KR101502517B1

KR101502517B1 - 구조물 보강용 섬유보강패널 및 이를 이용한 구조물 내진보강공법

Info

Publication number: KR101502517B1
Application number: KR20140114370A
Authority: KR
Inventors: 이희연
Original assignee: 에프알앤디건설(주); 주식회사 디앤시스
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2015-03-20
Anticipated expiration: 2034-08-29

Abstract

본 발명은 다수의 섬유보강시트(110)가 접착제의 함침에 의해 적층되어 형성되며, 섬유보강시트(110)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 중 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는 구조물 보강용 섬유보강패널(100) 및 이를 이용한 구조물 내진보강공법을 제시함으로써, 콘크리트 구조물의 보수, 보강효과를 향상시켜 성능을 극대화하며, 환경적인 요인에 의한 강도저하의 우려를 방지하고, 공사기간을 단축시키며, 시공이 용이하고, 시공비를 절감하여 경제적이도록 한다.

Description

구조물 보강용 섬유보강패널 및 이를 이용한 구조물 내진보강공법{FIBER COMPOSITE PANEL AND STRENGTHENING METHOD OF CONCRETE STRUCTURE USING THE SAME THING}

본 발명은 토목, 건설 기술분야에 관한 것으로서, 상세하게는 구조물 보강용 섬유보강패널 및 이를 이용한 구조물 내진보강공법에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트는 시멘트, 굵은골재, 잔골재, 혼화재 등으로 구성된다.

이와 같이 콘크리트는 다른 건설자재(철근)와 달리 재료의 구성성분이 다양하며, 서로 다른 이질의 물성들이 서로 혼입되어 있다,.

따라서, 콘크리트의 품질은 구성재료의 품질과 밀접한 관계가 있으며, 배합비, 타설방법, 양생법에 따라 다르다는 특성이 있다.

품질이 좋은 콘크리트는 경제적이고, 반영구적이기 때문에 오래 전부터 건축 및 토목재료에 사용되고 있다.

그러나, 품질이 낮은 콘크리트를 생산하여 사용하거나, 외부의 열악한 환경에 콘크리트 구조물이 노출되었을 경우에는 콘크리트가 급속하게 약화된다.

또한, 최근에는 콘크리트 구조물의 형태가 다양화되고 복잡해짐에 따라, 사전에 계획된 설계 하중보다 더 큰 하중이 가해지는 경우가 발생하게 되어 콘크리트 구조물의 강도를 향상시켜야 하는 경우가 증가하는 추세이다.

특히, 교량의 경우에는 차량이 대형화되면서 중차량에 견딜 수 있는 구조물이 요구됨으로써 성능 개선이 필요한 실정이다.

또한, 건축물의 경우에는 경제적인 부담이 큰 신축에 비하여 용도변경 및 리모델링을 하는데 이러한 경우, 구조물이 설계된 하중 이상의 하중이 요구됨으로써 보강의 필요성이 중요시 되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 과거에는 주로 철판을 이용한 보강공법을 많이 사용하였다.

하지만 이러한 공법은, 철판의 무게로 인해서 콘크리트 구조물의 자중이 증가하고, 시간이 지남에 따라 부식이 발생하여 미관상 보기에 좋지 않고, 환경오염의 원인이 되었다.

보다 구체적으로, 1980년대 콘크리트 구조물의 내하력 부족에 대응하기 위한 보강공법은 강판 접착 공법 또는 외부 프리스트레싱 공법과 같은 강재를 이용한 공법이 사용되었다.

이러한 공법들은 사하중이 증가하고, 상대적으로 낮은 강성, 부식발생, 보강 구조물 주변의 손상 등과 같은 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 최근에는 상기 문제점을 해결하기 위해, 철근에 비해 무게가 가볍고, 부식의 위험이 없는 섬유시트(유리섬유, 아라미드섬유, 탄소섬유, 등)를 이용한 보강공법이 많이 적용되고 있다.

이는, 단일의 섬유(유리섬유, 아라미드섬유, 탄소섬유, 등 중 어느 하나)를 패널형태로 제작하여 콘크리트 구조물의 보강부위에 부착시키는 공법이다.

섬유시트는 강성과 탄성계수가 높기 때문에 콘크리트 보강재로서 매우 우수한 역학적 특성을 가지고 있다.

그러나, 종래의 섬유보강패널을 이용한 구조물의 보강공법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 종래의 보강공법은 콘크리트 표면에 보강재를 설치하여 접착제를 주입하는 방법으로서, 설치 후 주입공정의 추가로 공기가 늘어나는 문제점이 있다.

둘째, 구조체가 보강하중 이상의 하중을 받게 되었을 경우, 보강재와 콘크리트 계면의 탈락에 의하여 하중이 급격히 저하되는 문제점이 있다.

