선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 RPET 섬유의 특성을 확인하기 위해 기존 구조용 섬유로 사용되는 PP 섬유와 비교하였다. 실험에 사용된 합성섬유의 기본물성은 Table 2에 나타내었으며, Fig.
- 하지만 대부분의 연구가 재료적인 부분에 국한되어 있으며, 구조 부재에 대한 연구는 거의 전무한 실정이므로, 본 연구에서는 RC 보 실험을 통하여 RPET 섬유가 RC 보의 극한강도, 연성, 에너지 흡수능력, 균열형상 등에 미치는 영향을 비교·분석하고 RPET 섬유가 혼입된 RC 보의 휨성능을 평가하여 성능을 개선하고자 한다.
제안 방법
- 4는 시험체의 장치도(set-up)를 보여주고 있다. RC 보의 경계조건은 한쪽은 힌지이고 다른 한쪽은 롤러를 사용하였으며, 최대용량 2000 kN을 갖는 UTM을 사용하여 실험하였다. 하중은 보의 중앙점에서 0.
- 주철근의 변형률을 측정하기 위하여 보 중앙 최대 모멘트 지점인 중앙부 하부에 철근용 변형률 게이지를 부착하였고, 콘크리트의 응력을 측정하기 위하여 콘크리트 상부에 콘크리트용 변형률 게이지를 부착하였다. 또한 LVDT를 사용하여 중앙점 및 L/4 지점에서의 처짐을 측정하였다.
- 1에 나타내었다. 또한, 보강 섬유는 화학적 처리 방법에 의해 시멘트 복합재료와 보강 섬유 사이의 부착성능을 향상시킬 수 있다는 기존의 연구결과(원종필 등, 2007a; 원종필 등, 2007b)로부터, 본 연구에서는 RPET 섬유의 분산성 및 부착성능을 향상시키기 위하여 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌(maleic anhydride grafted polypropylene, mPP)을 이용하여 섬유의 표면에 친수성 처리 기술을 도입하였다.
- 초기균열부터 인장 철근의 항복이전까지는 실선으로 표시하였고, 항복이후에 발생한 균열은 점선으로 표시하였다. 모든 시험체는 우선 경간 중앙 하부 콘크리트에서 초기 균열이 발생하고, 철근 항복점까지는 탄성 거동을 하면서 중앙부 휨균열이 진전을 하였다. OPC 시험체는 철근의 항복(yielding)이후 최대하중에 도달한 후 급격히 하중이 감소하면서 파괴되었다.
- 본 연구에서는 단면의 인장철근이 항복할 때의 변위(Δy)와 최대하중시의 변위(Δu)의 비로 표현되는 처짐에 근거한 모델과 Fig. 9와 같이 에너지(E)에 근거한 모델의 연성지수를 사용하여 부재의 안전성을 평가하였다.
- 8% 그리고 슬럼프 150±25 mm를 갖고 있으며, 합성섬유가 보강섬유로 사용되었다. 본 연구에서는 콘크리트에 사용되는 단위수량을 줄이기 위해 AE 감수제를 사용하였다. 주요 변수로는 합성섬유의 종류와 혼입량이다.
- 025 mm/sec의 속도로 변위제어를 실시하였다. 주철근의 변형률을 측정하기 위하여 보 중앙 최대 모멘트 지점인 중앙부 하부에 철근용 변형률 게이지를 부착하였고, 콘크리트의 응력을 측정하기 위하여 콘크리트 상부에 콘크리트용 변형률 게이지를 부착하였다. 또한 LVDT를 사용하여 중앙점 및 L/4 지점에서의 처짐을 측정하였다.
- 주요 변수로는 합성섬유의 종류와 혼입량이다. 합성섬유는 숏크리트에 주로 사용되고 있는 PP 섬유와 본 연구에서 개발한 RPET 섬유가 사용되었으며, 섬유의 혼입량은 콘크리트 체적의 0%, 0.5%, 0.75%, 1.0%로 변화시키며 수행하였다. 시험에 사용된 배합표는 Table 3에 나타내었다.
대상 데이터
- 15이고 분말도는 3,450 cm2/g이다. 굵은 골재는 최대 입경 25 mm인 부순 골재를 사용하였으며, 잔골재는 청주 인근의 강모래를 사용하였다. 시멘트와 플라이 애쉬의 화학적 조성 및 물리적 특성은 Table 1과 같다.
