구조물의 내진보강 시공방법 { Construction Method for Earthquake-proof of Structure}

본 발명은 구조물의 내진보강 시공방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 보, 기둥, 슬라브 등과 같은 구조물 표면에 페인팅(painting) 방식으로 시공하여 구조물의 내진 성능을 향상시킬 수 있는 구조물의 내진보강 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 지진이 발생하게 되면 지면에 놓인 모든 구조물들이 지면과 함께 움직이게 된다. 이는 지반이 흔들리게 되면 관성을 가진 구조물이 흔들리게 되며 구조물을 구성하고 있는 기둥, 보, 전단벽 또는 가새가 축력, 전단력, 휨모멘트 등의 형태로 지진의 영향을 받게 된다.

이에 최근에는 콘크리트,철근 콘크리트 구조의 건축구조물을 건축시 지진에 의하여 붕괴 또는 파괴되지 않도록 하기 위해 내진설계를 통한 시공을 하고 있다.

이와 같은 구조물의 내진성능 향상을 위한 방법의 일 예로 등록특허 제10-0894492호가 제안된 바 있다. 이는 아라미드 스트립 부재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 내진보강 시공방법에 관한 것으로, (a) 철근콘크리트 구조물의 열화된 콘크리트 영역을 포함하도록 아라미드 스트립 부재의 폭보다 넓게 상기 열화된 깊이이상으로 커팅 라인을 형성하는 단계, (b) 상기 커팅 라인 내측의 열화된 콘크리트를 취핑하여 제거하는 단계, (c) 상기 (b) 단계에서 열화된 콘크리트가 제거되어 형성된 요홈부 표면을 세척하는 단계, (d) 상기 요홈부에 아라미드 스트립 부재의 두께만큼을 남겨두고 고강도 수성 아크릴폴리머 모르타르를 채우는 단계, (e) 상기 요홈부보다 폭이 작은 아라미드 스트립 부재에 에폭시 레진을 도포한 후 고강도 수성 아크릴폴리머 모르타르 위에 부착하는 단계, (f) 상기 아라미드 스트립 부재의 양측 단부와 요홈부 사이에 에폭시 레진을 코킹� ��는 단계를 포함한다.

그런데 상기 등록특허의 경우 내진보강을 위해 구조물의 표면을 작업자가 커팅하여 요홈부를 형성해야 하므로 작업 시간이 많이 소요되고, 아라미드 스트립 부재를 부착이 가능하도록 요홈부의 폭을 일정하게 형성해야 하므로 작업에 정밀성이 요구된다. 즉 비숙련자의 경우 이 같은 구조물 내진보강을 위한 일련의 작업에 어려움이 있다.

더욱이 보강 작업이 쉽지 않은 구조물의 모서리 부분이나 표면이 고르지 않은 경우에는 요홈부의 형성이 어려워 시공에 어려움이 존재할 뿐만 아니라 구조물의 형상에도 상당한 제약이 따르는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 구조물의 내진성능 향상을 위한 보강 시공시 구조물의 표면에 보강재를 고정하기 위한 별도의 홈을 형성하거나 보강재를 맞춤식으로 재단할 필요가 없이 비숙련자도 용이하게 내진 시공을 수행할 수 있는 구조물의 내진보강 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 내진 보강 작업을 수행시 구조물의 형상에 구애받지 않고 구조물의 표면에 전체적으로 고르게 보강을 수행할 수 있고, 기존의 방식에 비해 구조물의 강도와 신장률 및 경도를 높일 수 있는 구조물의 내진보강 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

구조물의 표면에 폴리머 시멘트 콘크리트(PCC)와 슈퍼섬유를 100:0.8 ~ 100:1.2의 중량비율로 혼합한 1차 보강재를 도포하여 1차 보강층을 형성하는 제1 공정과; 상기 1차 보강층의 표면에 에폭시 퍼티와 슈퍼섬유를 100:0.8 ~ 100:1.2의 중량비율로 혼합한 2차 보강재를 도포하여 2차 보강층을 형성하는 제2 공정과; 상기 2차 보강층의 표면에 에폭시 퍼티와 슈퍼섬유를 100:0.8 ~ 100:1.2의 중량비율로 혼합한 3차 보강재를 도포하여 3차 보강층을 형성하는 제3 공정과; 상기 3차 보강층 표면에 폴리우레아 수지를 도포하여 상도층을 형성하는 제4 공정;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조물의 내진보강 시공방법을 제공한다.

