KR20210099725A - 변형감지가 가능한 복합콘크리트물 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

변형감지가 가능한 복합콘크리트물 및 이를 제조하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 변형감지가 가능한 복합콘크리트물는, 하나 이상인 보강면의 길이방향을 따라 장홈이 형성된 콘크리트물; 에폭시 접합에 의해 상기 장홈의 내측에 고정되어 상기 콘크리트물에 가해지는 휨하중을 지지보완하는 FRP보강재; 상기 FRP보강재와 일체로 결합되어 함께 변형되며 내부로 투사되는 광의 일부를 반사하는 격자부가 일측에 형성된 광섬유센서를 통해 상기 콘크리트물이나 상기 FRP보강재에 대한 변형여부를 감지하는 광센서모듈; 및 상기 에폭시, 상기 FRP보강재 및 상기 광센서모듈이 외부 열기로부터 차폐되도록, 상기 FRP보강재를 둘러싸듯이 상기 장홈에 압입고정되는 내열소재의 장형내화부재를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, FRP보강재에 의한 콘크리트물의 구조적 보강과 함께 콘크리트물이나 FRP보강재에 대한 변형여부 등이 정확하고 신뢰성 있게 감지될 수 있고, 고온 환경에서도 구조적 안정성이 담보될 수 있으며, 대규모의 설비 동원이나 과도한 작업공수 없이 단순 외부 작업만으로 손쉽게 보강처리 및 내화처리가 동시에 이루어질 수 있는 효과가 있다.

Description

변형감지가 가능한 복합콘크리트물 및 이를 제조하는 방법{COMPOSITE CONCRETE MATERIALS CAPABLE OF DETECTING DEFORMATION AND METHODS OF MANUFACTURING THE SAME}

변형감지가 가능한 복합콘크리트물 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 콘크리트물에 내설되는 FRP보강재에 일체화되어 콘크리트물이나 FRP보강재에 대한 변형여부를 감지하게 되는 광센서모듈이 구비된 복합콘크리트물에 관한 것이다.

콘크리트 구조물, 예컨대 교량의 교각이나 건물의 보 또는 거더와 같은 콘크리트 구조물은 시공 후 시간의 경과나 외부 진동에 따라 수직 또는 수평방향으로 변형이 발생하게 된다.

위와 같이 변형이 발생하게 되는 콘크리트 구조물에 있어서, 그 변형부위와 변형의 양상 등을 미리 감지하여 콘크리트 구조물의 손상이나 파괴를 미연에 방지 내지 예방하는 기술은, 근래 들어 콘크리트 구조물의 안정성이나 신뢰성의 측면에서 매우 중요하게 취급되고 있다.

콘크리트 구조물의 변형여부를 감지하는 종래 기술로는, 콘크리트를 타설하기 전에 구간별로 철근 표면에 다수 개의 스트레인 게이지를 부착하고, 전기도선을 통해 연결된 제어장치가 각 스트레인 게이지에서 측정된 전기신호를 전송받아 콘크리트 구조물에 대한 안전성 여부를 판별하도록 구성된다.

즉, 외력 등에 의해 콘크리트 구조물에 변형이 발생하게 되면, 철근 등에 부착되어 함께 변형되는 스트레인 게이지에 의해 변동되는 저항값을 제어장치가 측정하는 방식으로 콘크리트 구조물의 변형부위와 변형량 및 변형양상을 확인하게 된다.

그러나 스트레인 게이지를 이용한 종래 감지 기술은, 콘크리트 구조물의 규모에 따라 수십 내지 수백 개의 스트레인 게이지가 설치되어야 하고, 제어장치와의 연결을 위해 전기도선도 수십 내지 수백 가닥이 요구되기 때문에 시공이 매우 복잡하고 많은 시간과 인력을 필요로 하기 때문에 전체 감지 시스템을 구조물 전반에 대하여 구현하기 어려운 문제가 있다.

또한, 구조물 내에 노출상태로 설치된 후 콘크리트 타설에 의해 매립되는 스트레인 게이지와 전기도선은, 타설 충격 등에 의해 설치 위치가 변형되거나 단선이나 파손 등에 의해 훼손되기 쉬워 올바른 변형 감지기능을 수행하지 못하는 등의 품질 문제나 내구성 문제가 지속적으로 지적되어 왔다.

위와 같은 스트레인 게이지 방식의 문제점을 해결하기 위해, 입사된 광에 대하여 특정한 파장 성분만을 반사시키고 나머지 파장 성분은 그대로 투과시키는 광섬유격자(FBG, Fiber Bragg Grating)가 일측에 형성된 광섬유를 이용한 방식이 근래에 개발되어 다양한 분야에 적용되고 있다.

보다 구체적으로 이러한 광섬유격자를 이용한 방식은, 온도나 휨변형 등의 외력이 광섬유격자에 가해지는 경우 반사광의 특성이 변화하는 성질을 이용한 것으로, 광섬유를 콘크리트 구조물의 감지부위에 설치한 후 양단을 인터로케이터에 연결하여 측정된 반사광의 특성을 판별함으로써 콘크리트 구조물의 변형여부를 측정하게 된다.

그러나 이러한 광섬유격자를 이용한 방식도, 광섬유를 철근 등에 부설한 후 콘크리트 타설 과정이 이루어지게 되면, 타설 충격 등에 의해 설치 위치가 변형되거나 광섬유격자를 포함한 광섬유가 단선되거나 파손되는 등 마찬가지의 문제가 있었다.

이를 개선하기 위한 방편으로 광섬유격자가 구비된 광섬유와 인터로케이터로 구성되는 폐회로를 이중으로 설치하거나 환봉 형태의 고정부재에 광섬유격자를 부착하여 패키지 모듈을 구성하고, 이 패키지를 철근에 별도로 결속하는 기술 등이 개발되었다.

그렇지만, 이러한 고정부재를 활용한 방안도 환봉 형태의 고정부재와 광섬유격자 간의 일체화가 구조적으로 견고하게 이루어지지 못함으로 인해 콘크리트 구조물의 변형에 정확히 반응하지 못하거나 부착 부위로부터 쉽게 탈락되어 콘크리트 구조물에 대한 변형률이 부정확하게 측정되는 등 측정의 신뢰성을 심각하게 훼손 내지 저하시킨다는 점에서 지속적인 연구와 개량이 필요한 실정이다.

또한, 이와 함께 FRP소재의 보강재를 콘크리트 구조물의 외부에 에폭시(접착제) 등을 이용하여 부착시키던 보강공법에서 문제되었던 에폭시의 슬립, 외부 충격에 따른 FRP의 탈락과, 화재시 고열(일반 에폭시의 유리전이온도인 대략 65℃)에 의한 FRP와 에폭시의 열화 변형에 따른 보강기능 상실과 유독물질 배출을 최소화할 수 있는 내화방지수단에 대한 연구와 개량이 함께 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 광센서모듈과 일체화된 FRP보강재를 통한 콘크리트물의 보강 이후 보강효과 지속 여부나 콘크리트물의 안전상태를 감지할 수 있고, 열에 취약한 보강재인 FRP보강재 및 접착용 에폭시를 외부 열로부터 효과적으로 차폐하여 콘크리트물에 대한 구조적 안정성을 고온 환경에서도 담보할 수 있으며, 신설되거나 기설치된 콘크리트물에도 적용할 수 있는 변형감지가 가능한 복합콘크리트물 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 하나 이상인 보강면의 길이방향을 따라 장홈이 형성된 콘크리트물; 에폭시 접합에 의해 상기 장홈의 내측에 고정되어 상기 콘크리트물에 가해지는 휨하중을 지지보완하는 FRP보강재; 상기 FRP보강재와 일체로 결합되어 함께 변형되며 내부로 투사되는 광의 일부를 반사하는 격자부가 일측에 형성된 광섬유센서를 통해 상기 콘크리트물이나 상기 FRP보강재에 대한 변형여부를 감지하는 광센서모듈; 및 상기 에폭시, 상기 FRP보강재 및 상기 광센서모듈이 외부 열기로부터 차폐되도록, 상기 FRP보강재를 둘러싸듯이 상기 장홈에 압입고정되는 내열소재의 장형내화부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형감지가 가능한 복합콘크리트물에 의해 달성된다.

