위사와 경사의 혼합비가 3:1인 글래스 파이버이며,
    상기 에폭시 수지 접착제의 주입시간이 3분 내지 8분이고, 보강섬유의 사용량이 65 내지 70%이고 글래스 파이버의 사용량은 570g/겹이고, 두께는 0.6mm/겹인 섬유래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법.
KR1020200085001A 2020-07-09 2020-07-09 섬유 래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법 KR20210010357A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200085001A KR20210010357A (ko) 2020-07-09 2020-07-09 섬유 래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200085001A KR20210010357A (ko) 2020-07-09 2020-07-09 섬유 래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190087097 Division 2019-07-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210010357A true KR20210010357A (ko) 2021-01-27

Family

ID=74238476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200085001A KR20210010357A (ko) 2020-07-09 2020-07-09 섬유 래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210010357A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230011631A (ko) 2021-07-14 2023-01-25 (주)에이톰엔지니어링 콘크리트 기둥의 복합 보강 방법 및 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230011631A (ko) 2021-07-14 2023-01-25 (주)에이톰엔지니어링 콘크리트 기둥의 복합 보강 방법 및 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3177902A (en) Reinforced pipe and method of making
KR101811350B1 (ko) 방사선 차폐, 방탄, 방호 및 내진 기능을 구현하는 초고강도 에폭시 수지 모르타르 조성물 및 이를 이용한 구조물 설치 시공 방법
KR101644957B1 (ko) 모르타르를 포함하는 하이브리드 frp 패널조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강공법
US20140099496A1 (en) High strength and high elasticity composite materials and methods of reinforcing substrates with the same
AU2017216403A1 (en) Continuity connection system for restorative shell
KR101614003B1 (ko) 수용성 방수 접착제 조성물 및 이를 이용한 방수 라이닝 시공 방법
US11773610B2 (en) Concrete structure strengthened using grid reinforcement material and non-shrink grout and method of strengthening the same
KR101061248B1 (ko) 강화섬유 내진판넬，이를 이용한 내진시공방법
EP0906190B1 (en) Reinforcement of structures in high moisture environments
KR101912667B1 (ko) 환경 친화적인 현무암섬유를 가공한 내진 내력 보강재 및 내진 모르타르를 이용한 콘크리트 구조체 내진 보강공법
KR101643558B1 (ko) 복합소재를 이용한 frp 패널조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강공법
KR20210010357A (ko) 섬유 래핑에 의한 구조물의 내진성 및 내하력 보강공법
KR101959441B1 (ko) 난연성 frp 패널조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수보강공법
KR102219654B1 (ko) 에프알피 시트 및 종방향으로 분절된 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법
KR20210030013A (ko) 슬립과 균열 발생을 억제하기 위한 텍스타일 보강 시멘트 복합체 및 그 제조방법
KR101772625B1 (ko) 콘크리트 구조물 보강용 무기계 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보강공법
KR100794554B1 (ko) 콘크리트 구조물의 단면 보수시 이용되는 부착력 강화부재및 이를 이용한 단면 복구 방법
Shamsuddoha et al. Effect of hygrothermal conditioning on the mechanical and thermal properties of epoxy grouts for offshore pipeline rehabilitation
KR102381832B1 (ko) 섬유시트 또는 섬유패널을 이용한 콘크리트 구조물의 보강 방법
CN106639477A (zh) 一种具有抗震和自愈合性能的内置阻尼梁构件
KR100794925B1 (ko) 파이버글라스시트와 투명 레진을 이용한 구조물 투명 보강공법 및 그 구조
KR20200049976A (ko) 열경화성 수지를 바인더로 하여 복합섬유 소재를 인발성형한 난연성 frp 패널조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수보강공법
KR101876549B1 (ko) 콘크리트 구조물의 보수 및 보강용 섬유보강재 및 그를 사용하는 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 공법
Tarafder et al. Durability and case study of fiber reinforced polymer (FRP)
KR101051469B1 (ko) 와이어 로프를 이용한 초장력 철근의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X601 Decision of rejection after re-examination