016. 콘크리트(concrete)의 허용균열 / 보수보강공법
*시공70회3교시-3. Concrete의 보수보강공법에 대하여 기술하시오.
*시공71회4교시-5. 콘크리트 구조물 보강공법의 종류와 시공방법을 기술하시오.
*안전72회1교시-1. 콘크리트 허용 균열
*시공76회3교시-2. 구조물 안전진단 결과 구조성능이 필요한 경우 보강재료 및 보강공법에 대하여 기술하시오.
*시공80회1교시-7. 탄소섬유 시트 보강법
*시공84회3교시-3. 건축물 리모델링 공사시 보수 및 보강공사의 종류를 들고 각각에 대하여 기술하시오.
*시공86회3교시-1. 콘크리트 균열의 종류별 발생원인과 보수보강공법에 대하여 설명하시오.
[요약]
1. 콘크리트구조물의 허용균열폭
건조환경=0.4mm , 습윤,부식성환경=0.3mm
[해설]
<균열과 보수보강일반사항 중심으로>
1. 균열의 검사방법
(1)육안검사
-Crack Gauge에 의한 측정
-루페(현미경)에 의한 측정
-Strain gauge에 의한 측정
-Contact gauge에 의한 측정
(2)비파괴검사
-초음파검사
-X선/Y선 투과법
(3)Core검사
-균열의 크기, 깊이 등을 정확히 확인 가능
2. 균열폭의 검증(허용균열폭(mm))
[참조:균열폭의 검증/콘크리트구조설계기준]
*해석에 의해 균열폭을 검증할 때
Wk≤Wa
-Wk : 지속하중이 작용할 때 계산된 균열폭
-Wa : 내구성, 사용성(누수)및 미관에 관련하여 허용된 균열폭
*철근콘크리트의 구조물의 허용균열폭Wa
강재의
종료 |
강재의 부식에 대한 환경조건 |
건조
환경 |
습윤
환경 |
부식성
환경 |
고부식
성환경 |
|
철근 |
0.4mm |
0.3mm |
0.3mm |
0.3mm |
3. 콘크리트 균열의 보수여부판정
*균열의 구분
|
분류 |
정의 |
주요요인 |
구조적
균열 |
구조물이나 구조부재가 각종작용하중에 영향으로 발생한 균열 |
-설계오류
-설계하중을 초과하는 외부하중
-단면, 철근량 부족
-물리적인 손상, 폭발의 충격
-철근부식으로 인한 성능저하 |
비구조적
균열 |
구조물의 안전성 저하는 없으나 내구성, 사용성 저하를 초래할 수 있는 균열 |
-급속한 건조에 의한 소성수축 균열
-건조수축시 구속에 의한 균열
-수화열에 의한 온도응력
-철근의 피복두께부족
-콜드조인트 |
4. 보수 및 보강공법구분
보수보강공법은 의장적, 구조적보수보강공법으로 구분
|
종류 |
내용 |
외관
보수의
경우 |
표면처리
공법 |
-폭0.2mm이하 |
|
충전법 |
-폭0.5mm이상 |
구조
보강의
경우 |
주입공법 |
-폭0.2mm이상 |
강재보강
공법 |
-철심,강재등으로 보강
-보강보 또는 강판부착 |
단면증대
공법 |
-기존면에 단면늘림 |
복합재료
보강공법 |
-복합재료를 이용 |
5. 보수보강 공법별 시공법
(1)표면처리공법
균열을 따라 콘크리트표면에 피막을 형성하여 주는 공법으로 균열 폭이 0.2mm이하의 경우로 강도회복을 요하지 않는 경우에 사용되는 공법
-피막용재료로는 에폭시계수지 EH는 타르에폭시를 사용
-콘크리트표면을 와이어브러쉬로 문질러 부착물을 제거하고 물로 청소한후 충분히 건조시킨 다음 보수한다.
-콘크리트 표면등의 기포 같은 구멍은 퍼티로 채운다음 시공
(2)충진,주입공법
균열이 비교적 클 경우에 강도회복목적으로 쓰이는 공법
1)충진공법
균열에 따라 콘크리트표면을 V-cut or U-cut하며 수지몰탈, 팽창성 시멘트 몰탈등을 채우는 공법
①V-cut or U-cut
②Wire brush로 청호하고 프라이머를 바른다.
