현무암섬유는 높은 인장강도와 콘크리트와 유사한 밀도를 갖기 때문에 콘크리트 보강 섬유로서 장점을 갖고 있다. 이 연구에서는 현무암섬유의 부착 특성과 섬유 배향각에 따른 현무암섬유의 인장 강도 특성을 조사하였다. 이를 위하여 현무암섬유와 폴리비닐알코올섬유에 대한 섬유 인발 실험을 수행하였고, 현무암, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌섬유에 대하여 섬유 배향각에 따른 인장 강도를 측정하였다. 실험 결과 현무암섬유의 화학적 부착, 마찰 부착, 미끌림 경화 계수는 폴리비닐알코올섬유와 비교하여 각각 1.88, 1.03, 0.24배로 나타났다. 현무암섬유의 배향각에 따른 강도 감소 계수는 폴리비닐알코올섬유의 9배, 폴리에틸렌섬유의 3배로 나타났다.
현무암섬유는 높은 인장강도와 콘크리트와 유사한 밀도를 갖기 때문에 콘크리트 보강 섬유로서 장점을 갖고 있다. 이 연구에서는 현무암섬유의 부착 특성과 섬유 배향각에 따른 현무암섬유의 인장 강도 특성을 조사하였다. 이를 위하여 현무암섬유와 폴리비닐알코올섬유에 대한 섬유 인발 실험을 수행하였고, 현무암, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌섬유에 대하여 섬유 배향각에 따른 인장 강도를 측정하였다. 실험 결과 현무암섬유의 화학적 부착, 마찰 부착, 미끌림 경화 계수는 폴리비닐알코올섬유와 비교하여 각각 1.88, 1.03, 0.24배로 나타났다. 현무암섬유의 배향각에 따른 강도 감소 계수는 폴리비닐알코올섬유의 9배, 폴리에틸렌섬유의 3배로 나타났다.
Basalt fiber has many advantages as a reinforcing fiber such as high tensile strength and similar density to concrete. This study investigated the bonding property and the effect of fiber orientation on tensile strength of basalt fiber. Single fiber pullout tests for basalt and polyvinyl alcohol (PV...
Basalt fiber has many advantages as a reinforcing fiber such as high tensile strength and similar density to concrete. This study investigated the bonding property and the effect of fiber orientation on tensile strength of basalt fiber. Single fiber pullout tests for basalt and polyvinyl alcohol (PVA) fibers were performed to evaluate the bonding property between basalt fiber and mortar. And then tensile strength of basalt, PVA, and polyethylene (PE) fibers according to fiber orientation were measured. From the test results, it was exhibited that the chemical bond, frictional bond, and slip-hardening coefficient of basalt fiber were 1.88, 1.03, 0.24 times of PVA fibers, respectively. And the strength reduction coefficient of basalt fiber was 9 times of PVA fiber and 3 times of PE fiber.
Basalt fiber has many advantages as a reinforcing fiber such as high tensile strength and similar density to concrete. This study investigated the bonding property and the effect of fiber orientation on tensile strength of basalt fiber. Single fiber pullout tests for basalt and polyvinyl alcohol (PVA) fibers were performed to evaluate the bonding property between basalt fiber and mortar. And then tensile strength of basalt, PVA, and polyethylene (PE) fibers according to fiber orientation were measured. From the test results, it was exhibited that the chemical bond, frictional bond, and slip-hardening coefficient of basalt fiber were 1.88, 1.03, 0.24 times of PVA fibers, respectively. And the strength reduction coefficient of basalt fiber was 9 times of PVA fiber and 3 times of PE fiber.
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문제 정의
즉, 섬유 인발 실험과 동일한 방법으로 수행하게 되는데, 이 방법은 섬유가 파단되지 않고 인발되는 현상이 발생할 확률이 있고, 계면 특성 및 섬유 매입 길이에 영향을 받을 수 있다. 따라서 이 연구에서는 섬유 배향각의 정확성을 높이고 섬유가 배향된 지점에서 파단을 유도하기 위하여 일정한 경사각을 갖는 알루미늄 지그를 제작하여 지그에 부착하는방식으로 실험을 진행하였다(Fig. 3). 섬유의 배향각은 0°, 30°, 45°, 67.
