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문제 정의
- (2003)은 섬유의 채움 밀도 최적화를 통하여 섬유를 페이스트의 유변학적 모델에 적용시키려는 연구를 시도하였는데, 모르터에 대해서는 만족할만한 연구성과를 거두었다. 최근 평균골재간격 개념을 활용한 섬유보강 자기충전 콘크리트의 배합비에 관한 연구 결과가 발표되었으며(Ferrara et al., 2007), 이 연구에서는 섬유보강 자기충전 콘크리트의 배합설계에 대한 하나의 방법론을 제시하였다.
- 실정이다. 본 연구에서는 섬유보강 자기충전 콘크리트의 휨 성능을 평가하기 위하여 강섬유보강 자기충전 콘크리트를 사용한 정사각형 형태의 슬래브를 제작한 다 음보 시험체 형태로 절단하여 휨 실험을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 또한, 그 결과를 동일한 조건의 일반 섬유보강 콘크리트 시험체 및 재료분리가 어느 정도 발생한 섬유보강 자기충전 콘크리트 시험체와 비교하여 섬유보강 자기충전 콘크리트의 상대적 휨 성능 및 특징을 평가하였다.
- 본 연구에서는 강섬유보강 자기충전 콘크리트 의타설 위치 및 흐름방향에 따른 휨 성능을 평가하기 위하여 SCC 및 SSC에 대하여 콘크리트 타설 위치와 보 시험체 절단 방향을 달리 하여 (Table 1 참조) 실험을 수행하였다. Fig.
제안 방법
- 본 연구에서는 섬유보강 자기충전 콘크리트의 휨 성능을 평가하기 위하여 강섬유보강 자기충전 콘크리트를 사용한 정사각형 형태의 슬래브를 제작한 다 음보 시험체 형태로 절단하여 휨 실험을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 또한, 그 결과를 동일한 조건의 일반 섬유보강 콘크리트 시험체 및 재료분리가 어느 정도 발생한 섬유보강 자기충전 콘크리트 시험체와 비교하여 섬유보강 자기충전 콘크리트의 상대적 휨 성능 및 특징을 평가하였다.
- 1과 같은 형태로 절단하여 휨 실험용 보 시험체를 제작하였다. 자기충전성 보유 여부 및 콘크리트 타설 위치에 따른 휨 성능의 차이를 비교.분석하기 위하여 Table 1과 같이 7종류의 섬유보강 콘크리트 슬래브를 제작하였다.
- 분석하기 위하여 Table 1과 같이 7종류의 섬유보강 콘크리트 슬래브를 제작하였다. 슬래브 제작에 사용된 콘크리트는 다짐이 필요없는 자기충전 콘크리트(이하 see로 약칭), 자기충전 콘크리트와 비교하여 슬럼프 플로우값은 유사하면서 페이스트의체적을 인위적으로 증가시켜 어느 정도의 분리가 발생하도록 조절한 자기충전 콘크리트(이하 SSC로 약칭), 유동성이 좋은 일반 콘크리트(이하 NC로 약칭) 의 3종류이며, 일반 콘크리트 슬래브는 테이블 진동기를 사용하여 다짐작업을 하였고, 나머지 2종류의 콘크리트 슬래브는 다짐을 하지 않고 제작하였다.
- 섬유는 콘크리트의 흐름 방향에 따라 일정한 방향성을 가지는데, 이 방향성 및 흐름 거리가 강섬유보강 자기충전 콘크리트의 휨 성능에 미치는 영향을 분석하기 위하여 콘크리트의 타설위치를 슬래브의 중앙과 임의의 한쪽 변으로 정하였으며 한쪽 변에 콘크리트를 타설하여 제작된 2개의 슬래브는 각각 콘크리트의 흐름방향과 흐름에 직각방향으로 슬래브를 절단하여 보 시험체를 제작하였다.
- 2와 같다. 가력방식은 보 중앙점의 변위를 기준으로 하는 변위조절 방식으로 하였으며 하중은 20kN 용량의 로드 셀을 사용하여 측정하였다. 보 중앙부의 처짐은 LVDT를 사용하여 측정하였다.
- 콘크리트 종류별 인성 증가에 대한 강섬유의 효과를 비교하기 위하여 SCC-C-2 시험체(SCC-C 시험체 중 Fig. 1의 No. 2)를 기준으로 하여 슬래브 중앙에 콘크리트를 타설한 SCC, SSC, NC 시험체의 상대인성비를 Fig. 6에 나타내었다.
