엘단트 내진 보수보강공법

건설 분야의 새로운 미래를 열어가는 한국엘단트산업(주)
  산업화시대 이후부터 현재에 이르기까지 건축, 토목, SOC 등 모든 분야에서 수없이 많은 콘크리트 구조물이 건설되어졌다. 이러한 콘크리트 구조물들은 인간의 생활과 환경에 있어서 밀접한 관계를 가지고 있고 없어서는 안되는 가장 중요한 부분인 것이 사실이다.
그런데 이렇듯 중요한 콘크리트 구조물들은 영구적인 수명을 유지하지 못하고 여러 내·외적 또는 직·간접적인 이유로 30~100년 정도의 수명을 유지하고 있는 것이 현실이다. 따라서 앞으로는 신축보다는 이러한 기존구조물에 대한 보수, 보강 등 유지관리가 더욱 중요해지고 있다. 특히 오래 전에 지어진 구조물, 부실하게 시공된 구조물, 열화현상이 진행되고 있는 구조물, 설계나 시공상의 문제가 있는 구조물들은 적시에 보수보강을 통해 구조물의 안전성을 확보하는 것이 반드시 요구되어진다.

  우리나라도 이제 더 이상은 지진 안전국가가 아니다. 포항과 경주에서 5.8/5.4 규모의 큰 지진이 발생하여 많은 인명과 재산 피해가 발생하였고 2000년 이후 매년 평균 약 50건 이상의 지진이 발생하고 있다. 그래서 많은 전문가들이 우리나라도 언제든 6.0이상의 큰 지진이 발행할 수 있기 때문에 대책 마련이 시급하다고 얘기하고 있다. 특히 우리나라처럼 도심지 인구밀집형의 구조에서는 그 피해가 상상할 수 없을 만큼 클 것이다. 또한 지진은 꼭 큰 규모의 강진에 의해서만 피해를 발생시키는 것이 아니라 작은 규모의 지진으로도 위에서 언급한 취약한 구조물들은 큰 피해를 받을 수 있다.
“엘단트 내진 보수 보강공법”은 바로 이러한 시대적 요구와 문제해결을 위해서 만들어진 최적의 내진 보수 보강공법이다.

개요

꿈의 신소재라 불리는 탄소섬유는 철보다 10배 높은 인장강도와 7배의 고탄성을 갖고 있으면서도 무게는 1/4로 가볍기 때문에 다양한 산업분야에서 연구되어지고 있고 실제로 활용폭도 넓어지고 있다.
엘단트 내진 보수 보강공법은 이러한 꿈의 신소재인 탄소섬유를 메쉬망 형태로 제작해서 콘크리트와 친화력 있는 특수 무기질 접착제를 사용하여 콘크리트에 일체화 시킴으로써 구조물의 보수보강 및 내진성능을 향상시키는 것은 물론 내화성, 폭렬방지 및 탈락방지기능, 결로방지, 방수효과까지 얻을 수 있는 최적의 공법이다.
뿐만 아니라 냄새도 없고 습윤면 시공도 가능하며 작업 공정도 간단해서 시공성 또한 매우 우수하다.
이러한 이유로 기존 건축 또는 토목 구조물에 대한 보수 보강공법으로는 가장 효율적이고 경제적인 공법이라 할 수 있다.
또한 보수 공사만이 아니라 구조물 신축 시부터 적용 가능하기 때문에 아주 효과적인 내진 보강 대책이 될 수 있을 것이다.
 
 

특징

  • 금속보다 가벼우면서도 고탄성, 고강도, 고내구성을 발휘하는 격자형 탄소섬유를 사용.
  • 콘크리트와 친화력이 좋고 영구적인 접착성능을 보유한 무기질계 접착제를 보강재로 사용.
  • 접착증강제와 반응을 통한 콘크리트와의 완전한 일체화 및 장기적 안정성, 내구성을 확보.
  • 각각의 미세입자들이 독립적인 접착 및 보강기능을 가지고 있어서 손상 시 확산 범위가 최소화된다.
  • 얇은 두께로(3~5㎜) 보강이 가능하기 때문에 기존 구조물에 하중으로 인한 영향을 주지 않는다.
  • 별도의 앵커없이 시공되기 때문에 앵커 설치로 인한 비용이 절감될 뿐만 아니라 구조물의 손상이 없고 작업시간을 단축 할 수 있다.
  • 평면, 곡선, 모서리 등 어떠한 형태의 모양도 시공이 가능하다.
  • 콘크리트와 유사한 색상 및 질감으로 시공 가능하고 보강 후에도 다양한 마감재 추가 적용가능