특히 콘크리트의 연성을 높이기 위해서는 섬유와 매트릭스 사이의 부착 특성 및 인발 특성이 중요한데 현무 암섬유에 대한 이와 관련된 연구는 수행되지 못하였다. 따라서 이 연구에서는 현무암섬유를 섬유보강 시멘트계 복합재료의 보강 섬유로 활용하기 위한 기초 연구로서 현무암섬유의 부착 특성 및 섬유 배향각에 따른 인장강도 특성을 실험적으로 조사하고자 한다. 이를 위하여 섬유 인발 실험과 배향각에 따른 섬유 인장강도 측정실험을 수행하였다.
이 연구에서는 현무암섬유를 섬유보강 시멘트계 복합재료의 보강 섬유로 활용하기 위한 기초 연구로서 현무암섬유의 부착 특성및 섬유 배향각에 따른 인장강도 특성을 실험적으로 조사하였다. 이를 위하여 현무암, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌섬유에 대하여 섬유 인발 실험과 배향각에 따른 섬유 인장강도 측정 실험을 수행하였고, 이를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.
제안 방법
5°로 결정하였고, 섬유의 한쪽 끝을 알루미늄 지그에 부착하고 반대쪽 끝을 인장시험기에 부착하였다. 실험 도중 미끌림 (slip)에 의한 영향을 배제하기 위하여 강력 접착제를 이용하여 부착하였고, 최대용량 2N의 로드셀이 설치된 인장시험기를 이용하여 초당 10㎛ 속도의 변위제어 방식으로 실험을 실시하였다. 섬유 배향각에 따른 섬유 강도 감소 계수는 실험 후 회귀분석을 통해 구하였다.
섬유 인발 실험을 위한 실험체는 두께 약 2mm (현무암섬유 인발 실험의 경우 약 1mm), 폭 25mm의 정사각형 매트릭스에 섬유를 수직으로 매립하여 제작하였고, 28일 동안 습윤 양생하였다. 실험은 최대용량 2N의 로드셀과 분해능 4㎛의 레이져 변위계가 설치된 인장시험기를 이용하여, 초당 10㎛ 속도의 변위제어 방식으로 실시하였다. 화학적 부착, 마찰 부착, 미끌림 경화 계수는 각각 식 (6), (7), (8)을 이용하여 구하였다 (Redon et al.
따라서 이 연구에서는 현무암섬유를 섬유보강 시멘트계 복합재료의 보강 섬유로 활용하기 위한 기초 연구로서 현무암섬유의 부착 특성 및 섬유 배향각에 따른 인장강도 특성을 실험적으로 조사하고자 한다. 이를 위하여 섬유 인발 실험과 배향각에 따른 섬유 인장강도 측정실험을 수행하였다.
이 연구에서는 현무암섬유를 섬유보강 시멘트계 복합재료의 보강 섬유로 활용하기 위한 기초 연구로서 현무암섬유의 부착 특성및 섬유 배향각에 따른 인장강도 특성을 실험적으로 조사하였다. 이를 위하여 현무암, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌섬유에 대하여 섬유 인발 실험과 배향각에 따른 섬유 인장강도 측정 실험을 수행하였고, 이를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.
대상 데이터
Table 3은 섬유 인발 실험을 위하여 사용한 매트릭스 재료와 배합(중량비)을 나타낸다. 결합재는 알칼리 활성 슬래그를 사용하였고, 직경 100㎛ 이하인 절건상태의 규사를 사용하였다. 매트릭스의 압축강도는 42MPa이다.
