[논문]휨압축력을 받는 폴리머 콘크리트의 응력-변형 관계와 응력블럭 계수

연규석; 이재철; 최윤상

doi:10.5389/ksae.2008.50.5.029

휨압축력을 받는 폴리머 콘크리트의 응력-변형 관계와 응력블럭 계수
Stress-Strain Relation and Stress Block Parameters on Flexural Compressive Strength of Polymer Concrete 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.50 no.5, 2008년, pp.29 - 37

연규석 (강원대학교 지역건설공학) , 이재철 (강원대학교 지역건설공학) , 최윤상 (강원대학교 지역건설공학)

Abstract ▼ AI-Helper

Stress-strain relation and stress block parameters of polymer concrete flexural compression members were experimentally investigated. For these purposes, a series of C-shaped polymer concrete specimens subjected to axial compressive load was tested. Based on the test results, we proposed an equation by which the stress-strain relation of polymer concrete can be predicted. In this model, we took account the slope of descending branch beyond the peak stress point of single curve. The proposed equation was numerically integrated to compute the rectangular stress block parameters. Computed ${\beta}_1$ was greater than the values prescribed in ACI 318 Code for cement concrete, and $\gamma$ was about 0.85 that is similar to the value regulated in the ACI.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이러한 경계조건과 폴리머 콘크리트 C형 공시체에 대한 휨압축시의 역학적 특성을 고려하여 본 연구에서는 식 (1)을 바탕으로 식 (2)와 같이 단일곡선 형태의 응력-변형률 곡선을 제안하고자 한다.

가설 설정

(2) 합력의 작용점 위치가 같아야 한다.
이런 조건을 감안하여 응력-변형률 관계의 경계조건 (i)에 의한도함수 값 E0와 실제 도함수가 만나는 점을 ε0로 결정하고, 이 빗금친 부분을 응력-변형률 관계의 탄성 영역으로 가정하였다.

제안 방법

1. 폴리머 콘크리트 C형 시험체의 응력-변형률을 예측할 수 있는 모델식을 제안하였다. 기존의 다른 모델과 달리 단일곡선의 하강부의 기울기를 고려한 이 식은 서로 다른 길이/깊이 비의 시험체에 대한 실험결과와 잘 일치하였다.
2. 본 연구에서 제안 된 응력-변형률 곡선을 수치적으로 적분하여 등가사각형 응력불럭 계수를 구하였다. α 및 β₁ 값이 ACI 318 Code의 규정보다 높게 나타났다.
C형 시험체 중앙부의 압축측, 인장측 및 측면에 각각 4개씩 12개의 스트레인게이지를 부착하였다. 또한 시험체의 단부에 대한 중앙부의 상대적 처짐을 측정하기 위해 시험체 중앙부의 압축측에 2개의 변위측정기(LVDT)를 설치하였으며, 여기서 얻은 데이터의 평균치는 재하시 편심거리 보정에 사용되었다.
한편, 불포화 폴리에스터 수지는 경화시 7-10%의 큰 수축을 발생시킨다. 경화수축은 균열이나 치수의 안정성에 있어서 매우 불리한 요소로 작용하며, 이와 같은 수축량을 감소시키기 위하여 열가소성 폴리스티렌(polystyrene)을 스틸렌 모노머에 용해시킨 수축저감제를 사용하였다. 불포화 폴리에스터 수지의 경화를 위해 경화 촉진제와 촉매제가 첨가되며, 촉진제가 첨가된 불포화 폴리에스터 수지는 촉매제만 첨가되면 경화반응이 일어난다.
5 cm, 깊이는 10 cm로 고정하고 길이는 각각 10, 20, 30, 40 cm로 하였다. 또한 편심하중을 가력하기 위한 강봉을 설치하기 위해 타설시 단부에 사전에 지름 3 cm의 원형봉을 미리 삽입하였다. 각각의 길이에 대하여 3개씩 총 12개의 공시체를 제작하였다.
그러나 스티렌 모노머는 결합력이 약하므로 과도하게 사용하면 강도가 저하된다. 또한, 불포화 폴리에스터 수지의 작업성을 개선하기위해 스티렌 모노머가 기본량 포함되어있는 불포화 폴리에스터 70 그리고 MMA를 30 mass %의 비율로 혼합하여 사용하였다.
본 연구에서는 폴리머 콘크리트 C형 시험체에 대한 휨압축실험을 통하여 응력-변형률 모델을 제시하고 타 모델과 비교분석하였으며 제시된 모델을 이용하여 등가직사각형 응력블럭 계수를 계산하였다.
공시체의 중앙부는 보강하지 않았으나 상하 단면에서의 전단 파괴를 방지하고 중앙부에서의 파괴가 발생하도록 양단에 휨 및 전단 보강을 하였다. 시험체 중앙부의 두께는 12.5 cm, 깊이는 10 cm로 고정하고 길이는 각각 10, 20, 30, 40 cm로 하였다. 또한 편심하중을 가력하기 위한 강봉을 설치하기 위해 타설시 단부에 사전에 지름 3 cm의 원형봉을 미리 삽입하였다.
이렇게 인장측 변형률이 0이 되게 주하중과 편심하중을 비례적으로 증가시키면서 시험체가 파괴될 때까지 반복하였다. 이때 단계별 하중과 위치별 변형률 및 LVDT 값을 연속적으로 기록하였다.

