[국내논문]비틀림 강섬유의 비틀림 횟수가 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료의 인장거동에 미치는 영향 Influence of Number of Twist on Tensile Behavior of High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites with Twisted Steel Fibers원문보기
이 연구는 비틀림 강섬유(T- 섬유) 의 비틀림 횟수가 인발거동과 T- 섬유를 사용한 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료의 인장거동에 미치는 영향을 조사하였다. T- 섬유의 여러 인자와 비틀림 횟수가 섬유의 인발거동에 미치는 영향을 해석적으로 조사하고, 최대의 인발에너지를 생성할 수 있는 비틀림 횟수를 조사하였다. 이와 더불어 T- 섬유의 인발시험과 인장시험을 수행하여, 비틀림 횟수가 고인성 섬유보강 시멘트 복합재료의 인장거동에 미치는 영향을 조사하였다. 비틀림 횟수가 6ribs/30 mm인 T(L)- 섬유와 비틀림 횟수가 18ribs/30 mm인 T(H)- 섬유를 사용하였다. T(H)- 섬유는 인발시험시 섬유의 파단되어, T(L)- 섬유보다 높은 인발응력을 유발했음에도 불구하고 낮은 총 인발에너지를 생성하였다. 이러한 인발 시험서의 결과는 인장 거동에도 분명하게 반영되었다. T(L)- 섬유를 사용한 고인성 섬유보강 시멘트 복합재료의 경우, T(H)- 섬유의 사용시보다, 우수한 변형능력과 에너지 흡수능력, 그리고 미세균열 거동을 보였다.
이 연구는 비틀림 강섬유(T- 섬유) 의 비틀림 횟수가 인발거동과 T- 섬유를 사용한 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료의 인장거동에 미치는 영향을 조사하였다. T- 섬유의 여러 인자와 비틀림 횟수가 섬유의 인발거동에 미치는 영향을 해석적으로 조사하고, 최대의 인발에너지를 생성할 수 있는 비틀림 횟수를 조사하였다. 이와 더불어 T- 섬유의 인발시험과 인장시험을 수행하여, 비틀림 횟수가 고인성 섬유보강 시멘트 복합재료의 인장거동에 미치는 영향을 조사하였다. 비틀림 횟수가 6ribs/30 mm인 T(L)- 섬유와 비틀림 횟수가 18ribs/30 mm인 T(H)- 섬유를 사용하였다. T(H)- 섬유는 인발시험시 섬유의 파단되어, T(L)- 섬유보다 높은 인발응력을 유발했음에도 불구하고 낮은 총 인발에너지를 생성하였다. 이러한 인발 시험서의 결과는 인장 거동에도 분명하게 반영되었다. T(L)- 섬유를 사용한 고인성 섬유보강 시멘트 복합재료의 경우, T(H)- 섬유의 사용시보다, 우수한 변형능력과 에너지 흡수능력, 그리고 미세균열 거동을 보였다.
This research investigated the influence of the number of twist on single fiber pullout behavior of Twisted steel (T-) fiber and tensile behavior of high performance cementitious composites reinforced with the (T-) fibers (HPFRCC). Micromechanical pullout model for T- fibers has been applied to anal...
This research investigated the influence of the number of twist on single fiber pullout behavior of Twisted steel (T-) fiber and tensile behavior of high performance cementitious composites reinforced with the (T-) fibers (HPFRCC). Micromechanical pullout model for T- fibers has been applied to analytically investigate the influence of various fiber parameters including the number of twist on single fiber pullout behavior; and, to optimize the number of twist to generate larger pullout energy during fiber pullout without fiber breakage. In addition, an experimental program including single fiber pullout and tensile tests has been performed to investigate the influence of twist ratio experimentally. Two types of T- fiber with different twisted ratios, T(L)- fiber (6ribs/30 mm) and T(H)- fiber (18ribs/30 mm), were tested. T(L)- fiber produced higher equivalent bond strength (larger pullout energy) although T(H)- fiber produced higher pullout stress during pullout since T(H)- fiber showed fiber breakage during pullout. Tensile test results confirmed that T(L)- fiber in high strength mortar generates better tensile performance of HPFRCC, e.g., load carrying capacity, strain capacity and multiple micro-cracking behavior.
