선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 기존구조물 방호·방폭 성능개선을 위하여 슬러리 충전 고성능 섬유보강 시멘트 복합체(High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composite, 이하 HPFRCC)의 개발연구를 수행하였다.
- 본 연구는 폭발 또는 극한 충격에 대응하기 위하여 파괴하중의 증가 및 파괴에너지 흡수를 극대화할 수 있는 고성능 강섬유보강 HPFRCC 재료의 개발을 위한 기초연구로서 내부 충전용 슬러리의 최적배합을 위한 특성을 분석한 연구이다. 실험적 연구를 통하여 도출한 결론은 다음과 같다.
- 본 연구는 폭발 또는 극한 충격에 대응하기 위하여 파괴하중의 증가 및 파괴에너지 흡수를 극대화할 수 있는 고성능 강섬유보강 HPFRCC 재료의 개발을 위한 기초연구로서 내부 충전을 위한 슬러리의 최적배합을 위한 특성을 분석한 연구이다. 본 연구에서 다루는 강섬유보강 HPFRCC의 섬유 혼입량은 약 8% 수준의 고혼입량으로서 이의 내부 충전성능의 최적화가 매우 중요하다.
제안 방법
- Mini Flow 실험은 플로우 콘(윗지름 70mm, 아랫지름 100mm) 을 들어 올려 직경 300mm까지 도달하는 시간을 측정하였다(Fig. 4). Fig.
- 슬러리 충전 HPFRCC 예비시험체의 압축강도는 50×50×50mm3의 압축 공시체를 제작하였다. 또한 섬유 혼입율에 따른 압축강도를 측정하기 위해 섬유를 혼입한 것과 그렇지 않은 것에 대해 압축강도를 측정하였다. Fig.
- 이에 슬러리의 충전성능을 개선할 수 있도록 하기 위하여 슬러리의 컨시스턴시, 플로우, J-FPT(J-Fiber Penetration Test) 특성을 분석하였으며, 증점제의 사용 및 재료 변수에 따른 레올로지 특성을 분석하였다. 또한 실제 타설 시의 문제점을 분석 하기 위하여 블리딩 실험을 수행하였으며, 고려된 배합변수에 따른 역학적 특성을 규명하기 위하여 압축강도 및 휨강도 실험을 수행하였다.
- 또한 충전성능 개선을 위하여 고성능감수제를 사용하였으며, 점성을 높이고 재료분리 저감을 목적으로 증점제를 활용하였다. Table 1은 본 연구에 사용된 배합변수를 나타낸다.
- 5mm 이하의 직경을 갖는 잔골재로 구성하고, 굵은골재를 사용하지 않는다. 물과 결합재비는 0.4로 고정하였으며, 충전성능 분석을 위하여 결합재 대비 잔골재량을 1:0.5, 1:1.0 및 1:1.5, 총 3가지 변수에 대하여 고려하였다.
- 본 연구에서는 재료분리 저감을 목적으로 증점제를 활용하였다. 이에 따라 각 변수별 실리카 퓸 혼입율 및 증점제 활용 유무에 따른 레올로지 실험을 진행하였다.
- Table 1은 본 연구에 사용된 배합변수를 나타낸다. 소요 강도 발현을 위하여 실리카 퓸을 시멘트 중량 대비 5%, 10% 및 15%를 치환하여 실험을 진행하였다. 시멘트 및 실리카 퓸의 물리·화학적 특성은 Table 2와 같다.
- 위 결과에서 도출된 1:0.5의 비율을 바탕으로 증점제를 결합재 중량 대비 0.05%를 활용하여 컨시스턴시 실험을 수행하였다. Fig.
- 본 연구에서는 재료분리 저감을 목적으로 증점제를 활용하였다. 이에 따라 각 변수별 실리카 퓸 혼입율 및 증점제 활용 유무에 따른 레올로지 실험을 진행하였다. Fig.
- 따라서 필요한 유동성의 확보와 함께 그에 따른 역학적인 특성의 검증이 필요하다. 이에 슬러리의 충전성능을 개선할 수 있도록 하기 위하여 슬러리의 컨시스턴시, 플로우, J-FPT(J-Fiber Penetration Test) 특성을 분석하였으며, 증점제의 사용 및 재료 변수에 따른 레올로지 특성을 분석하였다. 또한 실제 타설 시의 문제점을 분석 하기 위하여 블리딩 실험을 수행하였으며, 고려된 배합변수에 따른 역학적 특성을 규명하기 위하여 압축강도 및 휨강도 실험을 수행하였다.