대상 데이터
- 강섬유를 보강한 자기충전 콘크리트의 휨 성능을 평가하기 위하여 폭 600mm, 길이 600mm, 두께 60mm의 콘크리트 슬래브를 제작한 후 일정 기간 양생한 다음 Fig. 1과 같은 형태로 절단하여 휨 실험용 보 시험체를 제작하였다. 자기충전성 보유 여부 및 콘크리트 타설 위치에 따른 휨 성능의 차이를 비교.
- 자기충전성 보유 여부 및 콘크리트 타설 위치에 따른 휨 성능의 차이를 비교.분석하기 위하여 Table 1과 같이 7종류의 섬유보강 콘크리트 슬래브를 제작하였다. 슬래브 제작에 사용된 콘크리트는 다짐이 필요없는 자기충전 콘크리트(이하 see로 약칭), 자기충전 콘크리트와 비교하여 슬럼프 플로우값은 유사하면서 페이스트의체적을 인위적으로 증가시켜 어느 정도의 분리가 발생하도록 조절한 자기충전 콘크리트(이하 SSC로 약칭), 유동성이 좋은 일반 콘크리트(이하 NC로 약칭) 의 3종류이며, 일반 콘크리트 슬래브는 테이블 진동기를 사용하여 다짐작업을 하였고, 나머지 2종류의 콘크리트 슬래브는 다짐을 하지 않고 제작하였다.
- kg/n?의 ASTM C 618 C급 플라이애시를 사용하였다. 골재는 시험체의 크기를 고려하여 최대크기 10mm, 밀도 2650 kg/n?의 강자갈과 조립률 2.
- 골재는 시험체의 크기를 고려하여 최대크기 10mm, 밀도 2650 kg/n?의 강자갈과 조립률 2.66, 밀도 2660 kg/n?의 강모래를 사용하였다. 고성 능감수제는 G사에서 생산되는 폴리카르본산계 의 단일 제품을 사용하였고, 강섬유는 길이 35mm, 형상 계수 65의 Dramix 65/35 type을 사용하였다.
- 66, 밀도 2660 kg/n?의 강모래를 사용하였다. 고성 능감수제는 G사에서 생산되는 폴리카르본산계 의 단일 제품을 사용하였고, 강섬유는 길이 35mm, 형상 계수 65의 Dramix 65/35 type을 사용하였다.
- 콘크리트는 강제식 믹서를 사용하여 제조하였고 강섬유는 콘크리트 비빔 중에 투입하였다. 슬래브 제작에 사용된 콘크리트의 배합비는 Table 2와 같고, 각 콘크리트의 슬럼프 플로우 값은 SCC 690mm, SSC 700mm, NC 520mm 이다.
- Fig. 4(b)는 SSC의 타설 위치 및 시험체 절단 방향에 따른 하중-처짐 곡선을 도시한 것으로 SCC 시험체와 동일하게 슬래브의 가운데 부분에서 획득 한보 시험체(Fig. 1의 No. 2)를 비교대상으로 하였다. SCC에 대한 실험 결과와는 달리 슬래브의 중앙에 콘크리트를 타설한 SSC-C 시험체의 휨강도나 균열 발생 이후의 거동이 SSC-P 시험체 및 SSC-T 시험체의 그것과 큰 차이가 나타나지 않았는데, 그 이유는 SSC 의 특성상 콘크리트 타설 직후 강섬유가 매트릭스로부터 어느 정도 분리되어 콘크리트의 흐름 정도와 관계없이 섬유의 분산성이 떨어졌기 때문으로 판단된다.
이론/모형
- 100kN 용량의 MTS사 만능재료시험기를 사용하여 ASTM C 1018의 규정에 따라 2점 가력방식으로 휨 실험을 수행하였다. 가력 상세는 Fig.
성능/효과
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Fig. 3 Load-Deflection Curves of SCC, SSC and NC
No. 2 보 시험체의 경우도 No. 1 시험체의 결과와 유사하게 균열발생 시점의 하중 크기는 SCC, SSC, NC의 순이었으며, 균열발생 이후의 거동도 SCC가 가장 안정적이고 연성적인 것으로 나타났다
. SSC와 NC의 경우는 균열발생 시점의 강도나 균열발생 이후의 거동에서 아주 큰 차이는 나타나지 않았으나 NC 가 SSC에 비하여 조금 더 취성적으로 거동하였다. - 도시한 것이다. 슬래브의 상면을 보의 하면으로 한 시험체의 콘크리트 종류별 휨강도 및 균열 발생 이후의 거동을 비교해보면 슬래브의 상면을 보의 상면으로 한 시험체의 결과와 유사하게 SCC의 거동이 가장 양호하였으며, NC의 경우는 휨강도도 가장 낮고 균열발생 이후의 거동도 SCC에 비하여 상대적으로 취성적인 특징을 보여주었다. 이와 같은 결과는 부재의 상.