이때, 상기 제1 공정 후 상기 제2 공정 전에, 상기 보강층의 형성시 결합력을 향상시켜 주기 위해 상기 1차 보강층의 표면에 에폭시를 코팅하여 하도층을 형성하는 제5 공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제2 공정 후 상기 제3 공정 전에, 상기 2차 보강층의 표면에 아라미드섬유(Aramid fiber) 또는 탄소섬유를 충진하거나 도포하여 접착층(22)을 형성하는 제6 공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제3 공정 후 상기 제4 공정 전에, 상기 3차 보강층(30)의 표면에 상기 상도층의 부착강도를 향상시켜 주기 위해 에폭시 프라이머를 도포하여 프라이머층을 형성하는 제7 공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 건축 구조물의 보, 기둥, 슬라브 등과 같은 구조물의 내진 성능을 향상하기 위해 폴리머 시멘트 콘크리트(PCC) 및 에폭시 퍼티에 슈퍼섬유를 100:0.8 ~ 100:1.2의 중량비율로 혼합한 1차 내지 3차 보강재를 도포하여 내진 보강을 수행함으로서 비숙련자도 용이하게 구조물의 균열 및 내진 보강 작업을 수행할 수 있다.

아울러, 본 발명은 내진보강을 위해 주로 페인트 방식으로 시공함에 따라 구조물의 표면 형상에 구애받지 않고 내진 보강을 수행할 수 있어 다양한 구조물에도 폭넓게 적용할 수 있을 뿐만 아니라 건축구조물의 모서리 부분과 같이 작업이 어려운 영역도 용이하게 시공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 구조물의 내진보강 시공 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 구조물의 내진보강 시공 단면도이다.

본 발명에 따른 구조물의 내진보강 시공방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다. 이때, 도 1은 본 발명에 따른 구조물의 내진보강 시공 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 구조물의 내진보강 시공 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 구조물의 내진보강 시공방법은 콘크리트 보, 기둥, 슬라브 등의 구조물(1)의 표면의 오염물질을 제거하는 표면처리 공정(S100)과, 상기 구조물(1)의 표면에 폴리머 시멘트 콘크리트(PCC)와 슈퍼섬유를 일정 비율로 혼합한 1차 보강재를 도포하여 1차 보강층(10)을 형성하는 1차 보강층 형성 공정(S110)과, 상기 1차 보강층(10)의 표면에 에폭시 퍼티와 슈퍼섬유를 일정 비율로 혼합한 2차 보강재를 도포하여 2차 보강층(20)을 형성하는 2차 보강층 형성 공정(S120), 상기 2차 보강층(20)의 표면에 에폭시 퍼티와 슈퍼섬유를 일정 비율로 혼합한 3차 보강재를 도포하여 3차 보강층(30)을 형성하는 3차 보강층 형성 공정(S130)과, 상기 3차 보강층(30) 표면에 폴리우레아 수지를 도포하여 상도층(40)을 형성하는 상도층 형성 공정(S140)으로 � �성된다.

이때 상기 1차 보강층 형성 공정(S110) 후에는 상기 2차 보강층(20)의 형성시 결합력을 향상시켜 주기 위해 1차 보강층(10)의 표면에 에폭시를 코팅하여 하도층(12)을 형성하는 하도층 형성 공정(S112)을 더 수행함이 바람직하다.

그리고 상기 3차 보강층(30)의 표면에는 상기 상도층(40)의 부착강도를 향상시켜 주기 위해 에폭시 프라이머를 도포하여 프라이머층(32)을 형성하는 프라이머층 형성 공정(S132)을 더 수행함이 바람직하다.

물론 상기 1차 내지 3차 보강재는 강도 향상 및 내진 보강을 위해 사용되는 것으로, 각 성분의 혼합 비율은 구조물(1)의 용도나 내진 보강 작업 환경 등에 따라 다양한 비율로 조정할 수 있음은 당연하다.

상기 폴리머 시멘트 콘크리트(Polymer Cement Concrete; PCC)는 시멘트를 주 결합재로 하고 소량의 수용성 또는 분산형 폴리머를 병행 투입하여 그 성능을 개선 시키거나 성질을 변화시키는 것으로, 사용되는 폴리머에 따라 외부에서 열을 가하여 경화를 촉진 시키기도 한다. 이는 접착성과 내구성의 특성을 요구하는 교량 상판(overlay), 바닥 미장재 등에 시공할 수 있다.

상기 슈퍼 섬유는 통상 콘크리트몰탈, 철근콘크리트공사 철근대용으로 사용하는 양생균열제어 보강재로 사용하는 것으로, 이는 단위당 수량이 많아서 효과가 극대화되고, 양생균열과 건조수축 및 온도균열을 제어하고, 비중이 물보다 무거워 표면에 뜨지 않는다. 슈퍼마이크로 섬유는 기계미장시 깨끗한 표면을 얻을 수 있는 것으로, 내화학성과 내구성이 우수하며, 높은 내마모성과 충격저항성 및 내진저항성을 갖는다.