③채움재 충진
④경화 후 표면을 그라인딩 or 샌딩하여 평활하게 마무리
2)주입공법
균열의 표면뿐만 아니라 내부까지 충진시키는 공법.
①균열선을 따라 10~30cm 간격으로 주입용 파이프 설치
②다른 부분은 밀봉 (Tape, 충진피막)
③처음에는 공기만을 압송시켜 청소한다.
④펌프로 수지를 주입
이때 주입속도가 빠르거나 압력이 크면 좋지않다.
(3)강재Anchor, Pre-stress를 쓰는 방법
1)강재 Anchor방법
①주로 보강을 목적으로 사용
②꺽쇠형 Anchor를 균열을 가로질러 설치
③Anchor log이 들어간 곳은 드릴로 구멍을 뚫어 수지몰탈, 시멘트몰탈로 정착
2)Pre-stress를 쓰는 방법
-균열직각방향으로 pc강선을 배치하여 긴장하는 공법
-pc강재용 구멍을 천공한다.
-부재의 외측에 설치하는 경우도 있다.
(4)복합재료의 보강공법
1)개요
복합재료 보강공법에는 탄소섬유시트와 유리섬유시트 보강공법이 대표적이며, 구조적 성능, 적용성, 시공성이 뛰어나 그 적용이 점차 확대되고 있는 추세
2)복합재료의 구성
보강재(탄소섬유, 유리섬유, 아리미드 섬유) + 결합재(에폭시, 폴리에스테르 외)
3)복합재료의 특성
<장점>
-내부식성, 내마모성, 내충격성, 절연성, 단열성 및 시공서 우수
-재료의 자중에 비해 강도가 큼
<단점>
-내구성에 대한 검증이 없음
->사용된 재료의 조합에 따른 성능 차가 크므로 표준화 필요
-가격이 고가
->탄소섬유의 경우, 강재와 콘크리트보다 고가
-내화성부족(결합재에 기인)
4)재료별 특성
-탄소섬유 : 고강도, 내구성우수, 열에 강하고 부식되지 않음, 가격이 고가
-아라미드섬유 : 유기홥성섬유로 비강도 높고, 내충격성 우수, 타이어 보강재, 로프, 아라미드 섬유보강 콘크리트에 사용, 가격이 고가
-유리섬유 : 인장강도, 전기절연성, 내화성, 단열성, 흡음성, 내식성, 내수성 우수 , 단 굴곡에 약하고 모세관 현상에 의한 흡수성이 결점, 가격이 상대적으로 저렴, 탄소섬유에 비해 강도는 1/8이나 변형능력이 좋고 보다 연성임
<탄소섬유시트보강공법을 중심으로>
1. 탄소섬유 보강공법
1) 공법개요
탄소섬유접착 공법은 보강을 요하는 기존 철근콘크리트 구조물의 슬래브 밑면, 보의 밑면과 측면, 기둥 등에 탄소섬유 쉬트를 에폭시 수지로 함침적층(含浸積層)하여 기존 구조물에 접착 일체화 하여 내하력을 증대시키는 보강공법이다
탄소섬유는 역청에서 추출한 신소재로 인장강도는 철의 10배, 비중은 철의 1/5로 알루미늄보다 가벼우며, 탄성율은 철과 비슷 하며 내식성, 내산성, 내알카리성, 내염성이 우수하고 불에 타지 않고, 절대 녹슬지 않는 고강도 및 고탄성을 지닌 소재로서 경량이기 때문에 중량증가, 형상변화가 거의 없어 미관을 해칠 우려가 없으며 좁은 공간에 서도 시공할 수 있는 장점이 있다. 일방향으로 배열된 탄소섬유 시트를 상온 경화형 에폭시 수지를 이용하여 구조내력이 부족한 구조부위에 접착하여 보강한다.
