KR20210092648A - 곡선형 강섬유 및 이를 포함하는 곡선형 강섬유 모듈 - Google Patents

곡선형 강섬유 및 이를 포함하는 곡선형 강섬유 모듈 Download PDF

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Abstract

곡선형 강섬유가 개시된다. 곡선형 강섬유는 콘크리트계 재료 보강용 곡선형 강섬유로, 상기 곡선형 강섬유는 일 끝단에서 타 끝단까지 동일한 곡률과 곡률 반지름을 갖는다.

Description

곡선형 강섬유 및 이를 포함하는 곡선형 강섬유 모듈{Curvilinear steel fiber and curvilinear steel fiber module}
본 발명은 곡선형 강섬유에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 시멘트 기반 복합체 내에 매설되어, 콘크리트의 인장강도를 향상시킬 수 있는 곡선형 강섬유에 관한 것이다.
매우 높은 강도를 지닌 시멘트 기반 복합체의 경우에 강섬유의 개발을 통해 인장 변형 성능, 최대 인장 강도, 에너지 흡수량 등 인장 성능을 전체적으로 향상시킬 수 있다.
최근 관련 분야 연구에 따르면 고강도·고성능 시멘트 기반 복합체는 일반 콘크리트와 압축 및 인장강도, 밀도, 사용재료 등 상당 부분에서 차이가 존재하기 때문에 일반 강도 콘크리트의 인장 보강용으로 상용되던 기존의 변형 강섬유를 사용하는데 많은 문제점이 있다.
일 예로 일자형 강섬유는 일반 강도 콘크리트의 인장 성능 보강에 효과적이지만, 고강도·고성능 시멘트 기반 복합체에 적용할 경우, 섬유가 끊어지거나 콘크리트를 깨고 나오는 등 효과적인 인장 보강 거동을 보이지 못하는 한계가 있다.
또한, 국부적으로 변형이 존재하는 강섬유를 고강도·고성능 시멘트 기반 복합체에 적용할 경우, 강섬유의 꺽인 부분에 응력이 집중되어 강섬유가 끊어지거나 콘크리트가 손상되는 등의 한계가 발생한다.
본 발명은 고강도·고성능 시멘트 기반 복합체의 인장 성능을 개선할 수 있는 곡선형 강섬유를 제공한다.
본 발명에 따른 곡선형 강섬유는 콘크리트계 재료 보강용 곡선형 강섬유로, 상기 곡선형 강섬유는 일 끝단에서 타 끝단까지 동일한 곡률과 곡률 반지름을 갖는다.
또한, 상기 곡선형 강섬유의 곡률은 0.02 내지 0.10mm-1이고, 상기 곡률 반지름은 10 내지 50mm일 수 있다.
또한, 상기 곡선형 강섬유는 제1크기의 곡률과 곡률 반지름을 갖는 제1곡선형 강섬유; 및 상기 제1크기와 상이한 제2크기의 곡률과 곡률 반지름을 갖는 제2곡선형 강섬유를 포함할 수 있다.
또한, 상기 곡선형 강섬유의 내부에는 내부 공간이 형성되며, 상기 내부 공간은 상기 곡선형 강섬유의 일 끝단에서 타 끝단까지 제공되는 관통형 공간일 수 있다.
또한, 상기 공선형 강섬유의 외주면에는 관통홀들이 형성되며, 상기 관통홀들은 상기 내부 공간과 외부 공간을 연결할 수 있다.
또한, 상기 곡선형 강섬유는 상기 일 끝단과 상기 타 끝단이 제1직경을 가지고, 상기 일 끝단과 상기 타 끝단의 사이에 위치하는 중심 영역은 상기 제1직경보다 작은 제2직경을 가질 수 있다.
또한, 상기 곡선형 강섬유는 상기 일 끝단 및 상기 타 끝단으로부터 상기 중심 영역으로 갈수록 직경이 점차 감소할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 곡선형 강섬유 모듈은 상술한 어느 하나의 곡선형 강섬유가 복수 개 제공되며, 어느 하나의 곡선형 강성유의 일 끝단과 다른 하나의 곡선형 강섬유의 타 끝단을 연결하는 연결부재를 더 포함하며, 상기 곡선형 강섬유들은 상기 연결부재에 의해 직렬 연결되며, 스프링 형상을 갖는다.
또한, 상기 연결부재의 재질은 녹는점이 60℃ 내지 80℃일 수 있다.
또한, 상기 연결부재의 재질은 밀납 또는 파라핀 왁스일 수 있다.
본 발명에 의하면, 곡선형 강섬유는 일 끝단에서 타 끝단까지 동일한 곡률과 곡률 반지름을 가지므로, 인장 하중 발생 시 국부적인 응력 발생이 최소화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 곡선형 강섬유들의 다양한 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 일 실시예에 따른 곡선형 강섬유가 콘크리트에 매설된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 상술한 곡선형 강섬유를 매립한 인발 강도 시험체를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들과 비교예에 따른 강섬유가 매립된 도 3의 인발 강도 시험체의 인발 하중에 따른 변위 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 