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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 국내에서 생산되는 폴리프로필렌 섬유를 사용하여 혼합비에 따른 다짐특성, 체적변화 및 강도특성을 바탕으로 섬유 혼합토의 역학적 특성을 분석하여 짧은 형태의 토목섬유에 의한 보강효과를 규명하고자 한다.
제안 방법
- 1% 미만인 경우에는 섬유의 보강효과를 얻을 수 없었으며, 1%이상인 경우에는 혼합하는 과정에서 엉키거나 한쪽으로 몰리는 현상이 발생하여 시공상 어려울 것으로 판단하여 제외시켰다. 각각의 시료는 스프레이를 사용하여 다짐시험에서 도출된 최적함수비가 되도록 물을 가하여 함수비를 조절하였다.
- 시료는 흙 시료의 건조중량에 대한 중량비 0.1%, 0.3%, 0.5%, 1.0% 비율로 단사형 및 망사형 섬유를 혼합하여 8종류로 조제하였으며, 혼합비는 사전에 행한 예비시험의 결과로부터 정하였다. 0.
- 공시체는 직경 5cm, 높이 10cm의 몰드를 사용하여, Proctor의 표준다짐 에너지로 가압하여 각각의 비율에 대하여 6조씩 48개를 제작하였으며, 3조는 체적변화, 3조는 압축강도 측정에 사용하였다. 제작된 공시체는 통풍이 양호한 실내에서 양생기간 0일, 1일, 7일, 14일 및 28일에 따라 체적변화 및 압축시험을 KSF 규정에 따라 수행하였다. 체적변화는 공시체의 윗부분, 중간 및 아래부분의 직경을 측정하여 부피의 변화과정을 검토하였으며, 압축강도는 정해진 양생기간이 경과된 후 일축압축시험기를 이용하여 변위 및 압축응력을 측정하였다.
- 제작된 공시체는 통풍이 양호한 실내에서 양생기간 0일, 1일, 7일, 14일 및 28일에 따라 체적변화 및 압축시험을 KSF 규정에 따라 수행하였다. 체적변화는 공시체의 윗부분, 중간 및 아래부분의 직경을 측정하여 부피의 변화과정을 검토하였으며, 압축강도는 정해진 양생기간이 경과된 후 일축압축시험기를 이용하여 변위 및 압축응력을 측정하였다.
대상 데이터
- 공시체는 직경 5cm, 높이 10cm의 몰드를 사용하여, Proctor의 표준다짐 에너지로 가압하여 각각의 비율에 대하여 6조씩 48개를 제작하였으며, 3조는 체적변화, 3조는 압축강도 측정에 사용하였다. 제작된 공시체는 통풍이 양호한 실내에서 양생기간 0일, 1일, 7일, 14일 및 28일에 따라 체적변화 및 압축시험을 KSF 규정에 따라 수행하였다.
- 섬유는 국내 S사의 폴리프로필렌 섬유이며, 형태는 단사형과 망사형의 두 종류를 사용하였다. 사용된 섬유의 제원은 단사형은 2941.2데니어(denier), 망사형은 1233.7데니어이며, 섬유의 길이는 19mm이다. 섬유의 구성성분비와 물리적 특성은 Table 1 및 Table 2와 같다.
- 사용한 흙은 제Ⅰ보에서 같은 화강토를 사용하였다.
- 섬유는 국내 S사의 폴리프로필렌 섬유이며, 형태는 단사형과 망사형의 두 종류를 사용하였다. 사용된 섬유의 제원은 단사형은 2941.
이론/모형
- 시료는 KS F 2301 구정에 따라 교란시료를 채취하여, 자연상태에서 기건시켜 유발로 잘게 부순 후 4분법에 의하여 시료를 조제하였다. 다짐시험은 KS F 2312에 의하여 A다짐방법으로 시험하였다.
- 시료는 KS F 2301 구정에 따라 교란시료를 채취하여, 자연상태에서 기건시켜 유발로 잘게 부순 후 4분법에 의하여 시료를 조제하였다. 다짐시험은 KS F 2312에 의하여 A다짐방법으로 시험하였다.
성능/효과
- 1. 폴리프로필렌 섬유를 혼합한 섬유 혼합토의 다짐에서 최적 함수비는 혼합비의 증가에 따라 증가하는 반면, 최대건조단위중량은 감소 하는 것으로 나타났다. 따라서, 섬유 혼합토를 사용하여 축조하는 경우, 시료의 함수량이 증가하여 시공성이 양호해질 뿐만 아니라 중량을 줄일 수 있다.
- 2. 최적 함수비 근처에서 다지면 망사형 섬유 혼합토보다 단사형 섬유 혼합토가 건조단위 중량이 0.2%～0.5% 정도 높게 나타나며, 혼합 비가 높을수록 재료의 자중을 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 그러나, 비비기, 타설 등의 시공성의 문제점, 마감처리 등이 문제가 되기 때문에 다짐측면에서는 0.
- 3. 공시체의 재령에 따른 체적변화는 섬유의 혼합에 따라 급격한 감소하게 되는데, 망사형 섬유 혼합토의 경우 자연 흙의 23%～46%까지 체적변화를 줄일 수 있고, 단사형의 경우에는 38%～53%까지 체적변화를 줄일 수 있는 것으로 나타났으며, 망사형이 단사형보다 효과적으로 나타났다.
- 4. 섬유 혼합토에서 섬유 혼합비가 증가할수록 섬유의 형태에 관계없이 최대응력 및 잔류 강도는 증가하는 것으로 나타났으며, 동시에 최대응력을 나타내는 변형률도 혼합비에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 이는 섬유와 흙의 부착하여 섬유의 인장응력이 시료의 파괴를 저항하기 때문으로 판단된다.
- 5. 강도의 보강이라는 측면에서 단순한 부착에 의한 단사형 섬유보다 전단과 인장을 동시에 나타내는 망사형 섬유가 7%～24% 정도 효과적인 것으로 나타났으며, 적정 혼합비는 약 0.5～1.0% 정도가 타당한 것으로 나타났다.
- 자연 흙 및 섬유 혼합토의 다짐특성을 요약하면 Table 3과 같다. 단사형 또는 망사형 섬유의 혼합으로 인하여 건조단위중량은 감소하며, 최적함수비(OMC)는 증가하는 경향을 보였다. 섬유의 혼합에 따른 건조단위중량(γd)은 자연시료와 비교하여 단사형에서는 0.
- 따라서, 강도의 보강측면에서 단사형보다 망사형이 효과적이며, 혼합비는 약 1.0%정도가 타당할 것으로 판단된다. 이는 너무 많은 섬유를 혼합한 경우에는 혼합과정에서 섬유끼리 뭉쳐져 오히려 강도의 발현에 제약을 가하는 요인이 되기 때문이다.
- 1%에서 강도 보강효과가 가장 크게 나타나고 그 이상의 섬유 혼합으로 인한 보강효과는 미소한 것으로 나타났다. 반면에, 망사형 섬유 혼합토는 단사형과 마찬가지로 0.1%에서 가장 보강효과가 두드러지나 혼합비가 증가되면 압축강도도 증가되는 것으로 나타났다. 이는 단사형 섬유 혼합토는 섬유와 흙과의 마찰 또는 부착에 의해서 섬유의 인장강도가 공시체의 압축강도에 영향을 미치는 반면, 망사형 섬유 혼합토는 섬유의 망사이에 흙 알갱이가 채워지면서 섬유와 흙의 부착과 망과 흙의 전단 등이 공시체의 압축강도에 영향을 주기 때문으로 사료된다.
- 자연 흙 및 섬유혼합토의의 혼합비에 따른 체적변화를 재령에 따라 요약하면 Table 4와 같다. 섬유의 혼합에 따라 건조에 따른 수축량이 급격하게 줄어들고 균열도 감소하는 것을 알수 있었다. 재령 28일의 경우, 단사형 섬유 혼합토는 자연 흙에 비해서 38%～53%, 망사형은 23%～46% 정도 수축하여, 단사형보다 망사형이 효과적인 것으로 나타났다.
- 단사형 또는 망사형 섬유의 혼합으로 인하여 건조단위중량은 감소하며, 최적함수비(OMC)는 증가하는 경향을 보였다. 섬유의 혼합에 따른 건조단위중량(γd)은 자연시료와 비교하여 단사형에서는 0.12%～1.85%, 망사형에서는 0.62%～2.03% 정도 감소하는 것으로 나타났다. 최적함수비는 자연시료에 비해 높게 나타나는데, 단사형에서는 0.
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