상기 광센서모듈은, 상기 FRP보강재와 접하며 그 길이방향을 따라 배치되어 상기 FRP보강재와 함께 변형되는 사다리형상의 지지체; 상기 지지체와 이에 접하는 상기 FRP보강재에 의해 구획되는 내측공간에 소정 두께로 도포되어 상기 지지체를 상기 FRP보강재에 고정하는 제1 에폭시층; 상기 격자부가 상기 제1 에폭시층의 상부에 위치하도록 설치되는 상기 광섬유센서; 및 상기 격자부가 매몰되도록 상기 제1 에폭시층의 상부에 소정 두께로 도포되어 상기 지지체, 상기 제1 에폭시층 및 상기 광섬유센서와 일체화되는 제2 에폭시층을 포함할 수 있다.

상기 지지체는, 상기 FRP보강재의 길이방향으로 각각 형성되어 서로 마주보도록 이격배치되는 한 쌍의 제1 프레임; 및 상기 FRP보강재의 길이방향을 따라 이격배치되며 한 쌍의 제1 프레임 사이를 연결하도록 결합되어 상기 격자부를 지지하는 복수의 제2 프레임을 포함하고, 상기 FRP보강재를 기준으로 한 상기 제1 프레임의 두께는, 상기 제2 프레임에 지지된 상기 격자부가 외측으로 돌출되지 않도록 상기 제2 프레임보다 두껍게 형성될 수 있다.

상기 장형내화부재는, 상기 장홈이 외부로 노출되지 않도록 일부가 상기 장홈에 끼워진 상태로 상기 장홈을 덮어 차폐하는 내열소재의 주가림판; 및 상기 주가림판에서 한 쌍이 이격된 상태로 돌출형성되어 내측 이격공간에 상기 FRP보강재를 수용하며 상기 장홈에 삽입되는 끼움부를 포함할 수 있다.

상기 끼움부는, 상기 장홈 내부에서 확장형성된 단턱에 걸림 고정되도록, 삽입방향 단부가 화살표 형상으로 절곡되어 이루어질 수 있다.

상기 콘크리트물은, 하나 이상인 보강면의 길이방향으로 이격배치되며 보강면과 이에 인접한 면의 폭방향을 따라 복수의 '」'형 단홈이 서로 마주보도록 형성되고, 상기 변형감지가 가능한 복합콘크리트물은, 에폭시 접합에 의해 상기 단홈의 내측에 고정되어 상기 콘크리트물에 가해지는 다방향 전단하중을 지지보완하는 부FRP보강재; 및 상기 부FRP보강재가 외부 열기로부터 차폐되도록, 상기 부FRP보강재를 둘러싸듯이 상기 단홈에 압입고정되는 내열소재의 단형내화부재를 더 포함할 수 있다.

상기 변형감지가 가능한 복합콘크리트물은, 상기 광섬유센서의 양단과 각각 연결된 상태로 반사광의 특성 변화를 수신하여 상기 콘크리트물 또는 상기 FRP보강재의 변형여부를 판별하는 인터로케이터; 및 상기 인터로케이터와 연결되어 상기 콘크리트물 또는 상기 FRP보강재의 변형여부를 실시간 모니터링하며 모니터링된 정보를 저장하고, 세팅된 한계를 넘어서는 변형이 발생한 경우 사용자에게 알림을 제공하는 컴퓨터를 더 포함할 수 있다.

상기 또 다른 목적은, (a) 기설치된 콘크리트물의 외면 중 하나 이상인 보강면의 길이방향을 따라 장홈을 형성하거나 상기 콘크리트물과 함께 상기 장홈을 일체로 성형하는 단계; (b) 내열소재의 주가림판에서 서로 이격된 한 쌍의 끼움부를 돌출형성하거나 상기 주가림판에 별물의 상기 끼움부를 결합하여 장형내화부재를 모듈형태로 사전제작하는 단계; (c) 상기 끼움부의 내측 이격공간에 수용가능하고, 상기 장홈의 길이에 대응하는 막대형태로 FRP보강재를 사전제작하는 단계; (d) 내부로 투사되는 광의 일부를 반사하는 격자부가 일측에 형성된 광섬유센서가 상기 FRP보강재의 길이방향을 따라 상기 FRP보강재에 일체화되도록 설치하는 단계; (e) 상기 FRP보강재를 상기 끼움부의 내측 이격공간에 안착시킨 후 상기 장형내화부재를 상기 장홈에 압입고정하는 단계; 및 (f) 상기 장홈의 양단부 측에 개방된 공간을 통해 에폭시를 충전하는 단계를 포함하는 변형감지가 가능한 복합콘크리트물의 제조방법에 의해 달성된다.

상기 (d)단계는, 상기 FRP보강재의 길이방향을 따라 사다리형 지지체를 배치하는 단계; 상기 지지체와 이에 접하는 상기 FRP보강재에 의해 구획되는 내측공간에 제1 에폭시층을 소정 두께로 도포하여 상기 지지체를 상기 FRP보강재에 고정하는 단계; 상기 격자부가 상기 제1 에폭시층의 상부에 위치하도록 상기 광섬유센서를 설치하는 단계; 및 상기 격자부가 매몰되도록 상기 제1 에폭시층의 상부에 소정 두께로 제2 에폭시층을 도포하여 상기 지지체, 상기 제1 에폭시층 및 상기 광섬유센서를 일체화하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 콘크리트물에 형성된 장홈의 내측에 고정되어 콘크리트물에 가해지는 휨하중을 지지보완하는 FRP보강재와 일체로 결합되어 콘크리트물이나 FRP보강재에 대한 변형여부를 감지하는 광센서모듈이 구비되고, 에폭시, FRP보강재 및 광센서모듈이 외부 열기로부터 차폐하는 내열소재의 장형내화부재가 FRP보강재를 둘러싸듯이 장홈에 고정됨으로 인해, FRP보강재에 의한 콘크리트물의 구조적 보강과 함께 콘크리트물이나 FRP보강재에 대한 변형여부 등이 정확하고 신뢰성 있게 감지될 수 있고, 고온 환경에서도 구조적 안정성이 담보될 수 있으며, 대규모의 설비 동원이나 과도한 작업공수 없이 단순 외부 작업만으로 손쉽게 보강처리 및 내화처리가 동시에 이루어질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변형감지가 가능한 복합콘크리트물의 전체적인 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 광센서모듈을 구체적으로 나타낸 사시도 및 A-A 절단선에 따른 단면도이다.
도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 광센서모듈의 제조과정을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 측면과 B-B 및 C-C 절단선에 따른 단면도, 변형된 끼움부를 각각 도시한 도면이다.
도 7은 도 1을 제조하기 위한 순서도 및 공정도를 각각 매칭시킨 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변형감지가 가능한 복합콘크리트물의 전체적인 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 광센서모듈을 구체적으로 나타낸 사시도 및 A-A 절단선에 따른 단면도이고, 도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 광센서모듈의 제조과정을 순서대로 나타낸 도면이고, 도 6은 도 1의 측면과 B-B 및 C-C 절단선에 따른 단면도, 변형된 끼움부를 각각 도시한 도면이고, 도 7은 도 1을 제조하기 위한 순서도 및 공정도를 각각 매칭시킨 도면이다.