매트릭스의 압축강도는 42MPa이다. 섬유 인발 실험을 위한 실험체는 두께 약 2mm (현무암섬유 인발 실험의 경우 약 1mm), 폭 25mm의 정사각형 매트릭스에 섬유를 수직으로 매립하여 제작하였고, 28일 동안 습윤 양생하였다. 실험은 최대용량 2N의 로드셀과 분해능 4㎛의 레이져 변위계가 설치된 인장시험기를 이용하여, 초당 10㎛ 속도의 변위제어 방식으로 실시하였다.
이 연구에서 사용된 섬유는 총 3종류이며, 현무암섬유, 유기섬유인 폴리비닐알코올섬유와 폴리에틸렌섬유가 사용되었다. Table 2는 실험에 사용된 각 섬유의 물리적 특성은 나타낸다.
데이터처리
실험 도중 미끌림 (slip)에 의한 영향을 배제하기 위하여 강력 접착제를 이용하여 부착하였고, 최대용량 2N의 로드셀이 설치된 인장시험기를 이용하여 초당 10㎛ 속도의 변위제어 방식으로 실험을 실시하였다. 섬유 배향각에 따른 섬유 강도 감소 계수는 실험 후 회귀분석을 통해 구하였다.
성능/효과
1. 압축강도 42MPa인 알칼리 활성 슬래그 모르타르에서 현무암 섬유의 화학적 부착력은 친수성인 폴리비닐알코올섬유에 비하여 87.6% 높은 것으로 나타났다. 이에 반하여 마찰 부착력은 2.
2. 현무암섬유는 배향각이 증가함에 따라 강도가 감소하는 것으로 나타났으며, 현무암섬유의 배향각에 따른 강도 감소 계수는 폴리비닐알코올섬유에 비하여 9배, 폴리에틸렌섬유에 비하여 3 배 높은 것으로 나타났다. 따라서 현무암섬유는 합성 섬유에 비하여 강도에 더 영향을 받으며, 매트릭스 내에서 임의의 배향각을 갖게 되는 단섬유로 사용할 경우 균열 발생 이후 현무암섬 유의 섬유 가교 능력은 합성섬유에 비하여 저하될 수 있는 것으로 나타났다.
4% 수준으로 나타났다. 따라서 현무암섬유 보강 시멘트계 복합재료의 연성을 향상시키기 위해서는 표면처리를 통해 현무암섬유의 화학적 부착력을 낮출 필요가 있으 며, 미끌림 경화 계수를 향상시킬 수 있는 방안이 필요한 것으로 나타났다.
현무암섬유는 배향각이 증가함에 따라 강도가 감소하는 것으로 나타났으며, 현무암섬유의 배향각에 따른 강도 감소 계수는 폴리비닐알코올섬유에 비하여 9배, 폴리에틸렌섬유에 비하여 3 배 높은 것으로 나타났다. 따라서 현무암섬유는 합성 섬유에 비하여 강도에 더 영향을 받으며, 매트릭스 내에서 임의의 배향각을 갖게 되는 단섬유로 사용할 경우 균열 발생 이후 현무암섬 유의 섬유 가교 능력은 합성섬유에 비하여 저하될 수 있는 것으로 나타났다.
4% 수준인 것으로 나타났다. 미끌림 경화 계수가 섬유가 뽑히면서 마찰 부착의변화를 나타내는 것임을 고려할 때 현무암섬유의 낮은 미끌림 경화 계수는 균열 발생 이후 섬유의 가교 성능이 감소한다는 것을 의미하며, 폴리비닐알코올섬유 보강 복합재료에 비하여 연성 측면에서 취약할 수 있다는 것을 의미한다.
섬유의 배향각이 0°에서 67.5°까지 점차 증가할 경우 모든 섬유에서 강도가 저하되는 현상이 나타났다.