This research investigated the influence of the number of twist on single fiber pullout behavior of Twisted steel (T-) fiber and tensile behavior of high performance cementitious composites reinforced with the (T-) fibers (HPFRCC). Micromechanical pullout model for T- fibers has been applied to analytically investigate the influence of various fiber parameters including the number of twist on single fiber pullout behavior; and, to optimize the number of twist to generate larger pullout energy during fiber pullout without fiber breakage. In addition, an experimental program including single fiber pullout and tensile tests has been performed to investigate the influence of twist ratio experimentally. Two types of T- fiber with different twisted ratios, T(L)- fiber (6ribs/30 mm) and T(H)- fiber (18ribs/30 mm), were tested. T(L)- fiber produced higher equivalent bond strength (larger pullout energy) although T(H)- fiber produced higher pullout stress during pullout since T(H)- fiber showed fiber breakage during pullout. Tensile test results confirmed that T(L)- fiber in high strength mortar generates better tensile performance of HPFRCC, e.g., load carrying capacity, strain capacity and multiple micro-cracking behavior.
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문제 정의
이 연구의 최종 목표는 T- 섬유의 비틀림 횟수가 T- 섬유의 인발거동과 HPFRCC의 인장거동에 미치는 영향을 조사하는 것이다.
따라서, 이 연구에서는 주어진 모르타르 매트릭스에 적합한 T- 섬유의 형상 설계를 위해, 여러 섬유의 인자들이 인발거동에 미치는 영향을 T- 섬유의 미세역학적 인발 모델을 이용하여 해석적으로 조사하였다.
T- 섬유의 크기, 단면모양 그리고 강도가 풀아웃-슬립 곡선에 어떠한 영향에 대하여 간략하게 조사되었다. 우선, 등가직경이 변화함에 따라 풀아웃-슬립 곡선이 어떻게 변화하는지 해석적으로 조사하였다. 각각 다른 크기의 섬유의 인발저항성을 공정하게 평가하기 위하여 인발하중-미끄럼 곡선 대신, 인발응력-미끄럼 곡선를 이용하여 등각직경의 크기에 따른 영향을 Fig.
이 연구에서는 T- 비틀림 횟수가 섬유의 인발거동에 미치는 영향이 해석적으로 평가되었고, 섬유의 인발시험과 인장시험을 통하여 실험적으로도 조사되었다. 해석적 평가에서는 미세역학적 인발 모델이 사용되었고, 이 모델을 사용하여 예측한 인발거동은 실험을 통하여 얻은 결과와 매우 잘 일치하였다.
가설 설정
마찰에 의한 저항에 근거하는 인발하중 Pf와 역학적인 부착에 의한 인발하중 Pm은 식 (1)과 (2)를 사용하여 각각 계산되었다. 이 연구에서는 표면 1에 작용하는 풀림압력 P가 삼각형으로 분포한다고 가정하였고, 사용된 보강섬유의 단면 모양은 Fig. 2에 나타난 바와 같이 직사각형 단면이다. 이 모델에서는 보강섬유의 인발시 섬유 주위의 매트릭스 터널에서의 손상과 파괴는 없는 것으로 가정되었다.
2에 나타난 바와 같이 직사각형 단면이다. 이 모델에서는 보강섬유의 인발시 섬유 주위의 매트릭스 터널에서의 손상과 파괴는 없는 것으로 가정되었다.10,11)
이 해석적 연구에서 T- 섬유가 매립된 시멘트 매트릭스의 압축강도가 56 MPa로 가정되었고, 이에 따라 섬유의 매트릭스 사이 경계면에서의 마찰에 의한 부착강도 τf는 2.5 MPa, 그리고 마찰계수 µ는 0.5로 가정되었다.
는 보강섬유의 직경, 그리고, pullout energy는 풀아웃-슬립 곡선의 아래 부분 면적으로 산정되었다. 위의 식 (6)에서 시멘트 매트릭스에 매립된 섬유의 묻힘길이는 총 보강섬유길이의 반이고, 보강섬유와 매트릭스 사이 계면에서의 부착강도는 일정하다고 가정되었다.
