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문제 정의
- 본 연구팀에서는 콘크리트의 내화성능을 향상시킨 고인성 . 고내화성 시 멘트 복합체 (Fire Resistance- Engineered Cementitious Composite, 이하 FR- ECC라 칭함)를 개발하여 보수재료에 활용하고자 하는 일련의 실험적 연구를 수행하였다(권영진 등, 2006; 한병찬 등, 2007).
제안 방법
- FR-ECC의 현장적용성 평가는 제조.뿜칠장비의 차이에 따른 성능비교, FR-ECC와 전용 제조.
- 또한, Photo 3은 FR-ECC의 제품사진을 나타낸 것으로, 분체재료인 ECC-PCM과 섬유재료인 ECC- RF200 및 배합수로 구성되며, ECC-PCM 에는 내화성능을 향상시키기 위해 Photo 4와 같은 고강도세라믹으로 만들어진 150㎛이하의 중공형 입자를혼입하였다.
- 즉, FR- ECC에 있어서의 배합요인을 실험변수로 강도 및 열적 특성 시험 등을 실시하였으며, 이를 적용한 모의부재의 내구 및 내화성능을 검토하였다. 또한, 개발된 FR-ECC 를 활용한 보수공법의 현장적용성을 검토하기 위하여 FR-ECC의 현장제조 . 뿜칠시스템을 개발하여 기존 시스템에 대하여 비교 .
- 또한, 현장적용성을 평가하기 위해 FR-ECC 와전용 시스템의 뿜칠성능을 평가하였다. 우선, 전용 시스템에 의한 1회 최대뿜칠뚜께를 평가한 결과, Photo 8과 같이 벽면에서 약 102mm, 천정 면에서 약 98mm까지 가능하였으며, 대단면에서의 보수시공이 효과적일 것으로 판단된다.
- 모의부재의 내구성능은 각 보수재료로 제작된 철근삽입 시험체에 휨시험으로 인위적 균열을 도입하고, 염수침지 건조반복실험을 25 cycle 실시한 후 철근 부식 특성을 평가하였다. 이를 위한 실험계획은 Table 2와 같다.
- 또한, 개발된 FR-ECC 를 활용한 보수공법의 현장적용성을 검토하기 위하여 FR-ECC의 현장제조 . 뿜칠시스템을 개발하여 기존 시스템에 대하여 비교 . 평가하였다.
- 고내화성 시 멘트 복합체 (Fire Resistance- Engineered Cementitious Composite, 이하 FR- ECC라 칭함)를 개발하여 보수재료에 활용하고자 하는 일련의 실험적 연구를 수행하였다(권영진 등, 2006; 한병찬 등, 2007). 즉, FR- ECC에 있어서의 배합요인을 실험변수로 강도 및 열적 특성 시험 등을 실시하였으며, 이를 적용한 모의부재의 내구 및 내화성능을 검토하였다. 또한, 개발된 FR-ECC 를 활용한 보수공법의 현장적용성을 검토하기 위하여 FR-ECC의 현장제조 .
- 휨시험에 의해 인위적 균열을 도입한 모의부재를대상으로 염수침지 건조반복실험을 25 Cycle 실시한 후, 단면을 절단하여 염화물이온 침투깊이 및 철근부식면적을 평가하였으며, 그 결과를 Table 8에나타내었다. RM-A 및 RM-B 시험체에는 휨시험시 육안상 확인할 수 있는 균열 (매크로크랙)이 발생된 반면, FR-ECC는 마이크로크랙만이 발생하여아세톤의 도포 후에나 균열관찰이 가능하였다.
대상 데이터
- Table 5는 본 실험에 사용된 배합비를 나타낸 것으로, 사용된 보수재료는 개발된 FR-ECC 와 시중에서 일반적으로 시판되어지고 있는 보수모르타르 2종류 (RM-A 및 RM-B)를 대상으로 하였다. 또한, Photo 3은 FR-ECC의 제품사진을 나타낸 것으로, 분체재료인 ECC-PCM과 섬유재료인 ECC- RF200 및 배합수로 구성되며, ECC-PCM 에는 내화성능을 향상시키기 위해 Photo 4와 같은 고강도세라믹으로 만들어진 150㎛이하의 중공형 입자를혼입하였다.
- 본 연구에서 신규 개발된 FR-ECC와 한국에서대표적으로 사용되고 있는 기존 보수모르타르 2종류를 대상으로 보수재료로서의 강도 및 내구성능을비교 . 검토하였다.
이론/모형
- 모의부재의 내화성능은 단면 복구된 평판 부재에 대하여, ISO 834 가열곡선에 준하여 수평 가열로에서 내화실험을 실시하였다. 또한 Fig.
