콘크리트 부재는 직접 인장력에 저항하도록 설계되지는 않는 것이 일반적이나, 부재의 균열강도 등을 산정하기 위해서는 반드시 확인하여야 하는 재료 특성 중의 하나이다. 콘크리트의 인장강도 시험방법은 주로 직접인장, 휨인장, 쪼갬인장의 3가지로 구분하고 있으나, 이 중 직접인장시험법은 시험체에 순수인장력을 가력할 수 있는 실험방법상의 문제로 거의 수행되지 못하여 온 것이 사실이다. 본 연구에서는 직접인장시험방법의 검토 및 시험체의 세장비, 크기 등이 직접인장강도에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 단부 보강편을 이용한 직접인장강도의 실험은 RILEM 및 U.S.Bureau of Reclamation의 규정을 사용하였으며, 총 4가지 종류의 세장비와 2가지 크기의 시험체에 대한 연구를 수행하였다. 실험의 결과는 동일변수의 쪼갬인장강도 및 휨인장강도와 비교$.$분석을 실시하였으며, 이를 신뢰성있는 선행 연구자들의 연구결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.
콘크리트 부재는 직접 인장력에 저항하도록 설계되지는 않는 것이 일반적이나, 부재의 균열강도 등을 산정하기 위해서는 반드시 확인하여야 하는 재료 특성 중의 하나이다. 콘크리트의 인장강도 시험방법은 주로 직접인장, 휨인장, 쪼갬인장의 3가지로 구분하고 있으나, 이 중 직접인장시험법은 시험체에 순수인장력을 가력할 수 있는 실험방법상의 문제로 거의 수행되지 못하여 온 것이 사실이다. 본 연구에서는 직접인장시험방법의 검토 및 시험체의 세장비, 크기 등이 직접인장강도에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 단부 보강편을 이용한 직접인장강도의 실험은 RILEM 및 U.S.Bureau of Reclamation의 규정을 사용하였으며, 총 4가지 종류의 세장비와 2가지 크기의 시험체에 대한 연구를 수행하였다. 실험의 결과는 동일변수의 쪼갬인장강도 및 휨인장강도와 비교$.$분석을 실시하였으며, 이를 신뢰성있는 선행 연구자들의 연구결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.
Although concrete members are not normally designed to resist direct tension, the knowledge of tensile strength is of value in estimating the cracking load. In general, there are three types of test method for tensile strength ; direct tension test, flexural tension test, and splitting tension test....
Although concrete members are not normally designed to resist direct tension, the knowledge of tensile strength is of value in estimating the cracking load. In general, there are three types of test method for tensile strength ; direct tension test, flexural tension test, and splitting tension test. Though direct tensile strength represents the real tensile strength of concrete, direct tension tests are seldom carried out, mainly because it is very difficult to applicate a pure tension force. The purpose of this paper is to investigate the test methods, effect of aspect ratio, and the size effect on the direct tensile strength. Direct tension test, using bonded end plates, follows RILEM and U.S.Bureau of Reclamation. And other test methods follow ASTM provisions. Four kinds of aspect ratio and two kinds of size effect are tested. Same variables are tested by direct tension test and splitting tension test for comparison between the two test methods. Test results show that direct tensile strength of concrete is more affected by aspect ratio and size than other kinds of strength.
Although concrete members are not normally designed to resist direct tension, the knowledge of tensile strength is of value in estimating the cracking load. In general, there are three types of test method for tensile strength ; direct tension test, flexural tension test, and splitting tension test. Though direct tensile strength represents the real tensile strength of concrete, direct tension tests are seldom carried out, mainly because it is very difficult to applicate a pure tension force. The purpose of this paper is to investigate the test methods, effect of aspect ratio, and the size effect on the direct tensile strength. Direct tension test, using bonded end plates, follows RILEM and U.S.Bureau of Reclamation. And other test methods follow ASTM provisions. Four kinds of aspect ratio and two kinds of size effect are tested. Same variables are tested by direct tension test and splitting tension test for comparison between the two test methods. Test results show that direct tensile strength of concrete is more affected by aspect ratio and size than other kinds of strength.