 

장점

  • 지진 또는 충격으로 인한 구조물의 심각한 손상 시 급격한 붕괴를 흡수, 지연시킴으로써 충분한 대피시간 확보
  • 구조물의 노후화, 지진, 화재, 충격 등으로 인한 손상 또는 파괴 시 탈락 및 낙하하는 파편으로부터 인명 및 차량의 피해를 보호
  • 한 번의 시공으로 내진 보강, 일반 보수보강, 폭렬방지, 탈락방지 및 균열억제, 결로방지, 방수효과까지 얻을 수 있는 최적의 All In One공법
  • 기존 고비용, 복잡한 내진 보강공법에 비하여 최소의 비용으로 최고의 효과를 기대할 수 있는 가장 환경 친화적인 공법

 

적용 부위별 보강기능

  • 슬라브, 보, 기둥 보강
  • 내·외벽 보강
  • 조적벽, 블럭, 옹벽보강
  • 콘크리트 피복두께 보강기능
  • 콘크리트 단면보강기능

적용대상 구조물

  • 터널, 교량, 지하보차도 등의 도로, 철도구조물
  • 학교, 병원, 빌딩, 아파트, 공장, 주택 등 각종 건축 구조물
  • 원자력 발전소, 군 시설물, 댐, 정수장, 경기장 등 주요시설물
  • 기타 모든 콘크리트 구조물

 

기대효과

  • 지진 또는 충격, 화재 등으로 인하여 구조물의 심각한 손상 발생 시 인명피해를 최소화 할 수 있다.
  • 보수보강을 통하여 구조물의 기대수명 확보 또는 연장효과가 가능하다.
  • 노후 구조물들의 무분별한 철거 및 재건축, 재건설을 최소화함으로써 막대한 사회적, 경제적 비용을 절감할 수 있다.

 공법의 비교

기존 공법과의 비교
항목 엘단트 내진 보수 보강공법 에폭시 + 탄소섬유 보강공법(기존)
접착제 무기질계 접착제 유기질계 접착제
모체와의 친화성 콘크리트와 친화력이 좋다. 콘크리트와 친화력이 없다.
통기성 콘크리트와 통기성이 좋아 하자발생이 없다 통기성이 없어서 접착계면의 수분, 공기층 형성 시 하자발생
부착성 모체와 일체화 개념 모체에 표면부착 개념
모체와의 신축성 온도 변화에 따른 모체와의 신축률이 동일 모체와의 신축률이 상이하여 박리 및 하자의 원인
불연성 불연성 자재 화재에 취약
내화성(유독가스) 화재시 유독가스 발생이 없고, 부분 보수 가능 화재시 유독가스 발생 및 기능상실
경제성 가격이 저렴 가격이 고가
폭렬방지 콘크리트 폭렬현상을 방지 및 억제 폭렬방지 기능이 없다.(화재발생시 접착제 손실)
탈락방지 손상된 콘크리트의 탈락 및 낙하방지 탈락방지 기능이 없다.(탈락시 계면접착제 쉽게 분리)
미관성 - 콘크리트와 유사한 색상, 질감 가능
- 추가적인 마감재 다양하게 적용가능
- 에폭시 본연의 색상(청녹색) 및 탄소섬유가 그대로 노출된다.
- 추가적인 마감재 적용이 제한적이다.
현장 적용성
(실내, 외 작업)
실내, 실외 어떤 조건에서도 시공이 가능하다 주로 실내(내부)에 적용된다
(실외작업시 변색 및 박리현상 우려됨)
유지관리 - 보수가 간편하고 비용이 저렴하다.
- 손상이나 하자발생시 확산이 안된다.
- 보수가 힘들고 비용이 고가이다.
- 손상이나 하자발생시 연속적인 확산현상이 발생한다.
기존 공법과의 시공성 비교
항목 엘단트 내진 보수 보강공법 에폭시 + 탄소섬유 보강공법(기존)
습윤성 습윤면 시공 가능 습윤면 시공 불가
시공방법 인력, 기계(뿜칠) 모두 가능 인력 (뿜칠 시공 불가)
작업성 - 작업시간이 짧다(1일에도 가능)
- 공정이 단순
- 작업시간이 길다(최소3일)
- 공정이 복잡
환경성 냄새가 없다.(유독성이 없어 친환경적) 실내작업시 (페인트) 냄새 발생
전처리 바탕면처리가 간단하다. 바탕면처리가 까다롭다.(하자발생우려가 높다.)
탈포처리(공기층 제거) 별도의 탈포작업이 필요없다 탈포작업이 필요하다(하자발생우려가 높다)
엘단트 내진 보수 보강공법
에폭시 + 탄소섬유 보강공법(기존)

