[논문]구조보강용 FRP 함침·접착수지의 역학적 특성 분석을 위한 시험방법 비교 연구

유영찬; 최기선; 김긍환

문제 정의

본 연구는 건설교통부가 출원하고 한국 건설교통기술평가원에서 위탁시행한 2004 건설기술 기반 구축사업 R&D/2004 기반구축 A13 "시설물 보강공법 성능인증을 위한 실험항목. 방법 및 평가기준 설정연구”의 일부로서, 관계제위께 깊은 감사를 드립니다.
본 연구에서는 압축강도 실험편의 단면 크기와 폭/ 길이비를 변수로 압축강도에 미치는 영향을 고찰하였다. 탄소섬유쉬트용 함침용 수지의 단면크기 변화에 따른 압축강도 특성치에 대한 실험결과를 정리하면 Fig.
접착제의 접착력을 객관적으로 평가하기 위한 실험 방법이 필요하게 된다. 이러한 목적으로 국내 . 외에서는 Pull-off 실험방법이 현장에서 FRP 복합체의 콘크리트에 대한 접착성능을 평가하는데 일반적으로 적용되고 있다.
그럼에도불구하고 현장에서 사용된 수지의 강도특성을 근사적으로 평가하기 위해서는 비록 간접적이지만 보다 간편하게 수지의 강도 특성치를 파악할 필요성이 있다. 이러한 취지에서 본 연구에서는 접착제의 압축강도 실험을 재료의 강도특성을 파악하기 보다는 접착제의 품질 성능을 간접적으로 평가할 수 있는 실험항목으로 고려하여 그 시험 적합성을 파악하였다.
이에 따라 본 연구에서는 접착제의 접착강도 특성을 파악할 수 있는 직접 인장전단접착강도 실험방법의 적용성을 평가하고, 이 외에도 경화된 수지의 압축. 휨특성치 실험을 접착수지의 품질성능을 간접적으로 평가할 수 있는 실험항목으로 검토하고자 하였다.
휨 실험체는 압축강도 시험편과 동일한 크기의 강재몰드로 통일하여 에폭시 수지의 품질성능 실험을 위한 제작을 간편화 하고자 하였다. 강재 몰드는 각각의 단면 크기에 맞게 분해 , 조립이 가능하게 제작하며, 강재 몰드 표면에 박리제를 바르고 에폭시 수지를 채운 후 양생한다.
휨특성치 실험을 접착수지의 품질성능을 간접적으로 평가할 수 있는 실험항목으로 검토하고자 하였다.

제안 방법

본 실험에서는 정사각형 단면을 갖는 접착제의 폭 , 두께와 길이를 변수로 휨강도 실험을 수행하였다. 휨 시험편은 Table 10과 같이 3종의 높이에 따라서 각각 지간길이가 결정되며, 전체 시험편의 길이는 10mm의 경우 16h+40mm로 하고, 15mm와 20mm 는 16h + 80mm로 제작하였다.
실험편의 형상 및 치수는 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 KS 규격에 따라 전체 100mm 강재 시편 2개를 12.5mm로 겹쳐 제작하며, 길이 38mm의 강재 탭을 편심이 걸리지 않도록 양단에 교차로 접착하였다.
실험편의 형상 및 치수는 Fig. 4에 나타낸 바와 같이 각국의 규준에서 기본으로 설정하고 있는 정사각형 단면으로 계획하였으며, 단면치수를 각각 10, 15, 20mm의 3종으로 하였다.
배치하였다. 와이어 스페이서는 두께가 각각 0.3, 0.5, 0.9mm인 철선을 약 5mm 정도로 절단하여 간극제로 사용하기 위해 고안된 것으로, 접착제가 도포/접착되는 강판 면의 경계에 최소 배치하여 접착제의 성능에 미치는 영향이 최소화되도록 하였다. 접착두께는 4종류로 0.
이에 따라 본 실험에서는 접착제의 두께를 변수로 인장 전단 접착강도를 측정하였다. 시험을 위한 함침 .
인장전단접착강도 평가를 위한 실험체는 접착제의두께를 일정하게 유지하기 위하여 Photo 1에서 보는 바와 같은 에폭시 수지가 도포/접착되는 부위에 와이어 스페이서(wire spacer)를 절단하여 배치하였다. 와이어 스페이서는 두께가 각각 0.
9mm인 철선을 약 5mm 정도로 절단하여 간극제로 사용하기 위해 고안된 것으로, 접착제가 도포/접착되는 강판 면의 경계에 최소 배치하여 접착제의 성능에 미치는 영향이 최소화되도록 하였다. 접착두께는 4종류로 0.0, 0.3, 0.5, 0.9mm를 유지하도록 하였으며, 탄소섬유쉬트용 접착제와 탄소섬유판용 접착제를 대상으로 각각의 접착두께에 대하여 실험을 수행하였다. 각 변수별 인장전단접착강도 실험체의 개수는 최소 10개로 선정하였으며, 이중에서 와이어 스페이서를 적용한 시험편은 실험결과의 신뢰성을 제고하기 위해 각각 20 개를 제작하였다.
접착제의 휨 강도에 대한 실험을 통하여 함침 . 접착제의 적정 시험편 규격을 제시하며, 이로 부터 현장에서 사용된 수지의 강도특성을 간접적으로 평가할 수 있는 시험항목으로서 그 적합성을 파악하였다.
맞게 분해 . 조립이 가능한 강재몰드를 이용하여 제작하였다.
즉, 폭과 두께는 10, 15, 20mm로 하고, 폭과 길이 비를 1:1의 정육면체 형태와 1:2의 직육면체 형태로 제작하였다. 각각의 변수에 대하여 국내에서 상용되고 있는 탄소섬유쉬트용 접착제와 탄소섬유판용 접착제를 대상으로 제작 .

