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문제 정의
- 10) 이는 FTPU의 구성 요소가 강성 증진의 효과보다 연성 증진의 효과에 우수한 구성비로 조성되어 구조물의 보강 성능이 향상되지 않았다. 따라서 이 연구에서는 기존의 보강 재료로 적용한 FTPU의 주제와 경화제 조성비를 변화시켜 구조물의 보강 성능을 향상시킬 수 있는 STPU의 조성비를 개발하였다.
- 따라서, 이 연구에서는 개발된 STPU를 현재 구조물 보강재로 가장 많이 사용되고 있는 섬유 시트와 적층하여 보강하였을 때 보강 순서에 따른 효과를 평가하고자 한다.
- 이 연구에서는 경질형 폴리우레아의 개발과 개발된 경질형 폴리우레아를 현재 구조물의 보강재로 사용되고 있는 섬유 시트와 적층하여 보강하였을 때 보강 순서에 따른 성능을 확인한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
제안 방법
- 1) 이 연구에서는 주제와 경화제의 구성 성분과 혼합량을 변화시켜 경질형 폴리우레아를 개발하였다. 경질형 폴리우레아는 기존에 보강재로 적용되었던 연질형 폴리우레아보다 경화 시간의 지연과 신장률의 저하를 나타내었지만 반응 시간의 조절로 부착 성능은 유지시키며 경도와 인장강도, 충격 강도를 향상시켜 구조물의 보강재로 사용하기에 적절한 성능을 나타내었다.
- 양생 후 시험체에 2액형 에폭시 수지 접착제를 사용하여 인장용 지그를 올려놓고 무게 1 kg의 추를 얹어 놓았다. 1일 정도 그 상태로 둔 후 추를 제거하고 지그와 비 부착되는 부분을 그라인더로 절단한 후 부착력 시험기를 이용하여 성능 평가를 실시하였다.
- 10) 경질형 폴리우레아(stiff type polyurea, STPU)는 FTPU 조성비를 변화시켜 개발한 보강재이다. STPU는 기존의 보강 성능을 평가하기 위해 개발된 FTPU보다 인장강도는 향상시킨 반면에 구조물의 강성 효과를 저하시키는 신장률은 낮아지도록 조성비를 도출하여 개발하였다. 또한, PU를 구조물의 보강재로 사용할 수 있도록 하는 급속시공의 가능과 2차적인 계면을 생성시키지 않고 방수 · 누수에 대한 성능을 지속적으로 발휘되도록 하였다.
- 초기 균열 하중은 시험체 하부에 부착한 복합 게이지의 변형률 데이터로 확인하였으며, 항복하중은 인장 철근의 하부에 부착한 철근 게이지의 항복 변형률로 확인하였다. 극한하중은 LVDT에 의해 측정된 하중-처짐 곡선의 최대하중으로 산정하였으며, 항복하중에 대한 파괴 하중시의 처짐으로 연성지수를 평가하였다.
- 따라서 이 연구에서는 STPU에 겔화 시간 및 표면 건조 시간을 지연시켜주고 시공성을 좋게 하는 폴리링크(poly link)를 10% 이상 첨가하였다. 폴리링크의 첨가로 STPU가 구조물의 공극에 충분히 채워줘 공극이 기포로 남지 않게 한 후 반응이 종결되어 부착 성능의 향상과 반응속도의 지연으로 신장률 및 부착 성능을 향상시키는 효과를 나타내었다.
- 따라서, 이 연구에서 개발한 STPU의 주제 구성 요소는 인장강도와 경도를 높이기 위하여 MDI보다 준결정성이 높은 방향족의 디이소시아네이트 NDI와 TODI를 첨가시켰다. 그러나 NDI와 TODI가 첨가되면 인장강도와 경도는 증가하는 반면 신장률은 낮아져 STPU가 유리나 플라스틱 같이 깨지는 현상이 발생할 수 있다.
- 또한, PU를 구조물의 보강재로 사용할 수 있도록 하는 급속시공의 가능과 2차적인 계면을 생성시키지 않고 방수 · 누수에 대한 성능을 지속적으로 발휘되도록 하였다.