보강공사 후 콘크리트와 유사한
질감 및 외관을 유지함

보강공사 후 탄소섬유가 노출되고
청녹색의 에폭시 색상으로 마감됨
충격 파괴절단 후 비교사진(보강된 시험체를 완전파괴)
엘단트 내진 보수 보강공법
에폭시 + 탄소섬유 보강공법(기존)

콘크리트 중앙부 관통절단

콘크리트 중앙부 관통절단

절단된 경계면을 제외한 나머지 부위는 콘크리트와 탄소섬유가 완전 밀착되어서 전혀 손상이 없다.

콘크리트가 완전 절단되고 탄소섬유와 콘크리트가 심하게 들뜸

콘크리트는 절단되었어도 손상부위가 확산되지 않고 분리되지 않음

콘크리트 손상부위가 확산되면서 탄소섬유로부터 쉽게 떨어져 나감

절단된 콘크리트가 분리되어 떨어지지 않고 끝까지 서로 붙들고 있음

손상된 콘크리트가 계속 확산되면서 완전 분리되어 떨어짐
엘단트 내진 보수 보강공법
에폭시 + 탄소섬유 보강공법(기존)

콘크리트가 완전 파괴되었어도 분리되지 않고 서로 붙들고 있는 모습

콘크리트가 파괴되면서 쉽게 탈락 분리되는 모습

※ 심한 충격이나 진동으로 콘크리트의 손상이 발생할 경우 탄소섬유에폭시 보강은 콘크리트와 일체화가 되지 않기 때문에 쉽게 탈락하는 반면 엘단트 보강공법은 콘크리트와 완전 일체화가 되어서 손상된 콘크리트가 분리되거나 탈락하지 않도록 끝까지 잡아주고 있다.

화재 안전성 비교사진
엘단트 내진 보수 보강공법
에폭시 + 탄소섬유 보강공법(기존)

화염과 접촉시 불이 전혀 붙지 않고 확산되지 않으며 연기가 발생되지 않는다.

