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문제 정의
- 다른 보수⋅보강 공법에서 확인할 수 있듯이, 콘크리트 시편과 보수⋅보강재의 접합 정도가 보수⋅보강 성능에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 SMCM과 콘크리트 시편의 부착 성능을 높이기 위해 콘크리트 타설 후 불규칙적인 줄눈을 그어, SMCM과 콘크리트 접착면의 표면적을 넓혔다.
- 본 연구에서는 보수⋅보강 재료로서의 SMCM의 성능을 평가하기 위하여, Fig. 7과 같이 2,500kN의 UTM을 사용하여 양단 80mm 위치에서 단순지지 조건의 3점 휨 실험을 진행하였다.
제안 방법
- 3점 휨 부재 실험에서 사용된 기본 RC 시편은 Fig. 2와 같이 1400×500×200 (mm)의 슬래브에 양단 배근하였으며, 이 외에 총 4가지 방법으로 RC 하부면에 SMCM을 보강하였다.
- 7MPa로 측정되었다. 또한 공시체 제작뿐만 아니라, 콘크리트 타설 전, 슬럼프 시험, 공기량 시험, 염화물 시험을 진행하였다. 슬럼프 값은 11cm로 측정되었으며, 공기량은 4.
- 9에 나타내었다. 또한 처짐을 측정하기 위해 LVDT를 설치하였는데, 이는 SMCM의 박락에 의해 LVDT가 손상될 수 있음을 고려하여, 시편 상부, 응력 재하점을 피해 중앙에서 150mm 떨어진 지점에서 측정하였다. 마찬가지로, SMCM의 박락으로 인해 콘크리트 하부 중앙의 콘크리트용 변형률 게이지가 손상될 것을 고려하여 시편 상부, LVDT를 설치한 반대편에도 게이지를 Fig.
- 모르타르의 압축 강도 시험은 보통 입방공시체로 측정하는 것이 일반적이지만, 본 연구에서 사용된 모르타르는 터널공사표준시방서의 정착재료 기준에 의하여 만들어졌고, 지름대 높이의 비가 1 : 2인 공시체를 만들어야하므로 콘크리트와 동일한 규격의 공시체를 제작하였다.
- 본 연구에서는 일반 철근 콘크리트에 SMCM을 보수⋅보강 재료로서 활용 했을 때의 성능을 확인하기 위해, SMCM의 설치 유무, 보수 면적, Steel Mesh 보강 층수를 유형화 하여, 3점 휨 실험을 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 도출 하였다.
- 양생 조건으로는 20±1℃, 60±3% RH의 조건에 노출시킨 기건 양생을 하였다.
- 이로 인해 기존의 보강 재료가 아닌, Steel Mesh로 보강한 시멘트 모르타르 (Steel Mesh Cement Mortar; SMCM)을 이용한 보수방법을 채택하여, Steel Mesh의 보강 면적, 그리고 보강 층 수 (number of layer)를 달리하여, 일반 콘크리트와 구조적 성능을 비교하고 평가하고자 한다.
- 철근 콘크리트를 SMCM으로 후보강 했을 때의 성능을 확인하기 위한 실험이므로, 콘크리트 타설 28일 후, SMCM으로 슬래브를 보강하였다. 다른 보수⋅보강 공법에서 확인할 수 있듯이, 콘크리트 시편과 보수⋅보강재의 접합 정도가 보수⋅보강 성능에 큰 영향을 미친다.
대상 데이터
- 85와 유사하다. Steel mesh의 직경은 0.7mm을 사용하였으며, mesh 간격은 4.38mm으로 선정하였다. ACI 549에서 제시되고 있는 Steel Mesh의 항복강도와 탄성계수는 Table 1에 나타나 있다.
- 본 연구에서 사용된 Steel Mesh는 작업성을 용이하게 하기 위하여, 국내 I사에서 납품하고 있는 Fig. 1과 같은 사각형의 직금망 (woven square mesh)을 이용하였으며, 비중은 7.93으로 일반적으로 사용되는 강섬유의 비중 7.85와 유사하다. Steel mesh의 직경은 0.
- 첫 번째 시편은 가장 기본적인 RC 시편이며, 두 번째 시편과 세 번째 시편은 첫 번째 시편과 같은 시편에 Steel Mesh를 Fig. 3과 같이 한 겹, 그리고 두 겹을 보강한 시편이다. 보강할 SMCM의 면적은 1400×500 (mm), 사용할 Steel Mesh의 면적은 1360×460 (mm)으로 Fig.
- 5로 배합하였으며, 이는 그라우트 모르타르 제작에 가장 많이 사용되는 배합비이다. 콘크리트 배합은 Table 2와 같으며, 콘크리트의 설계기준강도는 35MPa, 슬럼프 값은 100mm로 제작하였다.