대상 데이터

또한 편심하중을 가력하기 위한 강봉을 설치하기 위해 타설시 단부에 사전에 지름 3 cm의 원형봉을 미리 삽입하였다. 각각의 길이에 대하여 3개씩 총 12개의 공시체를 제작하였다. Fig.
구조실험에 사용된 폴리머 콘크리트 표준 원추형 시험체의 압축강도는 약100 MPa, 탄성계수 2.25 × 104 MPa, 프아송비 0.25였으며, 시험체 제작에 사용된 배합비는 Table 4와 같다.
본 연구에서는 결합재로 불포화 폴리에스터 (polyester) 수지를 사용하였으며 이 수지는 코발트(cobalt)계 경화촉진제가 첨가되어 있는 오소형(ortho type)이다. 불포화 폴리에스터 수지의 점도를 낮추어 폴리머 콘크리트의 작업성을 개선하기 위해 스티렌 모노머(styrene monomer)가 사용된다.
, 1998). 본 연구에서는 폴리머 콘크리트의 작업성을 고려하여 중질탄산칼슘을 충전재로 사용하였으며, 입자크기는 1-30 ㎛, 분말도는 2500-3000 ㎠/g, 수분함량 0.1% 미만인 것을 선택하였다. 사용된 중질탄산칼슘의 물리·화학적 성질은 Table 2와 같다.

이론/모형

본 연구에서는 Whitney(1937)가 제안한 기하학적 형상이 비교적 단순한 직사각형 응력블록에 대한 파라미터 α, β1 및 γ를 C형 시험체에 대한 휨압축실험을 통하여 구명하였다 (Fig. 6).

성능/효과

65의 일정한 값을 취하도록 ACI 318 Code(2008)에 규정되어 있다. 본 연구에 사용된 폴리머 콘크리트의 원기둥형 시험체에 대한 f_ck가 약100 MPa인데 Table 7에서 보는 바와 같이 평균값이ACI 318 Code의 규정보다 높게 나타났다. 이는 불포화 폴리에스터 수지를 결합재로 사용한 폴리머 콘크리트가 고강도 시멘트 콘크리트에 비해 탄성계수가 작은 반면 소성영역이 매우 크기 때문인 것으로 판단된다.

후속연구

전술한 바와 같이 아직 폴리머 콘크리트를 구조물에 적용키 위한 명확한 설계기준은 제정되어 있지 않으나, 이의 제정을 위해서는 구조적 거동 특성에 대한 많은 연구 자료가 필요하다고 생각한다.
, 2005). 폴리머 콘크리트를 손상된 콘크리트 구조물의 보수용에 사용할 경우는 구조적인 요소가 그리 중요하지 않지만, 구조용 부재로 사용될 경우는 구조해석 및 설계가 필수적이기 때문에 앞으로 범용화가 가능한 설계 기준이 마련되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폴리머 콘크리트의 장점은 무엇인가?	일반 시멘트 콘크리트는 인장이나 휨에 대한 저항력이 작아 균열이 발생하기 쉽고, 내약품성도 약한 결점을 갖고 있다. 이에 비하여 폴리머 콘크리트는 압축, 인장, 휨강도가 클 뿐 아니라 양생 시간이 짧고, 내마모성, 내충격성, 내약품성, 전기 절연성, 방수성, 내 동결융해성 등과 같은 물리․화학적 성능이 우수하다. 또한, 폴리머 콘크리트는 철근이나 시멘트 콘크리트 등 다른 재료와의 접착성이 양호하고, 충격, 침식에 대해 우수한 저항성을 가지고 있기 때문에 농업용 구조물 소재로서 널리 사용될 수 있다. 더 나아가 폴리머 콘크리트는 콘크리트 구조물의 보수뿐만 아니라 얇은 단면의 보나 슬래브, 프리캐스트 맨홀, 전력구, 철도 침목, 건물벽체와 같은 구조물에 적용이 가능하여 오래전부터 신건설재료로 널리 사용되고 있다(Helal, 1978; Knab et al., 1974; Knab, 1972; Loft et al.
	시멘트 콘크리트의 단점은 무엇인가?	최근 건설산업용이나 농업용 콘크리트 구조물로에 널리 이용되고 있는 시멘트 콘크리트는 강도가 낮아 단면이 커지고 중량이 무거워지는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 자중 감소가 가능한 고강도의 건설재료를 사용하는 것이 유리하다.
	불포화 폴리에스터 수지의 점도를 낮추어 폴리머 콘크리트의 작업성을 개선하기 위해 사용하는 스티렌 모노머의 단점은 무엇인가?	불포화 폴리에스터 수지의 점도를 낮추어 폴리머 콘크리트의 작업성을 개선하기 위해 스티렌 모노머(styrene monomer)가 사용된다. 그러나 스티렌모노머는 결합력이 약하므로 과도하게 사용하면 강도가 저하된다. 또한, 불포화 폴리에스터 수지의 작업성을 개선하기위해 스티렌 모노머가 기본량 포함되어있는 불포화 폴리에스터 70 그리고 MMA를 30 mass %의 비율로 혼합하여 사용하였다.

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표제어: PCR

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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