셋째, 종래의 보강공법은 섬유보강재와 콘크리트면 사이에 에폭시를 주입하는데, 이 공정으로 인하여 콘크리트의 통기성이 저해될 우려가 있다.

이러한 경우, 철근콘크리트 내부에 습도가 높아짐에 따라, 철근이 부식할 수 있는 환경이 조성된다.

특히 교량의 슬래브, 해양 구조물의 경우에는 염분이 철근콘크리트 내부로 쉽게 침투할 수 있기 때문에, 철근의 부식을 급속히 진행시키므로 균열이 발생하고 이로 인한, 단면 박리 및 탈락이 발생함에 따라, 철근콘크리트 구조물의 붕괴까지 이를 수 있다는 문제점이 있다.

섬유보강재를 이용한 구조물 보강공법과 관련된 종래의 특허로는, '특허번호 1010650500000, 탄소판 접착 및 주입방식에 의한 콘크리트 구조물의 보강 및 보수공법'이 있다.

위의 특허에서는 성능이 저하된 콘크리트 구조물의 구조 성능 및 내구성능을 증진시키기 위하여, 탄소섬유판을 접착하고 탄소판과 콘크리트 구조물 사이의 간극에 주입재를 주입하여 일체화 시키는 방법을 제시하고 있다.

그러나 이 방법은 섬유판과 콘크리트 사이에 주입한 주입재 부분에 공기가 통하지 않아 콘크리트 자체적인 습도의 상승으로 철근의 부식이 진행되면 철근의 단면적이 증가하기 때문에 콘크리트에 균열이 발생 할 수 있다.

이 균열을 통해서 이산화탄소가 침투하여 중성화현상으로 인해 철근은 더욱 더 부식하게 되는 악순환을 반복하게 된다.

또한, 시공과정에서 탄소판 부착 후 주입재 주입이라는 공정이 추가됨으로 인해 공기가 증가하는 단점이 있다.

그리고, 가격이 비싼 탄소섬유판을 이용하기 때문에 자재원가의 증가로 공사비가 증가하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 콘크리트 구조물의 보수, 보강효과를 향상시켜 성능을 극대화하며, 환경적인 요인에 의한 강도저하의 우려를 방지하고, 공사기간을 단축시키며, 시공이 용이하고, 시공비를 절감하여 경제적인 구조물 보강용 섬유보강패널 및 이를 이용한 구조물 내진보강공법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 다수의 섬유보강시트(110)가 접착제의 함침에 의해 적층되어 형성되며, 상기 섬유보강시트(110)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 중 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는 구조물 보강용 섬유보강패널(100)을 제시한다.

상기 섬유보강패널(100)은 폭이 100~1000mm이며, 두께가 1~100mm인 것이 바람직하다.

상기 섬유보강시트는 상기 탄소 섬유 및 유리 섬유의 혼합 또는 상기 아라미드 섬유 및 유리 섬유의 혼합에 의해 형성되며, 상기 혼합 비율은 0.8~1.2 : 5~9인 것이 바람직하다.

상기 다수의 섬유보강시트(110)는 인장방향을 따라 적층되어 형성된 것이 바람직하다.

상기 다수의 섬유보강시트(110) 중, 일부가 인장력에 의해 섬유밀림 현상을 방지하기 위하여, 인장방향의 직교방향을 따라 보강된 것이 바람직하다.

상기 섬유보강패널(100)은 고정부재(10)에 의하여 구조물(200)에 결합하도록, 고정부재 삽입공(101);이 형성된 것이 바람직하다.

상기 고정부재 삽입공(101)은 상기 섬유보강패널(100)의 단부를 기준으로 1/10~1/2의 위치에 다수가 형성된 것이 바람직하다.

상기 섬유보강패널(100)은 너트(50)에 의하여 상기 고정부재 삽입공(101)에 삽입된 상기 고정부재(10)가 고정됨과 아울러, 상기 너트(50)와 섬유보강패널(100) 사이 및 상기 구조물(200)과 섬유보강패널(100) 사이에 와셔(60)가 끼워진 구조로 설치되는 것이 바람직하다.

상기 섬유보강패널(100)은 외측 양단에 부착된 부직포(20);를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 부직포(20)에는 상기 섬유보강패널(100)에 형성된 상기 고정부재 삽입공(101)과 연통하도록, 고정부재 삽입공(101)이 형성된 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 섬유보강패널(100)을 이용한 구조물 내진보강공법으로서, 구조물(200)의 보강부위를 청소하는 청소단계; 상기 구조물(200)의 보강부위에 고정부재(10)를 이용하여 상기 섬유보강패널(100)을 고정하기 위하여, 고정부재 설치용 홀(201)을 천공하는 천공단계; 상기 구조물(200)의 보강부위에 상기 섬유보강패널(100)을 부착한 후, 상기 고정부재(10)를 이용하여 고정하는 섬유보강패널 부착단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 내진보강공법을 함께 제시한다.

상기 섬유보강패널(100)은 상기 고정부재(10)에 의하여 구조물(200)에 결합하도록, 상기 고정부재 설치용 홀(201)과 연통하는 위치에 고정부재 삽입공(101)이 형성된 것이 바람직하다.

상기 고정부재 설치용 홀(201) 및 고정부재 삽입공(101)은 직경이 6~11mm, 깊이가 30~80mm인 것이 바람직하다.

상기 섬유보강패널(100) 부착단계는 상기 고정부재 설치용 홀(201)에 에폭시(30)를 주입하기 위하여, 상기 고정부재 설치용 홀(201)의 입구에서 소정 깊이만큼 상기 홀의 직경보다 큰 직경으로 천공하여 에폭시 주입용 홀(202)을 형성하는 단계; 상기 에폭시 주입용 홀(202)의 내부에 고정부재(10)를 고정하기 위한 에폭시(30)를 주입하는 에폭시 주입단계; 상기 고정부재 설치용 홀(201) 및 고정부재 삽입공(101)에 상기 고정부재(10)를 삽입하여 상기 구조물(200)과 상기 섬유보강패널(100)을 일체화하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 고정부재 설치용 홀(201)을 천공하는 천공단계는 직경이 6~11mm인 드릴비트를 이용하여 30~80mm 깊이만큼 천공하며, 상기 에폭시 주입용 홀(202)을 형성하는 단계는 직경이 8~13mm인 드릴비트를 이용하여 상기 고정부재 설치용 홀(201)의 입구로부터 10~30mm 깊이만큼 천공하는 것이 바람직하다.

상기 에폭시 주입단계는 상기 에폭시(30)를 주입한 이후, 상기 에폭시를 경화하는 단계;를 더 포함하며, 상기 에폭시를 경화하는 경화시간은 +5℃~+10℃에서 85~95분, +10℃~+20℃에서 55~65분, +20℃~+30℃에서 40~50분, +30℃~+40℃에서 30~40분인 것이 바람직하다.

상기 섬유보강패널(100) 부착단계에서, 상기 고정부재(10)를 이용하여 상기 구조물(200)의 보강부위에 상기 섬유보강패널(100)을 고정 한 후, 상기 고정부재(10)의 머리부에 캡(12)을 씌워 마무리하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은 콘크리트 구조물의 보수, 보강효과를 향상시켜 성능을 극대화하며, 환경적인 요인에 의한 강도저하의 우려를 방지하고, 공사기간을 단축시키며, 시공이 용이하고, 시공비를 절감하여 경제적인 구조물 보강용 섬유보강패널 및 이를 이용한 구조물 내진보강공법을 제시한다.

도 1 내지 도 12는 본 발명에 의한 구조물 보강용 섬유보강패널의 실시예를 도시한 것으로서,
도 1은 섬유보강패널의 섬유밀림 인장시험을 실시한 평면도.
도 2는 섬유보강시트(110)의 배열을 도시한 사시도.
도 3은 재료의 물성치를 확인하기 위한 섬유보강재의 재료시험 시편을 도시한 단면도.
도 4는 도 3의 실험체의 사시도.
도 5는 섬유보강패널(100)을 도시한 평면도 및 단면도.
도 6은 콘크리트 구조물(200)의 슬래브에 하중을 가하는 방법을 도시한 단면도.
도 7은 섬유보강패널을 고정부재를 76개 사용하여 보강한 상태를 도시한 단면도.
도 8은 섬유보강패널을 에폭시와 고정부재를 76개 사용하여 보강한 상태를 도시한 단면도.
도 9는 고정부재를 56개 사용하여 보강한 상태를 도시한 단면도.
도 10은 앵커시공의 상세도.
도 11은 콘크리트 구조물의 계면에 에폭시를 주입하여 보강한 상태를 도시한 단면도.
도 12는 휨파괴 시험결과를 도시한 그래프.
도 13은 본 발명에 의한 구조물 내진보강공법의 공정도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 1 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제시하는 구조물 보강용 섬유보강패널(100)은 다수의 섬유보강시트(110)가 접착제의 함침에 의해 적층되어 형성되며, 섬유보강시트(110)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 중 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물로 형성된 것이 특징이다.

본 발명의 섬유보강패널(100)은 열화된 콘크리트 구조물(200)의 내하력을 증대시켜 구조물(200)의 내력 및 내진성능을 향상시키는 기능을 한다.

아울러, 기존의 섬유보강재를 구조물(200) 표면에 부착시키는 종래의 방법과 달리, 섬유보강시트(110)가 함침용 에폭시에 의하여 패널형태로 제작된 점이 특징이다.

본 발명의 섬유보강패널(100)은 섬유보강시트(110)가 파단 변형율이 3.0%이상인 유리섬유와 파단변형율이 1.7%이하인 탄소섬유가 적절한 비율로 혼합하여 제조된다.