탄소섬유는 재료가 갖고 있는 고강도의 성질로 인하여 일찍 부터 항공, 우주 분야의 재료로 서 사용되어 왔다. 탄소섬유의 토목, 건축 분야에의 적용은 고강도, 고탄성, 비자성(非磁性 ), 내후성 및 경량의 성질을 이용한 기존 구조물의 보강분야에 적용되고 있다. 기존의 보강공법에 대한 탄소섬유쉬트 공법의 장점은 강판접착공법과 같이 구조부재의 내하 력 향상을 기대할 수 있고, 기존에 발생한 균열을 구속하는 효과를 얻을 수 있다. 탄소섬유 쉬트는 이형강봉에 비교해 강도가 8~10배, 탄성률이 거의 같은 인장특성을 지니고 이형강봉 과 같이 항복점이 없고 파괴강도까지 거의 탄성체로서 거동한다. 또한 내식성이 우수하므로 염해를 받는 해안에 위치한 콘크리트 구조물의 보호와 동시에 보강에 활용될 수 있고, 구조부재의 손상정도와 손상부위에 따라 보강량이 다를 수 있으므로 이에 대하여 적층수를 조절하므로써 적절한 보강이 가능하다.
이 공법의 단점으로는 섬유쉬트를 접착하는데 에폭시를 사용하므로 에폭시의 열적성에 의존하게 된다. 따라서 구조물이 처하는 열적환경을 신중히 고려하여 적용여부를 결정해야 한다.
2) 탄소섬유 보강공법의 특징
1) 고강도 고탄성
탄소섬유 쉬트는 고탄성이고 철의 10배에 가까운 강도를 지니고 있어, 구조물 균열 발생시 균열의 진행을 억제하며, 인장강도가 높아 구조물의 내구성을 크게 증가시킬 수 있다.
2) 가볍고 얇다
탄소섬유 쉬트는 비중이 철의 1/4로 가볍고, 콘크리트 표면에 약 1mm정도의 두께로 부착 시키므로 보강 후 구조체에 대한 중량 및 단면 증가가 극히 적어서, 구조물의 사하중과 건축한계에 무관하다.
3) 방식성과 작업성
탄소섬유 쉬트는 물이나 염분 등에 의하여 전혀 부식되지 않으므로 콘크리트 구조물의 중성화를 방지 할 수 있으며, 쉬트(SHEET)형태라서 복잡한 구조물이라도 시공성이 뛰어나고 경제적이다.
3) 시공순서
1) 표면처리작업
2) 콘크리트 균열 및 불량부위 패칭
3) 프라이머 도포
4) 에폭시 수지 도포
5) 탄소섬유 쉬트 부착
6) 기포제거 및 밀착
7) 에폭시 수지 재도포
8) 탄소섬유 쉬트(2층)접착
|
구분 |
사용재료 |
|
탄소섬유 |
유리섬유 |
프라이머
섬유
함침제
마감제 |
Neo Primer
NAC-700
SB CE
SB F2 |
SB FV#1
ERC-200S
SB FV#2
SB Au-1 |
9) 마 감 작 업
4) 탄소섬유의 성질
(1) 재료적 성질
탄소섬유는 재료적으로 고내구성, 고강도성, 고탄성의 성질을 가지고 있다. 시간의 경과에 따라 자연 부식이 이루어지는 강재와는 달리 탄소섬유는 귀금속인 금, 은 등과 같이 시간이나 환경의 변화에 따라 자연 열화가 일어나지 않으므로 영구적으로 사용할 수 있다. 또한 강재와 비교해서 10배 정도의 항복점과 3배 이상의 탄성률을 가지고 있으므로 하중에 대해서도 유리하다.
또한 온도의 증가에 따른 재료의 조직이완과 부피팽창으로 인한 강도, 탄성률의 저하가 강재에 비하여 적기 때문에 열에 대해서도 유리하다.
일반적으로 탄소섬유쉬트는 재료의 물성에 따라 중탄성, 고탄성의 탄소섬유로 구분할 수 있으며 중탄성 탄소섬유에는 17, 20, 30 Type 세 종류가 있다.
5) 보강후 단면내력
일반적으로 보강을 통한 보강효과의 평가방법은 보강전 후 구조부재의 단면내력을 비
교하므 로써 가능하다. 강도설계법에 따른 구조부재의 단면내력은 구조부재의 극한모
멘트를 굴림으로 평가된다. 그러나 탄소섬유쉬트에 의한 보강은 구조부재에서 압축측
이 아닌 인장측에 대해 적용되므로 실질적인 보강효과는 부착된 탄소섬유쉬트의 인장
응력 부담으로 인한 인장철근의 인장응력 감소로 나타난다.