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KR101568923B1 - 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법 - Google Patents

충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법 Download PDF

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KR101568923B1
KR101568923B1 KR1020140005342A KR20140005342A KR101568923B1 KR 101568923 B1 KR101568923 B1 KR 101568923B1 KR 1020140005342 A KR1020140005342 A KR 1020140005342A KR 20140005342 A KR20140005342 A KR 20140005342A KR 101568923 B1 KR101568923 B1 KR 101568923B1
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fiber
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양일승
송현근
김재환
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동신대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건식경량콘크리트 100중량부에 대해 배합수 15 ∼ 25중량부와, 폴리비닐알콜섬유, 폴리에틸렌섬유, 폴리프로필렌섬유 및 강섬유 중 선택되는 하나의 섬유 또는 적어도 둘 이상의 섬유가 혼합된 단섬유 1 ∼ 3중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법은 경량고인성콘크리트를 이용해 날개벽을 제조하여 지진이나 외부로부터 충격이 발생하였을 때 날개벽에서 발생하는 멀티플크랙의 댐핑 효과에 의해 피해를 최소화할 수 있다.

Description

충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법{LIGHTWEIGHT AND HIGH TOUGHNESS CONCRETE COMPOSITION FOR ABSORBING SHOCK AND METHOD OF MANUFACTURING THE WING-WALL BY USING THE COMPOSITION}
본 발명은 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 경량고인성콘크리트를 이용해 날개벽을 제조하여 지진이나 외부로부터 충격이 발생하였을 때 날개벽에서 발생하는 멀티플크랙의 댐핑 효과에 의해 피해를 최소화할 수 있는 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법에 관한 것이다.
최근 중국 쓰촨성 지진, 아이티 대지진, 칠레 지진, 일본 동북부 지진 등 대규모 지진으로 인한 인명 및 재산 피해가 전 세계적으로 급증하고 있고, 이에 따라 국내에서도 건축물의 내진 안전성에 대한 관심이 높아지고 있다.
한편, 국내 내진구조의 실태를 살펴보면, 전체 내진설계 대상시설물 123,201개소 중 45,905개소(37%)는 내진 성능이 확보되어있으나, 나머지 77,296개소(63%)는 내진 보강을 필요로 하고, 내진 보강이 가장 많이 필요한 시설물은 공공건축물, 학교시설물 및 도로시설물의 순으로 나타나고 있다.
이에 국내에서는 공공건축물 및 학교시설물을 대상으로 하는 내진 보강 공사가 활발하게 진행되고 있고, 이러한 내진 보강 공사에는 철골브레이스공법, RC(철근콘크리트)전단벽 증설공법, 날개벽 증설공법, 철골프레임보강공법, 각종 댐퍼보강공법 및 섬유부착공법 등 다양한 공법들이 적용되고 있다.
이러한 공법들 중에서 RC전단벽 증설공법이나 날개벽 증설공법은 그 효과가 다수의 연구에 의해 검증되어 가장 전통적이고, 경제적인 공법으로 손꼽혀 국내외에서 활발하게 적용되고 있다. 하지만 RC전단벽 증설공법의 경우에는 신설되는 전단벽에 의해 개구부가 완전히 폐쇄되어 시야나 채광 확보가 불가능하므로 창호 등 개구부가 설치된 외벽부에는 사용이 제한되고, 내부의 칸막이벽에만 적용이 가능한 한계가 있었다.
반면, 날개벽 증설공법은 기존의 기둥부재의 편측 또는 양측에 설치된 조적날개벽을 철거한 후 철근콘크리트 등으로 구성된 날개벽을 증설하는 공법이므로, 기존의 창호나 개구부를 가리지 않아 보강 후에도 시야나 채광 확보가 용이하다.
하지만 이러한 날개벽 증설공법도 독립 기둥부재에 비해 강성 및 내력이 너무 높아 날개벽 증설 후 수평방향의 변형능력이 크게 저하되어 건축물의 인성능에 악영향을 미치는 문제가 있었다.
또한, 독립 기둥부재에 비해 강성이 너무 높아 지진 발생시에 보강부에 응력이 집중되어 크게 손상되게 되고, 이에 따라 보수 보강 비용이 크게 증대되는 문제가 있었다.
