건축물에 부착되는 구조 보강·고정용 연결재 중 하나인 케미컬 앵커볼트(chemical anchor bolt)는 접착력을 지닌 수지 계열의 화학 앵커(케미컬 그라우트)를 이용해 앵커와 기초 콘크리트 사이를 결합하는 공법이다. 기존의 기계식 앵커가 기초 콘크리트에 기계적 확장력을 부여해 고정력을 확보하는 것과 달리, 화학적 접착 원리를 활용하여 높은 인장·전단 저항력을 발휘한다.

1. 케미컬 앵커볼트의 구성 요소

케미컬 앵커볼트는 크게 세 가지 구성 요소로 이루어진다.

1. 앵커볼트(또는 스터드)

• 기본 재료는 일반적으로 강봉(탄소강 또는 스테인리스강)이며, 표면에는 부식 방지를 위한 아연도금 또는 열처리 코팅이 적용된다.
• 종류로는 크롬도금 강봉, 내식성이 우수한 스테인리스강봉(A2, A4) 등이 있다.

2. 화학 앵커 그라우트(화학수지)

• 에폭시, 비닐에스터, 폴리우레탄 등 다양한 수지 계열로 구분된다.
• 에폭시계는 경화 후 강도가 높지만 경화 시간이 다소 길고 점착성이 강하다.
• 비닐에스터계는 에폭시보다 경화 속도가 빠르고 내화학성이 우수하나 강도는 다소 낮다.
• 폴리우레탄계는 시공성은 좋으나 상대적으로 강도와 내열성이 낮다.

3. 주입 툴 및 앵커 전용 나사

• 그라우트를 균일하게 주입하기 위해 믹서 노즐이 부착된 카트리지형 주입기 또는 펌프형 장비를 사용한다.
• 앵커볼트를 회전시켜 삽입하는 전용 드라이버 비트와 그라우트가 응결된 후 클리닝을 위한 와이어 브러시, 에어 블로워 등이 보조 장비로 동원된다.

2. 시공 절차 및 시공성

케미컬 앵커볼트 시공은 다음과 같은 순서로 이루어진다.

1. 기존 콘크리트 앵커 구멍 타공
   콘크리트 전용 드릴비트를 이용해 규정 직경·깊이로 천공한다. 먼지나 잔진이 남으면 접착력이 저하되므로 드릴링 후 반드시 에어 블로워로 불어내거나 와이어 브러시로 청소하여 구멍 내 이물질을 제거해야 한다.
2. 그라우트 주입
   믹서 노즐을 부착한 카트리지형 주입기를 사용해 구멍 깊이의 하단부터 수지 그라우트를 채워 넣는다. 공기 혼입을 방지하기 위해 노즐을 천천히 끌어올리며 채움이 고르게 되도록 한다.
3. 앵커볼트 삽입 및 정렬
   그라우트가 응결되기 전(작업 온도·수지 종류에 따라 다름)에 앵커볼트를 회전시키며 천공 구멍에 삽입한다. 이때 볼트 머리 위치를 수평·수직 방향으로 정확히 맞춰 두어야 한다.
4. 경화 및 부하 인가
   그라우트가 충분히 경화될 때까지(온도, 수지 종류, 경화제 비율 등에 따라 수십 분~수 시간 소요) 볼트에 부하를 가하지 않아야 한다. 경화 시간 후에는 인장·전단 부하를 안전하게 받을 수 있다.

3. 주요 특성 및 장점

• 높은 인장·전단 강도: 화학적 접착력에 의한 결합으로 기계식 앵커보다 우수한 인장 및 전단 저항력을 발휘한다.
• 콘크리트 파손 최소화: 기계적 팽창 압력이 발생하지 않아 얇은 콘크리트 벽판이나 취성 재료에도 적용 가능하다.
• 다양한 재료 적용: 스테인리스강, 방청 처리 강봉 등을 사용해 내식성·내열성이 요구되는 현장에도 대응할 수 있다.
• 설계 여유도 확보: 볼트 깊이, 간격, 직경 등을 조절해 다양한 설계 부하 조건을 만족시킨다.

4. 설계 시 고려사항

1. 천공 깊이(D)와 삽입 길이(L)
   설계하중에 따라 적절한 천공 깊이를 산정해야 하며, 일반적으로 앵커볼트 삽입 깊이는 10d~15d(d: 볼트 직경) 이상을 권장한다.
2. 간격 및 앵커 간 거리
   인접 앵커볼트 간 최소 간격은 앵커 직경의 10d 이상, 가장자리에서의 간격은 5d 이상을 확보해 콘크리트 파괴를 방지한다.
3. 작업 온도
   그라우트 종류별 권장 작업 온도가 있으며, 섭씨 5℃ 이하 또는 35℃ 이상에서는 경화 미달 또는 지나친 빠른 경화로 성능 저하를 초래할 수 있다.
4. 응결 시간
   접착제 제조사에서 제시하는 핸들 타임(handle time)과 풀 큐어(full cure) 시간을 지켜야 한다.

5. 품질 관리 및 검사

• 천공 후 구멍 내 잔진·분진 잔류 여부 확인
• 주입된 그라우트의 양 및 균일성 점검
• 경화 후 인장 시험 또는 너트 토크 시험(토크 인가 후 앵커 회전 유무 확인)을 통해 고정력 확인
• 현장 온·습도 기록 및 그라우트 배치 번호 관리

6. 적용 사례

• 설비 기초 앵커링: 기계·플랜트 설비를 콘크리트 바닥에 견고히 고정할 때 사용
• 철골 구조 보강: 기존 구조물에 보강철골을 앵커링하여 내진 성능을 향상시킬 때 활용
• 내진보강 공사: 벽체, 기둥 등 구조물 내진보강용 보강재 고정
• 플랜지 연결부: 배관, 덕트의 지지부 및 방진·방음 장치 고정

케미컬 앵커볼트 공법은 콘크리트 구조물의 보강, 설비 고정, 내진 보강 등 다양한 분야에서 안전성과 경제성을 동시에 확보할 수 있는 기술이다. 적절한 제품 선정과 시공 관리, 품질 검사를 통해 설계하중을 충분히 감당하는 신뢰도 높은 앵커링 시스템을 구현할 수 있다.