따라서, 하이브리드 섬유시트의 장점인 연성율이 보다 증대되는 효과를 얻을 수 있으며, 강성 또한 증대되어 과도한 하중이 가해지는 철근콘크리트 구조물(200)의 파괴가 지연됨으로써, 구조물(200)의 안전성이 극대화되는 효과를 얻을 수 있다.

특히, 본 발명의 섬유보강패널(100)은 탄소섬유에 비하여 상대적으로 저렴한 유리섬유가 함께 혼합되기 때문에, 섬유원가가 절감되어 전체 공사비를 절감할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 섬유보강패널(100)이 다수의 섬유보강시트(110)가 접착제의 함침에 의해 적층되어 형성된 구조를 취하는 이유는, 섬유보강재와 고정부재와의 접합부분에서 인장력에 의해 섬유보강재가 박리될 우려를 방지하기 위함이다.

여기서, 접착제는 에폭시(30)를 사용하는 것이 기능적 측면에서 보다 바람직하다.

섬유보강패널(100)은 롤형태로 감겨진 상태로 공급이 되므로, 자재운송이 보다 용이하다는 장점이 있으며, 이음부를 최소화할 수 있어서 불필요한 이음부에서의 응력집중에 의한 국부적인 파손 등의 문제점을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 섬유보강패널(100)은 고정부재(10)에 의하여 구조물(200)에 결합하므로, 섬유보강패널(100)과 구조물이 완전하게 일체화됨으로써, 보수, 보강효과를 극대화할 수 있다.

이는, 구조적 안정성을 향상시키고 섬유보강패널(100)의 지속적인 성능 발휘를 확보하는 한편, 시공과정이 단순하다는 장점이 있다.

한편, 콘크리트 구조물의 통기성을 확보하는 것은 철근 콘크리트 내구성 측면에서 매우 중요하다.

따라서, 본 발명의 섬유보강패널(100)은 시공 시, 구조물(200)과 섬유보강패널(100) 사이의 간격에 여유공간이 생기도록 시공하므로, 통기성을 확보하여 환경적인 요인에 의한 강도저하의 문제점을 확실히 방지할 수 있다.

또한, 고정부재(10)로 셋 앵커(11)를 사용하는 것이 효과적인데, 본 발명은 이를 이용한 건식공법을 통해 공사기간을 단축시킬 수 있다는 장점을 더불어 얻을 수 있다.

보다 구체적으로, 섬유보강패널(100)은 폭이 100~1000mm이며, 두께가 1~100mm인 것이 바람직하다.

이를 통해, 섬유보강패널(100)의 운반이 용이하다는 장점이 있다.

섬유보강시트는 탄소 섬유 및 유리 섬유의 혼합 또는 아라미드 섬유 및 유리 섬유의 혼합에 의해 형성되는 것이 보다 바람직하다.

여기서, 상기 혼합 비율은 0.8~1.2 : 5~9인 것이 바람직하다.

본 발명의 섬유보강패널(100)은 위의 혼합비율에 따라 제조됨으로써, 구조물이 최대하중을 받을 경우에 선형거동에 의한 급격한 파괴를 방지하고, 연성적으로 파괴할 수 있도록 함으로써 콘크리트 구조물 내진보강공법의 안전성을 향상시킬 수 있다.

한편, 다수의 섬유보강시트(110)는 인장방향을 따라 적층되어 형성된다.

섬유보강패널(100)에 의해 보강된 구조물(200)은 하중의 증가에 의하여 인장력을 받게된다.

상기 인장력에 의하여 섬유보강패널(100)과 고정부재(10)와의 접촉영역에서 섬유의 밀림현상이 발생하고, 이로 인하여 보강성능이 저하될 우려가 있다.

위의 우려를 방지하기 위하여, 본 발명은 인장방향의 하중에 저항하는 다수의 섬유보강시트(110) 중, 일부가 인장방향의 직교방향을 따라 보강되도록 배치된 것이 특징이다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 섬유보강패널(100)은 고정부재(10)에 의하여 구조물(200)과 일체화 결합됨으로써, 구조물(200)의 내력 및 강성을 극대화하는 것이 특징이다.

여기서, 고정부재(10)는 셋 앵커(11)가 사용됨으로써, 상기 기능을 효과적으로 발휘할 수 있다.

셋 앵커(11)는 앵커의 직경으로 천공된 홀에 앵커가 삽입되면서 앵커의 밑부분에 있는 철물이 벌어지면서 고정되는 원리로 사용된다.

고정부재(10)가 삽입되기 위하여, 섬유보강패널(100)은 고정부재 삽입공(101)이 형성된다.

마찬가지로, 구조물(200)의 보강부위에도 고정부재(10)가 삽입되기 위한 고정부재 설치용 홀(201)이 형성된다.