- FTPU는 주제와 마찬가지로 경화제의 구성 요소가 연성 증진의 효과를 나타내는 조성비로 되어 있으므로 STPU는 강성 증진에 효과가 있는 폴리에테르 트리아민(polyether triamine)과 디에틸레이티드 톨루엔 트리아민(diethylated toluene triamines, DETDA)의 혼입량을 증가시켰다. 또한, 메틸렌 비스 클로로아닐린(methylene bischloroaniline, MOCA)이라는 아민계의 새로운 방향족 화합물을 첨가하였다. 일반적으로 PU의 합성에 사용되는 디아민(diamine) 사슬 확장자는 부탄디올(butanediol, BD), 에틸렌 디아민(ethylene diamine, ED), 메틸렌 비스 클로로아닐린(methylene bis chloroaniline, MOCA), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol, EG), 헥산디올(hexanediol, HD) 등이 있으며, Fig.
- 또한, 시험체 하부에 도포 · 부착한 보강재료(STPU, CFRP, GFRP)의 변형률 측정과 초기 균열을 확인하기 위해 시험체 중앙부 하단 표면에 복합 변형률 게이지를 부착하였다.
- 보강 순서에 따른 시험체의 보강 성능을 평가하기 위해 제작한 RC 슬래브는 보강 효과 및 연성 거동 평가를 극대화시키기 위해 저 보강보로 설계하였다. 콘크리트의 설계기준 압축강도는 Table 6에 나타낸 바와 같이 24 MPa로 계획하였으며, 콘크리트 배합 시 사용된 혼화 재료는 플라이애쉬(FA)와 AE 감수제를 사용하였다.
- 복합 변형률 게이지는 복합 재료를 대상으로 개발된 변형률 게이지로, 피측정체로의 구속 효과를 적게 하기 위해 특수한 그리드를 한 변형률 게이지로 콘크리트 게이지와 철근 게이지보다 변형률 한계가 각각 10~15배 이상 높은 변형률을 측정할 수 있는 게이지이다. 보강 재료를 2가지 이상 같이 보강한 시험체에는 RC 슬래브의 일체 거동 확인을 위해 1차 보강한 시험체 하부 중앙과 2차 보강한 시험체 하부 중앙에 각각 복합 변형률 게이지를 부착하였다.
- 시험체는 RC 슬래브(150 × 500 × 1,200 mm)를 대상으로 하였으며, 총 10가지의 시험체를 각각 2개씩 제작하여 휨 성능을 평가 하였으며, 결과는 평균화하여 나타내었다.
- 섬유 시트의 부착은 시험체의 표면처리 후 부착 성능을 높이기 위해 프라이머를 도포하여 건조시켰다. 시험체에 에폭시 레진을 도포(하도)한 후 섬유 시트를 접착하여 기포 제거 및 함침 공정을 실시하였다. 그 후 섬유 시트 위에 다시 에폭시 레진을 충분히 함침 되도록 도포(상도)하였다.
- 시험체의 균열 및 파괴 형상을 파악하기 위해 파괴 시까지 하중을 재하하여 균열 진전 형상을 고찰하였으며, Fig. 10에는 이 연구에서 휨 성능을 평가한 모든 시험체의 파괴 형상과 균열도를 나타내었다. 초기 균열은 모든 시험체가 하부 중앙에서 비슷하게 나타났다.
- 이 연구에서는 부착 성능 평가를 위한 시험체(100 × 100 × 400 mm)도 제작하여 일체 거동 평가를 확인하였다.
- 그러나 NDI와 TODI가 첨가되면 인장강도와 경도는 증가하는 반면 신장률은 낮아져 STPU가 유리나 플라스틱 같이 깨지는 현상이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 폴리옥시 프로필렌 글리콜(polyoxy propylene glycol)의 혼입량을 증가시켜 신장률이 저하되는 현상을 방지하였다. Table 1에는 STPU와 FTPU의 주제 구성 요소와 각각의 혼합량을 나타내었다.
- 초기 균열 하중은 시험체 하부에 부착한 복합 게이지의 변형률 데이터로 확인하였으며, 항복하중은 인장 철근의 하부에 부착한 철근 게이지의 항복 변형률로 확인하였다. 극한하중은 LVDT에 의해 측정된 하중-처짐 곡선의 최대하중으로 산정하였으며, 항복하중에 대한 파괴 하중시의 처짐으로 연성지수를 평가하였다.
- 6과 같이 3점 휨 실험을 수행하였다. 휨 성능 평가를 위해 RC 슬래브 중앙부 전 단면에 하중이 재하되도록 선 하중을 재하하였다. 하중 재하는 중앙점에서 엑츄에이터를 0.