발명의 설명 및 청구범위 등에서 방향을 지칭하는 상(위쪽), 하(아래쪽), 좌우(옆쪽 또는 측방), 전(정,앞쪽), 후(배,뒤쪽) 등은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 도면 및 구성 간의 상대적 위치를 기준으로 정한 것으로, 특별히 다르게 한정하는 경우 외에는 이에 따른다.

본 발명에 대한 설명에 앞서 일반적으로 건축에 사용되는 콘크리트 보 등과 같은 콘크리트 구조물(콘크리트물(210))은 거푸집 등을 이용하여 골재를 시멘트풀과 혼합하여 소정의 형태로 굳혀서 제작하게 된다.

그러나 골재와 시멘트풀로만 형성된 이와 같은 콘크리트 구조물들은 압축강도와 내구성이 우수하지만, 수축에 의한 균열, 휨변형이나 인장강도가 약한 단점을 구조적으로 보완 내지 보강하기 위해 내부에 별도의 보강재를 설치하여 구조적인 안정성을 도모하고 있다.

이러한 상황에서 본 발명에 따른 변형감지가 가능한 복합콘크리트물(200)은, 위와 같은 콘크리트물(210)의 구조적 취약성을 FRP보강재(10)를 이용하여 해소하는 것을 넘어서 콘크리트물(210)이나 FRP보강재(10)에 대한 변형여부 등을 신뢰성 있게 감지하는 한편, 고온 환경에서도 구조적 안정성을 도모하고, 대규모의 설비 동원이나 과도한 작업공수 없이 단순 외부 작업만으로 보강 및 내화처리를 동시에 수행할 수 있도록 하기 위해 안출된 발명이다.

상술한 바와 같은 기능 내지 작용을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 변형감지가 가능한 복합콘크리트물(200)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 콘크리트물(210), FRP보강재(10), 광센서모듈(100), 장형내화부재(230) 및 단형내화부재(240) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서는 위에 언급한 구성들에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 콘크리트물(210)은, 건물이나 토목 구조물을 형성하기 위해 골재를 시멘트풀과 혼합하여 소정의 형태로 타설되는 구성요소로서, 도 1 등과 같이 상부의 슬래브와 이를 지지하기 위한 보 형태로 이루어질 수 있고, 도시되지 않았지만 상부 슬래브와 하부 슬래브 사이를 지지하는 기둥 형태로도 이루어질 수도 있다.

이러한 콘크리트물(210)에는, 콘크리트물(210)을 여러 방향에서 보강하기 위한 복수의 FRP보강재(10)가 콘크리트물(210)의 내측에 매설되도록 하는 장홈(212) 및 단홈(214)이 콘크리트물(210)의 타설과 동시에 또는 사후적인 절삭작업을 통해 형성될 수 있다.

여기서 장홈(212)은, 하나 이상인 보강면(210a)의 길이방향을 따라 형성되는 홈형상의 구성요소로서, 도 2에 도시된 바와 같이 슬래브의 하부를 지지하는 보형 콘크리트물(210)의 경우 그 하면을 보강면(210a)으로 하여 길이방향을 따라 길게 형성될 수 있다.

그리고 단홈(214)은, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이 하부 보강면(210a)의 길이방향으로 이격배치되며 보강면(210a)과 이에 인접한 면에 걸쳐서 복수 개가 '」'형태로 서로 마주보도록 대칭(또는 교차) 배치될 수 있다.

이러한 단홈(214)은, 후술할 부FRP보강재(12)의 매설을 통해 콘크리트물(210)을 부가적으로 보강하기 위해 마련된 구성요소로서, 과도한 개수로 형성하게 되면, 작업성 등이 현저하게 저하될 수 있으므로, 콘크리트물(210)의 설치환경 등에 따라 필요한 보강의 정도를 고려하여 적정한 개수로 형성하게 된다.

상술한 바와 같은 장홈(212)과 단홈(214)은 후술할 FRP보강재(10)와 부FRP보강재(12)가 원활히 삽입되어 매설되도록, FRP보강재(10)와 부FRP보강재(12)의 부피보다 큰 수용부피를 갖도록 형성하게 된다.

FRP보강재(10)는, 에폭시(E) 접합에 의해 콘크리트물(210)의 내측에 고정되어 콘크리트물(210)에 가해지는 휨하중 등을 지지하고 보완하는 구성요소로서, 하중에 대한 내구성ㆍ경량ㆍ내식성ㆍ성형성 등이 뛰어난 고성능ㆍ고기능성 재료인 유리나 카본섬유로 강화된 플라스틱계 복합재료(FRP, fiber reinforced plastics )를 성형하여 이루어질 수 있다.

이러한 FRP보강재(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이 콘크리트물(210)의 보강면(210a)(하면)에 형성된 장홈(212)의 내측에 삽입 및 매립될 수 있는 대응형상인 긴 막대형상으로 성형되어 콘크리트물(210)의 하부를 지지하도록 내설되는데, 형상은 이에 제한되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.

한편, 부FRP보강재(12)는, 에폭시(E) 접합에 의해 상술한 단홈(214)의 내측에 고정되어 콘크리트물(210)에 가해지는 다방향 전단하중을 지지보완하기 위한 구성요소로서, 상술한 FRP보강재(10)와 마찬가지로, 하중에 대한 내구성ㆍ경량ㆍ내식성ㆍ성형성 등이 뛰어난 고성능ㆍ고기능성 재료인 유리나 카본섬유로 강화된 플라스틱계 복합재료(FRP, fiber reinforced plastics)를 성형하여 이루어지게 된다.

이러한 부FRP보강재(12)는, 도 2에 도시된 바와 같이 콘크리트물(210)의 보강면(210a)과 인접면(210b)인 양측면에 걸쳐 형성된 단홈(214)의 내측에 삽입 및 매립될 수 있는 대응형상인 '」'형태로 성형되어 콘크리트물(210)의 측부를 지지함으로써 콘크리트물(210)에 가해지는 다방향 전단하중을 보완 내지 보강하게 된다.

이때, 부FRP보강재(12)는, 도 6 등에 도시된 바와 같이 단홈(214) 내측에 삽입시, 그 상단부가 슬래브(또는 보형 콘크리트의 상단부)에 앵커결합 또는 끼움결합되도록 구성하여 콘크리트물(210)에 대한 지지력 증대와 시공위치에서의 신속하고 견고한 조립을 도모할 수 있게 된다.

FRP보강재(10)와 부FRP보강재(12)는, 콘크리트를 이루는 구성, 매립조건이나 사용환경 등에 따라 조성물의 함량을 조절하거나 첨가물 등을 부가변경하여 필요한 기능성을 강화하고 특화할 수 있다.

FRP보강재(10)와 부FRP보강재(12)를 장홈(212)이나 단홈(214)에 고정하는 에폭시(E)는, 점성이 있는 액상상태에서 경화과정을 통해 콘크리트물(210)과 FRP 간에 견고한 접합이 이루어지도록 하는 구성요소로서, 콘크리트를 이루는 구성, 매립조건이나 사용환경, 사용되는 FRP보강재(10)(120)와의 친화성 등에 따라 다양한 첨가제가 혼합되어 사용될 수 있다.