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문제 정의
본 연구에서는 콘크리트 강도의 상관관계를 살펴보기 위하여 압축강도 휨인장, 쪼갬인장, 직접인장강도에 대한 실험을 수행하였다. 콘크리트의 압축강도는 15x30cm의 실린더형 표준 공시체를 사용하였으며, 재령 28일까지 상온에서 밀봉보관후 실험 시작전과 실험 종료후 각각 3개씩의 공시체를 ASTM C39-96에 의하여 실험하였다.
따라 선형으로 감소한다. 이에 따라 본 연구에서는 공 시체의 세장비 효과를 고려하는 세장비 보정계수를 제안하였다.
이에 따라 본 연구에서는 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 10x20cm와 15x30cm의 공시체에 대한 인장강도실험을 통하여 공시체의 상대적인 크기효과를 살펴보았다. 즉, 본연구에서는 인장강도의 절대적 인 크기효과보다는 현장에서 많이 사용되고 있는 공시체 크기의 상대적인 강도 비율을 비교 .
이에 따라 본 연구에서는 실험적 연구를 통하여 콘크리트 직접인장강도 시험방법의 타당성 검증과 직접인장강도시험시 시험체의 세장비효과 및 크기의 영향에 대한 분석을 그 목적으로 하였으며, 동시에 동일 실험변수에 대한 타 시험방법과의 비교를 통해 인장강도 시험방법 간의 관계를 규명하고자 하였다.
공시체의 상대적인 크기효과를 살펴보았다. 즉, 본연구에서는 인장강도의 절대적 인 크기효과보다는 현장에서 많이 사용되고 있는 공시체 크기의 상대적인 강도 비율을 비교 . 분석하도록 하였다.
제안 방법
각 변수별 3개의 공시체를 시험하였으며, 콘크리트의 압축강도는 시험 시작 전과 시험 후 2회에 걸쳐 시험한 후 평균값을 사용하도록 하였다. 이상과 같은 실험내용을 정리하면 다음의 Table 1과 같다.
2~3) 공시 체를 시험기에 편심이 없도록 설치한 후, 파괴시까지 일정한 속도로 가력한다. 본 연구에서는 몇차례의 사전실험을 통하여 충격이 가해지지 않고 양호한 실험결과를 얻을 수 있는 속도로서 0.5 n血min (0.02 의 속도로 변위조절을 실시하였다.
실험결과의 신뢰성 평가 및 인장강도 시험방법간의 관계를 규명하기 위하여 동일한 변수에 대하여 쪼갬인 장강도 시험을 실시하였으며, 시험체의 형태상 동일한 변수의 선정은 곤란하나 상대적 강도의 비교를 위한 휨인 장강도 시험도 실시하도록 하였다
특히, 건축물의 경우에는 부재의 두께가 얇은 경우가 많으므로, 표준 직경과 높이의 비를 만족시키기는 현실적으로 힘든 것이 사실이다. 이에 따라본 연구에서는 콘크리트 직접인장강도에 대한 시험체의 세장비 효과를 분석하기 위하여 직경과 높이의 비를 표준비율로부터 변화시켜 각각 1:3, 1:2, 1:1 및 1:0.5 등 총 4 가지 경우에 대한 실험을 실시하도록 하였다 동시에 공 시체의 크기에 따른 효과를 분석하기 위하여 표준 직경과 높이의 비인 1:2인 경우에 대하여 직경 10cm 와 15cm의 공시 체에 대한 직접인장강도시험을 실시하도록 하였다.
직접인장강도 시험시 가장 유의해야 할 점으로는 공 시체와 양단부 가력용 보강편의 부착파괴를 들 수 있으며, 본 연구에서는 공시체의 파괴시 부착파괴의 면적이 공 시체 단면적의 0〜30%인 경우를 부분 부착파괴(Paitial glue failure), 30% 이상인 경우를 부착파괴(Glue failure)로 규정하고, 부착파괴인 경우에는 그 실험결과를 통계처리에서 배제하도록 하였다. 본 연구에서 부착파괴가 발생한 10x5 공시체의 경우를 살펴보면 접착용 에폭시의 흐름도(flow) 가 과다하여, Fig.