대상 데이터

각 변수별 압축강도 실험체의 개수는 각각 10개로 선정하였다.
9mm를 유지하도록 하였으며, 탄소섬유쉬트용 접착제와 탄소섬유판용 접착제를 대상으로 각각의 접착두께에 대하여 실험을 수행하였다. 각 변수별 인장전단접착강도 실험체의 개수는 최소 10개로 선정하였으며, 이중에서 와이어 스페이서를 적용한 시험편은 실험결과의 신뢰성을 제고하기 위해 각각 20 개를 제작하였다.
강재 몰드는 각각의 단면 크기에 맞게 분해 , 조립이 가능하게 제작하며, 강재 몰드 표면에 박리제를 바르고 에폭시 수지를 채운 후 양생한다. 각 변수별 휨강도 실험체의 개수는 최소 5 개 이상으로 선정하였다.
휨 시험편은 Table 10과 같이 3종의 높이에 따라서 각각 지간길이가 결정되며, 전체 시험편의 길이는 10mm의 경우 16h+40mm로 하고, 15mm와 20mm 는 16h + 80mm로 제작하였다. 각각의 변수에 대하여 국내에서 상용되고 있는 저점도 수지(탄소섬유쉬트용함침제)와 고점도 수지(탄소섬유판용 접착제)를 대상으로 제작 , 실험하였다.
즉, 폭과 두께는 10, 15, 20mm로 하고, 폭과 길이 비를 1:1의 정육면체 형태와 1:2의 직육면체 형태로 제작하였다. 각각의 변수에 대하여 국내에서 상용되고 있는 탄소섬유쉬트용 접착제와 탄소섬유판용 접착제를 대상으로 제작 . 실험하였다.
시험편의 형상 및 치수는 Fig. 7과 같이 폭과 높이가 같은 정사각형 단면으로 제작되며, 10mm, 15mm 및 20mm 3종의 실험체 단면치수에 대하여 지간 길이가 16h가 되도록 제작한다.
실험기는 50 kN 용량의 인장 UTM을 사용하였으며, 가력속도는 1mm/min.의 속도로 가력하였다.
시험을 위한 함침 . 접착수지는 현장에서의 함침공정을 위해 저점도 특성을 지니고 있는 탄소섬유쉬트용 접착제와 단순 접착만을 위해 고점도 특성을 지니고 있는 탄소섬유판 수지를 선정하였다. 실험변수를 정리하여 나타내면 Table 1과 같으며, 에폭시 수지의 물성치를 정리하여 나타내면 Table 2와 같다.
수행하였다. 휨 시험편은 Table 10과 같이 3종의 높이에 따라서 각각 지간길이가 결정되며, 전체 시험편의 길이는 10mm의 경우 16h+40mm로 하고, 15mm와 20mm 는 16h + 80mm로 제작하였다. 각각의 변수에 대하여 국내에서 상용되고 있는 저점도 수지(탄소섬유쉬트용함침제)와 고점도 수지(탄소섬유판용 접착제)를 대상으로 제작 , 실험하였다.