- RC 보 시험체는 모두 7경우로 모든 시편은 타설 후 28일 후에 실험하였다. 시험체는 주철근 D13 철근을 사용하였고, 전단보강철근 D10 철근으로 150 mm 간격으로 제작하였다. Fig.
- 본 연구에서는 RPET 섬유의 특성을 확인하기 위해 기존 구조용 섬유로 사용되는 PP 섬유와 비교하였다. 실험에 사용된 합성섬유의 기본물성은 Table 2에 나타내었으며, Fig. 2에는 보강섬유로 사용된 RPET 섬유와 PP 섬유의 형상을 나타내었다.
- 콘크리트의 배합에 사용된 시멘트는 1종 보통 포틀랜드시멘트로 비중 3.15이고 분말도는 3,450 cm2/g이다. 굵은 골재는 최대 입경 25 mm인 부순 골재를 사용하였으며, 잔골재는 청주 인근의 강모래를 사용하였다.
- 콘크리트의 배합은 w/c=0.41과 공기량 4.5±1.5%, S/a=43.8% 그리고 슬럼프 150±25 mm를 갖고 있으며, 합성섬유가 보강섬유로 사용되었다.
이론/모형
- RPET 섬유의 혼입률에 따른 콘크리트의 물성변화를 확인하기 위하여 압축강도, 쪼갬인장강도를 측정하였으며, 압축강도시험은 KS F 2405, 쪼갬인장강도 시험은 KS F 2423에 따라 각각 수행하였다.
성능/효과
- 1. RPET 섬유를 혼입한 콘크리트의 재료특성 실험에서 압축 강도는 섬유의 혼입량 증가에 따라 점차적으로 감소하였다. 이러한 강도의 저하는 RPET섬유가 콘크리트 내부에서 압축력에 저항하지 못하고 콘크리트 내부 공극으로 존재하여 콘크리트의 유효 단면적을 감소시켜 압축강도가 저하된 것으로 판단된다.
- 2. 모든 시편의 파괴형태는 휨-전단 파괴 현상을 보였다. OPC 시험체는 철근의 항복에 의한 인장부에서 파괴 되었으나, 섬유가 혼입된 시험체는 보강 섬유가 콘크리트 시편의 강성과 연성을 증가시켜 철근의 항복이후 하중의 증가와 함께 수직변위가 증가할 때 부분적인 압축파괴와 철근의 항복에 의한 인장파괴가 일어났다.
- 3. RPET 섬유는 콘크리트 부재의 연성과 극한강도를 증가시켰다. OPC 시험체와 비교했을 때 최대 10배 이상의 연성증가를 보였으며, 극한하중도 약 30% 이상 증가하였다.
- 4. 처짐에 근거한 상대연성지수는 RPET 섬유를 혼입한 경우 7.65~10.34로 OPC 시험체에 비해 약 7~10배 정도 연성지수가 높게 나타났으며, 에너지에 근거한 모델의 연성비는 RPET 섬유를 혼입함에 따라 OPC 콘크리트에 비해 2.87~3.99배의 상대연성지수의 증가를 보였다. 특히, RPET 0.
- 모든 시편의 파괴형태는 휨-전단 파괴 현상을 보였다. OPC 시험체는 철근의 항복에 의한 인장부에서 파괴 되었으나, 섬유가 혼입된 시험체는 보강 섬유가 콘크리트 시편의 강성과 연성을 증가시켜 철근의 항복이후 하중의 증가와 함께 수직변위가 증가할 때 부분적인 압축파괴와 철근의 항복에 의한 인장파괴가 일어났다.
- RPET 섬유는 콘크리트 부재의 연성과 극한강도를 증가시켰다. OPC 시험체와 비교했을 때 최대 10배 이상의 연성증가를 보였으며, 극한하중도 약 30% 이상 증가하였다. 또한, RPET 섬유를 혼입한 콘크리트 시편의 최대 중앙 처짐은 OPC 시편보다 약 4배 이상 크게 나타났다.