이론/모형
본 연구에서는 기본적으로 U.S. Bureau of Reclamation 의 규정을 따르되, 부분적으로 RILEM 및 ASTM D 2936 의 규정을 병행하여 실험하도록 하였다
쪼갬인장시험은 AS™ C 496T68)의 규정을 따르도록 하였으며, 휨인장시험은 시험체의 크기를 고려하여 중앙점 하중 법인 ASTM C 293-00의 규정을 준용하였다.(Fig.
수행하였다. 콘크리트의 압축강도는 15x30cm의 실린더형 표준 공시체를 사용하였으며, 재령 28일까지 상온에서 밀봉보관후 실험 시작전과 실험 종료후 각각 3개씩의 공시체를 ASTM C39-96에 의하여 실험하였다. 실험 결과 공시체의 평균강도는 368 kgf/cm2 로 나타났으며, 중앙점 하중법에 의한 콘크리트 보의 휨인장강도는 45.
성능/효과
(1) 인장강도 시험용 공시체의 제작은 콘크리트 강도시험용 공시체의 제작방법에 따라 콘크리트를 타설하고, 타설 후 28일간 상온에서 밀봉양생을 실시한다.
(3) 부착틀에서 24시간 이상의 경화과정을 거친 후 시험체는 다시 상온에서 6일 이상의 양생기간을 거친다.
1) U.S. Bureau of Reclamation에서 제안하고 있는 콘크리트의 직접인장강도 시험방법은 타당한 실험결과를 얻을 수 있다.
2) 콘크리트의 직접인장강도는 공시체의 세장비가 증가함에 따라 선형으로 감소한다. 이에 따라 본 연구에서는 공 시체의 세장비 효과를 고려하는 세장비 보정계수를 제안하였다.
3) 콘크리트의 직접인장강도는 쪼갬인장강도에 비하여 공 시체의 세장비 효과가 더 큰 것으로 나타났다.
4) 콘크리트의 인장강도는 압축강도에 비하여 크기에 따른 효과가 더 크게 나타난다. 특히, 직접인장강도는 쪼갬인장강도에 비하여 더 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.
5) 실험방법에 따른 콘크리트의 인장강도는 휨인장, 쪼갬인 장, 직접인장의 순으로 나타났으며, 휨인장강도를 중심으로 비교하였을 경우 쪼갬인장강도는 약 86%, 직접인 장강 도는 약 70%의 강도를 나타내는 것으로 분석되었다.
각 강도의 비율은 공시체의 세장비에 따라 약간씩 변화하는 것을 알 수 있으며, 이는 앞절에서 살펴본 바와 같이 직접인 장강 도의 경우 공시체의 세장비에 반비례하는 반면, 쪼갬인 장강 도의 경우에는 그 영향이 미미하기 때문인 것으로 판단할 수 있다. 공시체의 표준 세장비인 2인 경우를 살펴보면 직 접 인장강도는 휨 인장강도의 69.5%, 쪼갬 인장강도의 80.7%로 나타났으며, 쪼갬인장강도는 휨인장강도의 86.2% 인 것으로 나타났다. 이는 기존의 연구결과에서 나타나고 있는 강도의 크기순과 일치하는 것으로 볼 수 있으며, 이와 같은 강도의 상관관계는 공시체의 세장비가 감소할수록 그 차이가 감소되고 있음을 Fig.
하였다. 본 연구에서 부착파괴가 발생한 10x5 공시체의 경우를 살펴보면 접착용 에폭시의 흐름도(flow) 가 과다하여, Fig. 1과 같은 부착틀에서의 경화도중에 에폭시가 흘러내림으로써 부착면에 기포의 유입 및 부착면적이 감소된 결과인 것으로 분석된다. 이에 따라 Fig.