고정부재 설치용 홀(201)은 인장력을 받는 슬래브의 표면에 주근 및 보강근의 간격을 파악하고, 철근을 피하여 형성되는 것이 바람직하다.

특히, 고정부재(10)의 위치는 섬유보강패널(100)의 단부에 집중적인 하중이 가해지므로, 단부를 기준으로 1/10~1/2의 위치에 다수가 집중되어 배치되고, 1/2 이후 영역부터 중앙부까지는 여유롭게 배치된 구조가 보다 바람직하다.

또한, 섬유보강패널(100)의 설치 구조에 있어서, 너트(50)에 의하여 고정부재 삽입공(101)에 삽입된 고정부재(10)가 고정되는 것이 바람직하다.

더불어, 너트(50)와 섬유보강패널(100) 사이 및 구조물(200)과 섬유보강패널(100) 사이에 와셔(60)가 끼워진 구조로 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 고정부재(10)는 보다 효과적인 기능 발휘를 위하여, 직경이 5~10mm이고, 길이가 60~100mm인 것이 바람직하다.

또한, 고정부재(10)의 외측에 아연 도금이 이루어진 것이 사용됨에 따라 습기에 의한 부식을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 섬유보강패널(100)은 고정부재(10)가 삽입되는 부분 즉, 고정부재 삽입공(101)의 천공 시, 섬유보강재가 찢어지는 현상을 방지하기 위하여, 섬유보강패널(100)의 외측 양단에 부직포(20)가 부착된 것이 바람직하다.

부직포(20)에도 마찬가지로, 섬유보강패널(100)에 형성된 고정부재 삽입공(101)과 연통하도록, 고정부재 삽입공(101)이 형성된 것이 바람직하다.

본 발명의 섬유보강패널(100)을 이용한 구조물 내진보강공법은 다음과 같은 공정으로 이루어진다(도 13).

먼저 손상된 구조물(200)의 보강부위를 청소하는 청소단계가 이루어진다.

이 단계는 구조물(200)의 보강부위를 핸드 그라인더를 이용하여 편평하게 한 후, 에어리스건을 이용하여 분진을 제거하는 방식으로 이루어진다.

그리고 구조물(200)의 보강부위에 고정부재(10)를 이용하여 섬유보강패널(100)을 고정하기 위하여, 드릴비트로 고정부재 설치용 홀(201)을 천공하는 천공단계가 이루어진다.

다음으로, 구조물(200)의 보강부위에 섬유보강패널(100)을 부착한 후, 고정부재(10)를 이용하여 고정하는 섬유보강패널 부착단계가 이루어진다.

여기서, 섬유보강패널(100)은 고정부재(10)에 의하여 구조물(200)에 결합하도록, 고정부재 설치용 홀(201)과 연통하는 위치에 고정부재 삽입공(101)이 형성된다.

또한, 고정부재 설치용 홀(201) 및 고정부재 삽입공(101)은 직경이 6~11mm, 깊이가 30~80mm인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 공법에 있어서, 섬유보강패널(100) 부착단계는 위와 같이 고정부재(10)에 의해서만 보강할 수도 있지만, 에폭시(30)를 추가로 주입하여 고정부재(10)와 에폭시(30)에 의해 보강할 수 도 있다.

에폭시(30)에 의하여 고정부재(10)가 인장력에 의해 미세한 뽑힘 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이러한 공정은 다음과 같이 이루어진다.

고정부재 설치용 홀(201)에 에폭시(30)를 주입하기 위하여, 고정부재 설치용 홀(201)의 입구에서 1/3정도 깊이만큼 홀의 직경보다 큰 직경으로 천공하여 에폭시 주입용 홀(202)을 형성한다.

에폭시 주입용 홀(202)의 내부에 고정부재(10)를 고정하기 위한 에폭시(30)를 주입한 후, 고정부재 설치용 홀(201) 및 고정부재 삽입공(101)에 고정부재(10)를 삽입하여 구조물(200)과 섬유보강패널(100)을 일체화한다.

고정부재(10)로 사용된 셋 앵커(11)는 그 직경으로 천공된 홀에 삽입되면서 앵커(11)의 하단에 부착되어 있는 철물이 벌어지면서 고정되기 때문에, 이와 같이 벌어지기 위한 최소한의 깊이가 필요하다.

앞서, 고정부재 설치용 홀(201)을 천공하는 천공단계는 직경이 6~11mm인 드릴비트를 이용하여 30~80mm 깊이만큼 천공한다.

또한, 에폭시 주입용 홀(202)을 형성하는 단계는 직경이 8~13mm인 드릴비트를 이용하여 고정부재 설치용 홀(201)의 입구로부터 10~30mm 깊이만큼 천공한다.

또한, 에폭시(30)를 주입한 이후, 에폭시를 경화하는 단계가 이루어지며, 경화시간은 +5℃~+10℃에서 85~95분, +10℃~+20℃에서 55~65분, +20℃~+30℃에서 40~50분, +30℃~+40℃에서 30~40분인 것이 바람직하다.

