[논문]초고성능 섬유보강 콘크리트에 혼입된 강섬유의 부착강도 평가

강수태

doi:10.4334/jkci.2013.25.5.547

초고성능 섬유보강 콘크리트에 혼입된 강섬유의 부착강도 평가
Bond Strength of Steel Fiber Incorporated in Ultra High Performance Fiber-Reinforced Concrete 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.25 no.5, 2013년, pp.547 - 554

강수태 (대구대학교 토목공학과)

초록
AI-Helper

이 연구에서는 UHPFRC에 대해 강섬유의 인발실험을 수행하고, 그 결과로부터 매트릭스에 대한 강섬유의 부착강도를 정량적으로 평가하고자 하였다. 실험은 여러 개의 섬유를 이용한 양면 인발실험을 적용하였다. 섬유분포밀도에 따른 영향을 파악해 본 결과, 이 연구에서 고려한 섬유분포밀도의 범위는 섬유 간 상호간섭효과를 나타내지 않는 범위임을 확인하였다. 최대 인발하중 상태의 하중 또는 흡수에너지, 완전 뽑힘 상태의 흡수에너지를 고려한 몇 가지 방법들로 부착강도를 평가한 결과, 완전 뽑힘 상태의 흡수에너지로부터 구한 부착강도는 섬유의 묻힘길이에 영향을 받는 것으로 나타났다. 그리고 최대 인발하중 상태로부터 구한 부착강도는 평균적으로 약 6.64 MPa의 부착강도를 나타냈으며, 이 값은 최대 인발하중만으로 구한 부착강도 6.46 MPa와 비교했을 때 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 실험 및 평가의 용이성을 고려할 때 최대 인발하중만으로 부착강도를 평가해도 무방할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was intended to estimate the bond strength of steel fiber in UHPFRC through pullout test. The pullout test was carried out with the double-sided pullout specimens with multiple fibers. First, the effect of fiber density on the bond strength was investigated, and the experimental result presented that the density range considered in this study was proved not to produce fiber-to-fiber interaction. The bond strength was estimated from several methods, which are based on the pullout load or energy at peak load, and the total energy absorbed until fibers are pulled out completely. the estimated bond strength obtained from the total energy was shown to be under the influence of the embedded length of fiber. the bond strengths obtained from peak load condition was 6.64 MPa in average, which had little difference compared to 6.46 MPa calculated by peak load only. Considering simplicity of test and analysis, it may be no matter to estimate the bond strength from peak load in pullout test.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 이 연구에서는 UHPFRC에 대해 강섬유의 인발 실험을 수행하고, 그 결과로부터 매트릭스에 대한 강섬유의 부착강도를 정량적으로 평가하고자 하였다.

가설 설정

6과 같다. 즉, 초기에 섬유와 매트릭스 사이의 부착상태가 떨어지는데 작용하는 최대부착강도는 무시하고 마찰부착강도가 지배적으로 작용한다고 보았으며, 마찰부착강도는 슬립량에 관계없이 일정하다고 가정하였다. 첫 번째 방법은 최대인발하중으로부터 구하는 방법으로, 매트릭스에 매입된 섬유의 전체길이에 대해 마찰부착강도로 전단력이 작용하는 상태가 최대 인발하중상태임을 고려한 것이다.

제안 방법

두 번째 방법으로는 실험을 통해 얻어진 인발하중-슬립변위 거동에서 최대 인발하중 상태에서의 흡수에너지의 변화율로부터 부착강도를 구하는 것이다. 이때 변화율은 계측값의 민감도를 고려하여 최대인발하중 상태 전후의 5개 데이터의 평균값을 사용하였다.
실험체는 섬유의 개수와 길이를 실험변수로 하여 제작하였다. 먼저 동일단면에 섬유의 개수가 많아서 섬유의 분포밀도가 높게 되면 인접한 섬유들에 의한 간섭효과가 발생하여 부착강도가 저평가될 수 있다.
이 연구에서는 UHPFRC에 대해 강섬유의 인발실험을 수행하고, 그 결과로부터 매트릭스에 대한 강섬유의 부착강도를 정량적으로 평가하고자 하였으며, 그 결과로 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

