Direct Fastening은 피스톤의 구동 에너지를 이용하여 파스너 (Fastener: Nail 또는 Stud)를 모재 (Base material: Steel, Concrete, 또는 Masonry)에 밀어 넣어 고정하는 기술이며 공구(Tool), 구동 에너지(Driving energy), 파스너(Fastener) 로 구성된 시스템입니다.
Hilti는 Hammer-actuated Direct fastening시스템 출시를 1950년대부터 시작하여 생산성, 안전성, 신뢰성에 혁신을 거듭하며 고객의 사용환경에 최적화된 서비스 제공을 목표로 화약, 가스 및 배터리 구동 시스템으로 확장과 선진 기술로 업계를 선도해 왔습니다.

표 1: Direct fastening시스템 종류 및 특징

 
Direct Fastening시스템의 파스너 종류와 기본 메커니즘을 간략하게 소개 드립니다.

1)   파스너 종류
화약, 가스 및 배터리, 등 구동 방법에 따라 날카로운 팁(sharp tip), 뭉툭한 팁(blunt tip) 및 뭉툭한 팁 나사 파스너(blunt tip screw fasteners)로 구분됩니다.

표 2: 파스너 종류 및 특징

 
1)   Steel 모재의 파스너 메커니즘
모재가 Steel인 경우 마찰(friction), 끼임(keying), 납땜(micro brazing or soldering), 용융(fusion)결합의 네 가지 주요 메커니즘으로 구속 및 체결됩니다.
 
①      Sharp tip fastener
파스너가 모재에 밀어 넣어 지는 순간 발생한 모재의 변위가 회복되면서 팁의 표면에 작용하는 구속력으로 체결됩니다. 따라서 외부의 인장 하중이 파스너에 가해지면 마찰 저항의 형태로 모재에 하중이 전달되며 파스너(fastener) 팁에 마디 또는 홈과 같은 굴곡은 접촉면 마찰 저항 증가와 기계적 체결을 형성하여 끼임(keying) 효과를 극대화합니다. 또한 Sharp tip fastener의 특징은 파스너가 모재에 밀어 넣어 지는 순간 마찰에 의해 발생한 고온이 파스너 표면의 Zinc coating과 Steel모재를 부분적으로 용융 결합시켜 높은 품질의 결합 메커니즘을 제공합니다.
②      Blunt tip fastener
파스너 팁보다 작은 직경의 파일럿 홀에 밀어 넣는 구동을 통해 마찰(friction) 구속과 용융(fusion) 결합을 가지게 됩니다.
③      Blunt tip screw fastener
Hilti의 신뢰성 있는 torque 제어 Drill/Driver 시스템을 이용하여 생성된 파일럿 홀에 나사산이 있는 파스너를 회전하며 밀어 넣는 구동을 통해 모재에 나사산 생성하게 되고 모재와 파스너 사이에 강력한 끼임 (keying) 결합력을 만들어 냅니다.

그림 1: 결합 메커니즘 (모재: Steel)

1)   Concrete 모재의 파스너 메커니즘
부착(bonding)/소결(sintering), 끼임(keying), 조임(clamping)의 세 가지 주요 메커니즘으로 구속 체결을 제공합니다.  Steel 모재의 납땜(soldering) 메커니즘과 유사하게, Concrete 모재에 파스너를 밀어 넣는 구동 과정에서 발생하는 열과 압력은 파스너 주변의 Concrete모재를 압축하여 단단한 덩어리를 형성하게 하는 콘크리트 소결(sinter)을 통한 결합을 제공합니다. 또한 파스너에 선택적 와셔의 적용은 Concrete 모재에 설치된 파스너 팁 주변에 조임력(clamp force)을 향상시켜 전단 하중과 뽑힘(pullover) 하중을 모재에 효과적으로 전달함으로써 구속 및 체결을 향상시킬 수 있습니다.
 
2)   그 외 결합력에 영향을 주는 파스너(fastener) 메커니즘
①  Steel 모재
-      Steel의 두께 및 인장강도
-      파스너 재질의 경도 및 팁 직경
-      파스너 설치 간격 및 모재의 모서리까지의 거리
②  Concrete 모재
-      Concrete 모재의 압축강도 및 상태
-      파스너 팁 직경 및 관통 깊이
-      파스너 설치 간격 및 설치된 파스너에서 모재 모서리까지의 거리
 
일반적으로 Concrete 압축 강도가 증가하면 파스너의 체결 강도도 증가하지만, Concrete 모재의 강도는 2,000psi ~ 6,000psi에서 최적 퍼포먼스를 발휘합니다. 모재의 압축 강도가 Max. 8,500psi까지 파스너 하중 테스트가 수행가능 하며 고강도 콘크리트 모재 경우에 사전 천공이 필요 할 수 있습니다.
 
3)   Hilti파스너의 일관성을 위해 테스트 및 평가 표준을 준수합니다.
-      ASTM E1190
-      ICC-ES AC70 (powder actuated applications into steel and concrete)
-      ICC-ES AC43 (steel deck and floor systems)
 
4)   설계 가이드라인으로 기술 문서 및 코드 승인 고려사항을 제공합니다.
-      평가방법
-      모재(Steel, Sheet steel, Concrete)에서의 파스너(fastener) 뽑힘(pullout)
-      베어링(bearing), 찢어짐(tearing), 쌓임(piling up)
-      파스너 전단 파괴