대상 데이터
- 개발된 STPU는 액상형의 주제(prepolymer)와 경화제(hardener)로 구성되며, 반응기에서 65~70℃로 가열한 상태에서 사용하였다. 가열된 STPU는 폴리우레아 전용 장비의 고압 분사 장치를 통하여 주제와 경화제가 각각 분사되어 순간적으로 충돌· 혼합하여 STPU가 응고되며 탄성 피막체를 형성한다.
- 4는 STPU와 섬유 시트를 적층하여 보강한 시험체의 부착 성능 평가를 위한 시험 방법의 구성도를 나타내고 있다. 부착 성능을 평가하기 위해 제작한 시험체는 보강 성능을 평가하기 위해 제작한 RC 슬래브 시험체와 동일한 종류로 제작하였다. 제작한 콘크리트 시험체에 보강 재료를 도포· 부착한 후 28일간 대기양생 시켰다.
- 그 후 섬유 시트 위에 다시 에폭시 레진을 충분히 함침 되도록 도포(상도)하였다. 사용된 에폭시 레진은 섬유 시트를 부착할 당시 온도를 고려하여 인장강도와 압축강도가 각각 55 MPa, 110 MPa을 나타내는 표준 제품으로 사용하였다. Fig.
- 시험체는 RC 슬래브(150 × 500 × 1,200 mm)를 대상으로 하였으며, 총 10가지의 시험체를 각각 2개씩 제작하여 휨 성능을 평가 하였으며, 결과는 평균화하여 나타내었다. 시험체는 기준이 되는 무보강 시험체(control)와 STPU를 전단면에 3 mm 도포한 STPU_3 시험체, 섬유 시트(carbon fiber sheet, glass fiber sheet)를 전단면에 각각 부착한 CFRP, GFRP 시험체, STPU를 3 mm 두께로 시험체 순 경간(L)의 0.9 L 만큼 도포 후 섬유 시트를 같은 길이로 STPU 외부에 도포한 P3C_0.9L, P3G_0.9L 시험체, 그리고 STPU를 3 mm 두께로 도포하여 섬유 시트와 보강 순서를 변화시킨 각각의 CP3, P3C, GP3, P3G 시험체로 구성하였으며, Fig. 3(a)에 STPU와 섬유 시트를 적층하여 보강하는 시험체의 한 가지 종류인 P3C_0.9L 시험체의 모습을 나타내었다.
- 5에 나타내었다. 압축 철근과 인장 철근의 거동을 확인하기 위하여 철근 게이지를 최대 모멘트 지점인 시험체 중앙부 상부의 압축 철근과 하부의 인장 철근에 부착하였다. 또한, 시험체 하부에 도포 · 부착한 보강재료(STPU, CFRP, GFRP)의 변형률 측정과 초기 균열을 확인하기 위해 시험체 중앙부 하단 표면에 복합 변형률 게이지를 부착하였다.
- 보강 순서에 따른 시험체의 보강 성능을 평가하기 위해 제작한 RC 슬래브는 보강 효과 및 연성 거동 평가를 극대화시키기 위해 저 보강보로 설계하였다. 콘크리트의 설계기준 압축강도는 Table 6에 나타낸 바와 같이 24 MPa로 계획하였으며, 콘크리트 배합 시 사용된 혼화 재료는 플라이애쉬(FA)와 AE 감수제를 사용하였다. 타설된 콘크리트의 28일 압축강도는 26 MPa로 나타났다.
성능/효과
- 2) 경질형 폴리우레아의 부착 성능을 평가한 결과 콘크리트와 탈락이 발생하였으며, 보강 순서를 변화시킨 시험체의 부착 성능 평가 결과에서도 섬유 시트와 탈락하지 않고 콘크리트와 탈락하는 것으로 나타나 개발된 경질형 폴리우레아를 섬유 시트와 적층하여 보강하여도 부착 성능의 저하로 인한 보강 효과의 성능 저하는 일어나지 않을 것으로 판단된다.
