탄소섬유판(CFRP Strip)을 사용하여 콘크리트 구조물을
보강하는 경우에 대하여 논하는 것은 매우 조심스럽습니다.
여기에 관계된 회사가 많은 것 같고
기존에 시공된 곳도 제법 있는 것 같습니다.

본인의 신뢰성을 걸고 탄소섬유판을 보강에 사용하겠느냐고 물으면
저는 결코 수용할 수 없을 것입니다.
기존에 실험이나 연구 등을 보면
완성된 건물의 보강이 아니라 하중을 받지 않는 부재에
판소섬유판을 부착하여 두고 검증을 행한 경우가 대부분입니다.
완공후의 구조물과의 거동이 상당히 다릅니다.

탄소섬유판을 보강에 사용할 경우
다음의 문제에 주의하여야 합니다.

1. 보강에서의 거동에 대하여.

구조물의 보강은 구조물이 고정하중을 이미 받고 있는 상태에서
즉 고정하중에 의해서 변형이 발생되어 있는 상태에서 보강공사를 합니다.
보강재는 활하중에만 저항하기 시작합니다.
보통의 구조물의 경우 활하중은 고정하중의 1/2 이하입니다.
그렇다면 전체하중의 약 30% 정도에만 효과가 있습니다.
그런데 지금 설계하는 방법은 전체하중에 대하여 보강재로서 설계하고 있습니다.

 

또 하나는
탄소섬유의 물성인데
탄소섬유는 탄성계수는 철근등의 강재와 비슷합니다만,
강도는 약 10배입니다.
탄소섬유의 제 강도를 발현하기 위해서는 철근의 10배에 해당하는
변형이 발생되어야 합니다.
그런데 보강에서는 활하중에만 저항하기 때문에
제 강도를 발현하기 위한 변형이 발생될지는 의문입니다.
그리고 철근의 10배에 해당하는 강도가 발생된다면
내부에 있는 콘크리트의 상태를 생각하면 끔직하군요.

2. 정착에 매우 주의하여야 합니다.

탄소섬유판은 철근의 약 10배의 강도는 가집니다.
쉽게 설명하면 철근의 10배에 해당하는 정착길이가 필요해집니다.
더불어, 탄소섬유판을 사용하여 보강을 할 경우는
철근의 정착과는 다른 거동을 합니다.
철근의 정착은 쐐기 형태의 정착을 하기 때문에 효과가 좋습니다만,
탄소섬유판의 경우는 콘크리트 표면의 부착으로 힘이 전단되기 때문에
표면 탈락의 전단 내지는 인장거동을 합니다.
이 두가지 거동의 차이는 구조하는 사람이라면 다 알 수 있는 문제죠.
게다가 탄소섬유쉬트가 아닌 탄소섬유판이라면 더욱 문제가 커질 수 있습니다.

3. 시공의 정밀도에 주의

탄소섬유쉬트도 마찬가지입니다만
탄소섬유판의 경우는 더욱 주의해야 할 부분이 시공의 정밀도입니다.
현실 우리나라 보수보강 업계의 현실을 볼 때 심히 우려되는 부분입니다.
보강할 콘크리트 표면의 평활도,
접착하는 에폭시의 처리 등
시공현장을 직접 본
구조기술자라면 과연 두발 뻗고 잠잘 수 있을까요?

이상의 문제 이외에도

탄소섬유판의 취성거동,

접합면 콘크리트의 균열,

횡방향의 하중에 의한 파단 등
여러가지 예상되는 문제가 있지만
확신을 가지고 말하기에는 부족한 점이 있어서
다음기회로 미루겠습니다.