한편, 섬유보강패널(100) 부착단계에서, 고정부재(10)를 이용하여 구조물(200)의 보강부위에 섬유보강패널(100)을 고정 한 후, 고정부재(10)의 머리부에 캡(12)을 씌워 마무리하는 단계가 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 효과를 알아보기 위한 실험예에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 섬유보강패널(100)을 형성하는 섬유보강시트(110)의 적층수를 결정하기 위하여, 섬유보강패널(100)의 섬유밀림 인장시험을 실시한 평면도이다.

즉, 인장력에 의하여 고정부재(10)의 부분에 접하는 섬유보강패널(100)의 밀림현상을 방지하기 위한 시험이라 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 섬유보강패널(100)의 인장력에 의한 밀림현상을 방지하기 위한 섬유보강시트(110)의 배열에 관한 사시도이다.

일렬배열은 3겹으로 모든 시험체가 동일하며, 직교배열의 겹수와 부직포(20)의 겹수를 변화시켜 고정부재(10)가 파괴되지 않으면서 섬유가 밀림에 의해 파괴되는 하중이 가장 큰 보강겹수를 정하기 위하여 실시하였다.

하기 표 1은 도 1에서 도시한 섬유밀림 인장시험의 결과를 나타낸 것이다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 부직포 겹수의 증가는 섬유밀림 파단 하중에 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있다.

또한, 직교방향 섬유보강시트 1겹, 2겹, 3겹을 비교하면, 3겹의 경우 파단하중이 가장 높았지만 앵커가 전단 파괴되었고, 2겹의 경우 섬유밀림과 앵커전단파괴가 고루 나타난 것으로 보아 두 파괴 모드의 경계점이라는 것을 확인할 수 있었다.

1겹의 경우, 10.72kN으로 섬유밀림 파단 중 가장 높은 하중을 나타내었다.

따라서 위의 시험결과에 의하여, 하이브리드 섬유보강패널은 부직포2겹과, 인장방향을 따라 적층된 섬유보강시트(110) 3겹과, 인장방향과 직교하는 방향으로 배치된 섬유보강시트(110) 1겹으로 구성하여 제작하였다.

도 3은 재료의 물성치를 확인하기 위한 섬유보강재의 재료시험 시편을 나타낸 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 재료시험 시편은 총 길이는 700mm로 양쪽에 150mm의 그립이 각각 포함되며, 시험체 폭은 100mm이며 두께는 5mm인 것을 사용하였다.

시험체의 중앙부에는 스트레인 게이지를 부착하여 재료의 파괴시 변형율을 측정하였다.

표 2는 위의 시험결과를 나타낸 것이다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 3번의 시험의 평균값으로 파괴 시 하중은 194.7kN이며, 인장강도는 374.7MPa, 파괴시 변형율은 1.91%, 탄성계수는 19.7GPa이다.

도 4는 위에서 사용한 실험체의 사시도이다.

손상을 입은 콘크리트 구조물(200)의 슬래브에 고정부재 설치용 홀(201)을 천공하고, 고정부재(10)와 에폭시 접착제(30)를 이용하여 섬유보강패널(100)과 구조물(200)을 일체화시켜 보강하였다.

즉, 도 4는 하중이 가해지는 콘크리트 구조물에 외부로부터 열화인자가 침입하고, 시간이 지남에 따라서 콘크리트 내부의 철근들이 부식하면서 외부에 작용하는 하중을 충분히 견디지 못 할 경우에, 철근 대용으로 본 발명의 섬유보강패널(100)을 매립하여 콘크리트 구조물이 원래의 기능을 발휘 할 수 있도록 하는 콘크리트 슬래브 보강 도면이라 할 수 있다.

도 5는 콘크리트 구조물(200)을 보강하기 위한 섬유보강패널(100)을 도시한 평면도 및 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 외측에 부직포(20)를 한겹씩 감싸고, 내부에는 인장방향으로 3겹의 섬유보강시트(110)를 넣고, 인장력에 의한 섬유밀림파단을 방지하기 위하여 직교방향으로 섬유보강시트(110)를 1겹 넣어 함침용 에폭시로 함침시켜 제조하였다.

도 6은 콘크리트 구조물(200)의 슬래브에 하중을 가하는 방법을 도시한 도면으로, 지점간 거리를 2m로 하고, 지점의 중앙부에 집중하중을 가하였다.

도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 섬유보강패널(100)은 인장방향의 섬유보강시트(110) 3겹, 직교방향 섬유보강시트 1겹, 부직포(200) 2겹으로 구성되며, 섬유보강시트(110)는 탄소섬유와 유리섬유의 비율이 1:5~9이다.

고정부재(10)를 이용하여 콘크리트 구조물(200)과 일체화시킨 후에 하중을 가해서 섬유보강패널(100)이 하중에 견디는 정도를 알아보기 위한 시험을 하였다.