- 3) 경질형 폴리우레아만으로 보강한 시험체의 파괴 형상은 안정적인 휨 파괴가 나타났지만 전단면에 경질형 폴리우레아를 도포한 후 섬유 시트를 부착한 시험체는 콘크리트와 경질형 폴리우레아의 변형을 섬유 시트가 구속시켜 하중이 증가함에 따라 응력이 한곳에 집중되어 급작스런 파괴를 나타내는 것으로 나타났다. 하지만 섬유 시트를 부착한 후 경질형 폴리우레아를 도포한 시험체는 경질형 폴리우레아만으로 보강한 시험체와 마찬가지로 안정적인 휨 파괴 거동을 나타내었으며, 파괴 이후에도 섬유 시트와 경질형 폴리우레아와의 계면 탈락은 발생하지 않았다.
- 4) 경질형 폴리우레를 구조물의 보강재로 사용하기 위한 성능 검증 시험을 실시한 결과, 경질형 폴리우레아만으로 보강된 시험체는 무보강 시험체에 비해 최대 하중과 연성지수가 각각 110%, 220% 이상 증가하는 것으로 나타났으며, 보강 순서에 따른 시험체의 보강 성능을 평가한 결과 섬유 시트를 부착한 후 외부에 경질형 폴리우레아를 도포한 시험체가 우수한 보강 성능을 나타내는 것으로 나타났다.
- 5) 현재 구조물의 보강재로 사용되고 있는 섬유 시트와 경질형 폴리우레아를 적층하여 보강할 경우에는 섬유 시트를 부착한 후 외부에 경질형 폴리우레아를 도포하는 방법으로 이중 보강을 실시한다면 섬유 시트의 문제점으로 나타나는 조기 탈락이나 외부 환경 손상의 취약성에 저항할 수 있어 섬유 시트로 인한 강성 증진과 경질형 폴리우레아에 의한 강성과 연성의 증진 효과가 나타나 보강 성능이 더욱 향상 될 것으로 판단된다.
- FTPU를 섬유 시트 외부에 도포하여 일반 구조물의 보강 성능을 평가한 결과 섬유 시트만으로 보강한 시험체보다 낮은 보강 성능을 나타내었으며, FTPU만으로 보강한 시험체도 무보강 시험체와 비교 했을 때 보강 성능의 향상 효과가 미비한 것으로 나타났다.10) 이는 FTPU의 구성 요소가 강성 증진의 효과보다 연성 증진의 효과에 우수한 구성비로 조성되어 구조물의 보강 성능이 향상되지 않았다.
- 05로 가장 높게 측정되었다. P3C, P3G 시험체의 최대 하중과 연성지수는 153.5 kN, 154.0 kN과 3.16, 3.79로 나타나 섬유 시트를 부착한 후 STPU를 보강한 시험체보다 보강 성능이 낮은 것으로 나타났다. 이는 전단면에 STPU를 도포한 후 섬유 시트를 부착한 시험체는 섬유 시트의 높은 강성으로 인해 STPU가 변형되는 것을 억제하고 있어 응력이 집중되는 현상을 발생시키며 급작스런 파괴가 나타났기 때문인 것으로 판단된다.
- 61로 나타났다. STPU_3 시험체는 무보강 시험체보다 최대 하중과 연성지수가 각각 111%와 223% 이상 향상된 143.0 kN과 12.52로 나타났지만 섬유 시트만으로 보강된 CFRP, GFRP 시험체보다는 낮은 최대 하중을 나타내고 있어 PU의 구성 요소와 조성비를 변화시켜 개발한 STPU의 강성 증진 효과는 크지 않은 것으로 나타났다. 하지만 연성지수는 무보강 시험체와 섬유 시트만으로 보강한 시험체에 비해 200% 이상 증가하는 것으로 나타났다.
- STPU를 3 mm 도포한 STPU_3 시험체는 하중이 증가함에 따라 새로운 미세 균열이 발생하는 것을 확인할 수 있었고 균열의 분포가 광범위하게 나타나며 안정적인 휨 파괴 형상을 보였다. 섬유 시트만으로 보강한 CFRP, GFRP 시험체는 재하점에서 가까운 위치에서부터 섬유 시트의 계면 박리 및 탈락이 발생하였으며, 하중이 증가할수록 중앙 하부에서부터 시험체 지점 방향으로 박리가 진행되는 것을 확인하였다.