그리고 섬유는 인장강도 2500 MPa, 직경 0.2 mm의 강섬유를 사용하였으며, 실험에서 섬유길이를 고려하기 위해 13 mm는 기성제품으로 재단된 섬유를 사용하였으며, 20, 25, 30 mm 길이의 강섬유는 동일 재원의 코드(chord) 를 원하는 길이만큼 잘라서 사용하였다.
실험에 사용한 UHPFRC 매트릭스의 배합구성은 Table 1과 같다.¹⁸⁾ 시멘트는 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 실리카퓸은 UHPFRC의 재료성능 향상을 위해 시멘트 중량대비 25%를 사용하였다. 실리카퓸은 우선 공극 충전 효과와 포졸란 반응을 통하여 재료의 밀도를 향상시킴으로써 강도증진의 효과가 있으며, 또한 경화 전 상태에서 다른 입자들 사이에서 윤활작용을 하여 유동성을 향상시키는 효과가 있다.
충전재(filler)는 물리적 · 화학적 효과로 UHPFRC의 강도향상에 도움이 되는 재료로서, UHPFRC 제조 시에 일반적으로 사용되고 있다. 이 실험에서 사용한 충전재는 입자의 평균입경이 약 4 µm 정도이며, SiO₂의 함유율은 98% 이상이고, 밀도는 2.60 g/cm³이다. Table 2에 충전재의 화학적 성질을 나타내었다.
인발실험을 위한 실험체는 여러 개의 섬유를 사용한 양면인발 실험체로 제작되었다. 실험체를 제작하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
잔골재는 밀도 2.62 g/cm³ , 평균입경이 0.5 mm이하의 모래를 사용하였고, 굵은골재는 사용하지 않았다.

성능/효과

1) 효과적인 인발실험 방법으로 여러 개의 섬유를 이용한 양면 인발실험을 적용하였으며, 적은 개수의 시편으로도 신뢰성 있는 실험결과를 얻을 수 있었다.
2) 인발실험에서 동일한 면적의 매트릭스 내 매립된 섬유의 개수와 최대인발하중 및 인발 시까지의 흡수에너지와의 관계 분석을 통해 이 연구에서 고려한 섬유분포밀도의 범위는 섬유 간 상호간섭효과를 나타내지 않는 범위임을 확인하였다.
3) 최대 인발하중 상태의 하중 또는 흡수에너지, 완전 뽑힘 상태의 흡수에너지를 고려한 몇 가지 방법들로 부착강도를 평가한 결과, 완전 뽑힘 상태의 흡수 에너지로부터 구한 부착강도는 섬유의 묻힘길이에 영향을 받는 것으로 나타났다.
4) 최대 인발하중 상태의 하중 또는 흡수에너지로부터 구한 부착강도는 유사한 결과를 보였으며, 평균적으로 약 6.64 MPa의 부착강도를 나타내었다. 이 값은 최대 인발하중만으로 구한 부착강도 6.
46 MPa와 비교했을 때 큰 차이가 없었다. 실험 및 평가의 용이성을 고려할 때 최대 인발하중만으로 부착강도를 평가해도 무방할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트 물성의 특징은?	콘크리트는 압축강도에 비해 상대적으로 매우 낮은 인장강도를 보이며, 그 때의 변형률도 작은 값을 나타낸다. 콘크리트와 같은 취성재료들은 균열 발생 이전의 변형성능이 아주 적고 균열발생 이후에도 급속한 파괴로 균열에 대한 저항성이 매우 낮다.
	취성재료의 특징은?	콘크리트는 압축강도에 비해 상대적으로 매우 낮은 인장강도를 보이며, 그 때의 변형률도 작은 값을 나타낸다. 콘크리트와 같은 취성재료들은 균열 발생 이전의 변형성능이 아주 적고 균열발생 이후에도 급속한 파괴로 균열에 대한 저항성이 매우 낮다. 이러한 단점을 극복하기 위한 방법으로 섬유보강 콘크리트에 대한 연구가 1950년대 이후로 꾸준히 진행되어 오고 있다.
	취성재료의 단점을 보안하기위해 콘크리트에 섬유를 혼입하면 어떻게되는가?	이러한 단점을 극복하기 위한 방법으로 섬유보강 콘크리트에 대한 연구가 1950년대 이후로 꾸준히 진행되어 오고 있다. 일반적으로 콘크리트에 섬유를 혼입하게 되면 콘크리트의 균열발생을 늦추고, 균열진전을 억제하는 효과가 있어 인장에 대한 강도 증가와 인성향상을 크게 기대할 수 있다. 이와 같은 현상은 매트릭스 내 섬유의 부착거동에 따른 것으로, 섬유보강 효과의 주된 메커니즘을 이루고 있다.

참고문헌 (21)

Mandel, J., Wei, S., and Said, S., "Studies of the Properties of the Fiber-Matrix Interface in Steel Fiber Reinforced Mortar," ACI Materials Journal, Vol. 84, 1987, pp. 101-109.

상세보기
Stang, H. and Shah, S. P., "Failure of Fiber-Reinforced Composites by Pull-out Fracture," Journal of Materials Science, Vol. 21, 1986, pp. 953-957.

