[논문]규사코팅 FRP와 콘크리트 부착특성에 동결융해가 미치는 영향

이규필; 박광필; 황재홍; 김동규

doi:10.11112/jksmi.2013.17.2.117

규사코팅 FRP와 콘크리트 부착특성에 동결융해가 미치는 영향
Effect of Freezing and Thawing on Adhesion of Cement Concrete with Coarse-sand Coated FRP 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.17 no.2, 2013년, pp.117 - 123

이규필 (한국건설기술연구원) , 박광필 (한국건설기술연구원) , 황재홍 (주식회사대림조 토목본부) , 김동규 (한국건설기술연구원)

초록
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원형 구조물의 보수/보강 및 FRP를 구조부재로 활용한 신설 구조물 시공을 위해서는 일정한 곡률반경을 갖는 곡면 FRP 부재가 요구된다. 그러나 현재까지 FRP 곡면부재는 수작업 (hand-lay-up) 또는 필라멘트 와인딩 (filament winding) 작업에 의해서만 생산이 가능하였으며, 대량 연속생산에는 한계가 있다. 또한 일반적으로 인발성형법 (pultrusion method)으로 생산된 FRP 부재가 상대적으로 물리적 특성이 우수한 것으로 알려져 있다. 따라서 FRP 부재를 일정곡률을 유지하며 인발로 뽑아낼 수 있는 신개념의 곡면 FRP 부재 인발성형법 제안 및 성형장비를 개발, 곡면 FRP 제품을 생산하였으며, 본 연구에서는 곡면 FRP 부재를 이용한 구조물 보수/보강시 야기될 수 있는 FRP와 콘크리트 부착면의 동결융해 영향을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

As fiber reinforced polymer (FRP) material is appled for a curved structure such as tunnel, FRP material must has a curved shape. Until now, the curved FRP material has been producted by hand-lay-up or filament winding work. It is impossible for mass production of the curved FRP material by these methods. Also, the quality of product by these methods is lower than that by pultrusion method. New pultrusion method and equipment had been developed for production of FRP material with steady curvature. The objective of this study is to evaluate the effect of freezing and thawing on adhesion of cement concrete with coarse-sand coated FRP in repair and reinforcement of cement-concrete structure using curved FRP material.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 곡면 FRP 부재를 이용한 구조물 보수/보강시 규사코팅된 FRP와 콘크리트 계면의 동결융해 영향에 따른 구조적 안정성 검토를 위하여, KS F 2456 (급속 동결 융해에 대한 콘크리트의 저항 시험방법)에 의거 규사코팅을 통한 FRP-콘크리트 부착면에 동결융해가 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다.
따라서 본 연구에서는 규사코팅을 통한 FRP-콘크리트 합성부재의 부착면에 동결융해가 미치는 영향 분석을 위하여, FRP 표면에 6.5mm 이하의 잔골재를 약 3kg/m² 밀도로 규사코팅을 수행하였다. 규사코팅은 sand blasting을 통한 FRP 부재 표면에 도포되어 있는 박리제 제거 후 에폭시계 수지를 이용하여 규사를 접착하였으며, 규사코팅 후 FRP 시편은 Fig.
본 연구에서는 규사코팅을 통한 FRP-콘크리트 합성시 부착면에 동결융해가 미치는 영향을 검토하였으며, 관련 내용을 정리하면 다음과 같다.

제안 방법

구조물 보수/보강을 위한 곡면 FRP 부재는 Fig. 2~3에서 보이는 바와 같이 FRP 부재의 생산성 및 FRP 부재 자체의 휨강성 증대를 통한 운반, 시공성, 역학적 성능향상은 물론 스터드 부착 방식을 통한 콘크리트와의 일체화 효과를 위하여 T형 단면으로 보강된 형상으로 제작하였다.
5mm 이하의 잔골재를 약 3kg/m² 밀도로 규사코팅을 수행하였다. 규사코팅은 sand blasting을 통한 FRP 부재 표면에 도포되어 있는 박리제 제거 후 에폭시계 수지를 이용하여 규사를 접착하였으며, 규사코팅 후 FRP 시편은 Fig. 6과 같다.
FRP 부재 표면에는 생산성 향상을 위하여 박리재가 도포되어 있으며, 이러한 박리재는 FRP와 콘크리트의 부착성능을 크게 저하시킨다. 따라서 콘크리트의 일체화 효과 향상을 위하여 sand blasting을 통한 FRP 표면의 박리재 제거 후, 수지를 이용하여 규사를 접착시키는 규사코팅 방식을 통하여 콘크리트와 FRP부재의 일체화 효과를 개선하였다.
콘크리트의 일축압축강도는 40MPa이며, 시험체 균열 및 파손예방을 위하여 콘크리트 내부에 wire mesh를 설치하였다. 또한 FRP 부재가 콘크리트 타설시 콘크리트 내부에 매립되는 것을 예방하기 위하여 FRP 부재와 동일한 두께의 합성수지 (styrofoam) 패널을 설치하였으며, 동결융해 시험 전단계에서 이를 제거하였다.

