터널 숏크리트 성능 향상을 위한 고기능성 합성섬유 보강 콘크리트의 물성 평가 Properties of Advanced Synthetic Fiber Reinforced Concrete for Improvement of Tunnel Shotcrete Performance원문보기
숏크리트의 보강재료로 사용되고 있는 강섬유는 강성이 크고 중량이 무거워 압송호스의 마모손상 및 파열 등 안전관리의 어려움이 있으며, 강섬유의 부식으로 인한 내구성 저하 및 높은 반발률 등이 개선사항으로 요구되고 있다. 이와 같이 2009년 개정된 규정에 의해 강섬유 외의 재료보강이 가능해짐에 따라 숏크리트 보강 재료로서 강섬유 이외의 다양한 섬유의 적용성 검토가 필요한 실정이다. 강섬유는 기타섬유에 비해 강성이 크고, 섬유의 형상에 따라 부착성능이 개선되지만, 유기섬유의 경우 강섬유에 비해 일반적으로 탄성계수 및 인장강도가 낮고 섬유의 뭉침 현상이 발생하여 숏크리트에서 재료보강으로 시용하기 어렵다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 직경 $20{\mu}m$의 미세섬유를 다발형 단일 개체로서 공기압출성형을 통해 부착 비표면적을 크게 하여 역학적 성능을 고려하고, 섬유의 표면을 계면 활성제로 개질하여 분상성을 향상시킨 폴리아미드섬유와 강섬유, PP섬유를 혼입한 콘크리트를 비교하여 현장 활용을 위한 기초 자료를 제시하고자 한다.
숏크리트의 보강재료로 사용되고 있는 강섬유는 강성이 크고 중량이 무거워 압송호스의 마모손상 및 파열 등 안전관리의 어려움이 있으며, 강섬유의 부식으로 인한 내구성 저하 및 높은 반발률 등이 개선사항으로 요구되고 있다. 이와 같이 2009년 개정된 규정에 의해 강섬유 외의 재료보강이 가능해짐에 따라 숏크리트 보강 재료로서 강섬유 이외의 다양한 섬유의 적용성 검토가 필요한 실정이다. 강섬유는 기타섬유에 비해 강성이 크고, 섬유의 형상에 따라 부착성능이 개선되지만, 유기섬유의 경우 강섬유에 비해 일반적으로 탄성계수 및 인장강도가 낮고 섬유의 뭉침 현상이 발생하여 숏크리트에서 재료보강으로 시용하기 어렵다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 직경 $20{\mu}m$의 미세섬유를 다발형 단일 개체로서 공기압출성형을 통해 부착 비표면적을 크게 하여 역학적 성능을 고려하고, 섬유의 표면을 계면 활성제로 개질하여 분상성을 향상시킨 폴리아미드섬유와 강섬유, PP섬유를 혼입한 콘크리트를 비교하여 현장 활용을 위한 기초 자료를 제시하고자 한다.
The Application of Steel Fiber Shotcrete in tunneling construction has become part of tunneling practice at least since the 1970s because of its high bending and tensile properties. Over the past 3 decades, researcher from all over the world have been significantly developing the associated technolo...
The Application of Steel Fiber Shotcrete in tunneling construction has become part of tunneling practice at least since the 1970s because of its high bending and tensile properties. Over the past 3 decades, researcher from all over the world have been significantly developing the associated technologies for improved performance of SFRS. But still it has some major drawbacks in terms of durability, damage of pumping hose, wastage due to rebound concrete, corrosion and it costs high. To overcome this situation researcher has to look for some alternative material. Therefore, this part study deals with the three types of fiber in order to find good alternative for steel fiber. Polyamide and Polypropylene fiber were used in this study with 0.6, 0.5% mixing ratio. To evaluate its fresh and harden properties air content, slump, compressive, split tensile and bending strength were measured. After comparing the results of all three types of fiber reinforced concrete with its different mixing proportion this study propose that polyamide fiber with addition ratio of 0.6 % for field use.
The Application of Steel Fiber Shotcrete in tunneling construction has become part of tunneling practice at least since the 1970s because of its high bending and tensile properties. Over the past 3 decades, researcher from all over the world have been significantly developing the associated technologies for improved performance of SFRS. But still it has some major drawbacks in terms of durability, damage of pumping hose, wastage due to rebound concrete, corrosion and it costs high. To overcome this situation researcher has to look for some alternative material. Therefore, this part study deals with the three types of fiber in order to find good alternative for steel fiber. Polyamide and Polypropylene fiber were used in this study with 0.6, 0.5% mixing ratio. To evaluate its fresh and harden properties air content, slump, compressive, split tensile and bending strength were measured. After comparing the results of all three types of fiber reinforced concrete with its different mixing proportion this study propose that polyamide fiber with addition ratio of 0.6 % for field use.
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문제 정의
공기 압출성형에 의한 다발형 PA섬유를 사용한 콘크리트의 역학적 특성을 강섬유 및 PP섬유 보강 콘크리트와 비교한 결과 다음의 결론을 얻을 수 있었다.