에폭시(E)에 의한 접합을 통해 FRP보강재(10)와 부FRP보강재(12) 모두가 콘크리트물(210)과 일체화되면, 콘크리트물(210)에 대한 구조적 안정성이 확보될 수 있게 된다. 그러나 에폭시(E)는 열에 의한 변형이 발생하면 접착력을 상실하게 되는 취약점이 있어 이를 보완할 필요가 있다.

다만, 본 발명의 실시예에 따른 에폭시(E)는, 유리전이온도가 대략 65℃로 고온 저항성이 부족한 제품은 물론이고, 유리전이온도가 120℃로 고온 저항성이 우수한 제품 등을 구별하지 않고 사용할 수 있다.

이렇게 열에 대한 저항성을 특별히 고려하지 않고 에폭시(E)를 자유롭게 선택 사용할 수 있는 이유는, 에폭시(E)의 외측에 구비된 후술할 장형내화부재(230)와 단형내화부재(240)가 외부로부터 전달되는 열을 효과적으로 차폐하여 에폭시(E)의 열변형이 최소화 내지 방지될 수 있기 때문이다.

이러한 에폭시(E)에 의한 접합공정은, FRP보강재(10)와 부FRP보강재(12)가 각각 안착된 장홈(212)이나 단홈(214)에 후술할 장형내화부재(230)와 단형내화부재(240)를 압입고정한 후, 장홈(212)이나 단홈(214)의 개방된 양단부측 공간을 통해 에폭시(E)를 주입 내지 충진시키는 방식으로 이루어질 수 있다.

위와 달리, 에폭시(E)에 의한 접합공정은, 콘크리트물(210)의 장홈(212)이나 단홈(214)에 에폭시(E)를 미리 적당량 도포한 후 FRP보강재(10)와 부FRP보강재(12)가 경화시간 동안 장홈(212)이나 단홈(214) 내에서 정위치 되도록 가압고정하는 방식으로 이루어질 수도 있다.

광센서모듈(100)은, 콘크리트물(210)의 변형을 지지보완하기 위해 콘크리트물(210)의 길이방향을 따라 구비되는 FRP보강재(10) 또는 부FRP보강재(12)의 일면에 결합되어 사용되는 센서로서, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 지지체(110), 제1 에폭시층(120), 광섬유센서(130) 및 제2 에폭시층(140) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

지지체(110)는, FRP보강재(10) 또는 부FRP보강재(12)와 접하며 그 길이방향을 따라 배치되어 외력 작용시 FRP보강재(10)와 함께 변형되는 사다리형상의 구성요소로서, 후술할 광섬유센서(130)가 FRP보강재(10)로부터 일정하게 이격된 상태로 지지될 수 있도록 FRP보강재(10)와 광섬유센서(130) 사이에 개재되는 구조로 설치될 수 있다.

여기서 지지체(110)를 사각의 판상으로 제작하지 않고 사다리형상으로 특별히 한정한 이유는, 외력에 따른 FRP보강재(10)의 변형에 저항하지 않고 원활하게 함께 변형되면서 광섬유센서(130)의 변형을 안내하기 위한 것이다.

이로 인해 후술할 격자부(132)의 반사광 특성 변화는 변형의 정도에 대응하여 정확, 정밀하게 이루어질 수 있게 된다.

즉, 위와 같은 광섬유센서(130)에 대한 원활한 변형 안내와 이격 지지를 위해 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 지지체(110)는, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제1 프레임(112) 및 복수의 제2 프레임(114) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

한 쌍의 제1 프레임(112)은, FRP보강재(10)의 길이방향을 따라 각각 형성되어 서로 마주보도록 이격배치되는 막대형상의 구성요소로서, 서로 이격되어 이루게 되는 내측공간(S)에는 후술할 광섬유센서(130)의 격자부(132)가 제1 프레임(112)의 길이방향을 따라 나란하게 배치될 수 있다.

이때, 제1 프레임(112)은, 제1 프레임(112)의 방향으로 가해지는 외부 충격으로부터 상술한 내측공간(S)에 배치된 격자부(132)가 직접 손상되지 않도록 하기 위해, 적어도 후술할 광섬유센서(130)보다 두꺼운 막대형상으로 제작하게 된다.

복수의 제2 프레임(114)은, FRP보강재(10) 또는 상술한 제1 프레임(112)의 길이방향을 따라 이격배치되며 한 쌍의 제1 프레임(112) 사이를 연결하도록 결합되어 후술할 격자부(132)를 직접 지지하게 되는 막대형상의 구성요소이다.

이러한 복수의 제2 프레임(114)의 배치로 인해 지지체(110)는 전체적으로 사다리 형상을 이루게 됨에 따라 상술한 내측공간(S)에 배치된 광섬유센서(130)의 격자부(132)는, 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 제2 프레임(114)을 가로지르는 형태로 제2 프레임(114) 상에 견고하게 지지 및 고정될 수 있다.

또한, 이격배치된 복수의 제2 프레임(114)은 판형상에 비해 지지체(110) 자체의 원활한 자유 변형을 허용하는 구조여서 후술할 격자부(132)는 지지체(110)와 함께 자유롭게 변형되며 반사광의 특성 변화를 정밀하게 유도하게 된다.

이때, 제2 프레임(114)에는 격자부(132)의 안착위치를 안내하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이 중앙부에 거치홈(118)이 더 형성될 수 있는데, 이로 인해 격자부(132)는 제2 프레임(114)으로부터 이탈이 저지된 상태로 정확한 위치에 설치될 수 있게 된다.

제2 프레임(114)의 두께(T2)는, 상술한 내측공간(S)에 배치된 격자부(132)가 제1 프레임(112)의 바깥쪽으로 직접 노출되지 않도록 하기 위해, 적어도 제1 프레임(112)보다 얇은 막대형상으로 제작하게 된다.

그리고 격자부(132)가 안착되는 제2 프레임(114)의 상면은, 도 4의 확대도에 도시된 바와 같이, 내측공간(S)에 위치하고, FRP보강재(10)와 접하는 제2 프레임(114)의 하면은 제1 프레임(112)과 동일면에 놓이도록 배치하게 된다.

결국, FRP보강재(10)를 기준으로 상술한 제1 프레임(112)은, 위와 같이 배치된 제2 프레임(114)에 지지된 격자부(132)를 외측으로 돌출시키지 않으며 최소화된 저항으로 변형이 가능한 두께(T1) 범위(일례로, 안착된 격자부(132) 위로 1mm ~ 3mm)에서 제2 프레임(114)보다 두껍게 형성될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 제1,2 프레임(112,114)으로 구성된 본 발명의 지지체(110)는, 외력에 따라 콘크리트물(210)과 함께 변형하는 FRP보강재(10)에 대응하여 격자부(132)의 변형이 원활히 이루어질 수 있도록 하기 위해, 적어도 FRP보강재(10)보다 작은 굴곡탄성률을 갖는 소재를 이용하여 일체로 제작될 수 있다.

여기서 굴곡탄성률(Flexural modulus)이란, 충격적인 하중에 의해서 재료를 파괴하는 데 필요한 에너지를 재료의 단위 면적으로 나눈 물리량(kg/mm²)으로, 굴곡탄성률의 값이 클수록 강성(Stiffness)이 큰 소재이고, 낮을수록 유연한(Flexible) 소재라 할 수 있다.

