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EP 나일론섬유를 혼입한 자기충전콘크리트(SCC)에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on the Self-Consolidating Concrete with EP Nylon Fiber 원문보기

구조물진단학회지 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, v.15 no.1 = no.65, 2011년, pp.159 - 168  

류재석 (한양대학교 건설환경공학과) ,  이용수 (한양대학교 토목공학과) ,  전중규 (코오롱건설 기술연구소) ,  전찬기 (인천대학교 도시건설공학과)

초록
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본 연구에서는 분산제 코팅을 통해 성능 개선된(EP) 나일론 섬유를 혼입한 자기충전 콘크리트의 가능성을 알아보고자 하였으며, 이를 위한 실험 방법으로 나일론 섬유 길이와 다른 유기계 섬유(폴리프로필렌, 셀룰로오스)를 혼입한 경우 그리고 광물질 혼화재(고로슬래그 미분말, 플라이애쉬)의 종류를 달리 혼합한 2성분계 및 3성분계의 경우를 가지고 자기충전 콘크리트의 특성을 검토하였다. 이 실험 결과를 토대로 하여 실구조물 적용을 위한 Mock-up Test를 성능 개선된 나일론 섬유를 혼입한 자기충전콘크리트 와 일반콘크리트를 비교하여 실구조물 활용 가능성을 검토 하였다. 그 결과 굳지 않은 자기충전 콘크리트의 특성, 경화된 자기충전 콘크리트의 특성 및 내구특성을 종합해 볼 때 성능 개선된(EP) 나일론 섬유가 우수함을 알 수 있었고, 성능 개선된 나일론 섬유에 따른 광물질 혼화재 사용에서는 플라이애쉬 보다 고로슬래그 미분말이 우수함을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we find out the feasibility of self-consolidating concrete with EP nylon fiber. Three kinds of method were used; when length of nylon fiber is differed for the experiment to investigate usability of nylon fiber with enhanced performance by dispersing-agent coating in self-consolidatin...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그 방법으로는 섬유 길이 및 종류에 따른 시험체와 광물질 혼화재의 종류에 따른 시험체를 제작하여 물리적, 역학적 특성 및 내구적 특성을 실험하였다. 또한 Mock-up 시험체를 제작하여 현장에서의 실용화 가능성을 확인하였다. 위와 같은 실험을 통하여 분석, 고찰한 결과는 다음과 같다.
  • 즉, 분산제 코팅을 통해 성능 개선된 나일론 섬유(이하 EP Nylon Fiber 또는 EP 나일론 섬유라 약함)를 고성능의 자기충전 콘크리트(SCC)에 혼입하여 나일론 섬유의 길이 및 다른 유기계 섬유(폴리프로필렌, 셀룰로오스)와 비교하였으며, 광물질 혼화재(고로슬래그 미분말, 플라이애쉬)를 달리하여 2성 분계 및 3성분계 에서의 특성을 검토하고자 했다(전중규 등, 2007). 또한 이러한 실험 결과의 검토를 토대로 하여 EP 나일론 섬유를 혼입한 자기충전 콘크리트(SCC)의 Mock-up Test를 수행함으로서 EP 나일론 섬유를 혼입한 자기충전 콘크리트(SCC)의 실 구조물 적용을 위한 기초적인 자료를 제공하고자 한다.
  • 본 연구에 사용된 Mock-up 부재는 가로 1,200mm, 높이 1,200mm 그리고 두께 150mm이며, 내부에는 13mm 이형철근을 설치하였다. 또한, 내부를 복철근으로 제작을 하여 유동성과 충진성에 관한 사항을 확인하려 하였다. 위의 실험결과를 통하여 EP 나일론 섬유는 6mm를 사용하였으며, 배합은 일반 콘크리트(이하 NFC 6이라 명함)와 SCC(NFSCC 6이라 명함) 모두 예비배합을 통해 기준배합(W/B=34%, S/a=45%)을 결정하였다.