예를 들어, 한국등록실용신안 제20-0355875호(2004.07.09. 공고)는 하수로와 하천이 연결되는 위치에 설치되는 콘크리트 조립식 반달형 도로 배수관 날개벽의 설치구조에 관한 것으로서, 해당 고안은 다수개의 콘크리트 흄관이 소켓 방식으로 연결되고, 하단 반달형 하수관의 U형 안착부에 보호용 고무링을 매개로 흄관이 안착되며, 상기 하단 반달형 날개벽에는 상부에 상단 날개벽이 안착되어 흄관이 지지되고, 상기 하단 반달형 하수관과 상단 날개벽은 에프.알.피 체결핀에 의해 상호 연결되어 배수관 날개벽이 시공됨을 특징으로 한다.
하지만, 해당 고안의 경우에도 기존 하수로의 강성보다 날개벽의 강성이 너무 높게 시공되어 지진 발생시에 보강부에 응력이 집중되는 현상을 피할 수 없고, 기존 하수로의 수평방향 변형능력을 크게 저하시키는 문제가 있었다.
한국등록실용 제20-0355875호(2004.07.09. 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제1목적은, 날개벽 증설을 통한 내진 보강을 통해 내력은 증대시키지만 강성의 증대는 방지하여 건축물의 인성능에 악영향을 미치지 않을 수 있는 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2목적은, 경량고인성콘크리트를 이용하여 날개벽 제조함에 따라, 날개벽이 경량화되어 내진 보강 후에도 고정 하중의 대폭적인 증대를 방지할 수 있는 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물은, 건식경량콘크리트 100중량부에 대해 배합수 15 ∼ 25중량부와, 폴리비닐알콜섬유, 폴리에틸렌섬유, 폴리프로필렌섬유 및 강섬유 중 선택되는 하나의 섬유 또는 적어도 둘 이상의 섬유가 혼합된 단섬유 1 ∼ 3중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 건식경량콘크리트는, 시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 및 실리카흄 중 적어도 둘 이상이 혼합된 무기결합제 45 ∼ 65중량%와, 천연경량골재, 인공경량골재 및 세노스피어(Cenosphere) 중 적어도 둘 이상이 혼합된 경량골재 1 ∼ 10중량%와, 석회석미분말(Lme Stone Powder), 탄산칼슘, 규사 및 석분 중 적어도 둘 이상이 혼합된 무기충전제 24 ∼ 45중량%와, 유동화제, 공기연행제(Air-Entraining) 및 증점제 중 적어도 둘 이상이 혼합된 기능성첨가제 0.1 ∼ 1.0중량%가 혼합되어 이루어질 수 있다.
또한, 상기 충격흡수가 용이한 경량 고인성콘크리트 조성물은, 건식경량콘크리트 100중량부에 대해 500 ∼ 2000㎛의 입자크기를 갖고 2.4 이상의 굴절률을 갖는 투명한 미정질세라믹 분말로 이루어진 제1반사제와, 100 ∼ 1000㎛의 입자크기를 갖고 1.5 ∼ 1.8의 굴절률을 갖는 투명한 유리비드 분말로 이루어진 제2반사제와, 100 ∼ 1000㎛의 입자크기를 갖고 2.1 ∼ 2.2의 굴절률을 갖는 투명한 미정질 큐빅지르코니아 분말로 이루어진 제3반사제와, 이산화티탄 광촉매가 혼합된 혼합물 0.1 ∼ 5중량부가 더 혼합될 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 충격흡수가 용이한 날개벽 제작방법은, 경량고인성콘크리트로 이루어져 건축물의 내진성능을 향상시키기 위해 기둥 또는 벽체의 일측 또는 양측에 설치되는 날개벽 제작방법에 있어서, 기둥 또는 벽체와 케미컬앵커로 접합될 수 있는 거푸집을 제작하는 제작단계; 상기 거푸집의 내부에 수직, 수평 및 대각근 중 적어도 한 방향으로 보강재를 설치하는 보강재설치단계; 상기 거푸집의 내부에 연속섬유메쉬를 설치하는 메쉬설치단계; 건식경량콘크리트 100중량부에 대해 배합수 15 ∼ 25중량부와, 폴리비닐알콜섬유, 폴리에틸렌섬유, 폴리프로필렌섬유 및 강섬유 중 적어도 둘 이상의 섬유가 혼합된 단섬유 1 ∼ 3중량부를 혼합한 경량고인성콘크리트를 생성하는 제1혼합단계; 상기 거푸집의 내부로 상기 경량고인성콘크리트를 타설하는 타설단계; 및 타설된 상기 경량고인성콘크리트의 상부에 연속섬유메쉬를 설치하고, 표면을 다짐하여 마감하는 마감단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충격흡수가 용이한 날개벽 제작방법은, 상기 마감된 날개벽이 온도, 하중, 충격 및 파손 등의 외부로부터 전해지는 유해한 영향을 받지않도록 양생하는 양생단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 