이 연구에서는 환경부하가 적은 산림훼손지 생태복원용 단위격자틀을 개발하기 위하여 콘크리트와 국내산 침엽수 4종과 활엽수 3종을 각각 복합적층한 7종류의 목재-콘크리트 복합적층재를 제작하였고, 정적 휨 강도성능에 미치는 수종의 밀도의 영향을 조사하였다. 목재-콘크리트 복합적층재의 휨 탄성계수는 전반적으로 수종의 밀도에 비례하여 증가하였고, 대부분 콘크리트에 비해 높은 휨 탄성계수를 나타내어 복합적층에 의한 밀도감소와 탄성계수향상의 효과가 나타났다. 휨 탄성계수 실측치는 각 라미나의 탄성계수로부터 등가단면법을 이용하여 계산한 예측치보다 약간 낮은 값을 나타내었고, 그 차이는 10% 미만인 것이 확인되었다. 목재-콘크리트 복합적층재의 휨 비례한도 응력은 콘크리트보다 1.2-1.6배의 높은 값을 나타내었다. 목재-콘크리트 복합적층재의 휨 강도는 전반적으로 수종의 밀도에 비례하여 증가하였고, 복합적층에 의해 콘크리트의 그것보다 현저한 강도향상을 나타내어 목재-콘크리트 복합적층재는 환경부하가 적으면서 내구성을 지닌 생태복원용 재료로 응용가능 할 것으로 판단된다.
이 연구에서는 환경부하가 적은 산림훼손지 생태복원용 단위격자틀을 개발하기 위하여 콘크리트와 국내산 침엽수 4종과 활엽수 3종을 각각 복합적층한 7종류의 목재-콘크리트 복합적층재를 제작하였고, 정적 휨 강도성능에 미치는 수종의 밀도의 영향을 조사하였다. 목재-콘크리트 복합적층재의 휨 탄성계수는 전반적으로 수종의 밀도에 비례하여 증가하였고, 대부분 콘크리트에 비해 높은 휨 탄성계수를 나타내어 복합적층에 의한 밀도감소와 탄성계수향상의 효과가 나타났다. 휨 탄성계수 실측치는 각 라미나의 탄성계수로부터 등가단면법을 이용하여 계산한 예측치보다 약간 낮은 값을 나타내었고, 그 차이는 10% 미만인 것이 확인되었다. 목재-콘크리트 복합적층재의 휨 비례한도 응력은 콘크리트보다 1.2-1.6배의 높은 값을 나타내었다. 목재-콘크리트 복합적층재의 휨 강도는 전반적으로 수종의 밀도에 비례하여 증가하였고, 복합적층에 의해 콘크리트의 그것보다 현저한 강도향상을 나타내어 목재-콘크리트 복합적층재는 환경부하가 적으면서 내구성을 지닌 생태복원용 재료로 응용가능 할 것으로 판단된다.
In this study, to develop the lattice materials with a low environmental load for restoring the destroyed forest, 7 types of wood-concrete hybrid laminated materials were manufactured with domestic four softwoods, three hardwoods and concrete, and the effects of density of wood species on static ben...
In this study, to develop the lattice materials with a low environmental load for restoring the destroyed forest, 7 types of wood-concrete hybrid laminated materials were manufactured with domestic four softwoods, three hardwoods and concrete, and the effects of density of wood species on static bending strength performances were investigated. Bending MOEs of wood-concrete hybrid laminated materials increased with increasing density of wood species on the whole, and the values were higher than that of concrete by hybrid-laminating woods on the concrete. It was found that the measure values of bending MOEs were slightly lower than the calculated values calculated using equivalent cross-section method from MOE of each laminae of hybrid laminated materials and the difference between them was less than 10%. Bending proportional limit stresses of hybrid laminated materials showed 1.2-1.6 times higher than that of concrete by hybrid-laminating. Bending strength (MOR) of hybrid laminated materials increased with the density of wood species. By hybrid-laminating, the MOR of concrete was considerably increased. Therefore, it is considered that wood-concrete hybrid laminated materials can be applied as a materials with a low environmental load and durability for ecological restoration.
In this study, to develop the lattice materials with a low environmental load for restoring the destroyed forest, 7 types of wood-concrete hybrid laminated materials were manufactured with domestic four softwoods, three hardwoods and concrete, and the effects of density of wood species on static bending strength performances were investigated. Bending MOEs of wood-concrete hybrid laminated materials increased with increasing density of wood species on the whole, and the values were higher than that of concrete by hybrid-laminating woods on the concrete. It was found that the measure values of bending MOEs were slightly lower than the calculated values calculated using equivalent cross-section method from MOE of each laminae of hybrid laminated materials and the difference between them was less than 10%. Bending proportional limit stresses of hybrid laminated materials showed 1.2-1.6 times higher than that of concrete by hybrid-laminating. Bending strength (MOR) of hybrid laminated materials increased with the density of wood species. By hybrid-laminating, the MOR of concrete was considerably increased. Therefore, it is considered that wood-concrete hybrid laminated materials can be applied as a materials with a low environmental load and durability for ecological restoration.
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문제 정의
이 연구에서는 콘크리트의 환경부하를 줄이고, 내구성 향상을 도모함과 동시에 목재의 약한 내후성을 보완한 친환경 생태복원용 단위격자틀을 개발하기 위하여 콘크리트와 국내산 목재 7수종을 복합적층한 7종류의 복합적층재를 제작하였고, 정적 휨 강도성능에 미치는 수종밀도의 영향을 조사하였다.
이 연구에서는 환경부하가 적은 산림훼손지 생태 복원용 단위격자틀의 개발을 목적으로, 콘크리트와 국내산 침엽수 4종, 국내산 활엽수 3종을 각각 복합 적층한 복합적층재를 제작하였고, 정적 휨 강도성능을 평가하여 다음의 결론을 얻었다.
제안 방법
하중은 복합적층재의 축방향에 직교하게 부하하였으며, 시험편의 하중-변위(처짐)곡선으로부터 휨 탄성계수(MOE), 휨 강도(MOR)를 다음의 식(1)과 식(2)를 통해 계산하였다. 또한 각 라미나의 휨 탄성계수로부터 복합적층재의 휨 탄성계수 예측치(Ee)를 식(3)의 등가단면법을 통해 구하여 실측치와 비교하였다.
목재, 콘크리트 및 복합적층재의 휨 비례한도 응력은 응력-변형률 곡선의 비례역에 평행하게 직선을 그어 응력-변형률 곡선의 비례역을 이탈하는 최초로 부분으로 결정하였다.
5 mm (T) × 360 mm (L)의 크기로 마무리가공하여 시험편으로 사용하였다. 목재-콘크리트 복합적층재 시험편의 종류는 Fig. 1에 나타낸 것처럼, 침엽수와 콘크리트 복합적층재 4종류, 삼나무콘크리트(CS), 편백-콘크리트(CH), 낙엽송-콘크리트(CL), 소나무-콘크리트(CP)와 활엽수와 콘크리트 복합적층재 3종류, 밤나무-콘크리트(CC), 백합나무-콘크리트(CT), 굴참나무-콘크리트(CO)의 총 7종류로 하였고, 시험편의 수는 각 조건 당 4개씩 총 28개로 하였다.
목재-콘크리트 복합적층재의 정적 휨 강도성능을 평가하기 위해 실시한 정적 휨 시험은 스팬 300 mm, 하중점과 지점 사이의 거리 100 mm (3등분점), 하중속도 5 mm/min의 4점하중 방식으로 만능재료시험기(Instron 5969)를 이용하여 실시하였다. 하중은 복합적층재의 축방향에 직교하게 부하하였으며, 시험편의 하중-변위(처짐)곡선으로부터 휨 탄성계수(MOE), 휨 강도(MOR)를 다음의 식(1)과 식(2)를 통해 계산하였다.