- STPU를 전단면에 도포한 후 섬유 시트를 부착한 시험체는 하중이 증가할수록 섬유 시트의 높은 강성이 STPU의 변형을 구속시켜 균열의 분포가 광범위하지 않고 재하점에서 가까운 곳에 밀집되는 현상을 보이며 보강재의 탈락으로 인한 급작스런 파괴 형상을 나타내었다. 섬유시트를 부착한 후 STPU를 도포한 시험체는 하중이 증가할수록 중앙 하부에서 다수의 휨 균열이 발생하였으며, 경간을 따라 단부로 분산되며 균열이 진행되는 파괴 형상을 나타내었다.
- 여기서, D 눈금은 KS M ISO 7619-1에서 규정하는 조건으로 STPU와 FTPU를 압침 하였을 때 경도계에 읽히는 눈금이다. STPU와 FRPU는 차이는 30정도를 나타내었지만 실질적으로 경도계에 작용하는 스프링의 힘(millinewton, mN)을 비교해보면 11,125 mN의 큰 차이를 나타내는 것을 확인할 수 있어 STPU는 FTPU보다 상당히 우수한 강성을 지니고 있는 것으로 나타났다. 이와 같이 STPU는 FTPU에 비해 높은 인장강도와 경도를 나타내고 있는 반면에 신장률은 150%로 FTPU보다 다소 낮게 측정되었다.
- STPU와 FTPU의 충격 강도를 ASTM D 2794(standard test method for resistance of organic coatings to the effects of rapid deformation)에 준하여 시험한 결과 STPU는 20,000 N·mm 이상으로 측정되어 외부 충격에도 FTPU보다 우수한 성질을 나타내고 있음을 확인하였다.
- STPU와 섬유 시트를 순경간의 0.9 L 만큼 도포·부착한 P3C_0.9 L, P3G_0.9 L 시험체의 초기 균열 하중은 전단면에 STPU를 도포한 후 섬유 시트를 부착한 P3C, P3G 시험체와 비슷한 균열 하중을 나타내어 STPU를 도포한 후 섬유 시트를 부착하여 보강한 시험체와의 단부 구속 효과에 의한 초기 균열 하중의 연관성은 크지 않은 것으로 나타났다.
- 이는 전단면에 STPU를 도포한 후 섬유 시트를 부착한 시험체보다 낮은 최대 하중과 연성지수이며, 이러한 결과가 나타난 이유는 P3C, P3G 시험체는 지점부가 구속되어 있어 보강재의 탈락이 지연되며 최대 하중과 연성 거동의 효과가 향상된 것으로 판단된다. STPU와 섬유 시트를 적층하여 보강한 시험체 중에서는 GP3 시험체의 최대 하중과 연성지수가 각각 166.4 kN과 10.05로 가장 높게 측정되었다. P3C, P3G 시험체의 최대 하중과 연성지수는 153.
- 그러나 STPU의 인장강도로 인해 무보강 시험체보다는 균열 저항성이 높은 것으로 나타났다. STPU와 섬유 시트를 적층하여 보강한 시험체는 33.6~36.2 kN에서 초기 균열이 발생하였으며, 섬유 시트를 부착한 후 STPU를 도포한 GP3 시험체가 가장 높은 36.2 kN의 균열 하중을 나타내었다. STPU와 섬유 시트를 순경간의 0.
- 1) 이 연구에서는 주제와 경화제의 구성 성분과 혼합량을 변화시켜 경질형 폴리우레아를 개발하였다. 경질형 폴리우레아는 기존에 보강재로 적용되었던 연질형 폴리우레아보다 경화 시간의 지연과 신장률의 저하를 나타내었지만 반응 시간의 조절로 부착 성능은 유지시키며 경도와 인장강도, 충격 강도를 향상시켜 구조물의 보강재로 사용하기에 적절한 성능을 나타내었다.
- 9L 시험체는 모두 단부에서부터 섬유 시트의 계면 탈락이 발생하였다. 그러나 STPU는 시험체와 탈락하지 않았으며, 하중이 증가할수록 최대 모멘트 지점인 중앙부 하부의 STPU가 파단되는 파괴 형상을 보였다.
- 4 kN으로 초기 균열 하중의 결과 값과 동일하게 P3C, P3G 시험체와 비슷한 결과 값을 나타내었다. 따라서, 보강재의 보강 순서가 STPU를 도포한 후 섬유 시트를 보강한 시험체의 보강 성능 평가에서는 항복 하중이 발생 구간까지는 단부 구속이 크게 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다.