곡선형 강섬유의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 곡선형 강섬유의 단면을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 곡선형 강섬유를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 곡선형 강섬유 모듈을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 곡선형 강섬유들의 다양한 실시 예를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 일 실시예에 따른 곡선형 강섬유가 콘크리트에 매설된 상태를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 곡선형 강섬유(10, 20, 30, 40)는 시멘트 기반 복합체(100) 내에 매설되어, 콘크리트의 인장강도를 향상시킨다. 곡선형 강섬유(10, 20, 30, 40)는 곡선형상을 가지며, 일 끝단에서 타 끝단까지 동일한 곡률과 곡률 반지름을 갖는다. 이러한 곡선형의 강섬유(10, 20, 30, 40)는 콘크리트(100)와의 부착력을 향상시킬 수 있으며, 국부적으로 응력 발생을 최소화하여 콘크리트(100)의 손상을 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 의하면, 곡선형 강섬유(10, 20, 30, 40)는 서로 다른 크기의 곡률과 곡률 반지름을 가질 수 있다.
제1곡선형 강섬유(10)는 일 끝단에서 타 끝단까지 제1크기의 곡률과 곡률 반지름을 가질 수 있고, 제2곡선형 강섬유(20)는 일 끝단에서 타 끝단까지 제2크기의 곡률과 곡률 반지름을 가질 수 있고, 제3곡선형 강섬유(30)는 일 끝단에서 타 끝단까지 제4크기의 곡률과 곡률 반지름을 가질 수 있고, 제4곡선형 강섬유(40)는 일 끝단에서 타 끝단까지 제4크기의 곡률과 곡률 반지름을 가질 수 있다. 제1 내지 제4곡선형 강섬유(10, 20, 30, 40)의 곡률과 곡률 반지름은 서로 상이한 크기를 갖는다. 제1 내지 제4곡선형 강섬유(10, 20, 30, 40)의 곡률은 0.02 내지 0.10mm-1이고, 곡률 반지름은 10 내지 50mm일 수 있다.
표 1은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 내지 제4곡선형 강섬유(10, 20, 30, 40)의 곡률과 곡률 반지름을 나타내는 표이다.
구분 곡률 반지름[mm] 곡률(k)[mm-1]
제1곡선형 강섬유(C50R-A, 10) 50 0.020
제2곡선형 강섬유(C25R-A, 20) 25 0.040
제3곡선형 강섬유(C15R-A, 30) 15 0.067
제4곡선형 강섬유(C10R-A, 40) 10 0.100
도 3은 상술한 곡선형 강섬유를 매립한 인발 강도 시험체를 나타내는 도면이다. 도 3의 (A)는 곡선형 강섬유(30)가 수직으로 매립된 시험체(200a)이고, (B)는 곡선형 강섬유(30)가 45˚ 사선 방향으로 매립된 시험체(200b)이다. 실험에 제공된 인발 강도 시험체(200a, 200b)는 표 2의 재료로 제조되었다.
물/결합재 단위중량[kg/m3]
시멘트 실리카퓸 실리카샌드 실리카 고성능감수재
0.2 160.3 788.5 197.1 867.4 236.6 52.6
도 4는 본 발명의 실시예들과 비교예에 따른 강섬유가 매립된 도 3의 인발 강도 시험체의 인발 하중에 따른 변위 변화를 나타내는 그래프이다. 비교예는 곡률 반지름이 0인 직선형 강섬유(S-I)가 사용되었다. 도 4의 제1그래프(A)는 강섬유(30a)가 수직 방향으로 매립된 시험체(200a)의 변위 변화를 나타내고, 제2그래프(B)는 강섬유(30b)가 45˚ 사선 방향으로 매립된 시험체(200b)의 변위 변화를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 강섬유가 사선 방향으로 매립된 경우(B)에 비해 수직 방향으로 매립된 경우(A), 최대 인발하중이 증가함을 알 수 있다. 그리고 강섬유(C50R-A~C10R-A, S-A)의 곡률이 증가할수록 최대 인발 하중이 증가함을 확인할 수 있다. 이는 강섬유의 곡률이 증가할수록 인발 저항 성능이 향상되는 것으로 이해된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 곡선형 강섬유(C50R-A~C10R-A)의 경우 비교예에 따른 직선형 강섬유(S-A)에 비해 최대 인발 하중이 큰 것을 확인할 수 있다. 