제안 방법
따라서 이 연구에서는, Sujivorakul11)에 의해 제안된 T섬유의 미세역학적 인발 모델10,11)을 사용하여 1) 섬유인자들(크기, 단면모양, 강도)과 비틀림 횟수가 T- 섬유의 풀아웃-슬립 곡선의 형상에 미치는 영향을 해석적으로 평가하고, 2) 비틀림 횟수가 인발거동과 T- 섬유를 사용한 HPFRCC의 인장거동에 미치는 영향을 실험을 통하여 상세히 조사하였다.
이 연구에서는 미세역학적 인발 모델10,11)을 사용하여 미끄럼 량이 1 mm 부터 14 mm까지 변화할 때 총 인발 저항능력을 해석적으로 조사하였다. 마찰에 의한 저항에 근거하는 인발하중 Pf와 역학적인 부착에 의한 인발하중 Pm은 식 (1)과 (2)를 사용하여 각각 계산되었다.
보강섬유의 크기, 단면형상, 강도 그리고 비틀림 횟수의 영향을 각각 평가하기 이전에, T- 섬유의 인발시 그 총인발저항력을 구성하는 마찰에 의한 인발저항력 Pf와 역학적인 부착에 의한 인발저항력 Pm이 미끄럼 량이 1 mm부터 14 mm까지 변화하면서 어떻게 변화되는지를 위 인발 모델을 사용하여 평가하였으며 Fig. 3에 나타내었다.
T- 섬유의 크기, 단면모양 그리고 강도가 풀아웃-슬립 곡선에 어떠한 영향에 대하여 간략하게 조사되었다. 우선, 등가직경이 변화함에 따라 풀아웃-슬립 곡선이 어떻게 변화하는지 해석적으로 조사하였다.
섬유가 매립되는 매트릭스의 특성(τf, µ, P)에 따라서 T- 섬유의 인발시 섬유의 파단없이 높은 인발 응력을 유지할 수 있는 단면비를 해석적인 검토를 통하여 결정되었다.
비틀림 횟수가 T- 섬유를 사용한 HPFRCC의 거동에 미치는 영향을 실험을 통하여 조사하였다. 하나의 섬유를 시멘트 매트릭스에 묻은 뒤에 인발하는 단섬유 인발시험과 인장시험을 통하여 그 영향을 조사하였다.
비틀림 횟수가 T- 섬유를 사용한 HPFRCC의 거동에 미치는 영향을 실험을 통하여 조사하였다. 하나의 섬유를 시멘트 매트릭스에 묻은 뒤에 인발하는 단섬유 인발시험과 인장시험을 통하여 그 영향을 조사하였다.
이 실험에서 조사된 비틀림 횟수는 6ribs/30 mm와 18ribs/30 mm이며, 해석적인 인발거동 조사에서 이 두 종류의 T- 섬유가 매우 다른 인발거동(인발과 섬유파단)을 보이고 있어 실험을 통하여 그 영향을 평가하고 미세역학적 인발 모델을 사용한 결과(Fig. 7)와 비교하였다. 섬유의 인발시 풀아웃-슬립 곡선의 모양에 비틀림 횟수가 미치는 영향이 Fig.
사용된 시멘트 매트릭스의 압축강도는 56 MPa이고 보강섬유는 부피비로 2%를 인장시험체에 혼입하였다. 유압식 변위제어방식의 (MTS810) 시험 장치를 사용하여 섬유의 인발시험과 인장시험을 모두 0.01778 mm/sec의 변위 속도로 시험을 수행하였다. 각 인발시험과 인장시험에 대한 시험체 제작과정과 실험방법과 절차에 대한 상세한 정보는 기존의 문헌에 보고된 바 있다.
10에 나타내었다. 덤벨모양의 인장시험체를 사용하고 인장시험시 양단의 경계조건이 회전을 허용하는 힌지 조건인 인장시험방법을 사용하여 T- 섬유에 도입되는 비틀림 횟수가 전체 인장거동에 미치는 영향을 조사하였다. 앞서의 보강섬유 인발 시험에서와 같이 각각 다른 비틀림 횟수를 가진 T(H)-섬유와 T(L)- 섬유를 부피비로 2%씩 사용하여 인장시험을 수행하였다.