- 따라서, 이 연구에서 개발된 STPU를 섬유 시트와 적층하여 구조물에 보강할 경우에는 섬유 시트로 보강을 한 후 STPU를 외부에 도포하여 보강하는 것이 가장 우수한 보강 성능의 향상 효과를 가져올 것으로 나타났다.
- 주제와 경화제의 혼입률을 변화시키고 새로운 화합물을 첨가하여 제조한 STPU의 인장강도는 49 MPa로 FTPU보다 204% 이상 향상되는 성능을 발휘하였다. 또한, KS M ISO 7619-1(가황 고무 및 열가소성 고무-압입 경도 측정 방법)에 제시되어 있는 듀로미터법으로 쇼어 경도를 측정한 결과 STPU의 D 눈금이 90내외로 FTPU보다 30 가량 높게 나타났다. 여기서, D 눈금은 KS M ISO 7619-1에서 규정하는 조건으로 STPU와 FTPU를 압침 하였을 때 경도계에 읽히는 눈금이다.
- 모든 시험체는 초기 균열이 발생하는 하중까지 처짐은 선형으로 증가하였으며, 이후 처짐량은 비선형으로 증가하며 극한하중까지 도달하였다. 모든 시험체의 초기 균열하중은 22.
- 모든 시험체는 초기 균열이 발생하는 하중까지 처짐은 선형으로 증가하였으며, 이후 처짐량은 비선형으로 증가하며 극한하중까지 도달하였다. 모든 시험체의 초기 균열하중은 22.2~37.6 kN으로써 시험체 별로 크게 차이가 나타는 것을 확인하였다. 무보강 시험체의 균열하중은 22.
- 보강 순서에 따른 최대 하중과 연성지수를 측정한 결과 무보강 시험체의 최대 하중과 연성지수는 각각 129.2 kN과 5.61로 나타났다. STPU_3 시험체는 무보강 시험체보다 최대 하중과 연성지수가 각각 111%와 223% 이상 향상된 143.
- STPU를 3 mm 도포한 STPU_3 시험체는 하중이 증가함에 따라 새로운 미세 균열이 발생하는 것을 확인할 수 있었고 균열의 분포가 광범위하게 나타나며 안정적인 휨 파괴 형상을 보였다. 섬유 시트만으로 보강한 CFRP, GFRP 시험체는 재하점에서 가까운 위치에서부터 섬유 시트의 계면 박리 및 탈락이 발생하였으며, 하중이 증가할수록 중앙 하부에서부터 시험체 지점 방향으로 박리가 진행되는 것을 확인하였다. 또한, 박리가 지점 부분까지 진행되면서도 시험체와 섬유 시트의 완전한 탈락은 발생하지 않았으며, 하중 증가는 없었지만 변위는 점차적으로 증가하는 연성적인 거동을 나타내었다.
- STPU를 전단면에 도포한 후 섬유 시트를 부착한 시험체는 하중이 증가할수록 섬유 시트의 높은 강성이 STPU의 변형을 구속시켜 균열의 분포가 광범위하지 않고 재하점에서 가까운 곳에 밀집되는 현상을 보이며 보강재의 탈락으로 인한 급작스런 파괴 형상을 나타내었다. 섬유시트를 부착한 후 STPU를 도포한 시험체는 하중이 증가할수록 중앙 하부에서 다수의 휨 균열이 발생하였으며, 경간을 따라 단부로 분산되며 균열이 진행되는 파괴 형상을 나타내었다.
- 이 연구에서 개발된 STPU는 기존의 보강 재료로 개발된 FTPU보다 우수한 물리적 성질을 나타내었으며, Table 3에 결과 값을 정리하여 나타내었다.
- STPU와 FRPU는 차이는 30정도를 나타내었지만 실질적으로 경도계에 작용하는 스프링의 힘(millinewton, mN)을 비교해보면 11,125 mN의 큰 차이를 나타내는 것을 확인할 수 있어 STPU는 FTPU보다 상당히 우수한 강성을 지니고 있는 것으로 나타났다. 이와 같이 STPU는 FTPU에 비해 높은 인장강도와 경도를 나타내고 있는 반면에 신장률은 150%로 FTPU보다 다소 낮게 측정되었다. 그러나 기존에 보강재로 적용된 섬유 시트(carbon fiber sheet, glass fiber sheet)의 신장률이 1.