- 6은 본 실험을 위하여 제작된 실험장비이다. 장비의 양끝단 중, 낮은쪽에 섬유를 채우고 높은 쪽에 슬러리를 채운 후 중간막을 열어 섬유가 포함된 낮은 부분이 완전 침전되는 시간을 측정함으로써 실제 섬유의 사이를 통과하여 내부를 충전하는 시간을 측정한다. Fig.
대상 데이터
- 본 연구의 슬러리 배합에서는 굵은골재를 전혀 사용하지 않아 재료 품질확보를 위하여 블리딩 실험을 수행하였으며, 실험은 KS F 2433을 준용하였다. Fig.
- 슬러리 충전 HPFRCC 예비시험체의 압축강도는 50×50×50mm3의 압축 공시체를 제작하였다.
- 슬러리 충전 HPFRCC 예비시험체의 휨강도는 100×100×400mm3의 휨 공시체를 제작하였다.
- 재료의 구성은 1종 보통포틀랜드시멘트, 실리카 퓸, 0.5mm 이하의 직경을 갖는 잔골재로 구성하고, 굵은골재를 사용하지 않는다. 물과 결합재비는 0.
이론/모형
- 충전슬러리의 컨시스턴시 측정은 KS F 2432에 의거하여 수행하였으며, 윗면의 안지름 70mm, 아랫면의 안지름 10mm, 높이 420mm인 황동 깔때기를 활용하여 깔때기 내의 슬러리를 유출시켜 슬러리가 처음 끊어질 때까지의 시간을 측정하였다(Fig. 1).
성능/효과
- 1. 컨시스턴시 특성은 잔골재의 양이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 또한 실리카 퓸 혼입율 증가에 따른 컨시스턴시 측정시간 역시 증가하는 것으로 나타났다.
- 2. 충전슬러리는 고혼입량(섬유부피비 약 8%)의 섬유가 촘촘히 배치된 사이를 통과하여 충전되어야 하므로 이러한 성능의 확보를 위하여 증점제의 사용을 고려하였으며 실험결과, 증점제사용량의 증가에 따라 컨시스턴시의 값은 증가하는 것으로 나타났다.
- 3. Mini Flow 실험결과에서도 증점제의 사용으로 인하여 재료의 분리가 거의 일어나지 않으며 재료의 안정성 확보가 가능한 것으로 판단되었다. 또한 증점제의 활용을 통하여 슬러리의 충전성능을 조절할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 4. J-FPT 실험결과, 실리카 퓸 혼입 0% 및 5%의 경우, 증점제를 혼입하여 활용한 변수에서 더 빠른 충전시간을 나타내었다. 그러나 실리카 퓸 사용량 증대에 따라 충전성능 저하 및 특히, 증점제를 사용한 경우 충전성능이 다소 감소하는 경향을 나타내는 것으로 분석되었다.
- 5. 블리딩 실험결과, 실리카 퓸 5% 치환 시 3시간 이후 블리딩이 발생하지 않는 것으로 확인되었다. 실리카 퓸 10% 치환 시에는 시간과 관계없이 블리딩은 발생하지 않았다.
- 6. 레올로지 특성을 분석한 결과, 실리카 퓸 혼입율 증가 및 증점제 첨가에 따른 전단응력(Shear stress)은 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 상대적으로 큰 실리카 퓸의 분말도가 슬러리 매트릭스에서 충전재와 같은 역할을 하여 재료분리를 억제한 것으로 판단된다.
- 7. 실리카 퓸을 치환하지 않은 시험체의 압축강도가 초기재령에서 오히려 다소 높은 것으로 나타났지만 이후 재령이 증가함에따라 실리카 퓸의 혼입에 따른 압축강도의 증가가 나타났다.
- 8. 휨강도는 실리카 퓸을 포함한 경우, 약 20% 가까이 증가하는 것으로 나타났으며, 강섬유보강 슬러리 충전 HPFRCC 재료의특성에 따라 휨강도가 압축강도의 70%를 상회하는 것으로 나타났다.
- Mini Flow 실험결과에서도 증점제의 사용으로 인하여 재료의분리가 거의 일어나지 않으며 재료의 안정성을 확보가능한 것으로 분석되었다. 또한 증점제의 활용을 통하여 슬러리의 충전성능을조절할 수 있을 것으로 판단된다.
- 또한 실리카 퓸 혼입율 증가에 따른 컨시스턴시 측정시간 역시 증가하는 것으로 나타났다. 결과를 통하여 본 연구 목적에 적합한 잔골재량은 결합재 대비 1:0.5임을 확인할 수 있었다.