충격흡수가 용이한 날개벽 제작방법은, 상기 경량고인성콘크리트 100중량부에 대해 500 ∼ 2000㎛의 입자크기를 갖고 2.4 이상의 굴절률을 갖는 투명한 미정질세라믹 분말로 이루어진 제1반사제와, 100 ∼ 1000㎛의 입자크기를 갖고 1.5 ∼ 1.8의 굴절률을 갖는 투명한 유리비드 분말로 이루어진 제2반사제와, 100 ∼ 1000㎛의 입자크기를 갖고 2.1 ∼ 2.2의 굴절률을 갖는 투명한 미정질 큐빅지르코니아 분말로 이루어진 제3반사제와, 이산화티탄 광촉매가 혼합된 혼합물 0.1 ∼ 5중량부를 더 혼합하는 제2혼합단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법은 경량고인성콘크리트를 이용해 날개벽을 제조하여 지진이나 외부로부터 충격이 발생하였을 때 날개벽에서 발생하는 멀티플크랙의 댐핑 효과에 의해 피해를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법은 날개벽 증설을 통한 내진 보강을 통해 내력은 증대시키지만 강성의 증대는 방지하여 건축물의 인성능에 악영향을 미치지 않을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법은 날개벽 증설을 통해 강성이 증대되지 않음에 따라 지진발생 시 보강부에 응력이 집중되지 않고, 날개벽의 충격흡수에 의해 기존 건축물 및 시설물의 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법은 경량고인성콘크리트를 이용하여 날개벽 제조함에 따라, 날개벽이 경량화되어 내진 보강 후에도 고정 하중의 대폭적인 증대를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물을 이용한 날개벽으로 보강한 시험체의 내진 성능을 나타내는 그래프이고,
도 2는 무보강 시험체의 내진 성능을 나타내는 그래프이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격흡수가 용이한 날개벽 제작방법을 나타내는 순서도이고,
도 4는 도 3의 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물을 이용한 날개벽 제작방법의 다른 실시예를 나타내는 순서도이며,
도 5는 도 3의 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물을 이용한 날개벽 제작방법의 또 다른 실시예를 나타내는 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물을 이용한 날개벽으로 보강한 시험체의 내진 성능을 나타내는 그래프이고, 도 2는 무보강 시험체의 내진 성능을 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 2를 살펴보면, 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물을 이용한 날개벽으로 보강한 시험체는 무보강 시험체에 비해 변형각 및 배수량에 따른 전단력이 ±40 이상 큰 폭으로 변형되는 것을 알 수 있다.
이때, 전단력이란 부재의 임의의 면에 작용하여 양쪽 역방향으로 어긋나도록 작용하는 내력을 말한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물은 충격흡수가 용이하고, 날개벽으로 제조하였을 경우 지진이나 외부로부터 충격이 발생하였을 때 날개벽에서 발생하는 멀티플크랙의 댐핑 효과에 의해 피해를 최소화할 수 있다.
이때, 사용되는 경량고인성콘크리트는 탄성계수 15GPa 이하, 단위중량 1,900kg/㎡ 이하 및 인장변형율 0.5% 이상이면서 휨시험시 멀티플크랙(Multiple crack) 특성을 발현할 수 있다. 이때, 상기 멀티플크랙 특성이란 변형 경화 과정에서 균열폭 100㎛ 이하의 무수한 미세균열이 발현하는 것으로서, 상기 멀티플크랙 특성이 발현되지 않으면 균열폭이 크게 증대되어 손상이 커지게 된다. 반면, 상기 멀티플크랙 특성이 발현되게 되면 온도변화에 의해 신축량이 크게 발생하여도 상기 신축량을 100㎛ 이하의 미세균열로 제어할 수 있게 되어 균열이 발생하더라도 손상을 적게 입을 수 있고, 이에 따른 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물은 건식경량콘크리트 100중량부에 대해 배합수 15 ∼ 25중량부와, 폴리비닐알콜섬유, 폴리에틸렌섬유, 폴리프로필렌섬유 및 강섬유 중 선택되는 하나의 섬유 또는 적어도 둘 이상의 섬유가 혼합된 단섬유 1 ∼ 3중량부를 혼합하여 이루어진다.
이때, 상기 단섬유는 15mm 이하 길이의 단섬유로 사용되는 것이 비빔성 확보 등에 가장 바람직할 수 있다.
또한, 상기 단섬유는 1중량부 미만으로 혼합될 경우 목표 인장변형율(0.5% 이상) 및 멀티플크랙 특성의 확보가 곤란해질 수 있고, 3중량부 초과로 혼합될 경우에는 비빔작업 및 균일한 섬유분산이 곤란해질 수 있다.
상기 건식경량콘크리트는, 시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 및 실리카흄 중 적어도 둘 이상이 혼합된 무기결합제 45 ∼ 65중량%와, 천연경량골재, 인공경량골재 및 세노스피어(Cenosphere) 중 적어도 둘 이상이 혼합된 경량골재 1 ∼ 10중량%와, 석회석미분말(Lme Stone Powder), 탄산칼슘, 규사 및 석분 중 적어도 둘 이상이 혼합된 무기충전제 24 ∼ 45중량%와, 유동화제, 공기연행제(Air-Entraining) 및 증점제 중 적어도 둘 이상이 혼합된 기능성첨가제 0.1 ∼ 1.0중량%가 혼합되어 이루어질 수 있다.
이때, 상기 무기결합제가 45중량% 미만으로 혼합될 경우에는 목표 강도를 확보하기가 곤란해지고, 65중량% 초과로 혼합될 경우에는 건조 수축이나 자기 수축이 크게 증대되어 수축 균열이 발생될 우려가 있으며, 경제성이 저하될 수 있다.
또한, 경량골재가 1중량% 미만으로 혼합될 경우에는 목표 단위중량(1,900kg/㎡ 이하) 및 탄성계수(15GPa 이하)에 도달하지 못하고, 10중량% 초과로 혼합될 경우에는 강도가 급격히 저하될 우려가 있으며, 장기적인 내구성 확보가 곤란할 수 있다.
또한, 무기충전제가 24중량% 미만으로 혼합될 경우에는 경제성 확보에 어려움이 있고, 45중량% 초과로 혼합될 경우에는 타설작업시 작업성이 어려울 수 있다.
상기 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물은 건식경량콘크리트 100중량부에 대해 500 ∼ 2000㎛의 입자크기를 갖고 2.4 이상의 굴절률을 갖는 투명한 미정질세라믹 분말로 이루어진 제1반사제와, 100 ∼ 1000㎛의 입자크기를 갖고 1.5 ∼ 1.8의 굴절률을 갖는 투명한 유리비드 분말로 이루어진 제2반사제와, 100 ∼ 1000㎛의 입자크기를 갖고 2.1 ∼ 2.2의 굴절률을 갖는 투명한 미정질 큐빅지르코니아 분말로 이루어진 제3반사제와, 이산화티탄 광촉매가 혼합된 혼합물 0.1 ∼ 5중량부를 더 혼합될 수 있다.
상기 제1반사제와 같이 굴절률이 클수록 재귀반사성이 뛰어나지만 본 발명에서는 굴절률이 다른 제1반사제, 제2반사제 및 제3반사제를 혼합함으로서 혼합된 굴절률로 인해 역반사률을 더욱 높이도록 하였다.