덤벨모양의 인장시험체를 사용하고 인장시험시 양단의 경계조건이 회전을 허용하는 힌지 조건인 인장시험방법을 사용하여 T- 섬유에 도입되는 비틀림 횟수가 전체 인장거동에 미치는 영향을 조사하였다. 앞서의 보강섬유 인발 시험에서와 같이 각각 다른 비틀림 횟수를 가진 T(H)-섬유와 T(L)- 섬유를 부피비로 2%씩 사용하여 인장시험을 수행하였다. 인장시험으로부터 얻어진 인장응력-변형률 선도와 다수의 미세균열거동이 Fig.
대상 데이터
5로 가정되었다. 해석에 사용된 T- 섬유의 직경은 0.3 mm, 묻힘 길이는 15 mm, 단면모양은 장변과 단변의 길이 비가 1.2인 직사각형, 비틀림 횟수는 12ribs/30 mm가 사용되 었다. 마지막으로, 섬유의 강도는 2,450 MPa이 사용되었다.
6(b)에 나타내었다. 해석에 사용된 섬유의 강도는 1,500 MPa, 2,000 MPa, 그리고 2,450 MPa가 사용되었다.
실험에 사용된 T- 섬유의 제원은 단면은 장변과 단변의 비가 1.2인 직사각형이고, 길이는 30 mm, 그리고 등가직경은 0.3 mm인 T- 섬유를 대상으로 하였다. 비틀림 횟수는 18ribs/30mm와 6ribs/30mm를 가지는 두가지 종류의 T- 섬유들이 실험에 사용되었다.
3 mm인 T- 섬유를 대상으로 하였다. 비틀림 횟수는 18ribs/30mm와 6ribs/30mm를 가지는 두가지 종류의 T- 섬유들이 실험에 사용되었다. 우선 비틀림 횟수가 많은 T(H)- 섬유는 섬유의 종방향 길이 방향으로 18ribs/30 mm의 비틀림 횟수를 가지고 있고, 비틀림 횟수가 적은 T(L)- 섬유는 6ribs/30 mm의 비틀림 횟수를 가지고 있다.
Table 1에 사용된 T- 섬유의 제원에 대한 정보를 나타내었고, Table 2에 실험에 사용된 시멘트 매트릭스의 배합비와 압축강도를 함께 나타내었다. 사용된 시멘트 매트릭스의 압축강도는 56 MPa이고 보강섬유는 부피비로 2%를 인장시험체에 혼입하였다. 유압식 변위제어방식의 (MTS810) 시험 장치를 사용하여 섬유의 인발시험과 인장시험을 모두 0.
성능/효과
이렇게 상이한 두 섬유의 인발거동이 HPFRCC의 인장거동에 미치는 영향9)에 대하여 보고된 바 있다. 더 큰 미끄럼 능력(slip capacity)에 기인한 T- 섬유의 높은 인발에너지와 그로 인한 높은 등가부착강도는 HPFRCC의 인장거동에서, H- 섬유를 사용한 경우와 비교하여, 높은 인장강도, 큰 변형능력, 많은 수의 미세균열, 그리고 작은 균열 폭을 생성하였다.
직경의 크기에 관계없이 모든 T- 섬유가 미끄러짐 경화현상을 보이고 있으나, T- 섬유의 직경이 감소함에 따라 미끄럼 능력(인발하중이 최대치에 도달한 후 급격히 인발저항능력을 상실하기 시작할 때의 미끄럼 양)이 뚜렷이 감소하는 경향을 보이고 있다(Fig. 4). 직경이 큰 T섬유가 작은 직경의 섬유보다 높은 역학적 인발응력을 보인다.
3 mm 직경의 T- 섬유는 섬유의 파단을 보이지 않고 뽑힘 거동을 유지하며 많은 인발에너지를 생성하였다. 따라서, 해석의 대상인 56 MPa 정도의 압축강도를 가지는 시멘트 매트릭스에서는 0.2 mm나 0.3 mm와 같이 작은 크기의 직경을 가지는 T- 섬유의 사용이 바람직하다고 판단된다.