본 기술은 기존의 강섬유 보강 숏크리트의 시공성, 안전성, 내구성 및 경제성, 등의 문제점을 개선하기 위한 폴리아미드섬유 보강재, 즉 직경 20㎛의 미세섬유를 다발형 단일개체로서 공기 압출성형을 통해 부착 비표면적을 크게 하여 역학적 성능을 고려하고, 섬유의 표면을 계면 활성제로 개질하여 분산성을 향상시킨 폴리아미드 섬유 보강 콘크리트의 기초자료를 제시하고자 하였다
제안 방법
측정항목은 경화한 콘크리트의 성상으로 재령 28일 경과 후 역학적 성능평가로 압축강도 강섬유 보강 콘크리트의 기존 휨강도 4.5MPa을 고려하여 휨강도를 측정하였다. 본 연구에서 사용한 재료는 Table 2와 같이 굵은 골재는 도로공사 표준시방서 기준인 13mm크기의 부순자갈을 사용하였으며, 시멘트는 밀도 3.
대상 데이터
85g/cnf의 후크형을 활용하였다. 또한 PP섬유의 경우 밀도 0.91g/cm3의 구조용 PP섬유를 사용하였다(원종필 등, 1999). 한편 Fig.
본 실험에서 콘크리트 비빔은 Fig. 4와 같이 60리터 용량의 1-Shaft 믹서를 사용하였으며, 시험체는 KS F 2403「콘크리트 강도시험용 시험체 제작방법」에 준하여 제조하고, 28일 재령까지 온도 2G£3℃의 수중에서표준 양생을 실시하였다. 압축강도 시험은 KS F 2405「콘크리트 압축강도 시험방법」에 준하여 실시하였고, 쪼갬 인장강도 시험은 KS F 2423「콘크리트의 인장강도 시험 방법」휨강도 시험은 KS F 2566「강섬유 보강 콘크리트의 휨 인성 시험 방법」에 준하여 실시하였다.
본 실험에서는 기존 숏크리트 시방 규정에 정해진 강섬유 40kgfW(약 0.5%) 혼입 조건에 준하여 Table 1에 나타낸 바와 같이 시험체 종류는 섬유 무혼입 Plain 콘크리트 폴리아미드섬유, 강섬유, 폴리프로필렌섬유 보강 콘크리트로 하였으며, 섬유 혼입율은 각각 0.6%, 0.5%, 0.5%로 혼입하였다(장필성 등, 2009, 한국도로공사, 2009).
5MPa을 고려하여 휨강도를 측정하였다. 본 연구에서 사용한 재료는 Table 2와 같이 굵은 골재는 도로공사 표준시방서 기준인 13mm크기의 부순자갈을 사용하였으며, 시멘트는 밀도 3.15g/cnf의 보통 포틀랜드시멘트(OPC)를 사용하였다.
이론/모형
4와 같이 60리터 용량의 1-Shaft 믹서를 사용하였으며, 시험체는 KS F 2403「콘크리트 강도시험용 시험체 제작방법」에 준하여 제조하고, 28일 재령까지 온도 2G£3℃의 수중에서표준 양생을 실시하였다. 압축강도 시험은 KS F 2405「콘크리트 압축강도 시험방법」에 준하여 실시하였고, 쪼갬 인장강도 시험은 KS F 2423「콘크리트의 인장강도 시험 방법」휨강도 시험은 KS F 2566「강섬유 보강 콘크리트의 휨 인성 시험 방법」에 준하여 실시하였다.
성능/효과
1) 공기 압출성형에 의한 다발형 PA섬유 보강 콘크리트는 표면개질과 부착 비표면적의 개선에 의해 기존 강섬유 보강 콘크리트와 비교하여 동등 또는 동등 이상의 역학적 성능이 확인되었다.
2) 개발섬유 및 강섬유를 혼입한 숏크리트의 경우는 설계기준 및 시방서를 모두 만족하는 좋은 결과를 나타내었지만, 구조용 합성섬유를 혼입한 숏크리트는 설계기준 및 시방서 규정에 미달하는 결과를 얻었다.
Fig. 5는 공기 압출성형에 의한 다발형 폴리아미드섬유를 최적의 량으로 혼입하여 제작한 숏크리트의 압축강도를 나타낸 것으로 섬유를 혼입하지 않은 Plain 콘크리트가 가장 큰 값을 보였으며, 또한 터널 설계기준에 제시한 재령 28U 21MPa을 모두 만족하는 결과를 얻었다.
후속연구
즉 터널 이외에 부식문제가 특히 우려되는 운하, 수로 등의 수리구조물, 지하저장기지, 지하철 및 운하, 하수처리장, 사면안정 등 용도에 따라 다양하게 적용될 수 있다. 또한 상기 연구개발결과 및 현장 적용실적 등을 토대로 기술이전, 사업화가 가능할 것으로 판단되며, 외국 업체에 대한 기술경쟁력 또한 크게 증진될 것으로 판단된다.
본 개발기술의 공기 압출성형에 의한 다발형 폴리아미드섬유 보강을 통해 종전의 강섬유 보강재를 대체할 수 있을 것으로 사료되며, 또한 고품질 숏크리트의 시공을 통한 반발률 저감 및 하자보수의 경감으로 시공원가의 절감이 가능하다.
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