이때, 적어도 FRP보강재(10)보다 작은 굴곡탄성률을 갖는 소재란, 상대적으로 FRP보강재(10)보다 연질이고, 후술할 제1,2 에폭시층(120,140)보다 강성이 큰 금속 소재일 수 있고, 플라스틱이나 실리콘 등과 같은 합성수지 소재일 수 있다.

한편, 적어도 하나의 제1 프레임(112)의 양측 단부에는, 도 4와 같이 상보적 계합구조인 체결홈(116a)과 체결돌기(116b)가 각각 형성될 수 있는데, 이는 복수의 사다리형 지지체(110)가 길이방향을 따라 선택적으로 나란하게 연이어 조립될 수 있도록 하기 위함이다.

이러한 지지체(110)의 상호 간 결합구조(116a,116b)로 인해, 지지체(110)는 다양한 길이와 형상의 격자부(132)나 현장의 구조물에 대응하여 길이가 자유자재로 가변되며 FRP보강재(10)와의 부착 길이 내지 격자부(132)에 대한 지지 길이를 조절할 수 있게 됨에 따라 구조물 안전시스템의 용이한 구축이 이루어질 수 있게 된다.

제1 에폭시층(120)은, 지지체(110)와 이에 접하는 FRP보강재(10)에 의해 구획되는 내측공간(S)에 소정 두께로 도포되는 구성요소로서, 이로 인해 지지체(110)는 FRP보강재(10)에 견고하게 고정될 수 있다.

이러한 제1 에폭시층(120)은, 소정 두께의 제1 몰드(미도시)를 지지체(110)에 위치시킨 다음 졸이나 겔 상태의 주제와 경화제를 섞은 혼합물을 내측공간(S)에 도포하여 경화시킴으로써 형성될 수 있다.

여기서 소정 두께의 제1 몰드(미도시)는, 지지체(110)의 내측공간(S) 밖으로 제1 에폭시층(120)이 유출되는 것을 막는 마스킹테이프와 같은 기능을 수행하는 구성요소로서, 적어도 제2 프레임(114)의 일부를 덮으며 상술한 바와 같은 제2 프레임(114)의 거치홈(118)이 노출될 수 있는 두께로 제작될 수 있다.

물론, 제1 몰드(미도시)가 없더라도 상술한 제1 프레임(112)과 제2 프레임(114)은 각각 제1 에폭시층(120)의 외부 유출을 막고 도포 두께를 가이드하는 기준으로 활용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 제1 에폭시층(120)은, 상대적으로 FRP보강재(10) 및 지지체(110)보다 연질이고, 후술할 제2 에폭시층(140)보다 강성이 큰 굴곡탄성률을 갖는 플라스틱이나 실리콘 등과 같은 합성수지 소재로 형성될 수 있다.

이때, 제1 에폭시층(120)의 굴곡탄성률의 조절은, 주제와 경화제의 종류나 함량의 조절을 통해 용이하게 이루어질 수 있다.

광섬유센서(130)는, 내부로 투사되는 광의 특정한 파장 성분만을 반사시키고 나머지 파장 성분은 그대로 투과시키되, 휨변형 등의 외력에 의해 변형되면 반사광의 특성 변화를 유발하는 격자부(132)(FBG, Fiber Bragg Grating)가 광섬유의 일측에 형성되어 이루어지는 구성요소이다.

이러한 광섬유센서(130)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 양단과 각각 연결된 상태로 반사광의 특성 변화를 수신하는 인터로케이터(20)를 통해 콘크리트물(210)이나 FRP보강재(10) 등에 대한 변형여부 등을 판별 내지 감지할 수 있는 상용화된 제품이면 충분하므로, 그 형상이나 격자의 배열 등은 특별히 제한되지 않는다.

여기서 인터로케이터(20)에 연결된 컴퓨터(30)를 통해 사용자는, 콘크리트물(210)이나 FRP보강재(10)와 같은 구조물에 대한 변형여부를 실시간 모니터링할 수 있고, 임의로 세팅된 한계를 넘어서는 변형이 발생하게 되면 알림을 제공받을 수 있으며, 필요한 경우 모니터링된 정보를 저장할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 광섬유센서(130)는, 도 5에 도시된 바와 같이 격자부(132)가 제1 에폭시층(120)의 상부에 위치하도록 설치하게 되는데, 이는 상술한 지지체(110) 및 제1 에폭시층(120), 후술할 제2 에폭시층(140)과 함께 광섬유센서(130)가 FRP보강재(10)에 일체화되도록 하기 위함이다.

이때, 광섬유센서(130)는 상술한 제2 프레임(114)의 거치홈(118)으로 인해 FRP보강재(10)로부터 일정하게 이격된 상태로 정확한 위치에 정렬될 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 광섬유센서(130)나 인터로케이터(20) 또는 컴퓨터(30)의 구체적인 구조나 작동원리 등은 이미 널리 알려진 기술이므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

제2 에폭시층(140)은, 상술한 광섬유센서(130)의 격자부(132)가 매몰되도록 제1 에폭시층(120)의 상부에 소정 두께로 도포되어 부착의 대상인 FRP보강재(10)의 최외곽에 배치되는 구성요소로서, 이를 통해 지지체(110), 제1 에폭시층(120) 및 광섬유센서(130)는 일체화된 상태로 FRP보강재(10)에 결합될 수 있게 된다.

이러한 제2 에폭시층(140)은, 소정 두께의 제2 몰드(미도시)를 제1 에폭시층(120)이 도포된 지지체(110)에 위치시킨 다음 졸이나 겔 상태의 주제와 경화제를 섞은 혼합물을 내측공간(S)에 적층 도포하여 경화시킴으로써 형성될 수 있다.

여기서 소정 두께의 제2 몰드(미도시)는, 지지체(110)의 내측공간(S) 밖으로 제2 에폭시층(140)이 유출되지 않고 제1 에폭시층(120)의 상부에 적층되게 하는 마스킹테이프와 같은 기능을 수행하는 구성요소로서, 제1 프레임(112)의 두께(T1)에 대응하거나 제1 프레임(112)을 얇게 덮을 수 있는 두께로 형성할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 제2 에폭시층(140)은, FRP보강재(10), 지지체(110), 제1 에폭시층(120) 및 격자부(132)의 자유 변형을 억제하지 않도록, 이들보다 연질인 굴곡탄성률을 갖는 플라스틱이나 실리콘 등과 같은 합성수지를 소재로 형성하게 된다.

이때, 제2 에폭시층(140)의 굴곡탄성률의 조절은, 제1 에폭시층(120)과 마찬가지로 주제와 경화제의 종류나 함량의 조절을 통해 용이하게 이루어질 수 있다.

물론, 제2 에폭시층(140)과 제1 에폭시층(120)은, 편의상 동일한 소재를 이용하여 각각 형성될 수도 있다.

장형내화부재(230)는, FRP보강재(10)와 에폭시(E)를 화재 등의 외부 열기로부터 차폐시키기 위해 FRP보강재(10)를 둘러싸며 장홈(212)에 압입고정되는 내열소재로 된 구성요소로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 주가림판(232) 및 끼움부(234) 등을 포함하는 모듈화된 구조로 이루어질 수 있다.

주가림판(232)은, 장홈(212)이 외부에 노출되지 않도록 외측에서 장홈(212)을 덮어 차폐하는 내열소재로 된 구성요소로서, 상술한 장홈(212)에 대응하는 길이(또는 취급이 용이한 단위길이로 분할된 길이)로 형성되고, 장홈(212)에 압입고정 즉, 꼭 맞게 끼워지는 일부(232a)가 판부재에서 돌출되어 단면형상이 전체적으로 '⊥' 또는 'T' 형태를 이루게 된다.