성능/효과

② 인장전단 접착강도 실험시, 탄소섬유판 접착제와 같은 고점도 수지는 함유된 무기질 재료의 입도를 고려하여 대략 0.3mm의 접착두께를 유지하면 실험결과의 편차가 가장 작아 신뢰성이 높은 것으로 파악되었다.
③ 폭/길이의 비율이 1:2인 직육면체형 실험체는 일부 전단파괴의 발생으로 인해 1:1의 정육면체형에 비하여 압축강도가 10~20% 감소되는 것으로 나타났다. 따라서 압축강도 공시체의 폭/ 길이비는 1:1이 적합할 것으로 판단된다.
8 및 Table 11에서 보는 바와 같이 단면 크기에 따라서 큰 변화는 관찰되지 않았다. 그러나 단면크기가 증가할수록 강도편차를 나타내는 변동계수가 감소하여 안정화된 결과치를 나타내는 것으로 나타났다.
6 및 Table 8과 같다. 그림에서 나타난 것과 같이 고점도 수지의 경우도 시험편의 크기가 감소할수록 강도편차를 나타내는 변동계수는 증가하며, 10x10mm 시험편은 변동계수가 10% 내외로 실험의 신뢰도가 상당히 저하되는 것으로 나타났다.
2 및 Table 3과 같다. 그림에서 보는 바와 같이 접착제의 두께가 증가할수록 인장 전단 접착강도는 감소하며, 와이어 스페이서를 매입한 실험체는 접착제만 도포한 실험체에 비하여 강도가 현저히 저하되는 것으로 나타났다. 이와 같이 접착제의두께가 증가할수록 강도가 저하되는 현상은 저점도의 액상재료인 탄소섬유쉬트용 에폭시 수지의 일반적인 접착두께가 와이어 스페이서의 최소두께보다도 작아 접착제의 유실이 증가되었기 때문인 것으로 판단된다.
저하되는 것으로 나타났다. 시험편의 단면 크기에 따른 압축강도의 변화는 폭/길이 비에 관계없이 모두 20x20mm의 단면을 갖는 시험편에서 최대 압축강도와 낮은 변동계수를 갖는 것으로 나타났다. 이러한 경향은 에폭시 수지의 배합과정에서 발생하는 기포 및 공극에 의한 국부적인 영향이 시험편이 클수록 적게 나타나기 때문인 것으로 판단된다.
외의 규격 및 전문기관에서 제시하고 있는 시험방법⑸(10)(14)-(16)을 검토한 결과, 시험편의 치수 및 형상은 서로 상이한 것으로 조사되었다. 즉, 시험방법은 대체로 일치하지만 시험편의 치수는 각국의 단위법에 주로 근거하고 있어 시험편의 기본 치수가 다르게 나타나고 있는 것으로 파악되었다. 각국의 주요 시험규격을 비교하여 나타내면 Table 5와 같다.
탄소섬유판 접착용 수지의 경우도 Fig. 9 및 Table 12에서 보는 바와 같이 실험편의 단면 크기에 따른 탄소 섬유판 접착제의 휨강도의 차이는 크지 않은 것으로 나타났으며, 강도편차를 나타내는 변동계수는 탄소섬유쉬트 접착제와 같이 단면 크기가 증가할수록 감소하여 안정화된다. 이러한 경향은 압축강도 실험 결과에서도 나타난 바와 같이 접착제의 강도에 영향을 미치는 불규칙적인 공극 및 기포의 분포가 상대적으로 감소하기 때문으로 판단된다.

후속연구

① KS M 3734에 근간한 에폭시 수지의 인장 전단 접착 강도 실험방법은 접착제의 도포/양생에 있어서 발생되는 작은 오차에 의해서도 실험 결과에 영향을 미치므로, 와이어 스페이서 등에 의해 접착조건을 균일하게 하기 위한 실험방법의 개선이 필요할 것으로 판단된다.
이는 접착면적이 작기 때문에 제작시 공극이나 기타 이물질에 의한 영향이 크며, 겹침부의 전단방향에 비하여 수직 방향이 취약하므로 실험시 작은 편심에도 강도편차가 크게 발생하기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 저점도 에폭시 수지의 인장전단 접착강도 실험으로 본 실험 방법은 적합하지 않을 것으로 판단된다.
접착제의 접착강도 값은 강재 시험편과의 접착으로부터 평가된 것으로 보강대상 구조물이 대부분 콘크리트인 점을 고려하면 실제 구조물에서의 접착강도와 상이할 것으로 예상되므로, 접착제의설계허용 응력치로서 이용하지 않는 편이 좋다. 특히, 접착제의 도포 두께 및 방법에 따라 실험값에 편차가발생될 가능성이 크므로 이를 정량적으로여 평가하기 위한 방법의 고안이 필요하다고 판단된다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

구조보강용 FRP 함침·접착수지의 역학적 특성 분석을 위한 시험방법 비교 연구
Comparative Study on Test Methods for Mechanical Properties of Structural Adhesives Used in FRP Strengthening 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

참고문헌 (20)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

구조보강용 FRP 함침·접착수지의 역학적 특성 분석을 위한 시험방법 비교 연구 Comparative Study on Test Methods for Mechanical Properties of Structural Adhesives Used in FRP Strengthening 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

참고문헌 (20)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

유영찬 (47) 최기선 (52) 김긍환 (24)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

구조보강용 FRP 함침·접착수지의 역학적 특성 분석을 위한 시험방법 비교 연구
Comparative Study on Test Methods for Mechanical Properties of Structural Adhesives Used in FRP Strengthening 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper