[논문]섬유 조합에 따른 초고성능 콘크리트의 인장거동

최정일; 고경택; 이방연

doi:10.11112/jksmi.2015.19.4.049

섬유 조합에 따른 초고성능 콘크리트의 인장거동
Tensile Behavior of Ultra-High Performance Concrete According to Combination of Fibers 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.19 no.4, 2015년, pp.49 - 56

최정일 (전남대학교 건축학부) , 고경택 (한국건설기술연구원, 구조융합연구소) , 이방연 (전남대학교 건축학부)

초록
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초고성능 콘크리트는 높은 강도와 유동성을 갖는 우수한 재료 특성을 나타내는 콘크리트이다. 그러나 고연성 시멘트 복합체에 비하여 낮은 연성을 나타낸다. 이 연구에서는 강섬유와 마이크로섬유의 조합이 초고성능 콘크리트의 인장거동에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위하여 강섬유와 폴리에틸렌, 폴리비닐알코올, 현무암섬유 조합에 따라 4가지 초고성능 콘크리트 배합을 결정하였고, 인장거동을 평가하기 위하여 직접인장 실험을 수행하였다. 또한 마이크로섬유가 제조과정에서 의도하지 않은 과도한 기포를 생성하는지를 확인하기 위하여 밀도실험을 수행하였다. 실험결과 인장강도가 높은 폴리에틸렌섬유는 초고성능 콘크리트의 인장거동을 향상시키는데 효과적임을 확인하였고, 현무암섬유는 초고성능 콘크리트의 균열강도 및 인장강도를 증가시키는데 효과적임을 확인하였다. 또한 마이크로섬유가 의도하지 않은 기포를 생성하지 않는다는 것도 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Ultra-High Strength Concrete(UHPC) has ultra-high material performance including high strength and high flowability. On the other hand it is less ductile than high ductile fiber reinforced cementitious composite. This study investigated the effect of combination of steel fiber and micro fiber on the tensile behavior of UHPC. Four types of UHPC containing combination of steel fiber, polyethylene(PE), polyvinyl alcohol(PVA), and basalt fiber were designed. And then uniaxial tension tests were performed to evaluate the tensile behavior of UHPC according to combination of fibers. And density was measured to evaluate whether micro fiber induces unintentional high pore or not. From the test results, it was exhibited that PE fiber with high strength is effective to improve the tensile behavior of UHPC and basalt fiber is effective to increase the cracking and tensile strength of UHPC. Furthermore, it was also verified that micro fiber does not make high pore.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서는 K-UHPC의 인장 변형 성능을 향상시키기 위한 기초연구로서 강섬유와 강섬유 이외의 마이크로섬유의 조합이 UHPC의 인장거동에 미치는 영향을 실험적으로 조사하고자 한다.
이 연구에서는 기존 K-UHPC의 인장 변형 성능을 향상시키기 위한 기초연구로서 강섬유와 강섬유 이외의 마이크로섬유의 조합이 UHPC의 인장거동에 미치는 영향을 실험적으로 조사하고자 하였다. 이를 위하여 압축강도 160 MPa 정도를 나타내는 UHPC 매트릭스에 부피비로 1.

제안 방법

로 조사하고자 하였다. 이를 위하여 압축강도 160 MPa 정도를 나타내는 UHPC 매트릭스에 부피비로 1.5 %의 강섬유를 혼입한 경우를 기본으로 강섬유를 폴리에틸렌섬유, 폴리비닐알코올섬유, 현무암섬유로 각각 33 % 대체하여 실험체를 제작한 후 직접 인장 실험과 밀도 등 일련의 실험을 수행하였고, 이를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.
직접인장 실험을 통해 섬유보강 복합재료의 응력에 따른 인장성능을 평가하였다. 일본토목학회에서 제안한 방법(JSCE, 2008)에 따라 Fig.

대상 데이터

1종 보통포틀랜드시멘트와 지르코늄 실리카가 결합재로 사용되었다. 이 연구에서 사용한 지르코늄 실리카는 실리카퓸과 화학성분은 유사하지만 분말도 80,000 cm²/g 정도이며, 공극 충전 효과와 포졸란 반응을 통하여 재료의 밀도를 향상시켜 강도를 증진시키고, 동시에 경화 전에는 입자 충전밀도를 증가시키면서 다른 입자들 사이에서 윤활작용을 하여 유동성을 향상시키기 위해 사용되었다(Koh et al.
골재는 UHPC의 수축량을 줄이고 결합재의 양을 줄이기 위해 밀도 2.62 g/cm³이고 평균 입경이 0.5 mm이하인 규사를 사용하였으며, 굵은 골재는 사용하지 않았다.
이 연구에서 사용한 섬유는 강섬유, 폴리에틸렌(PE)섬유, 폴리비닐알코올(PVA)섬유, 현무암(Basalt)섬유이며, 각 섬유의 물성은 Table 2와 같다. 강섬유를 포함하여 모든 섬유는 단면이 원형인 직선형 섬유이다(Fig.
충전재는 SiO₂ 성분이 99 % 이상인 재료로서 밀도는 2.60 g/cm³이며, 크기는 시멘트와 지르코늄 실리카의 중간 정도인 평균 입경 2.2 ㎛의 크기를 갖고 있다. 충전재를 사용한 이유는 결합재로서의 역할보다 시멘트와 지르코늄 실리카 사이를 채우는 역할을 통해 충전밀도를 증가시켜 유동성을 향상시키고 경화 후에는 UHPC를 밀실하게 함으로써 강도 증진 및 내구성을 향상시키기 위해서이다.

되었다. 팽창제와 수축저감제는 결합재 비율이 높은 UHPC의 자기수축을 저감하기 위해 사용하였으며, 유동성을 확보하기 위하여 밀도가 1.01 g/cm³이고 고형분이 30 %인 폴리카르본산계 고유동/고강도 콘크리트용 제품을 사용하였다. 또한 혼합과정에서 생길 수 있는 큰 기포를 제거하기 위하여 소포제를 소량 첨가하였다.
혼화제로는 팽창제, 수축저감제, 고성능감수제, 소포제가 사용되었다. 팽창제와 수축저감제는 결합재 비율이 높은 UHPC의 자기수축을 저감하기 위해 사용하였으며, 유동성을 확보하기 위하여 밀도가 1.

성능/효과

(1) 강섬유를 폴리에틸렌섬유로 33 % 대체한 경우 강섬유만 사용한 경우에 비하여 균열강도는 1 % 감소한 반면 인장강도는 13 % 증가하였으며, 인장 변형 성능은 39 % 증가하였다. 이에 반하여 강섬유를 폴리비닐알코올섬유로 33 % 대체한 경우 강섬유만 사용한 경우에 비하여 균열강도, 인장강도, 인장 변형 성능 모두 감소하였다.
(2) 강섬유를 현무암섬유로 33 % 대체한 경우 강섬유만 사용한 경우에 비하여 균열강도와 인장강도가 각각 18%, 3 % 증가하였으나, 인장 변형 성능은 68 % 감소하였다. 이를 통해 매트릭스와 유사한 화학조성을 갖는 높은 인장강도를 갖는 섬유를 혼입한 경우 UHPC의 인장강도를 향상시키는데 효과적인 것으로 나타났다.
(3) 밀도 실험을 통해 강섬유 기반 UHPC에서 강섬유를 일부 마이크로섬유로 대체하여도 의도하지 않은 과도한 기포가 생성되지 않은 것을 확인하였다.
이 연구를 통해 UHPC에서도 강섬유와 마이크로섬유의 조합을 통해 인장성능을 향상시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 다만, UHPC의 높은 압축강도 특성 때문에 적절한 섬유를 선정해야 원하는 성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.

였다. 이를 통해 매트릭스와 유사한 화학조성을 갖는 높은 인장강도를 갖는 섬유를 혼입한 경우 UHPC의 인장강도를 향상시키는데 효과적인 것으로 나타났다.
이에 반하여 강섬유를 폴리비닐알코올섬유로 33 % 대체한 경우 강섬유만 사용한 경우에 비하여 균열강도, 인장강도, 인장 변형 성능 모두 감소하였다. 이를 통해 합성섬유를 사용하여 UHPC의 인장성능을 향상시킬 수 있지만, 섬유의 인장강도가 높은 것을 사용해야 인장성능을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.

후속연구

이는 간접적으로 최대 섬유 가교 응력에 해당하는 균열 개구변위가 크다는 것을 의미한다. 이러한 인장거동에 대하여 정량적인 분석을 위해서는 섬유 인발 실험 및 섬유 가교 거동에 대한 실험 및 분석이 필요할 것으로 판단된다.
다만, UHPC의 높은 압축강도 특성 때문에 적절한 섬유를 선정해야 원하는 성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 추가연구로 섬유조합이 UHPC의 압축강도 및 유동성에 미치는 영향에 대한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초고성능 콘크리트는 고연성 시멘트 복합체에 비해 어떤 단점을 가지고 있는가?	초고성능 콘크리트는 높은 강도와 유동성을 갖는 우수한 재료 특성을 나타내는 콘크리트이다. 그러나 고연성 시멘트 복합체에 비하여 낮은 연성을 나타낸다. 이 연구에서는 강섬유와 마이크로섬유의 조합이 초고성능 콘크리트의 인장거동에 미치는 영향을 조사하였다.
	초고성능 콘크리트는 무엇인가?	초고성능 콘크리트는 높은 강도와 유동성을 갖는 우수한 재료 특성을 나타내는 콘크리트이다. 그러나 고연성 시멘트 복합체에 비하여 낮은 연성을 나타낸다.
	충전재의 역할은 무엇인가?	2 ㎛의 크기를 갖고 있다. 충전재를 사용한 이유는 결합재로서의 역할보다 시멘트와 지르코늄 실리카 사이를 채우는 역할을 통해 충전밀도를 증가시켜 유동성을 향상시키고 경화 후에는 UHPC를 밀실하게 함으로써 강도 증진 및 내구성을 향상시키기 위해서이다.

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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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