또한, 상기 광촉매는 태양광선 등의 빛 에너지를 받았을 때 광에 의해 화학반응을 촉진할 수 있거나 촉매작용을 갖게 되는 물질로서, 제1반사제, 제2반사제 및 제3반사제의 표면을 둘러싸 미세먼지 등의 오염물질이 부착되더라도 광촉매의 작용을 통해 부착된 오염물질이 쉽게 분해되고, 빗물 등의 물방울이 오염물질과 함께 씻겨지도록 하여 재귀반사성을 유지함과 동시에, 열화가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이러한 상기 광촉매는 태양광의 자외선에 의해 반응하고, 배기가스 등의 오염물질 분해성능이 뛰어난 이산화티탄(Titan)으로 이루어진다. 상기 이산화티탄은 유해물질을 산화 분해하는 기능이 뛰어나 환경정화(환경오염을 제거하고 향균, 탈취하는 등의 효과)에 이용되거나, 초친수성 기능(표면이 젖어도 물발울을 만들지 않고, 얇은 막을 만들어 내는 성질)이 있어 셀프 크리닝 효과가 있는 유리와 타일, 청소기, 공기청정기, 냉장고, 도로포장, 커튼 벽지 및 인공관엽식물 등 다양한 제품에 적용되고 있다.
또한, 상기 광촉매를 혼합하는 방법은 이산화티탄의 분말을 용융시켜 분사하는 용사법, 화학반응을 이용하여 이산화티탄을 석출시킨 CVD(화학적 제막법), 이산화티탄을 증발시키고 침착시킨 스퍼터(sputter)증착법, 진공증착법 등의 방법이 있으나, 본 발명에서는 미세한 이산화티탄분말을 제1반사제, 제2반사제 및 제3반사제에 균일하게 분산시키고 스프레이(spray), 플로우코터(flowcotter) 등을 통해 도포함으로 균일·평활한 반사층이 형성되도록 한다. 이때, 상기 이산화티탄의 광촉매는 0.01 내지 3.0㎛의 입자크기를 갖는 것이 바람직하다.
광촉매의 입자크기가 이보다 작을 경우 제1반사제, 제2반사제 및 제3반사제를 둘러싸는 광촉매의 양이 적어짐으로 오염물질의 분해 효율이 저하되고, 광촉매의 입자크기가 이보다 클 경우 제1반사제, 제2반사제 및 제3반사제의 투명성이 저하될 수 있다.
상기 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물의 실시예를 설명하기 위한 배합사항은 다음의 표 1과 같다.
분 류 실시예 1 실시예 2 비교예 비고
건식경량
콘크리트		 무기결합제 시멘트 30 30 30 1종 포틀랜드시멘트
플라이애시 10 15 10
고로슬래그 10 - 5 6,000㎠/g
실리카흄 - 3 4
소계 50 48 49
경량골재 인공경량골재 5 2.7 - 1.2㎜ 이하
세노스피어 1.7 3 0.8 150㎛ 이하
소계 6.7 5.7 0.8
무기충전제 석회석미분말 10 10 - 3,000㎠/g
탄산칼슘 23 26 10 4,000㎠/g
규사 10 10 40 특7호사
소계 43 46 50
기능성
첨가제		 유동화제 0.2 0.2 0.1 폴리카르본산계
공기연행제 0.09 0.09 0.09 AE제
증점제 0.01 0.01 0.01 HPMC
소계 0.3 0.3 0.2
소계 100 100 100
배합수 22 22 22
단섬유 PVA섬유 1.8 1.0 0.5 고장력
PE섬유 - 0.5 - 고장력
PP섬유 - - 0.3
소계 1.8 1.5 0.8
상기 실시예 1에서는 무기결합제(시멘트, 플라이애시 및 고로슬래그), 경량골재(인공경량골재 및 세노스피어), 무기충전제(석회석미분말, 탄산칼슘 및 규사) 및 기능성첨가제(유동화제, 공기연행제 및 증점제)가 혼합된 건식경량콘크리트와, 배합수와, 단섬유(PVA섬유)를 배합하였고, 상기 실시예 2에서는 무기결합제(시멘트, 플라이애시 및 실리카흄), 경량골재(인공경량골재 및 세노스피어), 무기충전제(석회석미분말, 탄산칼슘 및 규사) 및 기능성첨가제(유동화제, 공기연행제 및 증점제)가 혼하된 건식경량콘크리트와, 배합수와, 단섬유(PVA섬유 및 PE섬유)를 배합하였다.
또한, 상기 실시예 1 및 2와 비교하기 위한 비교예에서는 무기결합제(시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 및 실리카흄), 경량골재(세노스피어), 무기충전제(탄산칼슘 및 규사) 및 기능성첨가제(유동화제, 공기연행제 및 증점제)가 혼합된 건식경량콘크리트와, 배합수와, 단섬유(PVA섬유 및 PP섬유)를 배합하였다.