- 또한 콘크리트에 작용하는 응력을 전체적으로 분산시켜 국부적인 파괴를 예방한 것으로 판단된다. RPET 섬유와 비교하기 위해 사용된 PP 섬유를 혼입한 콘크리트에서도 거의 유사한 거동을 보여 RPET 섬유와 같은 합성섬유가 콘크리트의 파괴거동에 효과적으로 작용하는 것을 알 수 있었다.
- 이러한 강도의 저하는 RPET섬유가 콘크리트 내부에서 압축력에 저항하지 못하고 콘크리트 내부 공극으로 존재하여 콘크리트의 유효 단면적을 감소시켜 압축강도가 저하된 것으로 판단된다. 그러나, RPET 섬유와 기존 PP 섬유를 비교했을 때 RPET 섬유의 압축강도 감소 경향은 크지 않았으며, 쪼갬인장강도는 섬유의 혼입률이 증가할수록 증가하는 경향을 보였다.
- 하지만 RPET 섬유는 섬유와 매트릭스(matrix)의 부착력(bond strength)의 증가로 균열이 발생하였을 때 RPET 섬유가 인발되지 않고 파단되면서 하중에 저항하며, 지속적으로 인장응력을 전달하기 때문에 균열의 성장을 억제하여 우수한 극한성능(ultimate capacity)을 보인 것이다. 따라서, RPET 섬유의 우수한 부착성능으로 섬유의 인발 저항성이 증가되어 부재의 급작스런 취성파괴를 방지하고 연성파괴를 유도하는데 효과적이라고 판단된다.
- OPC 시험체와 비교했을 때 최대 10배 이상의 연성증가를 보였으며, 극한하중도 약 30% 이상 증가하였다. 또한, RPET 섬유를 혼입한 콘크리트 시편의 최대 중앙 처짐은 OPC 시편보다 약 4배 이상 크게 나타났다. RPET 섬유는 섬유와 매트릭스의 부착력의 증가로 균열이 발생하였을 때 섬유가 인발되지 않고 균열을 가로지는 가교작용을 하여 휨성능이 증가된 것으로 판단된다.
- 그러나, 섬유의 혼입량이 증가할수록 연성지수는 낮아져, 사용에 맞는 적정 혼입율을 사용하여야 할 것이다. 또한, RPET 섬유와 비교하기 위해 사용된 PP 섬유도 RPET 섬유와 거의 유사한 성능을 보여 합성 섬유가 콘크리트의 연성증가에 효과적인 것을 알 수 있다.
- 0%)는 OPC 시험체에 비해 혼입량에 따라 각각 25%, 31%, 32%의 극한 강도 증가를 나타내었다. 또한, 기존 보강섬유인 PP 섬유와 비교했을 때도 거의 유사하거나 그 이상의 성능을 갖는 것으로 나타났다. Zollo(1997)에 따르면 보강섬유는 콘크리트 내부에서 가교(bridging) 단계를 거쳐 섬유가 인발(pull-out)되어 파괴에 이른다고 한다.
- Table 4는 휨강도 실험 결과를 정리해 놓은 것이다. 실험 결과로부터 RPET 시험체(0.5%, 0.75%, 1.0%)는 OPC 시험체에 비해 혼입량에 따라 각각 25%, 31%, 32%의 극한 강도 증가를 나타내었다. 또한, 기존 보강섬유인 PP 섬유와 비교했을 때도 거의 유사하거나 그 이상의 성능을 갖는 것으로 나타났다.
- 실험결과 처짐에 근거한 상대연성지수는 RPET 섬유를 혼입한 경우 7.65~10.34로 OPC 시험체에 비해 약 7~10배 정도 연성지수가 높게 나타났다. 즉, RPET 섬유가 콘크리트의 연성 증가에 매우 효과적인 것을 알 수 있다.
- 5에 나타내었다. 압축강도 실험결과로부터 합성섬유를 혼입한 RPET 시편과 PP 시편은 섬유가 혼입되지 않은 OPC 시편에 비해 상대적으로 낮은 압축강도를 나타내었으며, 섬유의 혼입량이 증가할수록 압축강도는 낮아졌다. 이러한 강도의 저하는 RPET 섬유가 콘크리트 내부에서 압축력에 저항하지 못하고 콘크리트 내부 공극으로 존재하여 콘크리트의 유효 단면적을 감소시켜 압축강도가 저하된 것으로 판단된다.