- 판단된다. 또한, 분리가 어느 정도 발생한 SSC의 경우도 NC 시험체와 비교할 때 동등 이상의 인성을 보유하는것으로 나타나 실제현장에서 품질관리에 문제가 생겨 SCC에 약간의 분리가 발생하더라도 NC 수준 이상의 양호한 역학적 성질을 확보할 수 있다는 것을 알 수 있다.
- 도시한 것으로 ASTM 인성지수 I5, ho, ho 공히 SCC 및 SSC가 NC보다 높다는 것을 알 수 있다. 즉, 상대인 성비 뿐만 아니라 3가지 인성지수 측면에서도 SCC 는 NC보다 뛰어난 결과를 보여주고 있어 휨강도 및 하중-처짐 거동뿐만 아니라 인성의 관점에서도 강섬유 보강 SCC는 강섬유 보강 NC보다 그 성능이 우수하다고 판단된다. 한편, SCC와 SSC의 인성지수를 비교하여 보면 110은 대동소이하게 나타났으나은 SCOt 높게 나타났다.
- 한편, SCC와 SSC의 인성지수를 비교하여 보면 110은 대동소이하게 나타났으나은 SCOt 높게 나타났다. 이는 Fig. 3에 나타나 있는 바와 같이 보 시험체의 처짐이 일정값 이상이 되면 SSC의 경우 SCC보다 처짐의 증가에 따른 하중값의 감소가 급격해지기 때문에 나타난 결과로 SCC는 SSC에 비하여 섬유의 뭉침현상이 적고 분산성능이 뛰어나 높은 변형량 하에서도 하중을 지지하는 능력이 우수하다는 것을 알 수 있다.
- 슬래브의 중앙에 콘크리트가 타설된 SCC-C 시험체가 15, 110, 120 모두 다른 시험체에 비하여 높게 나타났는데 이러한 현상의 주원인은 하중-처짐 거동의 결과분석에서 언급한 바와 같이 콘크리트의 흐름 거리가 길어짐에 따라 강섬유가 매트릭스로부터 약간씩 분리되기 때문인 것으로 생각된다. 한쪽 변에 콘크리트를 타설한 SCC-P 시험체와 SCC-T 시험체의 인성지수를 비교해 보면 콘크리트 흐름 방향으로 슬래브를 절단한 SCC-P가 직각방향으로 절단한 SCC-T보다 인성지수가 약간 높았으나 그 값의 차이가 10% 이내로 인성지수와 시험체 절단 방향과는 상관관계는 크지 않은 것으로 나타났다. 즉, 슬래브와 같이 형태가 정사각형에 가깝고 얇은 부재의 경우에는 콘크리트가 2 방향으로 흘러 나가기 때문에 타설 위치에 따른 섬유의 방향성이 크게 나타나지 않을 것으로 판단된다.
- 하부에 관계없이 SCC의 섬유 분포 상태나 분산성능이 NC에 비하여 양호하다는 사실을 입중하고 있다. 그러나, 하중-처짐 거동의 분석 결과와 달리 콘크리트 종류별 5, 110, 120 값의 차이가 크게 나타나지 않았는데 이는 NC의 인성지수 값 계산시에 생긴 기저효과(인성지수 계산시 균열 하중 값이 다른 시험체에 비하여 낮아 발생한 분모값의감소 효과)에 주로 기인하는 것으로 생각된다.
- 1) 자기충전 콘크리트는 일반 콘크리트에 비하여 균열 발생 시점의 강도가 높고 균열발생 이후의 거동도 안정적이며 연성적인 것으로 나타났는데, 그 이유는 첫째, 자기충전 콘크리트는 보통 콘크리트보다 페이스트의 체적이 커 섬유 분산성능이 상대적으로 양호하고 둘째, 다짐에 의한 섬유의 분리나 뭉침 현상이 발생하지 않기 때문으로 생각된다.
- 2) 분리가 어느 정도 발생한 SSC의 경우 SCC에 비해서는 역학적으로 양호하지 못한 거동을 보여주었으나 NC보다는 그 거동이 양호한 것으로 나타났다.