구체적으로 곡선형 강섬유(C10R-A)의 경우, 직선형 강섬유(S-A)와 비교할 때 수직 매립 상태에서는 최대 91.5%까지 최대 인발하중이 증가되고, 사선 매립 상태에서는 최대 64.5%까지 최대 인발하중이 증가함을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 곡선형 강섬유의 단면을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 곡선형 강섬유(50) 내부에는 내부 공간(51)이 형성된다. 내부 공간(51)은 곡선형 강섬유(50)의 일 끝단에서 타 끝단으로 제공되는 관통형 공간이다. 이러한 곡선형 강섬유(50)가 콘크리트 내에 매설되는 경우, 곡선형 강섬유(50)의 양 끝단을 통해 콘크리트가 내부 공간(51)으로 유입될 수 있다. 이는 곡선형 강섬유(40)와 콘크리트의 부착력을 향상시킨다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 곡선형 강섬유의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 곡선형 강섬유(60)의 내부에는 도 5에서 설명한 내부 공간(61)이 형성된다. 그리고 곡선형 강섬유(60)의 외주면에는 관통홀(62)들이 형성된다. 관통홀(62)들은 서로 이격하여 복수 개 형성된다. 관통홀(62)들은 곡선형 강섬유(60)의 내부 공간(61)과 외부 공간을 연결한다. 곡선형 강섬유(60)를 콘크리트 내에 매설 시, 관통홀(62)들을 통해 콘크리트가 내부 공간(61)으로 유입될 수 있다. 관통홀(62)들은 곡선형 강섬유(60) 내부에 콘크리트 충진을 용이하게 한다. 그리고 관통홀(62)들의 형성으로 곡선형 강섬유(60)의 외측면은 표면적이 증가되어 콘크리트와의 부착력이 향상될 수 있다. 또한 관통홀(62)들에 유입된 콘크리트는 곡선형 강섬유(60)의 내부 공간(61)으로 유입된 콘크리트와 곡선형 강섬유(60)의 외부 콘크리트를 연결하는 채널로 제공된다. 이에 의해 콘크리트의 인발 강도를 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 곡선형 강섬유를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 곡선형 강섬유(70)는 일 끝단(71)과 타 끝단(72)이 제1직경(d1)을 가지고, 일 끝단(71)과 타 끝단(72) 사이에 위치하는 중심 영역(73)이 제2직경(d2)을 가진다. 제1직경(d1)은 제2직경(d2)보다 크다. 곡선형 강섬유(70)는 일 끝단(71)과 타 끝단(72) 각각으로부터 상기 중심 영역(73)으로 갈수록 직경이 점차 감소한다.
상기 곡선형 강섬유(70)는 중심영역(73)으로부터 양 끝단(71, 72)으로 갈수록 직경이 점차 증가한다. 곡선형 강섬유(70)의 이러한 직경 변화는 곡선형 강섬유(70)와 콘크리트의 부착력을 향상시킨다. 상기 곡선형 강섬유(70)가 콘크리트 내에 매설되는 경우, 앵커리지 효과에 의해 인발 시 큰 에너지를 흡수할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 곡선형 강섬유 모듈을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 곡선형 강섬유 모듈(1)은 상술한 도 1 내지 도 7 중 어느 하나의 곡선형 강섬유(10)들이 연결부재(80a, 80b)에 의해 직렬 연결된다. 구체적으로, 연결 부재(80a)에 의해 어느 하나의 곡선형 강섬유(10a)의 일 끝단이 다른 하나의 곡선형 강섬유(10b)의 일 끝단과 연결된다. 그리고 다른 하나의 곡선형 강섬유(10b)의 타 끝단은 또 다른 곡선형 강섬유(10c)의 일 끝단과 연결부재(80b)에 의해 연결된다. 이러한 연결이 반복되면서, 복수의 곡선형 강섬유(10)들은 연결부재(80)에 의해 직렬 연결된다. 그리고 곡선형 강섬유 모듈(1)은 강섬유(10)의 곡선 형상들이 서로 조합되어 스프링 형상을 갖는다.
연결부재(80)는 녹는점이 60℃ 내지 80℃인 소재로 제공된다. 실시 예에 의하면, 연결 부재(80)는 밀납 또는 파라핀 왁스로 제공될 수 있다.
상기 곡선형 강섬유 모듈(1)은 일체로 시멘트 기반 복합체 내에 매설된다. 곡선형 강섬유 모듈(1)이 일체로 매설되므로, 시멘트 기반 복합체의 각 영역에 곡선형 강섬유(10)가 균일하게 매설되고 뭉침 현상이 예방된다.
또한, 시멘트 기반 복합체가 양생되는 과정에서 수화 반응이 발생하고, 수화 반응에서 발생한 수화열에 의해 연결부재(80)가 용융된다. 양생이 완료된 콘크리트 내에는 복수 개의 곡선형 강섬유(10)들이 서로 단절되어 매설될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
1: 곡선형 강섬유 모듈
10, 20, 30, 40, 50, 60, 70: 곡선형 강섬유
80: 연결부재
100: 콘크리트
200a, 200b: 인발 강도 시험체