화염과 접촉시 쉽게 불이 붙고 주변으로 확산되며 심한 그을음 및 유해 가스가 발생한다

성능 및 기능

탄소섬유 규격
탄소섬유 규격
내용
탄소섬유
밀 도
인장강도
인장탄성
단위 K g/㎤ Mpa Gpa
측정값 12 1.8 5,500 249
시험체 공통조건
W/B(%)
S/A(%)
모체의 단위 재료 배합표 (㎏/㎥)
MPa
시멘트 잔골재 굵은골재 AE제 감수제
45 44 170 378 744 954 0.045 2.30 315
부착강도
시험명 시험방법 단위 시험결과 비고
부착강도 KSF 2476 MPa 2.93 시험결과는 모체 파괴시까지의 수치
2.70
2.78
평균 2.80
일반적으로 콘크리트표면 도포재 또는 접착제의 부착강도 기준이 1MPa 전·후인것에 비해 세라포스는 2.8MPa의 강력하고 우수한 부착강도를 보여주고 있다.
또한 세라포스는 단순히 접착제의 역할만이 아니라 기존 구콘크리트의 부실한 면을 보강시키면서 일체화를 이루기 때문에 영구적인 접착 내구성을 유지할 수 있는 것이다.
휨강도(내하성)
구분 시험항목 시험방법 단위 시험결과
표준시험체 휨강도(내하성) KSF 2408 MPa 5.29
5.30
5.49
평균 5.36
세라포스보강시험체 휨강도(내하성) KSF 2408 MPa 16.22
14.04
15.36
평균 15.21
※ 세라포스(무기질접착보강재) + 격자형 탄소섬유 2겹 보강
지진으로 인한 지진하중, 구조물의 노후화로 발생되는 피로하중, 기타 충격하중 등은 구조물의 내구성과 수명에 직접적인 영향을 주는 큰 원인으로 콘크리트의 휨강도 특성이 매우 중요한 요소이다.
본 공법(세라포스 탄소섬유보강) 적용 시험체는 동일조건의 표준시험체 대비 2.8배의 매우 우수한 휨강도(내하성)를 발휘함으로써 지진, 충격, 하중으로 인한 구조물의 손상 및 피해를 최소화할 수 있는 것이다.
쪼갬(할열) 인장강도
구분 시험항목 시험방법 단위 시험결과
표준시험체 인장강도 KSF 2423 MPa 3.13
3.25
3.10
평균 3.16
세라포스보강시험체 인장강도 KSF 2423 MPa 4.75
4.69
4.60
평균 4.68
※ 세라포스(무기질 접착보강재) + 격자형 탄소섬유 2겹 보강
※ 공시체 전체보강이 아니라 양단부 캡 부위 2면만 보강
표준시험체 대비 약50%의 쪼갬(할열) 인장강도가 증가되었다.
콘크리트 쪼갬인장강도는 보통 압축강도의 1/10 ~1/14 정도에서 형성되는데 양쪽 캡 부위만 보강했는데도 50%증가되었다는 것은 상당히 뛰어난 보강효과를 가져온다는 것을 알 수 있다.
만약 전면부를 보강한다면 훨씬 보강효과가 클 것이다. 또한 시편의 파괴모양을 살펴보면 일반 공시체는 길이 방향으로 완전히 쪼개졌지만 보강공시체는 양단부 보강면 부위는 파괴 현상이 없고 보강이 안된 중간부위에서만 파괴 현상이 나타났다. 이는 탄소섬유보강공시체가 구조물과 일체화되어 파괴시까지의 응력에 끝까지 버티어 주고 있음을 알 수 있는 것이다.
압축파괴시험
구분 시험체 시험전 중량(㎏) 시험후 중량(㎏) 손실량(㎏) 손실률(%)
표준시험체 각 개체별 평균값 3.69 2.61 1.08 29.26
세라포스 보강시험체 각 개체별 평균값 4.05 3.99 0.06 1.48
압축기로 시험체에 압력을 가하여 파괴시킨 후 파괴로 인한 각각의 손실량을 측정한 결과 보강하지 않은 시험체는 전체 중량대비 약30%의 손실이 발생하였으나 보강시험체는 약1.5%정도로 미미한 손실만이 발생하였다. 이는 본 공법으로 보강 시 구조체가 파괴되는 순간까지도 탄소섬유와 접착제가 끝까지 견디어 주면서 손실을 최소화 시키고 형태를 유지할 수 있기에 가능한 것이다.
만약 콘크리트 구조물이 강한 충격, 지진, 진동 등으로 심각한 손상을 받을 경우 철근을 감싸고 지탱해주는 콘크리트가 파괴되어 손실됨으로써 급격한 붕괴까지 이어질 수 있다. 그러나 본 공법으로 적용 시 콘크리트의 손실을 최소화하고 형태를 유지함으로써 급격한 붕괴를 막고 충분한 대피시간을 확보할 수 있을 것이다.
시험후 표준 시험체
시험후 보강 시험체
콘크리트 박리·박락·탈락방지 효과
터널, 고층건물, 지하시설물, 지하차도, 지하철, 교량, 아파트 등의 각종 구조물들은 노후화 되면서 콘크리트가 박리, 박락, 탈락하는 현상이 발생하게 된다. 또한 지진이 발생한다면 진동과 충격으로 콘크리트가 균열이 발생하고 크고 작은 콘크리트 덩어리(파편)들이 분리되어 낙하하게 된다. 그럴 경우 사람이나 차량, 열차 등에 심각한 피해와 충격을 줌으로써 대피시간이 지연될 뿐만 아니라 2차사고 까지 발생 할 수 있게 되고 큰 인명피해를 주게 된다.