- 4 kN으로 나타났다. 전단면에 STPU와 섬유 시트를 적층하여 보강한 시험체의 항복 하중은 121~127.4 kN으로 나타나 섬유 시트만으로 보강한 CFRP, GFRP 시험체보다는 약간 낮은 항복 강도를 보였다. P3C_0.
- 주제와 경화제의 혼입률을 변화시키고 새로운 화합물을 첨가하여 제조한 STPU의 인장강도는 49 MPa로 FTPU보다 204% 이상 향상되는 성능을 발휘하였다. 또한, KS M ISO 7619-1(가황 고무 및 열가소성 고무-압입 경도 측정 방법)에 제시되어 있는 듀로미터법으로 쇼어 경도를 측정한 결과 STPU의 D 눈금이 90내외로 FTPU보다 30 가량 높게 나타났다.
- 측정된 결과 값은 KS F 4921(콘크리트용 에폭시 수지계 방수 · 방식재)에서 규정하는 합격 기준 강도인 1.5 MPa을 넘는 결과 값으로 부착 성능은 우수한 것으로 나타났다.
- 따라서 이 연구에서는 STPU에 겔화 시간 및 표면 건조 시간을 지연시켜주고 시공성을 좋게 하는 폴리링크(poly link)를 10% 이상 첨가하였다. 폴리링크의 첨가로 STPU가 구조물의 공극에 충분히 채워줘 공극이 기포로 남지 않게 한 후 반응이 종결되어 부착 성능의 향상과 반응속도의 지연으로 신장률 및 부착 성능을 향상시키는 효과를 나타내었다. 그 밖의 사용되는 경화제의 구성 요소 중 반응성과 시공성을 위해 혼입하는 2차 아민(secondary amine)은 폴리링크의 첨가로 인해 혼입량을 감소시켰으며, 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 무기질 안료(pigment), UV 흡착제(UV sorbent)등은 FTPU와 동일하게 혼입하여 제조하였다.
- 52로 나타났지만 섬유 시트만으로 보강된 CFRP, GFRP 시험체보다는 낮은 최대 하중을 나타내고 있어 PU의 구성 요소와 조성비를 변화시켜 개발한 STPU의 강성 증진 효과는 크지 않은 것으로 나타났다. 하지만 연성지수는 무보강 시험체와 섬유 시트만으로 보강한 시험체에 비해 200% 이상 증가하는 것으로 나타났다. 또한, CFRP, GFRP 시험체의 단부가 구속된 것을 고려한다면 연성 거동의 효과는 더욱 향상될 것으로 판단된다.
- 항복 하중은 무보강 시험체가 88.6 kN으로 가장 낮게 나타났으며, STPU를 3 mm 도포한 STPU_3 시험체는 무보강 시험체보다 113% 증가한 100.4 kN으로 나타났다. 전단면에 STPU와 섬유 시트를 적층하여 보강한 시험체의 항복 하중은 121~127.
후속연구
- 9에서 같이 확인하였다. 따라서 이 연구에서 사용한 STPU와 섬유 시트를 적층하여 구조물에 보강할 경우 일체 거동을 할 것으로 기대되며, 구조 성능 평가에서 보강 성능을 향상시키는데 중요한 요소가 될 것으로 판단된다. Table 7에는 이 연구에서 수행한 pull off test에서 측정된 결과 값을 정리하여 나타내었다.
- 하지만 연성지수는 무보강 시험체와 섬유 시트만으로 보강한 시험체에 비해 200% 이상 증가하는 것으로 나타났다. 또한, CFRP, GFRP 시험체의 단부가 구속된 것을 고려한다면 연성 거동의 효과는 더욱 향상될 것으로 판단된다. P3C_0.
- STPU와 FTPU의 충격 강도를 ASTM D 2794(standard test method for resistance of organic coatings to the effects of rapid deformation)에 준하여 시험한 결과 STPU는 20,000 N·mm 이상으로 측정되어 외부 충격에도 FTPU보다 우수한 성질을 나타내고 있음을 확인하였다. 이와 같이 이 연구에서 개발한 STPU는 FTPU에 비해 물리적 성질이 향상되어 구조물 보강 효과에 우수한 성능을 발휘할 것으로 사료되며 현재 구조물에 보강되어 있는 섬유 시트와 적층하여 보강하여도 보강 성능을 향상시켜 줄 것으로 기대된다.
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