단면비(직사각형 단면의 장변과 단변의 비, b/a)에 따른 영향도 조사되었다. 직사각형 단면의 단면비를 1.0, 1.2, 1.6 그리고 2.0으로 변화하여 그에 따른 영향을 살펴본 결과, 섬유의 단면적이 일정함에도 불구하고 단면 모양의 변화가 인발시 섬유에 생성되는 인발응력 크기에 매우 큰영향을 준다는 사실이 해석적으로 재확인하였다(Fig. 5).
, µ, P)에 따라서 T- 섬유의 인발시 섬유의 파단없이 높은 인발 응력을 유지할 수 있는 단면비를 해석적인 검토를 통하여 결정되었다. 비틀림에 기인한 역학적인 부착강도가 너무 클 경우 또는 역학적인 부착강도가 너무 낮아 섬유에 도입되는 인발응력의 크기가 작을 경우에는 T- 섬유의 단면비를 조절하여 섬유의 파단을 방지함과 동시에 보강섬유에 생성되는 인발응력을 증가하여 섬유의 재료이용률(인발응력/섬유강도)을 향상시킬 수 있었다. 위의 해석적 조사 결과, 단면비가 1.
비틀림에 기인한 역학적인 부착강도가 너무 클 경우 또는 역학적인 부착강도가 너무 낮아 섬유에 도입되는 인발응력의 크기가 작을 경우에는 T- 섬유의 단면비를 조절하여 섬유의 파단을 방지함과 동시에 보강섬유에 생성되는 인발응력을 증가하여 섬유의 재료이용률(인발응력/섬유강도)을 향상시킬 수 있었다. 위의 해석적 조사 결과, 단면비가 1.2의 T- 섬유가 인발시 파단의 위험성이 낮으면서 높은 인발응력을 유지할 수 있다고 판단된다.
6(b)). 따라서, T- 섬유의 강도 또한 사용되는 매트릭스의 특성에 따라서잘 선택되어야 하며, 56 MPa 강도의 모르타르 매트릭스에는 2,450 MPa 강도의 섬유가 적당하다고 판단된다.
7에 나타내었다. 이 해석적 연구에서 조사된 비틀림 횟수는 6ribs/30 mm, 12ribs/30 mm, 18ribs/30 mm, 그리고 24ribs/30 mm이다. 해석에 사용한다른 섬유인자들의 값들은 Fig.
7에 나타난 바와 같이 비틀림 횟수가 증가함에 따라서, T섬유의 인발응력이 상당히 증가하였다. 미끄럼 양이 1 mm 일때, T- 섬유에 발생한 인발응력(pullout stress)의 크기는 각각 비틀림 횟수가 6ribs/30 mm인 경우 1,670 MPa, 12ribs/30 mm인 경우 1,814 MPa, 18ribs/30 mm인 경우 1,966 MPa, 그리고 24ribs/30 mm의 경우 2,128 MPa을 나타내고 있어 비틀림 횟수에 따라서 유발되는 인발응력에 상당한 차이가 있다는 사실을 해석적으로 확인하였다.
그와 더불어, 비틀림 횟수가 높은 T- 섬유의 경우, 미끄럼 양이 증가함에 따라서 증가되는 인발응력의 증가정도가 높다는 사실도 확인하였다. 하지만, Fig.
8과 Table 3에 나타난 바와 같이, 동일한 시멘트 매트릭스에서 T(L)- 섬유는 최대 2,239 MPa의 인발응력을 보이고 있는 반면, T(H)- 섬유는 최대 2,566 MPa의 인발응력을 보이고 있다. 이 실험값은 Fig. 7에 보이는 T- 섬유에 대한 미세역학적 모델을 사용하여 해석적으로 산정한 값과 매우 잘 일치하는 것을 알 수 있다. 대부분의 T(H)- 섬유가 인발시험시 미끄럼 량이 5.
비록 T(L)- 섬유가 T(H)- 섬유에 비해 낮은 크기의 인발응력을 보이고 있지만, 더 높은 인발에너지를 생성하고 있다는 사실을 확인할 수 있었다. 그 이유는 T(H)- 섬유의 인발시 높은 비틀림 횟수로 인하여 비틀림에 의한 역학적인 부착강도가 너무 커지게 되어 보강섬유의 인발 대신에 섬유의 파단을 초래하였고 그로 인하여 총 인발 에너지가 감소되었다.