상기 배합사항에 따른 실험결과는 다음의 표 2와 같다.
분류 실시예 1 실시예 2 비교예 시험방법
테이블플로우(㎜) 187 186 191 KS F 2476
단위중량(kg/㎡) 1,830 1,851 2,053 KS F 2462
압축강도(MPa) 33.9 35.1 45.5 KS F 2405
탄성계수(GPa) 12.4 12.7 18.9 KS F 2438
인장변형율(%) 2.1 2.2 0.4 JSCE-직접인장시험방법
인장강도(MPa) 4.7 4.6 3.9 JSCE-직접인장시험방법
휨강도(MPa) 22.4 21.7 10.3 KS F 2408
휨 시험시 멀티플
크랙 발현 유무		 ○ ○ × JSCE
종합평가 매우 우수 매우 우수 불량
상기와 같이 본 발명의 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물에 따른 실시예 1 및 2는 비교예에 비해 압축강도 및 탄성계수 등에서 작은 치수를 나타내었으나, 인장변형율, 인장강도 및 휨강도에서 뛰어난 성적을 나타내었고, 휨 시험시에 멀티플크랙 발현도 나타난 것을 알 수 있다.
또한, 비교예의 경우에는 강성 및 내력이 필요 이상으로 너무 높아 인장변형율, 인장강도 및 휨강도가 매우 낮은 수치를 나타내어 건축물의 인성능에 악영향을 미칠 우려가 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법은 경량고인성콘크리트를 이용해 날개벽을 제조하여 지진이나 외부로부터 충격이 발생하였을 때 날개벽에서 발생하는 멀티플크랙의 댐핑 효과에 의해 피해를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법은 날개벽 증설을 통한 내진 보강을 통해 내력은 증대시키지만 강성의 증대는 방지하여 건축물의 인성능에 악영향을 미치지 않을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법은 날개벽 증설을 통해 강성이 증대되지 않음에 따라 지진발생 시 보강부에 응력이 집중되지 않고, 날개벽의 충격흡수에 의해 기존 건축물 및 시설물의 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물 및 이를 이용한 날개벽 제작방법은 경량고인성콘크리트를 이용하여 날개벽 제조함에 따라, 날개벽이 경량화되어 내진 보강 후에도 고정 하중의 대폭적인 증대를 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격흡수가 용이한 날개벽 제작방법을 나타내는 순서도이고, 도 4는 도 3의 충격흡수가 용이한 날개벽 제작방법의 다른 실시예를 나타내는 순서도이며, 도 5는 도 3의 충격흡수가 용이한 날개벽 제작방법의 또 다른 실시예를 나타내는 순서도이다.
충격흡수가 용이한 날개벽은 경량고인성콘크리트로 이루어져 건축물의 내진성능을 향상시키기 위해 기둥 또는 벽체의 일측 또는 양측에 설치되고, 상기 충격흡수가 용이한 날개벽 제작방법은 크게 6가지 단계로 나누어진다. 이는 제작단계(S110), 보강재설치단계(S120), 메쉬설치단계(S130), 제1혼합단계(S140), 타설단계(S150) 및 마감단계(S160)이다.
상기 제작단계(S110)는 기둥 또는 벽체와 케미컬앵커로 접합될 수 있는 거푸집을 제작하는 단계이다.
이때, 거푸집의 두께(T)는 2 ∼ 10㎜ 정도로 형성될 수 있다.
거푸집의 두께가 2㎜ 미만으로 형성되면, 용접 접합시 변형이 쉽게 발생되고, 구조체에서 날개벽으로 전달되는 응력에 저항할 수 있는 내력을 확보하기가 곤란해질 수 있다. 또한, 거푸집의 두께가 10㎜ 초과로 형성되면, 강판의 내력이 너무 높아 날개벽의 손상에 의한 충격 흡수력이 저하될 우려가 있다.
또한, 상기 거푸집은 후에 타설될 경량고인성콘크리트의 두께보다 양측면으로 최소 30㎜ 이상의 여유 폭을 확보하도록 제작하고, 여유폭에는 케미널앵커를 삽입할 수 있는 앵커홀이 구비될 수 있다.