  • 본 연구에서는 분산제 코팅을 통해 성능 개선된 나일론 섬유를 혼입한 SCC에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 그 방법으로는 섬유 길이 및 종류에 따른 시험체와 광물질 혼화재의 종류에 따른 시험체를 제작하여 물리적, 역학적 특성 및 내구적 특성을 실험하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 논문에서 분산제 코팅을 통해 성능 개선된 나일론 섬유를 혼입한 SCC에 대해 실험적 연구를 수행한 결과는 어떠한가? 1) 굳지 않은 자기충전 콘크리트의 경우 슬럼프 플로우 및 U-Box는 섬유 비교와 혼화재 비교 모두 목표성능을 만족 하였으며, 육안 식별 지수에 의한 판정에서도 모두 재료 분리가 없는 높은 안정성을 갖는 것으로 나타났다. 이 결과로 고유동성 부분에서 모든 시험체가 사용 가능한 것으로 판단되며, EP 나일론 섬유의 경우는 다른 섬유와 비교하여 적은 유동화제 사용에도 동일하거나 우수한 결과를 보였다. 이는 EP 나일론 섬유가 분산제로 코팅되어진 영향으로 콘크리트 내에서 섬유와 섬유사이의 반발력으로 뭉침 현상 없이 분산성이 좋게 나타난 것으로 보인다. 2) 경화한 자기충전 콘크리트의 경우 역학적 특성 중 압축강도는 섬유가 혼입 되지 않은 Control이 다소 높은 강도 발현을 보였으며, EP 나일론 섬유와 다른 섬유들은 유사한 압축강도 값을 보였다. 인장 및 휨 강도 부분은 섬유 길이 및 종류의 비교에서 EP Nylon6, Cellulose, EP Nylon13, Polypropylene, Control의 순서로 강도가 크게 나왔다. 또한 EP Nylon6은 Polypropylene보다 약 10~15%정도 강도가 우수하게 나타났으며, 같은 EP 나일론 섬유의 경우에도 6mm가 13mm보다 휨 강도 부분에서 약 15%정도 높게 나타났다. 이는 기존 연구와 다른 양상으로 나타났는데, 이것은 굵은 골재의 최대치수가 13mm이기 때문으로 보인다. 각각 10%를 치환한 혼화재 비교에서 압축강도는 모든 재령에서 BN이 가장 우수했으며 재령28일에서는 FBN보다 FN이 재령 91일에서는 FN보다 FBN이 높은 강도를 보여주고 있다. 고로슬래그 미분말만 혼합한 BN이 플라이애쉬만 혼합한 FN보다 약 10%정도 강도가 높은 것으로 나타났다. 인장강도와 휨 강도에서도 압축강도와 유사한 결과를 보여주고 있다. 이는 플라이애쉬 보다 고로슬래그 미분말이 더 안정된 물질로서 시멘트와 결합하여 수밀한 시험체가 만들어진 것으로 보인다. 3) 혼화재 치환 때문에 탄산화 깊이는 폴리프로필렌을 제외한 그 외의 배합들이 유사한 결과를 보였고, 염소이온 침투 결과는 셀룰로오스를 제외한 나머지가 유사한 결과를 보였다. 혼화재 혼합의 비교에서는 3성분계로 혼합한 것이 저항성이 높은 것으로 확인되었고, 이 결과를 토대로 하여 실구조물에 EP 나일론 섬유를 혼입한 SCC를 적용하였을 경우 염소 이온 침투가 활발한 해양 지역 또는 탄산가스가 많이 배출되어지는 공장 지역 등 내구성 환경이 취약한 지역에 적합할 것으로 보인다. 4) Mock-up Test에서는 SCC의 유동성과 충진성이 높은 것으로 확인 되었으며, 시험체 상, 중, 하부의 강도차이는 일반콘크리트는 약 10%정도 하부가 높게 나타났고, SCC의 경우는 거의 차이 없이 나타났다. 이는 재료분리 현상인 굵은 골재가 하부로 가라앉는 현상이 없는 SCC의 고유한 성질이 EP 나일론 섬유를 혼입하였을 때도 동일하게 나타나는 것으로 타설 깊이가 깊은 구조물에서 적용이 가능한 것으로 보인다.
건설 산업이 고도화되고 건축물이 고층화 및 기능화되면서 어떤 것이 필요하게 되었는가? 최근 건설 산업이 고도화되고 건축물이 고층화 및 기능화 되면서 건설재료에 요구되는 성질도 복잡하고 다양하게 발전되어 가고 있는 것을 쉽게 볼 수 있다. 이와 같이 초대형과 복잡한 구조물로 인하여 고강도이면서 자기충전 및 유동성을 가진 자기충전 콘크리트(SCC)가 필요한 실정이며, 국내 및 국외에서 이에 관한 다양한 연구가 진행되고 있다. 이러한 장점을 가진 것과는 반대로 고강도 콘크리트는 인장과 휨강도, 균열, 폭열 등의 단점을 지니고 있다(오병완, 1996).
고강도 콘크리트의 단점은 무엇인가? 이와 같이 초대형과 복잡한 구조물로 인하여 고강도이면서 자기충전 및 유동성을 가진 자기충전 콘크리트(SCC)가 필요한 실정이며, 국내 및 국외에서 이에 관한 다양한 연구가 진행되고 있다. 이러한 장점을 가진 것과는 반대로 고강도 콘크리트는 인장과 휨강도, 균열, 폭열 등의 단점을 지니고 있다(오병완, 1996).
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참고문헌 (17)

