탄소섬유 구조보강

일반사항
1. 적용범위
이 시방서는 無수지일방향 탄소섬유시트의 사용범위는 건축·토목용 구조물의 노후화, 부실시공, 균열발생 및 기타 원인으로 인하여 보수·보강공사의 시공에 관하여 규정한다.
2. 작업 계획서
시공자는 현장에서 공사를 시작하기 전에 작업에 관한 세부적인 공사 계획서를 작성, 제출하여 감독관의 승인을 받은 후 시공에 임하여야 한다.
① 세부공정계획서
② 현장시공 상세도면
③ 시공 상태 검측계획서
④ 품질관리 계획서(시공순서 및 방법, 자재관리, 작업환경, 품질보증기간, 관리시험계획)
3. 제출물
시공자는 첨부된 양식에 의거 아래의 사항이 포함된 보고서를 작성하여 감독자에게 납품하여야 한다.
① 자재 시험성적서
② 시공 관리대장
③ 접착강도시험 보고서
④ 시공사진첩
4. 관련규정
본 조항에서 열거한 모든 관련 규정은 본 시방서의 해당 조항의 일부로서 시방서 본문에서 언급한 내용 이외에 추가적인 시방이 필요한 경우에 적용한다. 관련 규정의 적용 내용은 해당 시방서 조항과 관련된 내용에 한하여 적용한다
자재
1. 자재의 구분
① 탄소섬유 : NR72 / NR73
② 프라이머 : PR67 / PH33
③ 레진 : LR67 / LH33
2. 보강공법의 특성
① 고강도, 고탄성
無수지일방향 탄소섬유시트 보강공법은 탄소섬유가 일방향으로 배열되어 있어 탄소섬유가 가지는 뛰어난 강도 특성을 최대한 발휘 할 수 있는 공법으로 기존 철판 보강공법과 동등하거나 그 이상의 탄성률뿐만 아니라 10배에 가까운 강도를 구조물의 균열을 억제하고 내구력을 향상시켜 탁월한 보수·보강효과를 이룰 수 있다.
구분
설계인장강도(kgf/cm2)
설계인장탄성률(kgf/cm2)
無수지일방향 탄소섬유
35,500
2.35x106
철판(SD30A)
4,500
2.1x106
※ 설계강도, 탄성률 : 인장강도, 탄성률을 설계 두깨로 나눈 단면적(1㎠)당 치수
② 경량 - 철의 1/4
無수지일방향 탄소섬유시트 보강공법은 경량의 탄소섬유시트를 사용하므로 보강후 구조물의 중량 및 단면증가가 극히 적어서 사하중과 건축한계에 영향을 미치지 않는다.
(탄소섬유비중 : 1.82g/cm3 / 철 비중 : 7.85g/cm3)
③ 우수한 내구성 및 방식, 방수효과
無수지일방향 탄소섬유시트 보강공법은 탄소섬유시트와 에폭시 수지만으로 구성되는 복합재 보강이므로 물, 염기, 산과 자외선등 외기의 영향으로 인한 부식을 방지한다.
④ 뛰어난 시공성
상온 경화형 에폭시 수지를 접착하는 것만으로 보강이 완료되며 별도의 장비나 공구가 필요 없어 현장에서 손쉽게 시공할 수 있다.
시공
1. 사전 조사
이 시방서는 無수지일방향 탄소섬유시트의 사용범위는 건축·토목용 구조물의 노후화, 부실시공, 균열발생 및 기타 원인으로 인하여 보수·보강공사의 시공에 관하여 규정한다.
① 콘크리트의 표면이 충분히 건조되었는지 확인한다.
② 신설 콘크리트의 양생일 경우 상온에서 30일 이상 시킨다.
③ 작업 환경 및 작업 요건을 확인 합니다.
2. 안전작업관리
① 작업에 필요한 안전 작업 도구를 확인
② 작업자의 안전 작업 요령을 숙지
③ 작업에 필요한 안전 시설물을 설치(작업 표지판, 안전 표지판 및 유도 표시등)
④ 유기용제를 사용할 때는 흡입 사고의 방지를 주의한다. 특히 밀폐된 공간에서의 작업에서는 송풍기나 닥트에 의한 강제 환기를 한다.
⑤ 프라이머 레진 도료 등이 피부에 접촉한 경우에는 비누와 물로 씻어 낸다. 눈에 들어간 경우에는 즉시 다량의 물로 세정하고 의사의 진찰을 받는다.
3. 하자정리
시공자는 첨부된 양식에 의거 아래의 사항이 포함된 보고서를 작성하여 감독자에게 납품하여야 한다.
① 에폭시 수지에 의한 콘크리트 시공면과 탄소섬유시트간의 충분한 접착력을 확보하기 위하여 시공면의 열화층(레이턴스·풍화·박리·도장·이형제·오염부 등)을 디스크 샌딩기 등을 사용하여 충분히 제거·연마해 강도가 높은 면을 노출시킨다.
② 표면의 돌출부(콘크리트 줄눈, 거푸집 단차 등)를 콘크리트 디스크샌딩기 등으로 갈아 평탄하게 한다. 탄소섬유시트 시공시 적절한 표면단차는 1mm 이내이다.
4. 단면복구
① 하지처리 후 현저한 단면 결손부, 기공 등의 불량면이 있는 경우에는 콘크리트와 동등 이상의 강도를 갖는 단면복구재로 복구하여 평탄하게 마무리한다. 철근의 노출이 있는 경우에는 방청처리를 행한 뒤에 단면을 복구시켜 일체화시켜 나간다.
② 크랙(균열)부에 에폭시수지 등을 주입하여 보수한다.
5. 프라이머도포
① 하기온 5℃ 이하, 우천 및 결로의 우려가 있는 경우에는 시공하지 않는다.
② 프라이머의 주제·경화제를 2:1의 배합비로 둥근 모양의 용기에 계량한 후 저속회전으로 균일하게 될 때 까지(약2분간) 혼합한다. 교반에는 저속식 전동교반기를 사용하며, 1회의 혼합량은 가사시간 이내에 시공완료 할 수 있는 양으로 하며 가사시간을 초과한 것은 절대로 사용하지 않는다.
③ 도포량은 시공면의 종류(천장, 벽)나 거칠기 등에 의해 변화한다. 표준적인 프라이머 도포량은 250g/㎡ 이다.
④ 프라이머 경화후 표면에 방울 맺힘 현상이 있는 경우에는 시트 부착 전에 그 부분을 사포 등으로 깎아 마무리한다.
⑤ 가사시간은 혼합하는 프라이머의 양과 주위의 온도에 영향을 받는다. 기온차가 높을 수록 혼합량이 많을 수록 가사시간은 짧아진다.
⑥ 시공현장은 충분한 환기를 하고 화기의 사용을 엄금한다. 시공할 때는 반드시 보호구(마스크, 안경, 고무장갑)를 착용할 것.
⑦ 프라이머와 레진의 종류에 따른 일반적인 성질들은 아래 표와 같다.
품명
적용온도(℃)
 
@30℃
가사시간(분)
@20℃
 
@10℃
요거건조시간(시간)
@23℃
주제·경화제(중량비)
사양
프라이머
15 ~ 25
-
40
-
요거11이내
2:1
표준·무용제
레진(하절기)
25 ~ 35
40
-
-
15이내
2:1
여름용·무용제
레진(동절기)
5 ~ 15
-
-
40
9이내
2:1
요거겨울용·무용제
6. 탄소섬유시트 접착
① 하도 수지는 충분하게 도포하고 함침 탈포작업을 충분히 실시한다.
② 함침 작업 뒤 하도 수지 함침을 위해 30분 이상 방치한다.
③ 이음길이는 10cm 이상 확보한다.
④ 크랙(균열)부에 에폭시수지 등을 주입하여 보수한다.
④ 탄소섬유시트를 가위·칼 등을 사용하여 미리 소정의 크기로 절단한다.
⑤ 프라이머 혹은 요철수정재 시공으로부터 1주일 이상 경과한 경우에는 사포로 거칠게 갈아낸 후 시트 부착작업을 실시한다.
⑥ 레진의 주제·경화제를 2:1의 배합비로 둥근 모양의 용기에 계량한 후 저속 회전으로 균일하게 될 때까지(약2분간) 혼합한다.
⑦ 레진을 롤러나 솔 등으로 균일하게 도포 한다. (하도)기준 도포량은 다음과 같다.
- 섬유 단위중량 200g/㎡의 탄소섬유시트 : 하도에 200~300g/㎡(설계 수지량 : 250g/㎡)
- 섬유 단위중량 300g/㎡의 탄소섬유시트 : 하도에 250~350g/㎡(설계 수지량 : 300g/㎡)
⑧ 탄소섬유시트는 이형지가 붙어있는 채로 도포면에 부착한다. 이때 탄소섬유 시트와 수지의 사이에 기포가 될 수 있는 한 들어가지 않도록 한다. 다음에 이형지의 위에서 고무주걱 등을 사용하여 시트를 시공 면에 완전히 밀착시켜 준다. 탄소섬유시트가 수지 도포면에 완전히 부착한 것을 확인하고 나서 이형지를 조심스럽게 벗겨낸다.
⑨ 탈포 롤러를 사용하여 탄소섬유시트를 섬유길이 방향으로 강하게 4~5회 문질러 준다. 이 때 수지가 시트사이로 잘 베어 나오는지를 확인하면서 기포를 제거한다.
⑩ 섬유(길이) 방향의 이음을 반드시 10cm 이상 확보하면서 시공하여야 한다. 이 때 수지는 충분히 도포하여 그 위에 탄소섬유시트를 포갠다. 폭 방향의 이음은 필요하지 않다.
⑪ 시트를 부착한 뒤에는 수지의 자연함침을 위해 30분~2시간 정도 방치한다. 수지겔화(초기반응종료)뒤 점도가 상승한 시점(상도전)에 떠오름이나 엇갈림이 발생하면 탈포롤러 등으로 늘려 밀착시켜 준다.
7. 마감
① 탄소섬유시트 자체가 자외선을 차단하여 수지의 열화를 방지하는 효과가 있지만 시공면이 직사일광을 받는 경우는 내후성 도료(우레탄계 등)를 도장함이 바람직하다.
② 도장 이외의 마감을 실시하는 경우에는 사전에 충분히 검토하여 필요에 따라서 확인시험을 실시한다. 시공은 각 재료의 표준 시공법에 준하여 한다.
8. 시공흐름도
① 시공범위 결정, 부착부위마킹 ④ 철근 방청 처리
② 불순물제거, 건조 ⑤ 균열보수·복구 (몰탈·크렉부위 에폭시 주입)
③ 콘크리트면 노화층 및 열화층 제거
① 모서리부위는 반경 R=30mm 이상 면처리
② 요철부위 면처리
③ 돌출부위 평활화 작업
④ 오목부의 에폭시퍼티 처리
① 프라이머 혼합(주제, 경화제)
② 프라이머 칠하기(2~3회)
③ 건조
① 수지 배합(주제, 경화제) ④ 고무해라 등을 이용하여 수지함침 및 탈포
② 롤러도포(하도함침) ⑤ 롤러 도포(상도함침)
③ 탄소섬유시트 부착 ⑥ 고무해라 등을 이용하여 수지함침 및 보충
① 20℃ 경우 1주일
② 10℃ 경우 2주일
현장 품질관리
1. 시공 상태 확인
① 육안검사 : 시공 부위의 기포, 도장간의 박리 등을 검사한다.
② 인발시험 : 검사빈도는 탄소섬유시트 2000㎡당 1회로 한다. 다만 시공현장의 사용량이 500㎡ 미만의 경우에는 검사 대상 외로 한다.
2. 양생
① 공사완료 후 재료의 특성 및 시공 장소에 따라서 적절한 양생을 한다.
② 특히 재품의 재령 초기에는 충격, 진동, 추가하중 등의 영향을 주지 않도록 한다.
③ 저온에 의한 동결이 예상되는 경우에는 보온 또는 시트 등으로 보호하여 양생한다.