주차장에 보강이 필요한 이유
주차장 구조물은 예측 가능한 방식으로 손상됩니다. 염화물이 포함된 습기가 데크를 침투하여 철근을 부식시키고 콘크리트 피복을 박리시킵니다. 또한, 포스트텐션 손실로 인해 예비 내력이 감소하고, 더 무거워진 현대 차량과 사용 용도 변경으로 인해 노후 슬래브가 원래 설계 하중을 초과하게 됩니다. 중요한 부재는 휨을 받는 슬래브 하부, 펀칭 전단이 발생하는 기둥-슬래브 접합부, 그리고 전단을 받는 보 가장자리입니다. 주차장은 보강 중에도 운영을 유지해야 하는 경우가 많기 때문에, 보강 공법은 경량이고 빠르게 시공할 수 있으며 습하고 오염된 표면에 내성이 있어야 합니다. 이러한 조건은 단면 확대나 강판 보강보다 외부 부착 CFRP에 더 적합합니다.
슬래브 보강을 위한 CFRP 시스템
세 가지 CFRP 공법이 대부분의 주차장 슬래브 사례를 해결합니다. 슬래브 하부의 휨 보강을 위해서는 탄소섬유 플레이트 스트립(FSL, 펄트루전, 두께 1.2-3.0 mm, 폭 50 또는 100 mm, 인장 강도 2400-2800 MPa)을 주 경간 방향으로 스트립 형태로 부착하는 것이 첫 번째 선택입니다. 이는 얇고 낮은 프로파일의 접착 라인으로 높은 탄성 계수를 제공합니다. 기둥 영역의 전단 및 구속 보강이나 형상이 불규칙한 경우에는 탄소섬유 패브릭(FSC, 습식 적층)을 접합부 주위에 감거나 부채꼴로 배치하는 것이 선호됩니다. 활성 균열이 있는 데크의 경우, 균열 주입 에폭시(FSE 523)가 CFRP 적용 전에 모놀리식 거동을 복원합니다. 이 세 가지 공법 모두 표면 밀봉을 위한 FSE 302 에폭시 프라이머와 접착을 위한 FSE 322 함침 접착제 또는 FSE 362 플레이트 접착제에 의존합니다.
ACI 440.2R에 따른 설계 접근법
ACI 440.2R은 보에 사용되는 변형률 적합성 프레임워크를 슬래브 보강에도 동일하게 적용합니다. 휨 성능 향상을 위해 CFRP의 기여는 기존 철근 보강에 추가되지만, CFRP 변형률은 탈락을 방지하기 위해 제한됩니다. 일반적으로 실험적으로 측정된 탈락 변형률의 0.8배이며, 절대 상한값이 적용됩니다. 설계자는 또한 플레이트와 콘크리트 사이의 계면 전단 응력이 일반적으로 플레이트 폭과 간격을 결정하는 부착 한계 이하로 유지되는지 확인해야 합니다. 내부 기둥의 펀칭 전단에 대해 ACI 440.2R은 콘크리트 및 철근 전단 내력을 보완하는 CFRP 기여 항을 제공합니다. 배치는 기둥 주위에 방사형으로 패브릭 스트립 또는 플레이트를 배치하는 것입니다. CFRP가 탈락할 경우 슬래브가 하중을 지지할 수 있는 충분한 잔여 내력이 있는지 항상 확인하십시오. 이는 갑작스러운 붕괴를 방지하는 연성 파괴 검사입니다.
운영 중인 주차장에서의 시공 고려 사항
표면 처리 성공 여부가 전체 공사의成败를 좌우합니다. 박리된 콘크리트와 노출된 철근 부식 생성물을 건전한 모재까지 제거하고, 표면을 ICRI CSP 3-5 질감으로 프로파일링한 후, 프라이밍 전에 콘크리트 수분 함량을 4% 미만으로 건조시킵니다. FSE 302 프라이머를 도포하여 표면 근처 영역을 밀봉하고 강화한 다음, FSL 플레이트를 FSE 362 플레이트 접착제에 매설하거나 FSC 패브릭을 FSE 322로 함침시킵니다. 데크가 완벽하게 평평한 경우는 드물기 때문에, FSE 362의 틱소트로픽 특성은 약간의 요철을 처짐 없이 메울 수 있습니다. 접착제가 완전히 경화될 때까지 해당 구역의 차량 통행을 금지하십시오. 일반적으로 23°C에서 7일, 저온에서는 더 오래 걸립니다. 완전 경화 전에 차량이 통과해야 하는 경우 CFRP 위에 임시 보호 시트를 사용하십시오.
실무 예제: 슬래브 하부 휨 보강
두께 200 mm, 경간 6 m의 1방향 슬래브가 원래 2.5 kPa의 활하중으로 설계되었으나, 이제 4.0 kPa를 지지해야 한다고 가정합니다. 필요한 추가 모멘트 용량은 약 22 kNm/m입니다. FSL-1.4 플레이트(두께 1.4 mm, 폭 100 mm, Ef = 165 GPa)를 설계 변형률 0.006으로 사용하면, 각 스트립은 약 0.14 x 165000 x 0.006 = 138 kN의 인장력을 제공하며, 지렛대 팔은 약 175 mm로, 스트립당 약 24 kNm를 제공합니다. 300 mm 간격(미터당 3.3 스트립)으로 배치하면 보강 용량은 약 80 kNm/m로, 필요한 22 kNm/m를 훨씬 상회하며 탈락 및 철근 항복 검사에 대한 여유도 확보됩니다. 플레이트는 FSE 302 프라이머 위에 FSE 362로 접착되며, 100 mm의 엇갈린 종단 처리가 적용됩니다.
자주 묻는 질문
슬래브가 교통에 다시 개방되기까지 얼마나 걸리나요?
접착제가 완전히 경화되어야 CFRP가 활하중을 지지할 수 있습니다. 23°C에서 FSE 322 및 FSE 362의 경우 약 7일이 소요됩니다. 15°C 이하에서는 경화 시간이 약 두 배로 늘어나므로, 이에 따라 교통 통제를 계획하거나 속경화 변형을 사용하십시오.
CFRP가 직접 바퀴 하중을 지지할 수 있나요?
아니요. 슬래브 하부의 CFRP는 인장력을 받는 부재로, 마모 표면이 아닙니다. 주행 표면은 원래 콘크리트 데크로 유지되며, CFRP는 하부에만 용량을 추가합니다. 상부 표면 손상의 경우, 먼저 콘크리트를 보수하고 부식을 처리하십시오.
CFRP가 진행 중인 부식을 막을 수 있나요?
단독으로는 불가능합니다. CFRP는 부식으로 인해 손실된 강도를 복원하지만 부식을 중단시키지는 않습니다. 염화물 원인을 해결하고, 콘크리트를 보수하며, 프로젝트의 일환으로 데크 표면에 방수막을 고려하십시오.