즉, 보강된 슬래브에 하중(P)를 순차적으로 높여서, 하중의 크기에 따라 섬유보강패널(100)에 작용하는 변형율을 측정하여 보의 거동을 기준 시험체와 비교하여 보강효과를 규명하기 위한 것이다.

도 7은 본 발명의 섬유보강패널(100)을 고정부재(10)를 76개 사용하여 보강한 도면이다.

도 8은 고정부재 설치용 홀(201)에 에폭시(30)를 주입한 후, 고정부재(10)를 76개 사용하여 보강한 도면이다.

도 9는 도 8과 동일하지만, 고정부재(10)를 56개 사용하여 보강한 도면을 나타낸 것이며, 도 10은 고정부재 설치작업의 상세도를 도시한 것이다.

도 11은 섬유보강패널(100)의 부착 후, 콘크리트 구조물(200)의 계면에 에폭시(30)를 주입하여 보강한 상태를 도시한 도면이다.

상기 도면을 함께 참조하면, 본 발명은 콘크리트 보 하부에 섬유보강패널(100)을 보강하는 것으로 고정부재(10)를 이용하여 섬유보강패널(100)과 콘크리트 구조물(200)을 일체화 시켜 보강하여 보에 가해지는 하중을 견디기 위한 것이다.

섬유보강패널(100)은 상기에서 설명한 것과 같이 부직포와 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 하이브리드 섬유(탄소+유리, 유리+아라미드)시트를 함침용 에폭시(30)를 이용하여 패널형태로 제조하였으며, 부직포(20)는 고정부재(10)가 삽입될 구멍을 천공 시 쪼개짐을 방지하기 위하여 포함시켰으며, 직교방향의 섬유시트는 고정부재와의 접착면에서의 밀림에 의한 파단을 방지하기 위하여 포함시켰다.

고정부재(10)의 직경은 5mm~10mm, 길이는 60mm~100mm이며, 외부에 아연도금을 하여 습기에 의한 부식을 방지하였다.

고정부재 설치용 홀(201) 및 고정부재 삽입공(101)의 직경은 6mm~11mm, 깊이는 30mm~80mm로 하였다.

섬유보강패널(100)의 폭은 10mm~100mm이며, 두께는 롤 형식으로 감을 수 있도록 두께 1mm~100mm로 하였다.

시공 시 섬유보강패널(100)과 구조물(200) 사이의 간격은 1mm~5mm로 와셔를 이용하여 간격을 둠으로써, 통기성을 확보하도록 하였다.

표 3 및 도 12는 앞서 실험한 결과를 나타낸 것이다.

기준시험체인 RC 슬래브는 21.5kN에서 콘크리트 균열 후 58.8kN에서 철근 항복하여 최종적으로 65.5kN의 최대하중으로 휨파괴 하였다.

모든 보강 시험체는 기준시험체와 같이 콘크리트 균열 후 하부철근이 항복한 휨파괴하였으며, 앵커보강(76개)시험체는 기준시험체에 비하여 최대하중이 2.75배 증가하였고, 앵커(76개)+에폭시보강I 시험체는 3.13배, 앵커(56개)+에폭시 보강II 시험체는 2.75배, 에폭시보강 시험체는 3.08배 증가하였다는 것을 확인할 수 있었다.

각 시험체를 비교하면, 기준 시험체에 비하여 최대하중이 가장 많이 증가한 시험체는 앵커(76개) 및 에폭시(30)를 이용하여 보강한 시험체이다.

앵커(76개)만을 이용하여 보강한 시험체와 앵커(76개)와 에폭시(30)를 이용하여 시험체를 비교하면, 그래프 상에서 비슷한 파괴형태를 보이고 있고, 최대하중면에서 에폭시(30)로 앵커홀을 충진시킨 앵커(76개)와 에폭시를 이용하여 보강한 시험체가 더 증가하였음을 알 수 있다.

이는, 삽입된 고정부재(10)의 작은 틈을 에폭시(30) 접착재가 잡아주어 강성이 증가한 효과라고 할 수 있다.

한편, 에폭시(30)로 보강한 시험체는 다른 보강 시험체에 비하여 최대하중의 증가량은 높지만, 변형이 낮으며 급작스런 계면파괴에 의한 위험성이 있다.

이러한 결과로 보아 하이브리드 섬유보강패널(100)을 고정부재(10)를 이용하여 보강하였을 경우 기준시험체에 비하여 보강효과가 월등하다는 것을 알 수 있으며, 앵커삽입전에 에폭시(30)를 충진하였을 경우 충진효과가 있는 것을 알 수 있다.

