[논문]고성능 섬유복합재료 HPFRCC의 개발 전략

김윤용; 조창근; 하기주; 배수호

doi:10.22636/mkci.2006.18.3.82

문제 정의

Mitaka 댐은 시공 이후 60년 이상 사용되었기 때문에 콘크리트 면이 심하게 열화된 상태였다. 따라서 콘크리트 댐에 발생된 균열, 누수 및 각종 열화를 보수하기 위하여 ECC를 보수재로 보수 시공을 하였다. 약 600 m2 면적의 상류 측 댐 표면을 20 mm 두께의 ECO 스프레이 공법으로 시공하여 보수하였다.
이 논고는 높은 연성으로 대표되는 재료의 고성능과 경제성, 시공성 등 성공적인 현장 적용 요건을 충족하는 HPFRCC의 개발 전략에 대하여 소개하였다. 이를 통하여 보수보강, 프리캐스트, 현장 타설, 대규모 현장 적용, 상용화 등 일련의 실용화항목에 ECC 재료가 매우 적합한 것으로 판단한다.
있다. 이 절에서는 대표적인 사례와 향후의 계획을 기술하면서 ECC의 적용 사례를 소개하고자 한다.

제안 방법

따라서 콘크리트 댐에 발생된 균열, 누수 및 각종 열화를 보수하기 위하여 ECC를 보수재로 보수 시공을 하였다. 약 600 m2 면적의 상류 측 댐 표면을 20 mm 두께의 ECO 스프레이 공법으로 시공하여 보수하였다.
이 논고에서는 HPFRCC를 구조부재에 적용할 때 예상되는 일반적인 사항과 문제점을 주로 다루고 있다. 이를 위하여 재료 성능, 경제성, 시공성 등 현장 적용을 위한 주요 요건에 대하여 이미 시공된 HPFRCC를 예로 논할 것이다.

대상 데이터

<그림 1>은 2003년 일본 히로시마 현에 소재한 Mitaka 댐의 보수 현장 사진이다(3). Mitaka 댐은 시공 이후 60년 이상 사용되었기 때문에 콘크리트 면이 심하게 열화된 상태였다.
옹벽은 알칼리 골재 반응에 의하여 심하게 열화 되어 있었으며, 많은 미세균열이 분포되어 있는 상황이었다. 일반 콘크리트를 사용하여 보수 시공을 할 경우에는 반사균열(reflected cracking) 이 발생될 가능성이 매우 높았기 때문에 표면층의 균열을 제어할 목적으로 ECC를 보수재료로 선정하였다. 보수 시공 이후에 1 년이 경과한 시점에서 현장을 관측한 결과, 폭 50fim 이하의 미세균열만이 관찰되었다 14).

성능/효과

이를 통하여 보수보강, 프리캐스트, 현장 타설, 대규모 현장 적용, 상용화 등 일련의 실용화항목에 ECC 재료가 매우 적합한 것으로 판단한다. 또한 다양한 현장 적용을 통하여 ECC 재료의 차별화된 주요 성능 - 높은 연성과 미세한 균열 폭 제어 능력 - 은 현장에서도 동일하게 발현된다는 사실이 입증되었다. 이러한 ECC의 차별화된 성능은 보통콘크리트 또는 일반 섬유보강콘크리트에서는 쉽게 얻을 수 없는 이 재료만의 장점이다.
전략에 대하여 소개하였다. 이를 통하여 보수보강, 프리캐스트, 현장 타설, 대규모 현장 적용, 상용화 등 일련의 실용화항목에 ECC 재료가 매우 적합한 것으로 판단한다. 또한 다양한 현장 적용을 통하여 ECC 재료의 차별화된 주요 성능 - 높은 연성과 미세한 균열 폭 제어 능력 - 은 현장에서도 동일하게 발현된다는 사실이 입증되었다.

후속연구

이 공법은 기본적으로 1축 인장 하에서 변형률 경화 거동을 보이는 ECC 재료의 탁월한 연성을 활용한 것이다⑹. ECC의 우수한 균열폭 제어 능력과 피로 저항 성능을 기반으로 교량의 전반적인 내구성이 크게 증진될 것으로 예상된다.
예를 들어 HPFRCC의 우수한 인장 및 전단 성능을 고려하여 전단철근을 사용하지 않게 되면, 철근의 재료비와 철근공 인건비를 크게 절감할 수 있기 때문에 구조물 축조에 소요되는 비용은 크게 감소할 수 있다. 아울러 구조물의 체적과 사하중이 감소하기 때문에 날씬한 구조(thinner structures)를 실현할 수 있고, 이와 관련한 2차적인 비용 절감도 가능할 것이다. 만약 HPFRCC가 우수한 시공성(자기충진성 등), 경량성 등의 특수한 기능을 추가적으로 갖고 있다면, 이를 통하여 인건비와 운송비를 추가적으로 절감할 수도 있다.
설계 기준 제정 작업을 진행하고 있다. 이러한 작업을 토대로 재료의 현장 적용이 구체적으로复 실현되고 보다 많은 시공 실적과 현장 데이터, 나아가서는 공용 중의 기술적 데이터들도 지속적으로 축적될 것으로 기대된다. 이 논고에서는 HPFRCC를 구조부재에 적용할 때 예상되는 일반적인 사항과 문제점을 주로 다루고 있다.
이상에서 기술한 바와 같이, HPFRCC의 재료 원가도 물론 중요하지만, 이는 구조물 축조까지 소요되는 총 시공 원가의 일부에 지나지 않으므로, 초기 시공 경제성을 평가할 때에는 보다 종합적인 분석을 수행한 후에 HPFRCC의 적용 여부를 판단하여야 한다.
내구성 측면에서는 콘크리트의 균열 폭 제어 능력이 중요하다. 한편, 내진 측면에서는 재료가 구조 연성을 부여할 수 있는 능력과 지진 후 보수/보강을 최소화 할 수 있는 능력이 있다면 매우 바람직할 것이다. HPFRCC는 이러한 일반 콘크리트의 성능 한계를 극복한 '고성능 콘크리트 재료이다.

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