  1. 김기철, 박상준, 조병영, 윤기원, 최응규, 한천구, "증점제를 이용한 고유동 콘크리트의 특성에 관한 기초적 연구-경화상태의 특성", 한국 콘크리트학회 봄 학술발표회 논문집, 1996, pp.198-201. 

  2. 류재석 외4명, "여러 종류의 섬유를 혼입한 콘크리트의 성능 개선에 대한 연구", 한국 구조물 진단 유지관리 공학회 가을학술발표회 논문집, 2009. 

  3. 오병완, "섬유보강 콘크리트의 전망 및 필요성", 한국 콘크리트 학회지, 제8권 4호, 1996. 

  4. 이희근, 이승훈, 카말 카야트, "자기충전 콘크리트의 워커빌리티 시험 방법 및 성능규준", 한국 콘크리트 학회지, 제18권 4호, 2006, pp.68-72. 

  5. 송일현, 류재석, "콘크리트의 유동성 개선을 위한 순환골재 활용에 관한 연구", 한국 콘크리트 학회 봄 학술발표회 논문집, 2009, pp.219-220 . 

  6. 쌍용양회공업주식회사 기술팀, "해양.매스콘크리트 설계 가이드북", 쌍용양회공업주식회사, 2008, pp.17-20. 

  7. 전중규, 유진오, 유세열, "섬유보강 콘크리트의 분산성 및 균열저항성 평가", 한국 콘크리트 학회 가을 학술발표회 논문집, 2007, pp.745-748. 

  8. 전중규, 유진오, 안형준, 유정훈, "광물질 혼화재를 혼입한 나일론섬유보강 콘크리트의 건조수축 특성에 관한 연구", 대한토목학회 정기학술발표대회, 2007, pp.2254-2257. 

  9. 한천구 외4명, "폴리프로필렌 섬유의 혼입률 및 부재크기 변화에 따른 고성능 콘크리트의 내화 특성", 한국 콘크리트 학회지, 제14권 4호, 2002, pp.449-456. 

  10. 홍건호, "섬유 복합체의 종류 및 품질 기준", 한국 콘크리트학회 봄 학술발표회 전문위원회 연구발표집, 2004, pp.233-244. 

  11. Japan Society of Civil Engineering. Recommendations for Self-Compacting Concrete, UK, 2002, p.32 

  12. K, H. Khayat, "Workability, Testing, and Performance of Self-Consolidating Concrete," ACI Materials Journal, Vol. 96, N0. 3, 1999, pp.346-353. 

  13. KS F 2403, "Method of Making and Curing Concrete Specimens", 2005. 

  14. KS F 2594, "Method of Test for Slump Flow of Fresh Concrete", 2009. 

  15. KS F 2596, "Method of Measuring Carbonation Depth of Concrete", 2004. 

  16. KS F 2711, "Testing Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration", 2002. 

  17. M. Rooney, "Assessment of the Properties of Fresh Self-Compacting Concrete with Reference to Aggregate Segregation", PhD Thesis, University of Paisley, Paisley, Scotland, 2002, p.347. 

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