- 슬러리 충전성능 평가를 통하여 실리카 퓸 혼입 0% 및 5%의 경우, 증점제를 활용한 변수에서 더 빠른 충전시간을 나타내었다. 그러나 실리카 퓸 사용량 증대에 따라 충전성능 저하 및 특히, 증점제를 사용한 경우 충전성능이 다소 감소하는 경향을 나타내는 것으로 분석되었다. 하지만 그 차이는 크지 않아 이러한 특성의 차이는 실제 재료분리를 방지하고 안정된 충전에 미치는 영향이 크지않을 것으로 판단된다.
- 5 임을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 HPFRCC 충전용 슬러리 배합에 결합재 대비 잔골재량은 1:0.5 로설정함이 바람직 할 것으로 판단된다.
- 변수는 실리카 퓸의 치환 여부이며 재령 28일에 측정한 결과로서 실리카 퓸의 치환이 휨강도를 약 20% 가까이 증진시킨 것으로 나타났다. 또한 본 연구에서 다루고 있는 강섬유보강 슬러리 충전 HPFRCC 재료의 특성에 따라 휨강도가 압축강도의 70%를 상회하는 것으로 나타났다. 이는 일반적인 시멘트 콘크리트계 재료와는 극명하게 다른 특성으로 이러한 휨강도의 증진은 급작스런 하중의 작용 시 파괴에너지 흡수에 매우 긍정적으로작용할 것으로 판단된다.
- 12는 슬러리 충전 HPFRCC의 휨강도 실험결과이다. 변수는 실리카 퓸의 치환 여부이며 재령 28일에 측정한 결과로서 실리카 퓸의 치환이 휨강도를 약 20% 가까이 증진시킨 것으로 나타났다. 또한 본 연구에서 다루고 있는 강섬유보강 슬러리 충전 HPFRCC 재료의 특성에 따라 휨강도가 압축강도의 70%를 상회하는 것으로 나타났다.
- 11은 슬러리 충전 HPFRCC의 압축강도 실험결과이다. 실리카 퓸을 치환하지 않은 시험체의 압축강도가 초기재령에서 오히려 다소 높은 것으로 나타났지만 이후 재령이증가함에 따라 실리카 퓸의 혼입에 따른 압축강도의 증가가 나타났다. 또한 섬유 포함 여부는 강도발현에 거의 영향을 미치지 않는것으로 나타났다.
- 10은 각 변수별 레올로지 실험결과를 나타내고 있다. 실험결과, 실리카 퓸 혼입율 증가 및증점제 첨가에 따른 전단응력(Shear stress)은 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 상대적으로 큰 실리카 퓸의 분말도가 슬러리 매트릭스에서 충전재와 같은 역할을 하여 재료분리를 억제한 것으로 판단된다.
- 실험결과, 증점제의 사용으로 인하여 측정된 컨시스턴시의 값은 증가하는 것으로 나타났으며 이러한 특성을 활용하여 실제 고혼입량(섬유부피비 약 8%)의 섬유가 촘촘히 배치된 사이를 통과하여 충전되어야 하는 슬러리의 최적배합에 최적화된 증점제의 사용량을 결정하여야 할 것으로 판단된다.
- 또한 실리카 퓸 혼입율 증가에 따른 컨시스턴시 측정시간 역시 증가하는 것으로 나타났다. 이 실험결과, 본 연구 목적에 적합한 잔골재량은결합재 대비 1:0.5 임을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 HPFRCC 충전용 슬러리 배합에 결합재 대비 잔골재량은 1:0.
- 2는 잔골재량 변화에 따른 컨시스턴시 실험결과를 나타내고 있다. 컨시스턴시 실험결과, 잔골재량 변화에 따른 컨시스턴시 측정시간은 증가하는 경향을 보이는 것으로 분석되었다. 또한 실리카 퓸 혼입율 증가에 따른 컨시스턴시 측정시간 역시 증가하는 것으로 나타났다.
후속연구
- Mini Flow 실험결과에서도 증점제의 사용으로 인하여 재료의 분리가 거의 일어나지 않으며 재료의 안정성 확보가 가능한 것으로 판단되었다. 또한 증점제의 활용을 통하여 슬러리의 충전성능을 조절할 수 있을 것으로 판단되었다.
- Mini Flow 실험결과에서도 증점제의 사용으로 인하여 재료의분리가 거의 일어나지 않으며 재료의 안정성을 확보가능한 것으로 분석되었다. 또한 증점제의 활용을 통하여 슬러리의 충전성능을조절할 수 있을 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.