대상 데이터

따라서 본 연구에서는 가로×세로 각각 100mm인 FRP 부재를 이용하여 시험체를 제작하였다.

이론/모형

상기와 같이 제작된 시험체는 KS F 2456을 기준 (온도조건 : -18℃~4℃)으로 100cycle, 200cycle, 300cycle 각각에 대한 동결융해 영향평가를 수행하였으며, 동결융해 과정중 FRP와 콘크리트 계면에 습기 등의 침투로 인한 문제점을 예방하기 위하여 돌출되어 있는 FRP 외면에 실리콘 방수처리를 실시하였다.
상기와 같이 준비된 시험체에 대하여 동결융해 영향에 따른 FRP-콘크리트 계면의 부착력 평가는 KS F 4042:2012 (콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 의거 시험을 수행하였다. KS F 4042:2012 기준에 의하면 부착력 평가를 위한 시험체의 규격은 가로×세로 각각 40mm인 시험체를 기준으로 하나, 본 실험에서는 FRP 부재 표면에 일정한 입도분포를 갖는 규사를 일정 비율로 포설하므로, 시험체 규모가 작은 경우 각 시험체별 규사코팅의 밀도조절에 어려움이 있다.

성능/효과

(1) 규사코팅을 통한 FRP와 콘크리트의 부착력은 동결융해 실험 전단계 (0cycle)에서 평균 1.06 MPa인 것으로 나타났으며, 동결융해 작용이 100cycle, 200cycle, 300cycle 반복됨 따라 FRP와 콘크리트의 부착력은 각각 평균 0.99MPa, 1.0MPa, 1.01MPa 인 것으로 나타났다. 따라서 동결융해가 규사코팅된 FRP와 콘크리트 합성에큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다.
(2) FRP와 콘크리트 계면의 전단파괴는 경우 FRP 표면의 규사코팅과 콘크리트가 맞물려 콘크리트 파괴양상을 보인 반면, 부착파괴의 경우 규사와 FRP의 계면에서 파괴가 발생하는 것으로 나타났다. 따라서 FRP와 콘크리트 합성부재의 전단저항은 콘크리트의 일축압축 강도와 영향을 받는 것으로 판단되며, FRP와 콘크리트의 부착력은 규사코팅을 위한 수지에 영향을 받는 것으로 판단된다.
(3) FRP와 콘크리트 계면에 대한 품질관리 기준은 제정되어 있지 않으나, KS F 2042:2012기준 및 유럽통합기준으로 보강재가 구조적 성능을 발현하기 위한 최소 부착응력은 1MPa이다. 본 연구에서 수행한 규사코팅을 통한 FRP와 콘크리트 합성시 평균부착응력은 1MPa 이상이며, 따라서 규사코팅을 통한 FRP와 콘크리트 합성부재는 구조부재로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
FRP와 콘크리트의 부착력 시험결과 평균 부착력은 1MPa 이상인 것으로 나타났으며, 따라서 상기 규사코팅에 의한 FRP와 콘크리트 합성방안은 FRP와 콘크리트 합성부재를 구조부재로 활용시 적합한 것으로 판단된다.
KS F 2456을 기준에 의거 규사코팅된 FRP와 콘크리트 합성부재에 대한 100cycle, 200cycle, 300cycle 각각에 대한 동결융해 영향평가를 수행결과, 동결융해 영향을 받지 않은 경우 (0cycle) 평균 부착응력은 1.06MPa, 300cycle 동결융해 반복 후 평균 부착응력은 1.01MPa로 동결융해가 규사코팅된 FRP와 콘크리트 합성에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
규사코팅을 통한 FRP와 콘크리트의 부착력은 동결융해 실험 전단계 (0cycle)에서 평균 1.06 MPa인 것으로 나타났으며, 동결융해 작용이 100cycle, 200cycle, 300cycle 반복됨 따라 FRP와 콘크리트의 부착력은 각각 평균 0.99MPa, 1.0MPa, 1.01MPa 인 것으로 나타났다 (Fig. 9 참조).
따라서 FRP와 콘크리트 합성부재의 전단저항은 콘크리트의 일축압축강도와 영향을 받는 것으로 판단되며, FRP와 콘크리트의 부착력은 규사코팅을 위한 수지에 영향을 받는 것으로 판단된다.
따라서 FRP와 콘크리트 합성부재의 전단저항은 콘크리트의 일축압축강도와 영향을 받는 것으로 판단되며, FRP와 콘크리트의 부착력은 규사코팅을 위한 수지에 영향을 받는 것으로 판단된다.
38mm 변화조건에 대한 실험을 수행하였다. 상기 실험결과 밀도증가에 따라 FRP와 콘크리트의 부착효과가 선형적으로 증가하는 것으로 나타났으며, 6.5mm~2.38mm 잔골재를 높은 밀도 (약 3kg/m²)로 포설하는 것이 가장 효과적인 것으로 나타났다.