기존 연구에 따르면 현무암섬유 또한 시멘트 겔과 큰 친화력이 있는 것으로 나타났는데, 이는 현무암섬유가 시멘트의 구성성분과 유사한 성분으로 조성되어 있기 때문에 시멘트의 수화반응으로 생성되는 시멘트겔과 화학적으로 반응하기 때문인 것으로 보고되고 있다(Chun and Kim 2009a). 이 연구를 통해 현무암섬유의 경우 친수성 섬유인 폴리비닐알코올섬유에 비하여 높은 화학적 부착을 나타내는 것을 정량적으로 확인하였다. 이와 같은 높은 화학적 부착력은 현무 암섬유를 보강 섬유로 사용한 경우 복합재료의 인장강도가 증가하는 선행 연구 결과를 설명할 수 있게 된다(Brik 1997; Chun and Kim 2009a).
6% 높은 것으로 나타났다. 이에 반하여 마찰 부착력은 2.9% 크게 나타나 유사하였으며, 미끌림 경화 계수는 폴리비닐 알코올섬유의 24.4% 수준으로 나타났다. 따라서 현무암섬유 보강 시멘트계 복합재료의 연성을 향상시키기 위해서는 표면처리를 통해 현무암섬유의 화학적 부착력을 낮출 필요가 있으 며, 미끌림 경화 계수를 향상시킬 수 있는 방안이 필요한 것으로 나타났다.
9% 크게 나타나 유사한 것으로 나타났다. 이에 반하여 현무암섬유의 미끌림 경화 계수는 폴리비닐알코올섬유에 비하여 24.4% 수준인 것으로 나타났다. 미끌림 경화 계수가 섬유가 뽑히면서 마찰 부착의변화를 나타내는 것임을 고려할 때 현무암섬유의 낮은 미끌림 경화 계수는 균열 발생 이후 섬유의 가교 성능이 감소한다는 것을 의미하며, 폴리비닐알코올섬유 보강 복합재료에 비하여 연성 측면에서 취약할 수 있다는 것을 의미한다.
폴리 에틸렌섬유의 경우 폴리비닐알코올섬유나 현무암섬유에 비하여 섬유의 자체 인장강도가 큰 것으로 나타났으며, 0°의 경우 섬유 인장강도는 2,757MPa을 나타내었다.
현무암섬유의 경우 0°일 때의 섬유 인장강도는 1,778MPa로 폴리비닐알코올섬유보다 인장강도가 높은 것으로 나타났으나 67.5°일 때의 섬유 인장강도는 0°일 때와 비교하여 약 83% 감소하여 섬유의 배향각이 증가할수록 다른 섬유에 비하여 강도 저하가 큰 것으로 나타났다.
현무암섬유의 마찰 부착력은 폴리비닐알코올섬유보다 2.9% 크게 나타나 유사한 것으로 나타났다. 이에 반하여 현무암섬유의 미끌림 경화 계수는 폴리비닐알코올섬유에 비하여 24.
475로 나타났다. 현무암섬유의 배향각에 따른 강도 감소 계수는 폴리비 닐알코올섬유에 비하여 9배, 폴리에틸렌섬유에 비하여 3배 높은것으로 나타났다. 이는 현무암섬유의 조성 자체가 암석을 기반으로 하고 있기 때문에 합성섬유에 비하여 취성적이기 때문인 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
초고성능 콘크리트는 무엇인가?
초고성능 콘크리트(UHPC: Ultra-High Performance Concrete) 는 150MPa 이상의 압축강도를 나타내고 섬유 혼입을 통해 취성적인 거동이 나타나지 않으며, 특별한 골재를 사용하면서 높은 결합재 함유량을 갖는 콘크리트로 정의되고 있다(Association Francaise de Genie Civil 2002). 또한 매우 낮은 물/결합재비를 갖고 최밀충전 이론에 근거한 배합설계와 고성능 감수제를 사용하여 우수한 유변학적 특성을 갖는다.
현무암섬유가 콘크리트 보강 섬유로 좋은 이유는?
현무암섬유는 높은 인장강도와 콘크리트와 유사한 밀도를 갖기 때문에 콘크리트 보강 섬유로서 장점을 갖고 있다. 이 연구에서는 현무암섬유의 부착 특성과 섬유 배향각에 따른 현무암섬유의 인장 강도 특성을 조사하였다.
참고문헌 (16)
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