상세보기
Li, V. C., Wu, C., Wang, S., Ogawa, A., and Saito, T., "Interface Tailoring for Strain-Hardening Polyvinyl Alcohol- Engineered Cementitious Composites (PVA-ECC)," ACI Materials Journal, Vol. 99, No. 5, 2002, pp. 463-472.
Kim, D. J., "Influence of Number of Twist on Tensile Behavior of High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites with Twisted Steel Fibers," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 22, No. 4, 2010, pp. 575-583. (doi: http://dx.doi.org/10.4334/JKCI.2010.22.4.575)

원문보기 상세보기
Lee, H. H. and Lee, H. J., "Characteristic Strength and Deformation of SFRC Considering Steel Fiber Factor and Volume Fraction," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 16, No. 6, 2004, pp. 759-766.

원문보기 상세보기
Kim, M. H., Kim, J. M., and Nam, S. I., "An Experimental Study on the Development and Application of Steel Fiber Reinforced Concrete," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 6, No. 1, 1994, pp. 142-151.
Morton, J. and Groves, G. W., "The Cracking of Composites Consisting of Discontinuous Reinforced Concrete," Journal of Material Science, Vol. 9, No. 9, 1974, pp. 1436-1445.

상세보기
Ezeldin, A. S. and Balaguru, B. N., "Bond Behavior of Normal and High-Strength Fiber Reinforced Concrete," ACI Materials Journal, Vol. 86, No. 5, 1989, pp. 515-524.
Shannag, M. J., Brincker, R., and Hansen, W., "Interfacial (Fiber-Matrix) Properties of High-Strength Mortar (150 MPa) from Fiber Pullout," ACI Materials Journal, Vol. 93, No. 5, 1996, pp. 1-7.
Shannag, M. J., Brincker, R., and Hansen, W., "Pullout Behavior of Steel Fibers from Cement-Based Composites," Cement and Concrete Research, Vol. 27, No. 6, 1997, pp. 925-936.

상세보기
Orange, G., Acker, P., and Vernet, C., "A New Generation of UHP Concrete: Ductal Damage Resistance and Micromechanical Analysis," Proceedings of Third International Workshop on High Performance Fiber Reinforced Cement Composites (HPFRCC3), Mainz, Germany, 1999, pp. 101-111.
Nammur, G. G. and Naaman, A. E., "A Bond Stress Model for Fiber Reinforced Concrete Based on Bond Stress Slip Relationship," ACI Materials Journal Vol. 86, No. 1, 1989, pp. 45-57.
Lin, Z., Kanda, T., and Li V. C., "On Interface Property Characterization and Performance of Fiber-Reinforced Cementitious Composites," Concrete Science and Engineering, Vol. 1, 1999, pp. 173-174.
Lee, Y., Kang, S. T., and Kim, J. K., "Pullout Behavior of Inclined Steel Fiber in an Ultra-High Strength Cementitious Matrix," Construction and Building Materials, Vol. 24, No. 10, 2010, pp. 2030-2041. (doi: http://dx.doi.org/10.1016/ j.conbuildmat.2010.03.009)

상세보기
Gray, R. J., "Experimental Techniques for Measuring Fibre/Matrix Interfacial Bond Shear Strength," Testing, Evaluation and Quality Control of Composites, Butterworth Scientific Ltd. UK, 1983, pp. 3-11.
Armelin, H. S. and Banthia, N., "Predicting the Flexural Postcracking Performance of Steel Fiber Reinforced Concrete from the Pullout of Single Fibers," ACI Materials Journal, Vol. 94, No. 1, 1997, pp. 18-31.

상세보기
Chan, Y. W. and Chu, S. H., "Effect of Silica Fume on Steel Fiber Bond Characteristics in Reactive Powder Concrete," Cement and Concrete Research, Vol. 34, 2004, pp. 1167-1172. (doi: http://dx.doi.org/doi: 10.1016/j.cemconres.2003.12.023)

상세보기
Park, J. J., Koh, K. T., Kang, S. T., and Kim, S. W., "Influence of Constitute Factor on the Compressive Strength of Ultra-High Strength Steel Fiber Reinforced Cementitious Composites," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 17, No. 1, 2005, pp. 35-41.

원문보기 상세보기
Richard, P. and Cheyrezy, M. H., "Reactive Powder Concrete with High Ductility and 200-800MPa Compressive Strength," Concrete Technology: Past, Present, and Future, SP-144, American Concrete Institute, Farmington Hills, 1994, pp. 507-518.
Leung, C. K. Y. and Shapiro, N., "Optimal Steel Fiber Strength for Reinforcement of Cementitious Materials," Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 11, No. 2, 1999, pp. 116-123. (doi: http://dx.doi.org/10,1016/(ASCE) 0899-1561(1999)11:2(116))

상세보기
Fantilli, A. P., Mihashi, H., and Vallini, P., "Effect of Bond-Slip on the Crack Bridging Capacity of Steel Fibers in Cement-Based Composites," Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 20, No. 9, 2008, pp. 588-598. (doi: http://dx.doi.org/10,1016/(ASCE)0899-1561(2008)20:9 (588))

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증