두 섬유의 인발시험시 생성된 인발에너지의 양을 비교하여 보면, T(L)- 섬유는 평균 1,533 N-mm의 인발에너지를 생성한 반면, T(H)- 섬유는 평균 1,160 N-mm의 인발 에너지를 생성하였다. 단지 비틀림 횟수를 조금 다르게 한 결과 T(L)- 섬유가 T(H)- 섬유보다 33% 높은 인발에너지를 생성하였다.
두 섬유의 인발시험시 생성된 인발에너지의 양을 비교하여 보면, T(L)- 섬유는 평균 1,533 N-mm의 인발에너지를 생성한 반면, T(H)- 섬유는 평균 1,160 N-mm의 인발 에너지를 생성하였다. 단지 비틀림 횟수를 조금 다르게 한 결과 T(L)- 섬유가 T(H)- 섬유보다 33% 높은 인발에너지를 생성하였다.
총 인발에너지으로부터 산정한 등가부착강도는 T(L)-섬유의 경우 14.5 MPa로 T(H)- 섬유의 등가부착강도 10.9 MPa 보다 33% 높게 산정되었다.
평균 균열 폭을 살펴보면, T(L)- 섬유의 경우 18 µm이고 T(H)-섬유의 경우 17 µm의 평균 균열 폭을 나타내고 있어 매우 미세하게 균열 폭을 제어하고 있다는 사실을 확인하였고, 비틀림 횟수가 다른 두 보강섬유 모두 우수한 균열 폭의 제어 능력을 나타내고 있다.
9) 인발에너지의 크기가 클수록 등가부착강도 τeq의 크기가 커지고, 그로 인해 균열의 간격과 폭이 줄어든다.
평균 균열 폭을 살펴보면, T(L)- 섬유의 경우 18 µm이고 T(H)-섬유의 경우 17 µm의 평균 균열 폭을 나타내고 있어 매우 미세하게 균열 폭을 제어하고 있다는 사실을 확인하였고, 비틀림 횟수가 다른 두 보강섬유 모두 우수한 균열 폭의 제어 능력을 나타내고 있다. 비틀림 횟수를 줄임으로써, 균열 폭 제어 능력에 거의 영향을 미치지 않고, 전체 균열의 개수가 증가되어 인장시험체의 변형능력이 증가하였다.
식 (7)에서 나타난 바와 같이, 균열의 평균 간격은 등가부착강도와 역의 관계에 있어 인발시험을 통해 얻어진 등가부착강도가 증가함에 따라서 균열의 평균 간격이 감소하게 된다. 두 다른 비틀림 횟수를 가진 T- 섬유를 사용한 위의 실험 결과로부터 섬유 인발거동과 HPFRCC의 인장거동 사이의 상관관계를 다시 재확인할 수 있었다.
8, 10, 그리고 Table 4에 나타난 바와 같이, 비틀림 횟수가 섬유의 인발거동에 미치는 영향이 각각의 섬유를 사용한 HPFRCC의 인장거동에도 그 영향이 전달된 사실을 확인하였다. 이 실험 결과로부터 T- 섬유의 형상을 최적화하여 T- 섬유를 사용한 HPFRCC의 전반적인 인장거동향상을 가져올 수 있다고 판단된다.
1) 단섬유의 인발시험 결과, 56 MPa의 압축강도를 갖는 시멘트 매트릭스에서 T(L)- 섬유(6ribs/30mm)가 T(H)- 섬유(18ribs/30mm)보다 33% 높은 인발에너지를 생성하였고, 67% 높은 미끄럼 능력을 보여주었다.
2) T(L)- 그리고 T(H)- 섬유 모두 인장시험에서 다수의 미세균열을 동반하는 우수한 변형경화 거동을 보여주었다.
3) 비틀림 횟수가 작은 T(L)- 섬유를 사용한 HPFRCC는 T(H)- 섬유를 사용한 경우와 비교하여 43% 정도 우수한 변형능력을 보여주었고, 미세균열의 개수에서도 17% 정도 많은 수의 균열을 생성하였다.