그림에서 콘크리트의 크기효과는 강도가 적을수록 큰 영향을 받게 되는 것을 알 수 있으며, 초고강도 콘크리트의 경우에는 혼합재료의 크기가 적어짐에 따라 상대적으로 적은 크기에서 균질한 내부구성을 얻게 되는 결과로 크기효과의 영향이 적게 나타나는 것으로 분석하고 있다. 본 연구의 결과와 Rossi등의 실험결과를 비교하여 보면 Fig. 8에서 나타나듯이 본 연구의 결과에서 나타난 공시체 크기의 효과가 Rossi 등의 실험결과보다 약간 크게 나타나고는 있으나, 대체적으로 타당한 결과를 나타내고 있음을 알 수 있다
본 연구의 실험결과에 따라 직접인장강도의 세장비 효과는 강도의 크기에 영향을 미칠 수 있으며, 실험 결과의 표준화를 위하여 적절한 보정계수를 도입하는 것이 타당하다고 판단된다. 식 ⑵의 세장비에 따른 직접 인장 강도의 회귀분석 결과에 따라 본 연구에서는 다음과 같은 보정계수를 제안한다.
본 연구의 실험결과에서 나타나는 각 변수의 표준편차를 살펴보면, 직접인장강도 실험의 경우 공시체의 길이 5, 10, 20, 30cm에 대하여 각각 0.05, 0.52, 0.96, 1.79 kg^cm2 을 나타냄으로써, 공시체의 길이 30cm인 경우를 제외하고는 모두 평균값의 3% 이내의 편차를 나타내고 있으며, 30cm 길이의 경우에도 6.6%의 변동계수(coefficient of variation)로서 비교적 신뢰성있는 결과를 나타내고 있음을 알 수 있다. 한편, 쪼갬인장 실험의 경우에는 공 시체의 길이가 5, 10, 20, 30cm로 증가함에 따라 각각 1.
콘크리트의 압축강도는 15x30cm의 실린더형 표준 공시체를 사용하였으며, 재령 28일까지 상온에서 밀봉보관후 실험 시작전과 실험 종료후 각각 3개씩의 공시체를 ASTM C39-96에 의하여 실험하였다. 실험 결과 공시체의 평균강도는 368 kgf/cm2 로 나타났으며, 중앙점 하중법에 의한 콘크리트 보의 휨인장강도는 45.6 kgf/cm?으로 나타났다.
실험결과 Fig. 8에서 나타나듯이 공시체의 크기가 증가할수록 콘크리트의 인장강도가 감소하는 것을 알 수 있으며, 직경이 10cm에서 15cm로 변화함에 따라 직접인 장강 도의 경우에는 67%, 쪼갬인장강도의 경우에는 73%의 강도를 나타내었다. 이와 같은 실험결과를 분석할 때, 직접인 장강 도는 단면적이 증가함에 따라 에 비례하고 있음을 알 수 있다.
콘크리트의 압축강도와 각 실험방법에 따른 인장강도를 비교하여 보면 표준공시체의 강도비를 도식화한 Fig. 11 에서 나타나듯이, 그 값은 대체적으로 압축강도의 10% 내외의 값을 나타내고 있으며, 이때 휨인장강도는 압축강도의 12.4%, 쪼갬인장강도는 표준공시체의 경우에 10.7%, 직접인장강도는 8.6%인 것으로 나타났다. 국내 콘크리트 관련 규정에서 규정하고 있는 콘크리트의 휨인장강도(fr= 2.
6%의 변동계수(coefficient of variation)로서 비교적 신뢰성있는 결과를 나타내고 있음을 알 수 있다. 한편, 쪼갬인장 실험의 경우에는 공 시체의 길이가 5, 10, 20, 30cm로 증가함에 따라 각각 1.0, 2.1, 3.8, 1.9 kgf/M의 표준편차를 나타내어, 직접인장실험의 경우보다는 큰 변동계수를 나타내기는 하나, 이 역시 대체적으로 10 % 이내의 편차를 가짐으로써 실험결과에 대한 신뢰성을 가질 수 있었다.
참고문헌 (11)
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U.S. Bureau of Reclamation, 'Concrete Manual,' 1975, pp.574-575
W.H.Price, 'Factors influencing concrete strength,' Journal of ACI, Proc., Vol.47, No.6, 1951, pp. 417-432
'Concrete Manual 8th Edition,' John Wiley & Sons, 1981, pp.16-25
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