여기서 '꼭 맞게 끼워진다.'라는 의미는 장홈(212)의 내측과 주가림판(232)의 돌출된 일부(232a)의 외형이 물리적으로 완전히 일치한다는 의미가 아니고, 양측의 접촉면에서 마찰력이 발생하여 별도의 외력이 가해지지 않는 상태에서는 쉽게 빠지지 않을 정도로 유격이 최소화된 것을 포괄하는 의미로 이해될 수 있다.

이러한 주가림판(232)은, 외부의 열기가 장홈(212) 내측으로 전달되는 것을 효과적으로 차단할 수 있는 내열소재 내지 내화소재를 이용하여 장홈(212)에 대응한 형태로 제작 가능한 것이면 충분하므로, 구체적인 조성성분이나 세부적 형상 등은 특별히 제한되지 않는다.

다만, 본 발명의 실시예에 따른 주가림판(232)은, 점토질, 규석질, 샤오테질(이상 고온에서 산성화), 크롬, 알루미나(고온에서 중성화), 크롬마그네시아(고온에서 염기성화) 중 적어도 어느 하나를 포함한 것을 주재료로 내화벽돌 또는 내화모르타르 제조공법에 의해 모듈형태로 제작 및 양산하게 된다.

위와 같은 주재료는 콘크리트물(210)의 조성성분과 콘크리트물(210)이 타설되어 사용되는 주변환경에 따라 적절하게 선택되고 조합될 수 있다.

끼움부(234)는, 주가림판(232)에서 돌출형성되거나 주가림판(232)에 결합되어 이루어진 이격공간(235)에 FRP보강재(10)가 수용되도록 가이드하며 장홈(212)에 삽입되는 핀형상의 구성요소로서, 철근과 같은 금속 또는 내열성 합성수지 등을 소재로 제작될 수 있다.

위와 같은 끼움부(234)의 기능 내지 작용을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 끼움부(234)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 막대부재가 주가림판(232)의 길이방향을 따라 이격배치된 상태로 주가림판(232)과 일체로 매립성형됨으로써 이루어질 수 있다.

이렇게 주가림판(232)과 일체로 매립성형된 끼움부(234)에 의해 형성된 이격공간(235)에 FRP보강재(10)가 수용됨에 따라 FRP보강재(10)는 장홈(212)과 장형내화부재(230) 간의 결합시 장홈(212) 내에서 비틀린 위치로 설치되지 않고 정위치를 유지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 변형예에 따른 화살표형 끼움부(234a)는 도 6의 (a') 및 (b')에 도시된 바와 같이, 서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 화살표형 끼움부(234a)가 주가림판(232)의 길이방향을 따라 소정간격마다 배치된 상태로 주가림판(232)에 소정 결합구(미도시) 즉, 앵카, 앵카볼트 및 앵카너트 등에 의해 체결되거나 또는 결합구 없이 주가림판(232)과 일체로 매립형성될 수 있다.

이렇게 소정 결합구에 의해 또는 일체로 주가림판(232)에 형성된 화살표형 끼움부(234a)는, 이격공간(235)에 수용된 FRP보강재(10)를 정위치에서 지지한 상태로 장홈(212)에 삽입됨으로써 장홈(212)에 대한 결합력을 형성하게 된다.

이때, 삽입방향 단부가 화살표형인 끼움부(234a)는, 탄성력에 의해 장홈(212) 내부에서 확장형성된 단턱에 각각 걸림 고정되는 구조여서 에폭시(E)를 미리 도포하지 않더라도 FRP보강재(10)는 장홈(212) 내에서 위치 이탈되지 않고 정위치를 유지할 수 있고, 추후 에폭시(E)의 도포나 충진이 이루어지면, 더욱 견고하고 중첩적인 고정력을 발휘하게 된다.

단형내화부재(240)는, 상술한 부FRP보강재(12) 및 에폭시(E)를 외부 열기로부터 차폐시키기 위해, 부FRP보강재(12)를 둘러싸며 단홈(214)에 압입고정되는 내열소재로 된 구성요소이다.

이러한 단형내화부재(240)는, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이 보강면(210a)(콘크리트물(210)의 하면) 쪽의 단홈(214)에 압입고정되는 판상의 제1 내화부재(240a)와, 인접면(210b) 쪽의 단홈(214)에 압입고정되는 판상의 제2 내화부재(240b)로 구성되어 부FRP보강재(12)나 단홈(214)에 대응되는 '」'형태를 이루게 된다.

제1 내화부재(240a)는, 부가림판(242a) 및 부끼움부(244a) 등을 포함하는 모듈화된 구조로 이루어지게 되는데, 부가림판(242a)은 단홈(214)이 외부로 노출되지 않도록 외측에서 단홈(214)을 덮어 차폐하는 내열소재로 된 판상의 구성요소로서, 보강면(210a) 쪽 단홈(214)에 대응하는 길이로 형성된다.

이러한 부가림판(242a)은, 상술한 바와 같은 주가림판(232)과 유사하게 외부의 열기가 단홈(214) 내측으로 전달되는 것을 효과적으로 차단할 수 있는 내열소재 내지 내화소재를 이용하여 단홈(214)에 대응한 형태로 제작 가능한 것이면 충분하므로, 구체적인 조성성분이나 세부적 형상 등은 특별히 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예에 따른 부가림판(242a)도, 점토질, 규석질, 샤오테질(이상 고온에서 산성화), 크롬, 알루미나(고온에서 중성화), 크롬마그네시아(고온에서 염기성화) 중 적어도 어느 하나를 포함한 것을 주재료로 내화벽돌 또는 내화모르타르 제조공법에 의해 모듈형태로 제작 및 양산하게 된다.

이때, 상술한 주재료는 콘크리트물(210)의 조성성분과 콘크리트물(210)이 타설되어 사용되는 주변환경에 따라 적절하게 선택되고 조합될 수 있다.

부끼움부(244a)는, 내측 이격공간(245)에 부FRP보강재(12)가 정위치에 놓이도록 가이드하며 단홈(214)에 삽입되는 핀형상의 구성요소로서, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 막대부재가 부가림판(242a)의 길이방향을 따라 이격배치된 상태로 부가림판(242a)과 일체로 매립성형됨으로써 이루어질 수 있다.

이렇게 부가림판(242a)과 일체로 매립형성된 부끼움부(244a)로 인해 형성된 이격공간(245)에 부FRP보강재(12)가 수용됨에 따라 부FRP보강재(12)는 단홈(214)과 단형내화부재(240) 간의 결합시 단홈(214) 내에서 비틀린 위치로 설치되지 않고 정위치를 유지할 수 있게 되는 것이다.

이러한 부끼움부(244a)는, 도면에 구체적으로 도시하지 않았지만, 앞서 설명한 장형내화부재(230)의 화살표형 끼움부(234a) 형태로 구현될 수도 있음은 물론이다.

제2 내화부재(240b)는, 제1 내화부재(240a)와 설치위치 즉, 인접면(210b) 쪽의 단홈(214)에 적용되는 구성이라는 점에서 차이가 있을 뿐이고, 제1 내화부재(240a)와 마찬가지로 부가림판(242b) 및 부끼움부(244b) 등을 포함하는 모듈화된 구조로 이루어지는바, 구체적인 설명은 앞서 기술한 내용으로 대체하기로 한다.

이어서, 도 2 내지 도 6을 참조하며, 도 7을 기준으로 본 발명에 따른 변형감지가 가능한 복합콘크리트물(200)을 제조하는 방법에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, (a)단계는, 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 기설치된 콘크리트물(210)의 외면 중 하나 이상인 보강면(210a)의 길이방향을 따라 장홈(212)을 절삭작업을 통해 형성하거나 콘크리트물(210)과 함께 장홈(212)을 일체로 타설하여 성형하는 단계이다. 여기서 장홈(212)은 콘크리트의 길이방향에 대한 휨하중을 보강하기 위한 규격화된 크기의 홈일 수 있다.

추가적으로, 본 단계는 콘크리트물(210)의 외면 중 하나 이상인 보강면(210a)의 길이방향으로 이격배치되며 보강면(210a)과 이에 인접한 면의 폭방향을 따라 복수의 '」'형 단홈(214)을 콘크리트물(210)의 양면에 (대칭 또는 교차)형성할 수 있다. 이러한 단홈(214)은, 슬래브의 하부를 지지하는 보형 콘크리트물(210)에 대하여 다방향의 전단하중을 보강하기 위한 규격화된 크기의 홈일 수 있다.(S100)

다음으로, (b)단계는, FRP보강재(10) 및 에폭시(E)를 외부 열기로부터 차폐시키기 위해 FRP보강재(10)를 둘러싸듯이 장홈(212)에 고정되는 내열소재의 장형내화부재(230)를 모듈형태로 사전제작하는 단계이다.

이때, 장형내화부재(230)는 서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 막대부재가 상술한 내열소재 된 주가림판(232)의 길이방향을 따라 소정간격마다 배치된 상태로 주가림판(232)과 함께 일체로 매립형성될 수 있고, 끼움부(234)는 철근과 같은 금속 또는 내열성 합성수지 등을 소재로 막대형상 또는 삽입방향 단부가 화살표인 형상으로 제작될 수 있다.

추가적으로, 본 단계는 상술한 부FRP보강재(12) 및 에폭시(E)를 외부 열기로부터 차폐시키기 위해 부FRP보강재(12)를 둘러싸듯이 단홈(214)에 고정되는 내열소재의 단형내화부재(240)를 모듈형태로 사전제작할 수 있다.

이때, 단형내화부재(240)는, 보강면(210a) 쪽의 단홈(214)에 고정되는 내열소재로 된 판상의 제1 내화부재(240a)와, 인접면(210b) 쪽의 단홈(214)에 고정되는 내열소재로 된 판상의 제2 내화부재(240b)로 구성될 수 있다.(S200)

다음으로, (c)단계는, 모듈화된 장형내화부재(230)에 형성된 끼움부(234)의 내측 이격공간(235)에 안착 내지 수용가능하고, 장홈(212)의 길이에 대응하는 막대형태로 모듈화된 FRP보강재(10)를 사전제작하는 단계이다.

추가적으로, 본 단계는, 콘크리트물(210)에 가해지는 다방향 전단하중을 지지보완하기 위해 단홈(214)의 내측에 대응한 형태로 모듈화된 부FRP보강재(12)를 사전제작할 수 있다.

이때, FRP보강재(10) 및 부FRP보강재(12)는 하중에 대한 내구성ㆍ경량ㆍ내식성ㆍ성형성 등이 뛰어난 고성능ㆍ고기능성 재료인 유리나 카본섬유로 강화된 플라스틱계 복합재료(FRP, fiber reinforced plastics )를 성형하여 이루어지게 된다.(S300)

다음으로, (d)단계는, 내부로 투사되는 광의 일부를 반사하는 격자부(132)가 일측에 형성된 광섬유센서(130)가 FRP보강재(10)에 견고하게 고정된 상태로 함께 자유롭게 변형되도록 광섬유센서(130)와 FRP보강재(10) 간을 일체화시키는 단계이다.

본 단계는, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 FRP보강재(10)의 길이방향을 따라 사다리형 지지체(110)를 배치하는 단계와, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 지지체(110)와 이에 접하는 FRP보강재(10)에 의해 구획되는 내측공간(S)에 제1 에폭시층(120)을 소정 두께로 도포하여 지지체(110)를 FRP보강재(10)에 고정하는 단계와, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 격자부(132)가 제1 에폭시층(120)의 상부에 위치하도록 광섬유센서(130)를 설치하는 단계와, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 격자부(132)가 매몰되도록 제1 에폭시층(120)의 상부에 소정 두께로 제2 에폭시층(140)을 도포하여 지지체(110), 제1 에폭시층(120) 및 광섬유센서(130)를 일체화하는 단계로 구성될 수 있다.(S400)

이러한 일련의 본 단계를 통해 광섬유센서(130)의 격자부(132)는 제1,2 에폭시층(120,140)에 의해 안전하게 보호될 수 있고, 지지체(110) 길이에 대응한 충분한 부착 길이로 FRP보강재(10)에 견고하게 고정됨으로써 쉽게 탈락되지 않게 됨에 따라 콘크리트물(210)이나 FRP보강재(10)에 대한 변형여부를 정확하고 신뢰성 있게 감지할 수 있게 된다.

다음으로, (e)단계는, 광섬유센서(130)와 일체화된 FRP보강재(10)를 장형내화부재(230)에 형성된 끼움부(234)의 내측 이격공간(235)에 안착시킨 후 장형내화부재(230)를 장홈(212)에 압입고정하는 단계이다.

한편, 추가적으로 부FRP보강재(12)를 단형내화부재(240)의 부끼움부(244a,244b)에 안착시킨 후 단형내화부재(240)를 단홈(214)에 압입고정할 수 있다.(S500)

이때의 압입고정작업은, 볼트 및 너트와 같은 체결수단을 반복적으로 사용하여 수행하는 것이 아니라 단순히 FRP보강재(10)(및 부FRP보강재(12))가 안착된 끼움부(234)(및 부끼움부(244a,244b))가 장홈(212)(및 단홈(214)) 내측으로 안내된 후 장형내화부재(230)의 일부(232a)(및 단형내화부재(240))와 장홈(212)(및 단홈(214))이 꼭 맞게 끼워지도록 하는 작업자의 타격에 의해 용이하고 신속하게 수행될 수 있다.

마지막으로, (f)단계는, 장홈(212)의 양단부 측에 개방된 공간을 통해 에폭시(E)를 충전하여 FRP보강재(10)의 견고한 고정이 이루어지도록 한다. 또한, 추가적으로 단홈(214)의 일단부 측에 개방된 공간을 통해서도 마찬가지로 에폭시(E)를 충전하여 부FRP보강재(12)가 이탈되지 않고 견고한 고정이 이루어지도록 한다.