엘단트 내진·보수보강공법은 고강도, 고탄성의 격자형 탄소섬유를 무기질 접착제를 통해 콘크리트에 일체화 시킴으로써 이러한 콘크리트 파편들이 탈락해서 낙하하는 것을 효율적으로 방지해 준다. 이러한 탈락방지 효과는 단순한 보수보강 기능을 뛰어넘어서 2차사고 예방 및 대피시간, 구조시간 확보도 가능케 해줄 수 있는 뛰어난 기능이라고 할 수 있다.
 
보강처리 후 완전 절단시킨 시험체 (분리되지 않고 붙들고 있음)
콘크리트 박리, 박락, 탈락현상
엘단트 보수보강공법 적용
균열억제효과
콘크리트 표층부를 탄소섬유로 밀착시켜 보강하기 때문에 진동, 하중 및 기타 외적인 요인으로 발생될 수 있는 균열을 효과적으로 방지 또는 억제 시킬 수 있다. 엘단트 보강공법은 단순히 콘크리트 표층부만 보호하는 것이 아니라 보강된 구조체의 일체화를 통한 응력 향상으로 진동, 충격, 하중을 흡수 또는 분산 시킬 수 있기 때문에 가능한 것이다.
피복두께 증대 및 단면보강효과
철보다 10배 높은 인장강도와 7배의 고탄성이면서도 무게는 1/4로 가벼운 탄소섬유를 콘트리트에 일체화시키기 때문에 3~5㎜정도의 두께만으로도 피복두께 증대 및 단면보강효과를 가져올 수 있다.
* 피복두께 부족시 또는 단면증대 필요시 효율적인 보강대책으로 활용가능
* 콘크리트와 유사한 색상 및 질감으로 표현가능
* 작은 면적에 대한 부분 보강시에도 쉽게 적용가능
시공전
시공중
시공후
※ 탄소섬유 보강공사 후에도 기존콘크리트와 색상, 외관상 큰 변화가 없다.
폭렬방지효과
화재 시 급격한 온도상승으로 인한 콘크리트 내부의 수증기압에 의하여 콘크리트 표면이 폭발하듯이 떨어져 나가는 현상을 폭렬현상이라고 한다.
폭렬이 발생되면 철근을 감싸서 보호하는 콘크리트의 단면이 손상되고 철근이 노출되어 심각한 내력저하가 발생하게 되고 붕괴로까지 이어질 수 있다.
또한 폭발하듯이 떨어져나간 콘크리트 박리물들이 비산되어 큰 인명피해를 줄 수 있다.
엘단트 보강공법은 고온, 고열에 강하고 부식되지 않는 탄소섬유를 격자망 형태로 콘크리트 표면에 일체화 시킴으로써 화재 시 폭렬현상을 효과적으로 억제할 수 있다.
이는 인명피해를 줄이는 효과뿐만 아니라 구조물의 심각한 손상을 막아줌으로써 복구 또는 보수에 드는 비용을 최소화 할 수 있는 경제성 가치 또한 우수한 공법이다.
화재로 인한 콘크리트 폭렬 및 손상
불연성(화재안전성기능)
시험항목 단위 시험결과 판정기준
1회 2회 3회 평균
불연성 시험 최고온도와 최종평형온도의 차 k 2.5 0.8 1.1 1.47 20K를 초과하지 않을 것
질량감소율 % 16.2 16.3 15.8 16.10 30% 이하
가스유해성 시험 시험용 흰쥐 평균행동 정지시간 분:초 14:55 14:54 - 14:55 9:00 이상
기존 부분적이나마 사용되고 있는 “에폭시 + 탄소섬유시트 공법”은 유기질 재료의 특성상 화재에 취약하여 주 목적인 보수보강기능이 쉽게 손실 된다. 뿐만 아니라 더 심각한 문제는 오히려 화재를 확산시킬 수 있고 심한 유독가스가 발생하기 때문에 자칫 큰 대형사고로 커질 수 있다는 것이다.
엘단트 보강공법은 고내화성 격자형 탄소섬유와 불연소재의 무기질 접착제로 이루어지기 때문에 상기표와 같이 우수한 불연성능을 가지고 있다. 따라서 화재시에도 유독가스 배출이 없고 화염확산이 되지 않을 뿐만 아니라 구조물의 피해를 최소화 시킬 수 있기 때문에 건축물 및 지하구조물 등에 최적의 보강공법이라고 할 수 있다.
에폭시 보강 공시체
엘단트 보강 공시체