특히 슈퍼마이크로 섬유는 양생균열과 건조수축 균열제어 능력이 탁월하고, 내마모성이 증대되며, 높은 내화학성과 내구성을 갖는 것으로, 점착성 증대로 인해 경사면과 수직면 등의 크랙방지 및 바닥 정지재로 우수하며, 바닥용 마감재로 사용시 결합력 증대로 인해 균열, 피놀, 인장력, 신축률이 우수하다.

한편, 상기 에폭시 퍼티(빠데)는 에폭시 빠데(퍼티)는 구조물 표면의 크랙이나 홈이 파인곳 등을 매꾸고 보강해주기 위해 사용하며, 주제와 경화제를 예를 들어 1:1의 중량 비율로 혼합하여 사용한다.

또한, 상기 에폭시 프라이머는 도포시 한곳에 뭉치지 않게 로라, 붓 등을 이용하여 골고루 도포하며, 이 경우 주제와 경화제를 예를 들어 1:1의 중량 비율로 혼합하여 사용한다.

그리고 폴리우레아 수지는 말단에 1급 아민을 갖고 있는 폴리에테르아민과 이소시아네이트와의 반응생성물로서, 상업화된 고압, 고온의 충돌혼합 스프레이 기계로 탄성도막(스프레이 탄성체)을 만들 수 있다. 이는 폴리에테르아민(Polyetheramine)을 원료로 사용하며, 100% 고형분으로 휘발분이 전혀 없다. 이와 같은 폴리우레아 수지는 무촉매의 초속경화형으로, 이를 이용해 통상적으로 방수처리를 위해 사용시 스프레이 후 3 ~ 5초 내의 겔타임을 가지므로 경사면과 수직면에서도 흘러내림 없이 스프레이할 수 있으며 지촉건조 시간이 30초 이내이다. 시공하는 동안에 물과 온도의 영향을 거의 받지 않으며, 기후변화, 습기, 열, 냉기 등의 영향을 적게 받는다.

그리고 폴리우레아 수지는 여러 가지 피착물에 대한 접착력이 우수하다. 이 수지들의 빠른 반응성을 이용하면 우수한 접착력을 갖는 탄성체를 제조할 수 있다. 폴리우레아수지의 접착력에 영향을 주는 요인들로는 피착물의 표면조건(처리), 수지의 처방기술 및 그 반응성 등이 있으며, 시공할 때 이러한 요인들을 참고해야 한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참고로 본 발명에 따른 본 발명에 따른 구조물의 내진보강 시공 과정을 구체적으로 설명한다.

(S100) 표면처리 공정

우선 내진 보강이 필요한 보, 기둥, 슬라브 등과 같은 구조물(1) 표면의 레이턴스(LAITANCE), 먼지, 유분 등과 같은 오염물질을 완전히 제거한다.

상기 바탕처리는 블라스팅(BLASTING), 치핑(CHIPPING), 다이아몬드 휠 그라인딩(DIAMOND WHEEL GRINDING) 등을 통해 면처리함으로서 오염물질을 제거할 수 있다.

(S110) 1차 보강층 형성 공정

상기 공정(S100)을 통해 구조물(1)의 표면 처리를 수행한 후, 구조물(1) 표면에 폴리머 시멘트 콘크리트(PCC)와 슈퍼섬유를 일 예로 100:1의 중량비율로 혼합한 상태의 1차 보강재를 도포하여 1차 보강층(10)을 형성한다.

이때, 상기 1차 보강재는 폴리머 시멘트 콘크리트(PCC)와 슈퍼섬유를 100:0.8 ~ 100:1.2의 중량비율로 혼합한다. 이 경우 폴리머 시멘트 콘크리트(PCC)와 슈퍼섬유를 100:1의 중량비율로 혼합함이 바람직하다.

또한, 상기 1차 보강층(10)의 두께는 일 예로 0.5 ~ 2㎜로 형성함이 바람직하며, 이는 필요에 따라 다양한 두께로 형성할 수 있다. 특히 1차 보강층(10)은 내진 보강이 필요한 구조물 표면에 부분적 또는 전체적으로 형성할 수 있다.

이와 같은 1차 보강재는 슈퍼섬유가 함유되어 있어 구조물(1)의 표면에 도포시 핀홀 발생을 억제시키며 구조물(1)의 강도 보강에 유리하다.

(S112) 하도층 형성 공정

상기 공정(S110)을 통해 1차 보강층(10)을 형성한 후에는 후술하는 2차 보강층(20)을 형성시 밀착강도 즉 결합력을 향상시켜 주기 위해 1차 보강층(10)의 표면에 에폭시를 코팅하여 하도층(12)을 부가적으로 더 형성한다. 물론 하도층(12)의 두께는 일 예로 50㎛로 형성할 수 있으며, 작업 환경 또는 필요에 따라 다양한 두께로 형성할 수 있다.