후속연구

(3) FRP와 콘크리트 계면에 대한 품질관리 기준은 제정되어 있지 않으나, KS F 2042:2012기준 및 유럽통합기준으로 보강재가 구조적 성능을 발현하기 위한 최소 부착응력은 1MPa이다. 본 연구에서 수행한 규사코팅을 통한 FRP와 콘크리트 합성시 평균부착응력은 1MPa 이상이며, 따라서 규사코팅을 통한 FRP와 콘크리트 합성부재는 구조부재로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	섬유강화 복합재료는 무엇인가?	항공우주분야의 첨단소재로 개발된 섬유강화 복합재료 (Fiber Reinforced Polymer; 이하 FRP)는 고분자 수지를 기지 (matrix) 로 사용하고, 이것에 유리섬유 (Glass fiber) 등을 섬유형태로 보강하여 제작된 복합재료로서, 부식에 대한 뛰어난 저항력과 자중 대비 높은 강도 등과 같은 장점으로 강재를 대체할 재료로 최근 각광받고 있다 (L. C.
	본 연구에서 규사코팅을 통한 FRP-콘크리트 합성 시 부착면에 동결융해가 미치는 영향을 검토한 결과는 어떠한가?	(1) 규사코팅을 통한 FRP와 콘크리트의 부착력은 동결융해 실험 전단계 (0cycle)에서 평균 1.06 MPa인 것으로 나타났으며, 동결융해 작용이 100cycle, 200cycle, 300cycle 반복됨 따라 FRP와 콘크리트의 부착력은 각각 평균 0.99MPa, 1.0MPa, 1.01MPa 인 것으로 나타났다. 따라서 동결융해가 규사코팅된 FRP와 콘크리트 합성에큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다. (2) FRP와 콘크리트 계면의 전단파괴는 경우 FRP 표면의 규사코팅과 콘크리트가 맞물려 콘크리트 파괴양상을 보인 반면, 부착파괴의 경우 규사와 FRP의 계면에서 파괴가 발생하는 것으로 나타났다. 따라서 FRP와 콘크리트 합성부재의 전단저항은 콘크리트의 일축압축 강도와 영향을 받는 것으로 판단되며, FRP와 콘크리트의 부착력은 규사코팅을 위한 수지에 영향을 받는 것으로 판단된다. (3) FRP와 콘크리트 계면에 대한 품질관리 기준은 제정되어 있지 않으나, KS F 2042:2012기준 및 유럽통합기준으로 보강재가 구조적 성능을 발현하기 위한 최소 부착응력은 1MPa이다. 본 연구에서 수행한 규사코팅을 통한 FRP와 콘크리트 합성시 평균부착응력은 1MPa 이상이며, 따라서 규사코팅을 통한 FRP와 콘크리트 합성부재는 구조부재로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
	섬유강화 복합재료의 장점은 무엇인가?	항공우주분야의 첨단소재로 개발된 섬유강화 복합재료 (Fiber Reinforced Polymer; 이하 FRP)는 고분자 수지를 기지 (matrix) 로 사용하고, 이것에 유리섬유 (Glass fiber) 등을 섬유형태로 보강하여 제작된 복합재료로서, 부식에 대한 뛰어난 저항력과 자중 대비 높은 강도 등과 같은 장점으로 강재를 대체할 재료로 최근 각광받고 있다 (L. C.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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