4) 하중전달 능력에서는 두 섬유 사이에 큰 차이를 확인할 수 없지만, T(L)- 섬유의 경우 약간 높은 최종 인장강도를 나타내었다.
5) 단 섬유의 인발거동이 HPFRCC의 인장거동에 직접 적인 영향을 미친다는 사실을 재확인되었다.
T- 섬유의 비틀림 횟수는 인발 그리고 인장거동 모두에서 뚜렷한 영향을 나타내었다. 사용하는 시멘트 매트릭스의 특성에 따라 비틀림 횟수를 조정하여 인발시 섬유의 파단이 없이 높은 인발에너지를 생성하여 HPFRCC 의 인장거동을 향상시킬 수 있었다.
이 연구에서는 T- 비틀림 횟수가 섬유의 인발거동에 미치는 영향이 해석적으로 평가되었고, 섬유의 인발시험과 인장시험을 통하여 실험적으로도 조사되었다. 해석적 평가에서는 미세역학적 인발 모델이 사용되었고, 이 모델을 사용하여 예측한 인발거동은 실험을 통하여 얻은 결과와 매우 잘 일치하였다. 해석적 그리고 실험적 연구를 바탕으로 아래와 같은 결론을 얻었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
T- 섬유를 사용한 HPFRCC는 무엇에 따라 다른 인장거동을 나타내는가?
T- 섬유를 이용하여 개발된 HPFRCC는 인장하중이나 휨 인장하중하에서, 다른 종류의 보강섬유를 사용한 경우와 비교하여, 우수한 하중전달 능력, 변형능력, 에너지 흡수능력, 그리고 다수의 미세균열 거동을 보인다.3-6) 또한, T- 섬유를 사용한 HPFRCC는 변형률 속도에 따라 다른 인장거동을 나타낸다.7,8) 다시 말하면, HPFRCC의 인장시험시의 가력 속도를 정적 속도에서 지진시 속도까지 변화시키면서 시험한 결과, 인장 시험체에 작용하는 변형률 속도가 증가함에 따라 초기균열강도(first cracking strength)와 최종균열강도(post cracking strength)가 증가하였다.
T- 섬유를 이용하여 개발된 HPFRCC는 다른 종류의 보강섬유를 사용한 경우와 비교하여, 어떤 특징을 보이는가?
최근 미끄럼 경화 현상을 보이는 비틀림 강섬유(T- 섬유)1,2)를 사용한 고인성 섬유보강 시멘트 복합재료(high performance fiber reinforced cementitious composites, HPFRCC)의 거동에 대한 많은 연구가 수행되었으며, 연구 결과 우수한 성능을 보이는 것으로3-6) 보고되고 있다. T- 섬유를 이용하여 개발된 HPFRCC는 인장하중이나 휨 인장하중하에서, 다른 종류의 보강섬유를 사용한 경우와 비교하여, 우수한 하중전달 능력, 변형능력, 에너지 흡수능력, 그리고 다수의 미세균열 거동을 보인다.3-6) 또한, T- 섬유를 사용한 HPFRCC는 변형률 속도에 따라 다른 인장거동을 나타낸다.
H- 섬유와 T- 섬유 모두 미끄럼 경화현상을 보이지만, 미끄럼 능력에는 매우 큰 차이가 있는데, T-섬유의 경우는 어떠한가?
H- 섬유와 T- 섬유 모두 미끄럼 경화현상을 보이지만, 미끄럼 능력(인발하중이 최대치에 도달한 후 급격히 인발저항능력을 상실하기 시작할 때의 미끄럼 양)에는 매우 큰 차이가 있다. T- 섬유의 경우, 비틀어진 것이 풀어져야만 미끄럼이 발생하는 독특한 인발 거동을 가지고 있고, 다각형의 단면이 비틀어짐에 의해 생성된 리브(rib)가 섬유의 전 길이에 분포하고 있다. 하지만, H- 섬유는 역학적 부착강도를 생성하는 갈고리가 섬유의 양 단부에만 위치한다.
참고문헌 (12)
Naaman, A. E., “Engineered Steel Fibers with Optimal Properties for Reinforcement of Cement Composites,” Journal of Advanced Concrete Technology, Japan Concrete Institute, Vol. 1, No. 3, 2003, pp. 241-252.
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