성능/효과
- 1) 내화성능과 보수성능을 겸비하도록 신규 개발된 FR-ECC는 휨이나 직접인장하중 하에서 변형 경화 거동 및 멀티플크랙 특성을 안정적으로 발현하였다.
- 2) 본 연구에서 사용한 FR-ECC는 기존에 일반적으로 사용되어지고 있는 보수재료에 비하여 우수한 역학적 및 내구성능을 가지고 있는 것을 알 수 있었다.
- 3) 인위적 휨 균열을 도입한 후에도 FR-ECC 가 휨 균열을 미세하게 제어함으로서 기존 보수 모르타르와는 달리 외부 열화인자의 침입을 억제할 수 있었다.
- 4) FR-ECC로 단면 복구된 모의부재의 가열실험 결과, 기존 섬유보강 폴리머시멘트 모르타르와는달리 가열 후에도 유해균열, 들뜸 등의 화재피해를방지하며, 더욱이 수열온도를 저감시켜 모체의 손상을 저감시키는 것으로 나타났다.
- Photo 9는 FR-ECC와 전용시스템을 활용하여뿜칠시 리바운드율을 평가한 시험장면을 나타낸 것으로, 리바운드율의 측정 결과 Table 10에 나타낸바와 같이 FR-ECC의 리바운드율은 약 0.43%로펌핑 도중 폐색현상이 자주 발생하는 기존 공법에비해 양호한 성능을 가지고 있는 것을 알 수 있었다.
- 12에 나타내었다. 가열시험 종료 후 Table 9와 같이 RM- A시험체의 보수부에서는 보수깊이 단차 등에 의해종단파괴형 의 유해균열이 발생되고, 더욱이 50mm 보수부에서 심각한 들뜸현상이 발생되어 화재시 보수부의 탈락이 발생될 우려가 있음을 확인할 수 있었다. 반면, FR-ECC 시험체에서는 가열후에도 유해균열이나 들뜸 등이 전혀 발생되지 않았다.
- 반면, FR- ECC는 초기균열이 발생된 후에도 지속적으로 응력을 유지하면서 변형이 증대되는 변형경화거동을 뚜렷하게 보였으며, 이 과정에서 Photo 6과 같이 무수한 미세균열인 멀티플크랙(Multiple Crack)이 안정적으로 발현되어 인장하중 하에서 연성적인 거동을 나타냈다. 또한 Fig. 9는 각 재령별 부착강도의변화를 나타낸 것으로, 모든 보수재료에 있어서 부착강도는 기준치 (1.0MPa이상)를 만족하였으며, FR -ECC의 부착강도가 재령에 관계없이 가장 높게 나타났다.
- 또한, Fig. 12는 각 시험체에 있어서 가열시험 시가 열 시간-수열온도곡선을 나타낸 것으로, 보수 부위에서의 수열온도는 FR-ECC가 RM-B에 비해 낮게 제어할 수 있어 화재시 화염에 대한 모체의 보호 효과가 보다 우수함을 확인할 수 있었다.
- 또한, 촉진실험 후 절단면의 Cl- 침투깊이 및 철근 부식면적은 FR-ECC가 기존 보수모르타르에 비해 매우 작게 나타났다. 이는 FR-ECC가 휨 균열을 미세하게 제어함으로서 균열부로 열화인자의 침입을 억제하였기 때문인 것으로 판단된다.
- 나타낸 것이다. 모든 보수재료가 KSF 4042 [콘크리트구조물 보수용 폴리머 시멘트모르타르]의 품질 기준을 모두 만족하는 것으로 나타났다. Fig.
- 전용 제조 . 뿜칠시스템을 사용하는 것이 효과적이며, 이 시스템은 뿜칠두께의 증대 및 리바운드율의 저감이 가능한 것으로 나타났다.
- 시스템의 뿜칠성능을 평가하였다. 우선, 전용 시스템에 의한 1회 최대뿜칠뚜께를 평가한 결과, Photo 8과 같이 벽면에서 약 102mm, 천정 면에서 약 98mm까지 가능하였으며, 대단면에서의 보수시공이 효과적일 것으로 판단된다.
- 13은 FR-ECC에 대하여 제조 뿜칠 시스템의 차이에 따른 압송전후의 플로우 및 휨강도를 평가결과를 나타낸 것이다. 전용시스템을 사용한 경우, 기존 시스템에 비해 압송전후 유동성의 저하폭이 작았으며, 전용시스템의 휨강도는 증가된 반면, 기존 시스템은 비교적 큰 폭으로 저하됨을 알 수 있었다. 이는 기존 시스템의 경우 오거스크류식 호퍼와 스네이크식 압송펌프에서의 물리적 비빔작용에 의한 마찰열과, 이에 의한 유동성 저하로 인해 Photo 7에 나타낸 바와 같이섬유의 균질한 분포가 방해되었기 때문인 것으로 사료된다.
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