그리고 기존의 보강법인 바닥면 에폭시 보강은 급작스런 내력저하에 의한 위험성이 있는 것을 확인할 수 있다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

10 : 고정부재 11 : 셋 앵커
12 : 캡 20 : 부직포
30 : 에폭시 40 : 강판
50 : 너트 60 : 와셔
100 : 섬유보강패널 101 : 고정부재 삽입공
110 : 섬유보강시트 200 : 구조물
201 : 고정부재 설치용 홀 202 : 에폭시 주입용 홀

Claims

섬유보강패널(100)을 이용한 구조물 내진보강공법으로서,
상기 섬유보강패널(100)은,
다수의 섬유보강시트(110)가 접착제의 함침에 의해 적층되어 형성되며,
폭이 100~1000mm이며, 두께가 1~100mm이고,
고정부재(10)에 의하여 구조물(200)에 결합하도록 형성된 고정부재 삽입공(101);
외측 양단에 부착된 부직포(20);를 포함하여 구성되며,
너트(50)에 의하여 상기 고정부재 삽입공(101)에 삽입된 상기 고정부재(10)가 고정됨과 아울러, 상기 너트(50)와 섬유보강패널(100) 사이 및 상기 구조물(200)과 섬유보강패널(100) 사이에 와셔(60)가 끼워진 구조로 설치되고,
상기 섬유보강시트(110)는,
상기 탄소 섬유 및 유리 섬유의 혼합 또는 상기 아라미드 섬유 및 유리 섬유의 혼합에 의해 형성되며, 상기 혼합 비율은 0.8~1.2 : 5~9이고,
상기 다수의 섬유보강시트(110)는 인장방향을 따라 적층되어 형성되며,
상기 다수의 섬유보강시트(110) 중, 일부가 인장력에 의해 섬유밀림 현상을 방지하기 위하여, 인장방향의 직교방향을 따라 보강되고,
상기 고정부재 삽입공(101)은, 상기 섬유보강패널(100)의 단부를 기준으로 1/10~1/2의 위치에 다수가 형성되고,
상기 부직포(20)에는 상기 섬유보강패널(100)에 형성된 상기 고정부재 삽입공(101)과 연통하도록, 고정부재 삽입공(101)이 형성되며,
상기 내진보강공법은,
구조물(200)의 보강부위를 청소하는 청소단계;
상기 구조물(200)의 보강부위에 고정부재(10)를 이용하여 상기 섬유보강패널(100)을 고정하기 위하여, 고정부재 설치용 홀(201)을 천공하는 천공단계;
상기 구조물(200)의 보강부위에 상기 섬유보강패널(100)을 부착한 후, 상기 고정부재(10)를 이용하여 고정하는 섬유보강패널 부착단계;를 포함하고,
상기 섬유보강패널(100)은,
상기 고정부재(10)에 의하여 구조물(200)에 결합하도록, 상기 고정부재 설치용 홀(201)과 연통하는 위치에 고정부재 삽입공(101)이 형성되며,
상기 고정부재 설치용 홀(201) 및 고정부재 삽입공(101)은 직경이 6~11mm, 깊이가 30~80mm이고,
상기 섬유보강패널(100) 부착단계는,
상기 고정부재 설치용 홀(201)에 에폭시(30)를 주입하기 위하여, 상기 고정부재 설치용 홀(201)의 입구에서 소정 깊이만큼 상기 홀의 직경보다 큰 직경으로 천공하여 에폭시 주입용 홀(202)을 형성하는 단계;
상기 에폭시 주입용 홀(202)의 내부에 고정부재(10)를 고정하기 위한 에폭시(30)를 주입하는 에폭시 주입단계;
상기 고정부재 설치용 홀(201) 및 고정부재 삽입공(101)에 상기 고정부재(10)를 삽입하여 상기 구조물(200)과 상기 섬유보강패널(100)을 일체화하는 단계;
상기 고정부재(10)를 이용하여 상기 구조물(200)의 보강부위에 상기 섬유보강패널(100)을 고정 한 후, 상기 고정부재(10)의 머리부에 캡(12)을 씌워 마무리하는 단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 내진보강공법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 고정부재 설치용 홀(201)을 천공하는 천공단계는
직경이 6~11mm인 드릴비트를 이용하여 30~80mm 깊이만큼 천공하며,
상기 에폭시 주입용 홀(202)을 형성하는 단계는
직경이 8~13mm인 드릴비트를 이용하여 상기 고정부재 설치용 홀(201)의 입구로부터 10~30mm 깊이만큼 천공하는 것을 특징으로 하는 구조물 내진보강공법.
제 1항에 있어서,
상기 에폭시 주입단계는
상기 에폭시(30)를 주입한 이후, 상기 에폭시를 경화하는 단계;를
더 포함하며,
상기 에폭시를 경화하는 경화시간은
+5℃~+10℃에서 85~95분, +10℃~+20℃에서 55~65분, +20℃~+30℃에서 40~50분, +30℃~+40℃에서 30~40분인 것을 특징으로 하는 구조물 내진보강공법.
삭제