Claims (10)

  1. 콘크리트계 재료 보강용 곡선형 강섬유에 있어서,
    상기 곡선형 강섬유는 일 끝단에서 타 끝단까지 동일한 곡률과 곡률 반지름을 갖는 곡선형 강섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 곡선형 강섬유의 곡률은 0.02 내지 0.10mm-1이고, 상기 곡률 반지름은 10 내지 50mm인 곡선형 강섬유.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 곡선형 강섬유는
    제1크기의 곡률과 곡률 반지름을 갖는 제1곡선형 강섬유; 및
    상기 제1크기와 상이한 제2크기의 곡률과 곡률 반지름을 갖는 제2곡선형 강섬유를 포함하는 곡선형 강섬유.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 곡선형 강섬유의 내부에는 내부 공간이 형성되며,
    상기 내부 공간은 상기 곡선형 강섬유의 일 끝단에서 타 끝단까지 제공되는 관통형 공간인 곡선형 강섬유.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공선형 강섬유의 외주면에는 관통홀들이 형성되며,
    상기 관통홀들은 상기 내부 공간과 외부 공간을 연결하는 곡선형 강섬유.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 곡선형 강섬유는
    상기 일 끝단과 상기 타 끝단이 제1직경을 가지고,
    상기 일 끝단과 상기 타 끝단의 사이에 위치하는 중심 영역은 상기 제1직경보다 작은 제2직경을 가지는 곡선형 강섬유.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 곡선형 강섬유는 상기 일 끝단 및 상기 타 끝단으로부터 상기 중심 영역으로 갈수록 직경이 점차 감소하는 곡선형 강섬유.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 곡선형 강섬유가 복수 개 제공되며,
    어느 하나의 곡선형 강성유의 일 끝단과 다른 하나의 곡선형 강섬유의 타 끝단을 연결하는 연결부재를 더 포함하며,
    상기 곡선형 강섬유들은 상기 연결부재에 의해 직렬 연결되며, 스프링 형상을 갖는 곡선형 강섬유 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연결부재의 재질은 녹는점이 60℃ 내지 80℃인 곡선형 강섬유 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 연결부재의 재질은 밀납 또는 파라핀 왁스인 곡선형 강섬유 모듈.
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