상기 보강재설치단계(S120)는 상기 거푸집의 내부에 수직, 수평 및 대각근 중 적어도 한 방향으로 보강재를 설치하는 단계이다.
이때, 상기 보강재는 이형철근, 원형철근, FRP봉 및 강선 중 선택되는 어느 하나가 사용될 수 있고, 이형철근을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 상기 보강재는 상기 거푸집과 일체화되도록 용접 접합하여 제작하거나, 상기 거푸집에 스터드볼트를 용접 접합한 뒤에 스터드볼트와 보강재를 긴결하여 설치할 수 있다.
상기 보강재는 기존의 구조체에서 거푸집으로 전달되는 외력을 후술되는 경량고인성콘크리트로 균일하게 전달하기 위한 구성이다.
상기 메쉬설치단계(S130)는 상기 거푸집의 내부에 연속섬유메쉬를 설치하는 단계이다.
상기 연속섬유메쉬는 지진이 발생하였을 경우 날개벽의 표면박락이나 배불림 또는 급격한 전단균열을 억제하기 위한 구성이다.
이러한 연속섬유메쉬로는 탄소섬유메쉬, 아라미드섬유메쉬 또는 유리섬유메쉬 등이 사용될 수 있고, 메쉬규격에는 별도의 제한이 없으며, 표면이 노출되는 경우가 있으므로 탄소섬유메쉬를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 제1혼합단계(S140)는 건식경량콘크리트 100중량부에 대해 배합수 15 ∼ 25중량부와, 폴리비닐알콜섬유, 폴리에틸렌섬유, 폴리프로필렌섬유 및 강섬유 중 선택되는 하나의 섬유 또는둘 이상의 섬유가 혼합된 단섬유 1 ∼ 3중량부를 혼합한 경량고인성콘크리트를 생성하는 단계이다.
이러한 경량고인성콘크리트는 앞서 서술한 조성물과 같을 수 있다.
상기 타설단계(S150)는 상기 거푸집의 내부로 상기 경량고인성콘크리트를 타설하는 단계이다.
상기 마감단계(S160)는 타설된 상기 경량고인성콘크리트의 상부에 연속섬유메쉬를 설치하고, 표면을 다짐하여 마감하는 단계이다.
상기 표면을 다짐하여 마감시에는 상기 연속섬유메쉬가 상기 경량고인성콘크리트 표층에 밀착되도록 누르면서 미장마감 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 충격흡수가 용이한 날개벽 제작방법은 상기 마감된 날개벽이 온도, 하중, 충격 및 파손 등의 외부로부터 전해지는 유해한 영향을 받지않도록 양생하는 양생단계(S170)를 더 포함할 수 있다.
이때, 양생단계(S170)는 보양이라고도 하는데, 콘크리트는 경화를 계속하여 28일이 지나면 거의 최종압축강도에 도달하게 되고, 이때까지는 시멘트의 화학작용이 계속되므로 일광의 직사, 한기, 풍우를 피하게 하며, 콘크리트의 수화작용을 촉진하거나 거적이나 포장 등을 덮어 씌워, 하절기에는 7일 이상, 보통은 5일 이상 살수하여 습윤을 유지하도록 하여야 하고, 한랭기에는 5일 이상 2℃ 이하가 되지 않도록 보온을 해야 한다. 또한, 타설 후 3일간은 파손되기 쉬우므로 충격을 주지 않도록 보호하여야 한다.