- 상대연성지수는 처짐 모델과 비교했을 때 다소 차이는 있으나 전체적으로 매우 유사한 경향을 보였다. 에너지 개념에 근거한 모델에서도 처짐에 근거한 모델에서와 같이 RPET 0.5 시험체가 가장 뛰어난 연성능력을 보였으며, 에너지 흡수능력(Etot)도 가장 뛰어난 성능을 보였다. 그러나 RPET 섬유는 혼입량이 증가 할수록 연성비가 감소하는 경향을 보여, 사용에 맞는 적정 혼입률을 사용하여야 할 것이다.
- 에너지에 근거한 모델의 연성비는 RPET 섬유를 혼입함에 따라 OPC 콘크리트에 비해 2.87~3.99배의 상대연성지수의 증가를 보였다. RPET 섬유가 콘크리트의 에너지 흡수능력을 증가시켜 연성능력을 증가시킨 것으로 판단된다.
- 국내에서도 홍종석(2007), 원종필 등(2007c)이 얇은 슬래브 공시체 시험에서 RPET 섬유의 형상, 길이 및 혼입률에 따른 시멘트 복합 재료 내에서 소성 수축 균열 제어 특성을 평가하였다. 연구결과, 섬유의 혼입률은 콘크리트 체적의 0.5~1.0%를 혼입할 경우 콘크리트의 소성수축균열을 제어할 수 있으며, 양각형태(embossed type)의 섬유가 가장 우수한 부착성능과 균열제어 성능을 나타내었다. 하지만 대부분의 연구가 재료적인 부분에 국한되어 있으며, 구조 부재에 대한 연구는 거의 전무한 실정이므로, 본 연구에서는 RC 보 실험을 통하여 RPET 섬유가 RC 보의 극한강도, 연성, 에너지 흡수능력, 균열형상 등에 미치는 영향을 비교·분석하고 RPET 섬유가 혼입된 RC 보의 휨성능을 평가하여 성능을 개선하고자 한다.
- 이상과 같은 결론으로부터 RPET 섬유는 콘크리트 부재의 성능을 개선하여 균열제어 성능이 우수하며, 부재의 급작스런 취성파괴를 방지하고 연성파괴를 유도하는데 효과적인 것으로 나타났다. 그러나, 섬유의 혼입률에 따른 특성 변화가 다양하므로 이를 고려하여 사용하여야 하며, 이러한 인자를 고려하여 사용하면 구조물의 성능개선 및 친환경 측면에서 매우 유용한 재료이다.
- 즉, RPET 섬유가 콘크리트의 연성 증가에 매우 효과적인 것을 알 수 있다. 특히, RPET 0.5 시험체는 상대연성지수가 10.34로 OPC 시험체의 약 10배 이상, PP 0.5에 비해서는 약 1.3배 이상 높게 나타나 연성에 대한 성능이 가장 좋은 것으로 나타났다. 이는, RPET 섬유의 표면에너지가 증가되어 콘크리트에서 섬유가 인발되기까지 마찰저항력이 증가하였기 때문이다.
- 99배의 상대연성지수의 증가를 보였다. 특히, RPET 0.5 시험체는 처짐에 근거한 상대연성지수가 10.34로 OPC 시험체의 약 10배 이상, PP 0.5에 비해서는 약 1.3배 이상 높게 나타나 연성에 대한 성능이 가장 좋은 것으로 나타났으며, 에너지에 근거한 모델에서도 상대연성 지수가 3.99로 OPC에 비해 약 4배 정도 높게 나타나 연성능력과 함께 에너지 흡수능력도 가장 뛰어난 성능을 보였다.
후속연구
- 그러나, 기존 연구자들은 합성 섬유의 혼입률에 따른 콘크리트의 특성 변화가 다양하므로 이를 고려한 섬유 혼입률의 결정이 중요함을 강조하고 있다(Marcus, 1997). 즉, RPET 섬유를 콘크리트 보강재로 사용하기 위해서는 혼입률 등의 여러 가지 영향 인자를 고려하여 사용하면 경제성 및 친환경 측면에서 매우 유용한 재료일 뿐만 아니라 콘크리트의 인장성능을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.