(S120) 2차 보강층 형성 공정

상기 공정(S110) 또는 공정(S112)을 수행하여 1차 보강층(10) 또는 하도층(12)을 형성한 이후에 균열 및 내진 보강을 위해 에폭시 퍼티와 슈퍼섬유를 일 예로 100:1의 중량비율로 혼합한 상태의 2차 보강재를 도포하여 2차 보강층(20)을 형성한다.

이때, 상기 2차 보강재는 에폭시 퍼티와 슈퍼섬유를 100:0.8 ~ 100:1.2의 중량비율로 혼합한다. 이 경우 에폭시 퍼티와 슈퍼섬유를 100:1의 중량비율로 혼합함이 바람직하다.

또한, 상기 2차 보강층(20)의 두께는 일 예로 1 ~ 2㎜로 형성함이 바람직하며, 이는 필요에 따라 다양한 두께로 형성할 수 있다. 특히 2차 보강층(20)은 1차 보강층(10)이 형성된 부위에 전체적으로 형성할 수 있다.

(S122) 접착층 형성 공정

상기 공정(S112)을 통해 상기 에폭시 퍼티와 슈퍼섬유로 이루어진 2차 보강층(20)을 형성한 후, 상기 2차 보강층(20)의 표면에 아라미드섬유(Aramid fiber) 또는 탄소섬유를 충진하거나 도포하여 접착층(22)을 형성하여 접착력을 배가시킬 수 있다.

(S130) 3차 보강층 형성 공정

상기 공정(S122)을 수행하여 접착층(22)을 형성한 이후에 균열 및 내진 보강을 위해 에폭시 퍼티와 슈퍼섬유를 일 예로 100:1의 중량비율로 혼합한 상태의 3차 보강재를 도포하여 3차 보강층(30)을 형성한다.

이때, 상기 3차 보강재는 에폭시 퍼티와 슈퍼섬유를 100:0.8 ~ 100:1.2의 중량비율로 혼합한다. 이 경우 에폭시 퍼티와 슈퍼섬유를 100:1의 중량비율로 혼합함이 바람직하다.

또한, 상기 3차 보강층(30)의 두께는 일 예로 1 ~ 2㎜로 형성함이 바람직하며, 이는 필요에 따라 다양한 두께로 형성할 수 있다. 특히 3차 보강층(30)은 2차 보강층(20)이 형성된 부위에 전체적으로 형성할 수 있다.

이와 같은 3차 보강재는 슈퍼섬유가 함유되어 있어 구조물(1)의 표면에 도포시 핀홀 발생을 억제시키며 구조물(1)의 강도 보강에 유리하다.

물론 상기 3차 보강재는 전술한 2차 보강재의 성분과 동일한 것을 사용함이 효율적이지만, 추가로 이들 성분의 비율 조정 또는 부가적인 성분의 함유를 통해 다양하게 적용할 수 있다.

(S132) 프라이머층 형성 공정

상기 공정(S120)을 수행하여 형성된 3차 보강층(30)의 표면에는 후술하는 상도층(40)의 부착강도를 향상시켜 주기 위해 에폭시 프라이머를 도포하여 프라이머층(32)을 형성한다. 이는 이는 스프레이로 상기 2차 보강층(20)의 표면에 충분히 흡수되도록 도장한다.

이 경우 상기 프라이머층(32)의 두께는 일 예로 50㎛로 형성함이 바람직하며, 이는 필요에 따라 다양한 두께로 형성할 수 있으며 균일하게 형성함이 바람직하다.

상온(15 ~ 25℃ 범위)에서 일정시간 자연 경화시킨다. 이 경우 상기 하도층(20)의 경화 온도는 20℃ 상태에서 최소 2시간 자연경화함이 바람직하다.

(S140) 상도층 형성 공정

상기 공정(S132)을 수행하여 형성된 프라이머층(32)의 표면에는 폴리우레아 수지를 도포하여 상도층(40)을 형성한다. 이 경우 폴리우레아 수지와 경화제는 다양한 비율로 혼합할 수 있으며, 예를 들어 7 : 1로 혼합하여 스프레이로 분사하여 0.5㎜(500㎛)의 두께로 형성되도록 도장처리함이 바람직하다.

이상의 공정을 통해 구조물(1)의 표면에 내진 보강을 수행하는 경우 기존의 방식에 비해 신장율과 경도 및 압축강도를 대폭 향상시킬 수 있으며, 내진 보강시에 비숙련자도 용이하게 작업을 수행할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 특징을 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 목적, 구성, 효과를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

1: 구조물 10: 1차 보강층
12: 하도층 20: 2차 보강층
22: 잡착층 30: 3차 보강층
32: 프라이머층 40: 상도층