또한, 상기 충격흡수가 용이한 날개벽 제작방법은 상기 제1혼합단계(S140) 이후에 상기 경량고인성콘크리트 100중량부에 대해 500 ∼ 2000㎛의 입자크기를 갖고 2.4 이상의 굴절률을 갖는 투명한 미정질세라믹 분말로 이루어진 제1반사제와, 100 ∼ 1000㎛의 입자크기를 갖고 1.5 ∼ 1.8의 굴절률을 갖는 투명한 유리비드 분말로 이루어진 제2반사제와, 100 ∼ 1000㎛의 입자크기를 갖고 2.1 ∼ 2.2의 굴절률을 갖는 투명한 미정질 큐빅지르코니아 분말로 이루어진 제3반사제와, 이산화티탄 광촉매가 혼합된 혼합물 0.1 ∼ 5중량부를 더 혼합하는 제2혼합단계(S141)를 더 포함할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (6)

  1. 건식경량콘크리트 100중량부에 대해 배합수 15 ∼ 25중량부와, 폴리비닐알콜섬유, 폴리에틸렌섬유, 폴리프로필렌섬유 및 강섬유 중 선택되는 하나의 섬유 또는둘 이상의 섬유가 혼합된 단섬유 1 ∼ 3중량부를 혼합하여 이루어지고,
    건식경량콘크리트 100중량부에 대해 500 ∼ 2000㎛의 입자크기를 갖고 2.4 이상의 굴절률을 갖는 투명한 미정질세라믹 분말로 이루어진 제1반사제와, 100 ∼ 1000㎛의 입자크기를 갖고 1.5 ∼ 1.8의 굴절률을 갖는 투명한 유리비드 분말로 이루어진 제2반사제와, 100 ∼ 1000㎛의 입자크기를 갖고 2.1 ∼ 2.2의 굴절률을 갖는 투명한 미정질 큐빅지르코니아 분말로 이루어진 제3반사제와, 이산화티탄 광촉매가 혼합된 혼합물 0.1 ∼ 5중량부를 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 건식경량콘크리트는,
    시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 및 실리카흄 중 적어도 둘 이상이 혼합된 무기결합제 45 ∼ 65중량%와, 천연경량골재, 인공경량골재 및 세노스피어(Cenosphere) 중 적어도 둘 이상이 혼합된 경량골재 1 ∼ 10중량%와, 석회석미분말(Lme Stone Powder), 탄산칼슘, 규사 및 석분 중 적어도 둘 이상이 혼합된 무기충전제 24 ∼ 45중량%와, 유동화제, 공기연행제(Air-Entraining) 및 증점제 중 적어도 둘 이상이 혼합된 기능성첨가제 0.1 ∼ 1.0중량%가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 충격흡수가 용이한 경량고인성콘크리트 조성물.
  3. 삭제
  4. 경량고인성콘크리트로 이루어져 건축물의 내진성능을 향상시키기 위해 기둥 또는 벽체의 일측 또는 양측에 설치되는 날개벽 제작방법에 있어서,
    기둥 또는 벽체와 케미컬앵커로 접합될 수 있는 거푸집을 제작하는 제작단계(S110);
    상기 거푸집의 내부에 수직, 수평 및 대각근 중 적어도 한 방향으로 보강재를 설치하는 보강재설치단계(S120);
    상기 거푸집의 내부에 연속섬유메쉬를 설치하는 메쉬설치단계(S130);
    건식경량콘크리트 100중량부에 대해 배합수 15 ∼ 25중량부와, 폴리비닐알콜섬유, 폴리에틸렌섬유, 폴리프로필렌섬유 및 강섬유 중 선택되는 하나의 섬유 또는둘 이상의 섬유가 혼합된 단섬유 1 ∼ 3중량부를 혼합한 경량고인성콘크리트를 생성하는 제1혼합단계(S140);
    상기 거푸집의 내부로 상기 경량고인성콘크리트를 타설하는 타설단계(S150); 및
    타설된 상기 경량고인성콘크리트의 상부에 연속섬유메쉬를 설치하고, 표면을 다짐하여 마감하는 마감단계(S160);
    로 이루어지고,
    상기 경량고인성콘크리트 100중량부에 대해 500 ∼ 2000㎛의 입자크기를 갖고 2.4 이상의 굴절률을 갖는 투명한 미정질세라믹 분말로 이루어진 제1반사제와, 100 ∼ 1000㎛의 입자크기를 갖고 1.5 ∼ 1.8의 굴절률을 갖는 투명한 유리비드 분말로 이루어진 제2반사제와, 100 ∼ 1000㎛의 입자크기를 갖고 2.1 ∼ 2.2의 굴절률을 갖는 투명한 미정질 큐빅지르코니아 분말로 이루어진 제3반사제와, 이산화티탄 광촉매가 혼합된 혼합물 0.1 ∼ 5중량부를 더 혼합하는 제2혼합단계(S141)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격흡수가 용이한 날개벽 제작방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 마감된 날개벽이 온도, 하중, 충격 및 파손 등의 외부로부터 전해지는 유해한 영향을 받지않도록 양생하는 양생단계(S170)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격흡수가 용이한 날개벽 제작방법.
  6. 삭제
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