위와 같은 FRP보강재(10) 및 부FRP보강재(12)에 대한 에폭시(E) 접합의 적용시기는, 상술한 (e)단계 이전에 미리 장홈(212)이나 단홈(214)에 에폭시(E)를 적당량 도포하는 방식으로도 이루어질 수도 있지만, 깔끔하고 밀착력 있는 정확한 에폭시(E) 접합을 위해서는 (e)단계 이후에 충전 또는 충진방식으로 수행하는 것이 바람직하다.(S600)

또한, 상술한 (a)단계, (b)단계 및 (c)단계는 서로 분리되거나 통합된 작업공간에서 동시 또는 이시에 순서를 바꾸며 이루어질 수 있는 단계들로서, 각각의 단계가 서로 영향을 주거나 받는 단계가 아니므로, 상술한 바와 같이 나열된 단계적 순서와 달리 수행될 수 있다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10: FRP보강재 12: 부FRP보강재
20: 인터로케이터 30: 컴퓨터
100: 광센서모듈 110: 지지체
112: 제1 프레임 114: 제2 프레임
T1,T2: 제1,2 프레임 두께 116a,116b: 체결홈, 체결돌기
118: 거치홈 S: 내측공간
120: 제1 에폭시층 130: 광섬유센서
132: 격자부(FBG) 140: 제2 에폭시층
200: 변형감지가 가능한 복합콘크리트물
210: 콘크리트물 210a: 보강면
210b: 인접면 212: 장홈
212a: 단턱 214: 단홈
E: 에폭시 230: 장형내화부재
232: 주가림판 232a: 주가림판의 일부
234: 끼움부 234a: 화살표형 끼움부
235,245: 이격공간 240: 단형내화부재
240a: 제1 내화부재 240b: 제2 내화부재
242a,242b: 부가림판 244a,244b: 부끼움부

Claims (9)

1. 하나 이상인 보강면의 길이방향을 따라 장홈이 형성된 콘크리트물;
   에폭시 접합에 의해 상기 장홈의 내측에 고정되어 상기 콘크리트물에 가해지는 휨하중을 지지보완하는 FRP보강재;
   상기 FRP보강재와 일체로 결합되어 함께 변형되며 내부로 투사되는 광의 일부를 반사하는 격자부가 일측에 형성된 광섬유센서를 통해 상기 콘크리트물이나 상기 FRP보강재에 대한 변형여부를 감지하는 광센서모듈; 및
   상기 에폭시, 상기 FRP보강재 및 상기 광센서모듈이 외부 열기로부터 차폐되도록, 상기 FRP보강재를 둘러싸듯이 상기 장홈에 압입고정되는 내열소재의 장형내화부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형감지가 가능한 복합콘크리트물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광센서모듈은,
   상기 FRP보강재와 접하며 그 길이방향을 따라 배치되어 상기 FRP보강재와 함께 변형되는 사다리형상의 지지체;
   상기 지지체와 이에 접하는 상기 FRP보강재에 의해 구획되는 내측공간에 소정 두께로 도포되어 상기 지지체를 상기 FRP보강재에 고정하는 제1 에폭시층;
   상기 격자부가 상기 제1 에폭시층의 상부에 위치하도록 설치되는 상기 광섬유센서; 및
   상기 격자부가 매몰되도록 상기 제1 에폭시층의 상부에 소정 두께로 도포되어 상기 지지체, 상기 제1 에폭시층 및 상기 광섬유센서와 일체화되는 제2 에폭시층을 포함하는 것을 특징으로 하는 변형감지가 가능한 복합콘크리트물.
3. 제2항에 있어서,
   상기 지지체는,
   상기 FRP보강재의 길이방향으로 각각 형성되어 서로 마주보도록 이격배치되는 한 쌍의 제1 프레임; 및 상기 FRP보강재의 길이방향을 따라 이격배치되며 한 쌍의 제1 프레임 사이를 연결하도록 결합되어 상기 격자부를 지지하는 복수의 제2 프레임을 포함하고,
   상기 FRP보강재를 기준으로 한 상기 제1 프레임의 두께는,
   상기 제2 프레임에 지지된 상기 격자부가 외측으로 돌출되지 않도록 상기 제2 프레임보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 변형감지가 가능한 복합콘크리트물.
4. 제1항에 있어서,
   상기 장형내화부재는,
   상기 장홈이 외부로 노출되지 않도록 일부가 상기 장홈에 끼워진 상태로 상기 장홈을 덮어 차폐하는 내열소재의 주가림판; 및
   상기 주가림판에서 한 쌍이 이격된 상태로 돌출형성되어 내측 이격공간에 상기 FRP보강재를 수용하며 상기 장홈에 삽입되는 끼움부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형감지가 가능한 복합콘크리트물.
5. 제4항에 있어서,
   상기 끼움부는,
   상기 장홈 내부에서 확장형성된 단턱에 걸림 고정되도록, 삽입방향 단부가 화살표 형상으로 절곡되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 변형감지가 가능한 복합콘크리트물.
6. 제1항에 있어서,
   상기 콘크리트물은,
   하나 이상인 보강면의 길이방향으로 이격배치되며 보강면과 이에 인접한 면의 폭방향을 따라 복수의 '」'형 단홈이 서로 마주보도록 형성되고,
   상기 변형감지가 가능한 복합콘크리트물은,
   에폭시 접합에 의해 상기 단홈의 내측에 고정되어 상기 콘크리트물에 가해지는 다방향 전단하중을 지지보완하는 부FRP보강재; 및
   상기 부FRP보강재가 외부 열기로부터 차폐되도록, 상기 부FRP보강재를 둘러싸듯이 상기 단홈에 압입고정되는 내열소재의 단형내화부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변형감지가 가능한 복합콘크리트물.
7. 제2항에 있어서,
   상기 변형감지가 가능한 복합콘크리트물은,
   상기 광섬유센서의 양단과 각각 연결된 상태로 반사광의 특성 변화를 수신하여 상기 콘크리트물 또는 상기 FRP보강재의 변형여부를 판별하는 인터로케이터; 및
   상기 인터로케이터와 연결되어 상기 콘크리트물 또는 상기 FRP보강재의 변형여부를 실시간 모니터링하며 모니터링된 정보를 저장하고, 세팅된 한계를 넘어서는 변형이 발생한 경우 사용자에게 알림을 제공하는 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변형감지가 가능한 복합콘크리트물.
8. (a) 기설치된 콘크리트물의 외면 중 하나 이상인 보강면의 길이방향을 따라 장홈을 형성하거나 상기 콘크리트물과 함께 상기 장홈을 일체로 성형하는 단계;
   (b) 내열소재의 주가림판에서 서로 이격된 한 쌍의 끼움부를 돌출형성하거나 상기 주가림판에 별물의 상기 끼움부를 결합하여 장형내화부재를 모듈형태로 사전제작하는 단계;
   (c) 상기 끼움부의 내측 이격공간에 수용가능하고, 상기 장홈의 길이에 대응하는 막대형태로 FRP보강재를 사전제작하는 단계;
   (d) 내부로 투사되는 광의 일부를 반사하는 격자부가 일측에 형성된 광섬유센서가 상기 FRP보강재의 길이방향을 따라 상기 FRP보강재에 일체화되도록 설치하는 단계;
   (e) 상기 FRP보강재를 상기 끼움부의 내측 이격공간에 안착시킨 후 상기 장형내화부재를 상기 장홈에 압입고정하는 단계; 및
   (f) 상기 장홈의 양단부 측에 개방된 공간을 통해 에폭시를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형감지가 가능한 복합콘크리트물의 제조방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 (d)단계는,
   상기 FRP보강재의 길이방향을 따라 사다리형 지지체를 배치하는 단계;
   상기 지지체와 이에 접하는 상기 FRP보강재에 의해 구획되는 내측공간에 제1 에폭시층을 소정 두께로 도포하여 상기 지지체를 상기 FRP보강재에 고정하는 단계;
   상기 격자부가 상기 제1 에폭시층의 상부에 위치하도록 상기 광섬유센서를 설치하는 단계; 및
   상기 격자부가 매몰되도록 상기 제1 에폭시층의 상부에 소정 두께로 제2 에폭시층을 도포하여 상기 지지체, 상기 제1 에폭시층 및 상기 광섬유센서를 일체화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형감지가 가능한 복합콘크리트물의 제조방법.

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