- 3) 슬래브 중앙에 콘크리트를 타설한 경우 SCC, SSC, NC 공히 중앙에서 획득한 보 시험체의 역학적 성질이 변 쪽에서 획득한 보 시험체의 역학적 성질보다 양호하게 나타나 슬래브와 같은 넓은 구조물에 강섬유보강 콘크리트를 시공할 경우에는 타설 지점에 대한 고려가 필요할 것으로 판단된다.
- 4) 슬래브의 한쪽 변에 SCC를 타설한 경우는 중앙에 타설한 경우에 비하여 콘크리트의 흐름 거리가길어지기 때문에 강섬유가 매트릭스로부터 일정 부분 분리되어 휨강도, 연성, 인성지수 등의 역학적 성질이 다소 떨어지는 것으로 나타났다. 그러나 NC와 비교하면 동등 수준은 유지하여 SCC의 우수한 섬유 분산성능을 보여주었다.
- 5) 시험체 절단 방향이 콘크리트 흐름 방향과 평행한 경우가 직각인 경우에 비하여 하중-처짐 거동이 좀 더 연성적이고 인성지수도 약간 높았으나 전반적으로 그 차이가 크지 않은 것으로 나타났다. 즉, 형상이 넓고 얇은 슬래브의 경우에는 콘크리트가 2 방향으로 홀러 나가 타설위치에 따른 섬유의 방향성이 크게 나타나지 않을 것으로 판단된다.
- 6) 슬래브의 상면을 보의 하면으로 한 시험체의 콘크리트 종류별 휨강도, 균열발생 이후의 거동, 인성지수를 비교해보면 SCC의 거동이 가장 양호하였으며, NC의 경우는 휨강도가 가장 낮고 균열 발생 이후의 거동도 SCC에 비하여 상대적으로 취성적인특징을 보여주었다. 이러한 결과는 부재의 상.
- NC의 경우는 0열발생 이후의 거동이 3종류의 콘크리트 중 가장 취성적이며최대 처짐에서의 하중값도 SCC보다 상당히 낮음을 알 수 있다. SSC의 경우는 SCC보다는 최대하중 값이 낮고 거동이 안정적이지 못하나 NC에 비해서는 양호한 거동을 보여주었다.
후속연구
- 즉, SCC가 배합상 또는 시공상 문제 때문에 약간의 분리가 발생하더라도 NC 보다는 역학적으로 양호한 거동을 담보할 수 있을 것으로 판단된다. 결과적으로 다짐이 필요 없는 SCC는 섬유보강 콘크리트의 가장 큰 단점인 시공성 저하 문제를 획기적으로 개선할 수 있을 뿐만 아니라 역학적 성질도 개선하는 특징이 있어 향후 토목.건축의 여러 분야에서 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
- 결과적으로 다짐이 필요 없는 SCC는 섬유보강 콘크리트의 가장 큰 단점인 시공성 저하 문제를 획기적으로 개선할 수 있을 뿐만 아니라 역학적 성질도 개선하는 특징이 있어 향후 토목.건축의 여러 분야에서 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
- 하부에 관계없이 SCC의 강섬유분산성능이 NC의 강섬유 분산성능보다 뛰어나다는 사실을 입증하는 것이다. 또한, 본 실험의 결과에 의하면 배합의 오차, 품질관리의 미흡 등으로 인해 약간의 분리가 발생한 SCC의 경우라 할지라도 NC 이상의 강섬유 분산성능을 보유할 것으로 기대할 수 있다.
- 5에 나타나 있는 바와 같이 3종류 콘크리트 공히 슬래브 상면을 휨 시험체의 상면으로 한 경우와 반대의 경우가 유사한 거동을 보여주었는데, 그 이유는 본연구에서 사용한 3종류 콘크리트의 섬유 분산성 능이 모두 양호하였고 시험체의 두께가 얇아 분리 현상이 적게 발생하였기 때문인 것으로 생각된다. 부재 깊이에 따른 강섬유의 분산성에 관해서는 향후 좀 더 심도 있는 연구가 필요하다고 사료된다.
- 7) 다짐이 필요없는 강섬유보강 자기충전 콘크리트는 강섬유보강 콘크리트의 가장 큰 단점인 시공성 저하 문제를 획기적으로 개선할 수 있을 뿐만 아니라 역학적 성질도 개선하는 특징이 있어 향후 토목. 건축의 여러 분야에서 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
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