탄소섬유 보강재 종류에 따른 시공방법 및 단계별 고려사항

 

탄소섬유 보강법(CFRP Reinforcement Method) 개요

 

탄소섬유 보강법은 기존 구조물의 손상, 노후화, 내진 성능 부족, 또는 설계 하중의 증가 등으로 인해 기존 부재의 성능을 보완 또는 향상하기 위한 고성능 보강공법입니다. 탄소섬유는 철보다 강도는 약 7~10배 높고, 무게는 약 1/5 수준으로 매우 가볍고 강도가 높으며, 내식성, 내화학성, 내 피로성이 우수하여 콘크리트 구조물, 교량, 터널, 건축물의 보, 기둥, 슬래브 등 다양한 부재에 적용됩니다.

 

탄소섬유 보강재 종류에 따른 시공 방법 및 품질관리 방안

1. 시트형 CFRP (탄소섬유 시트 / Carbon Fiber Sheet)

1) 특징

얇고 유연한 시트 형태로, 다양한 곡면 형상이나 비정형 구조물에도 적합하며, 적층 횟수에 따라 보강 강도 조절이 가능합니다. 주로 기둥 감싸기(래핑), 보 하부 휨 보강,, 전단보강에 사용됩니다.

 

2) 시공 방법 요약

① 콘크리트 표면의 손상부를 제거하고, 먼지 및 유분을 완전히 제거

② 표면 프라이머 도포 → 퍼티로 평탄화 → 에폭시 수지 도포

③ 시트를 일정 장력으로 밀착 부착 (롤러 사용)

④ 필요시 다층 적층 → 마감재 처리(불연 도장 또는 내화피복 등)

 

3) 품질관리 항목

콘크리트 표면 상태 (청결도, 평탄도, 강도 확보 여부 등)

사용된 수지의 혼합 비율, 작업 유효 시간(Pot Life), 양생온도

시트 부착 시 공기층 유무 및 밀착성 검사 (Roller 압착 기록)

적층 두께 측정 및 적층 횟수 확인

완료 후 Pull-off 시험을 통해 부착강도 측정 가능

 

2. 판형 CFRP (탄소섬유 판 / CFRP Plate)

1) 특징

공장에서 일정 두께(보통 1~2mm)로 성형된 고강도 탄소섬유판으로, 주로 보 하부 휨 보강,, 슬래브 연속구간의 인장력 보강에 사용됩니다. 강도가 균일하고 설치가 비교적 간편하며, 구조 계산이 명확한 것이 장점입니다.

 

2) 시공 방법 요약

① 부착면(보 하부 등)의 콘크리트 절삭 및 정밀 가공

② 접착용 에폭시 수지 도포 → CFRP 판 밀착 부착

③ 필요시 기계적 정착재(Metal Anchor) 병행 시공

④ 표면 마감재(도막, 몰탈, 내화재 등) 적용

 

3) 품질관리 항목

판과 콘크리트 사이 접착상태 확인 (공극 유무)

에폭시 수지의 강도 및 점도 시험 성적서 확인

판형 재료의 강도 시험성적서, 품질 적합 여부 검토

부착 길이 및 위치의 정밀 시공여부 검사

정착재 사용 시, 정착볼트 토크값 확인 및 기록

 

3. 바형 CFRP (탄소섬유 바 / Rod, Bar 형태)

1) 특징

원형 또는 사각형 단면의 고강도 탄소섬유 봉재로, 콘크리트 부재 내부에 삽입하여 보강하는 방식입니다. 근접면 부착식(Near Surface Mounted, NSM) 공법에 적용되며, 철근 대체 또는 내진보강, 전단 보강 등에서 효과적입니다.

 

2) 시공 방법 요약

① 콘크리트 부재 표면에 홈을 정해진 깊이로 절삭

② 내부 청소 및 프라이밍 후, 에폭시 또는 모르타르 충전

③ CFRP 바 삽입 후 정확한 정렬 상태 확인

④ 충진재 양생 및 표면 정리

 

3) 품질관리 항목

홈의 깊이, 폭, 길이 등의 정확한 시공 치수 확보

CFRP 바의 위치 오차 허용범위 이내 시공 여부

충진 수지의 완전 충진 여부(공극, 탈락 유무 등)

재료 시험성적서(인장강도, 부착강도 등) 확보

완공 후 필요시 **비파괴 탐사(NDT)**로 위치 확인 가능

 

* 공통 시공 유의사항 및 품질관리

• 표면처리: 표면의 라이트스 제거, 균열 보수, 오염물 제거는 성능 확보의 핵심
• 환경조건 관리: 작업 시 적정 온도(15~35℃), 습도(85% 이하) 유지
• 수지 혼합 및 사용시간 엄수: Pot Life 초과 시 재료 교체
• 작업자 교육: 시공 전 작업자에 대한 보강재 취급 및 접착 방법 교육 실시
• 성능시험: 부착강도시험(Pull-off), 휨 시험, 인장시험 등으로 성능 검증

 

탄소섬유 보강 공사 단계별 고려사항

 

1. 탄소섬유 보강설계 시 고려사항

항목	고려 내용
보강 목적	휨, 전단, 압축, 연성, 피로성능 개선 중 어떤 목적에 집중할 것인지 명확히 설정
기존 구조물 상태	콘크리트 강도, 균열, 부식 정도 등 사전조사 필수 (비파괴검사 병행 권장)
부착 길이 및 위치	설계하중에 따라 CFRP의 유효 부착 길이 산정 필요 (정착길이 확보 필수)
부재 간 응력 분포	기존 철근과 보강재 간 응력분담 고려하여 탈락 방지 설계
하중 재하 시점	시공 후 완전 양생 이전에는 하중 재하 금지 (보강효과 미발현 우려)

 

2. 시공 중 부착불량 및 시공불량 발생 원인 및 대책

발생 문제	주요 원인	방지 및 대책
접착불량	표면처리 불량, 수지 도포 부족, 먼지 잔류	표면건조, 에폭시 점도 확인, 롤러 압착 충분
박리 발생	곡면 시공 미숙, 수지 점도 부적합	시트형 선택 시 곡면 적용성 검토, 작업 온도 유지
시트 주름/공기층	시공 시 장력 불균형, 압착 미흡	롤링 전담 인력 배치, 시공 방향 통일
양생불량	저온 또는 고습 환경, 수지 배합 오류	환경조건 사전확인, 작업 후 24시간 이상 양생 확보
탈락 및 부식	마감처리 누락, 수분침투	UV차단 마감, 방수처리, 불연 도장 적용 권장

 

3. 성능시험 및 점검 항목 (시공 전·중·후)

① 시공 전

• 기존 부재 콘크리트 압축강도 시험
• 철근배근 상태 확인 및 설계 반영
• 시공재료 시험성적서 및 인증 확인 (CFRP 시트, 판, 에폭시 등)

② 시공 중

• 각 공정별 체크리스트 운영 (표면처리 → 수지 도포 → 부착 → 압착 → 마감)
• 작업온도, 습도 실시간 기록
• 시트 부착 상태 사진기록 및 육안 확인

③ 시공 후

Pull-off 시험 (부착강도 확인, 최소 1.5 MPa 이상 권장)

• 휨강도 시험 (시편 제작 후 하중 시험)
• NDT(비파괴 시험)로 보강재 위치 및 상태 확인