성능/효과
- (1) SMCM 부재는 일반적으로 철근 콘크리트에 비해 높은 연성을 갖는다. SMCM이 RC의 보수⋅보강 재료로서 사용 되었을 때도 같은 특성이 나타나는지 확인하기 위해 연성지수를 사용한 부재의 안정성 평가 결과, SMCM이 보수⋅보강재로서 사용 되었을 때는 일반 RC와 비교 했을 때 뛰어난 연성을 갖지 못했으나, 하중-변위 곡선을 통해 최대 하중 이후 더 오래 하중에 저항할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
- (2) 철근 콘크리트를 포함하여 SMCM으로 보강한 모든 경우의 하중-변위 곡선을 통해, 다른 경우보다, SMCM을 RC 전체에 보강하고, Steel Mesh를 2겹으로 보강했을 때, 보강 성능이 가장 뛰어났고, 기본 RC에 비해 최대 하중은 1.18배, 처짐은 최대 1.37배 더 높은 것을 확인할 수 있다.
- (3) Steel Mesh를 1겹을 넣은 Cement Mortar를 지점부 안쪽으로 부분 보강한 네 번째 경우, 다른 경우와는 다르게, 전단 철근 변형률이 기본 RC와 비슷한 곡선을 갖는 것을 확인할 수 있었는데, 이는 실험 도중 SMCM이 박락되었기 때문이라고 판단된다.
- SMCM을 1겹, 그리고 2겹으로 보강한 두 경우 모두, 전체 보강을 했을 때, 더 높은 극한 하중을 갖는 것을 확인할 수 있었으며, SMCM을 2겹으로 보강한 경우, 지점부 안쪽으로 보강 했을 때보다 시편 전체에 보강을 했을 때 최대 처짐량이 더 크다는 것을 확인할 수 있었다.
- SMCM을 전체 보강한 경우와, 지점부 안쪽으로 부분 보강한 경우 모두, Steel Mesh를 2겹으로 보강 했을 때, 더 높은 극한 하중을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 전체 보강을 한 경우에는 SM-A2b와 SM-A1의 비교를 통해, Steel Mesh를 2겹으로 보강 했을 때, 최대 처짐량 또한 더 크다는 것을 확인할 수 있었다.
- SMCM이 RC의 보수⋅보강 재료로서 사용 되었을 때도 같은 특성이 나타나는지 확인하기 위해 연성지수를 사용한 부재의 안정성 평가 결과, SMCM이 보수⋅보강재로서 사용 되었을 때는 일반 RC와 비교 했을 때 뛰어난 연성을 갖지 못했으나, 하중-변위 곡선을 통해 최대 하중 이후 더 오래 하중에 저항할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
- SMCM을 전체 보강한 경우와, 지점부 안쪽으로 부분 보강한 경우 모두, Steel Mesh를 2겹으로 보강 했을 때, 더 높은 극한 하중을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 전체 보강을 한 경우에는 SM-A2b와 SM-A1의 비교를 통해, Steel Mesh를 2겹으로 보강 했을 때, 최대 처짐량 또한 더 크다는 것을 확인할 수 있었다.
- 슬럼프 값은 11cm로 측정되었으며, 공기량은 4.1%, 염화물 시험은 Cl- 이온을 측정하였으며, 평균 0.0130%, 총량 0.021kg/m³으로 측정되었다.
- 이와 같이 모든 경우를 비교해 봤을 때, SMCM을 두겹, 그리고 시편 전체에 보강 한 SM-A2 시편이 최대 극한 하중 (SM-A2a), 최대 처짐량 (SM-A2b)을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
- 파괴 형상에서는 시편들이 큰 차이를 보이지 않았으나, Photo 1, 2를 통해 확인할 수 있듯이, SMCM의 완전 부착 여부에 따른 결과의 차이가 발생했다. 지점부 안쪽까지, 그리고 Steel Mesh를 한겹으로 보강한 SM-B1 시편, 즉, 네 번째 경우에는, 실험 도중 SMCM이 박락되는 현상이 발생했으며 (7번 시편은 12.7MPa, 8번 시편은 17.9MPa의 하중에서 박락), 이로 인해 기본 RC와 하중-변형률 곡선에서 큰 차이를 보이지 않았다. SMCM을 보수⋅보강 재료로서 활용하기 위해선 RC와의 부착 성능 향상이 필요하다고 판단된다.
후속연구
- RC 시편과 SM-A1 시편을 비교할 경우, SMCM의 보강효과를 다시 한 번 확인할 수 있을 것이며, SM-A1과 SM-A2를 비교할 경우, 보강 층 수에 따른 효과의 차이를 검토할 수 있을 것이다. 이는 SM-B1과 SM-B2를 비교하는 것에도 해당 된다.
- SMCM을 콘크리트 보수 보강에 활용할 경우, 기존의 다른 보수⋅보강 공법들과는 다르게 시공자의 숙련도 또는 전문성이 그리 크게 필요하지 않기 때문에, 기존 공법들과 비교했을 때, 경쟁력이 있다고 판단된다. 그러나 SMCM을 보강한 네 번째 경우 (SM-B1)을 통해, RC와 SMCM의 부착 성능 향상이 필요하다고 판단되며, 부착 성능을 향상 시킬 경우, SMCM이 일반 콘크리트 구조물의 보수⋅보강에 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
- 이는 SM-B1과 SM-B2를 비교하는 것에도 해당 된다. 또한 SM-A1과 SM-B1 또는 SM-A2와 SM-B2를 비교할 경우 지점부에 대한 보강의 유무, 즉 지점부에서의 반력의 유무가 어떠한 결과를 가져오지는 알 수 있을 것이다.
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