25 mm (T) × 360 mm (L)의 크기로 제작하였다. 이들 라미나는 20℃, 65%RH의 항온항습실에서 2주일 이상 조습한 후, 밀도를 측정하였고, 휨 파괴하중의 약 10%의 하중을 부하하여 비파괴적으로 휨 탄성계수를 측정하여 복합적층용으로 분류하였다. 목재-콘크리트 복합적층을 위한 접착제는 에폭시 수지(Cemedine Co.
대상 데이터
이들 라미나는 20℃, 65%RH의 항온항습실에서 2주일 이상 조습한 후, 밀도를 측정하였고, 휨 파괴하중의 약 10%의 하중을 부하하여 비파괴적으로 휨 탄성계수를 측정하여 복합적층용으로 분류하였다. 목재-콘크리트 복합적층을 위한 접착제는 에폭시 수지(Cemedine Co., Ltd.)를 사용하였으며, 도포량은 단면도포로 약 300 g/m2으로 하였다. 압체는 토크렌치를 사용하여 0.
목재는 제재 후, 2년 이상 충분히 건조한 것을 사용하였으며, 콘크리트 라미나와 목재라미나는 20 mm (W) × 6.25 mm (T) × 360 mm (L)의 크기로 제작하였다.
이 연구에서는 콘크리트(concrete)와 삼나무(Japanese cedar), 편백나무(Japanese cypress), 낙엽송(Japanese larch), 소나무(red pine)의 국내산 침엽수 4수종과 밤나무(chestnut), 백합나무(tulip tree), 굴참나무(oriental oak)의 국내산 활엽수 3수종을 공시재료로 사용하였으며, 콘크리트는 시멘트(25%), 석영(30%), 석회(25%), 천연펄프(15%), 진주안분(5%)을 혼합하여 제조한 콘크리트보드를 사용하였다. 목재는 제재 후, 2년 이상 충분히 건조한 것을 사용하였으며, 콘크리트 라미나와 목재라미나는 20 mm (W) × 6.
성능/효과
1) 목재-콘크리트 복합적층재의 휨 탄성계수는 8.58 - 12.2 GPa의 범위에 있었고, 콘크리트의 휨 탄성계수에 비해 0.9 - 1.3배의 값을 나타내었다. 이 값은 삼나무-콘크리트 복합적층재를 제외한 대부분의 수종에서 콘크리트의 휨 탄성계수에 비해 높은 값을 나타내었고, 전반적으로 수종의 밀도에 비례하여 탄성계수의 증가를 나타내는 것이 확인되었다.
2) 목재-콘크리트 복합적층재의 휨 비례한도 응력은 9.27 - 12.1 MPa의 범위에 있었고, 콘크리트의 휨 비례한도 응력에 비해 1.2 - 1.6배 높은 값을 나타내는 것이 확인되었다. 그러나 이 값은 콘크리트의 매우적은 휨 비례한도 변형률 때문에 목재적층재에 비해 낮은 값을 나타내는 것이 확인되었다.
3) 목재-콘크리트 복합적층재의 휨 강도는 15.2 - 30.1 MPa의 범위에 있었고, 콘크리트에 목재를 복합적층함에 따라 콘크리트의 휨 강도에 비해 1.3 - 2.7배의 현저히 높은 값을 나타내었다. 이를 통해 목재-콘크리트 복합적층재가 콘크리트를 대체한 생태복원재료로 사용이 가능할 것으로 생각된다.
그 크기는 굴참나무(O) > 낙엽송(L) > 편백나무(H)>백합나무(T) > 밤나무(C) > 소나무(P) > 삼나무(S) 순으로 나타났으며, 목재의 휨 탄성계수는 콘크리트의 1.1 - 2.0배 높은 값을 나타내었고, 전반적으로 밀도가 높은 수종이 높은 휨 탄성계수를 나타내는 것이 확인되었다.
또한, 그 크기는 굴참나무(O) > 낙엽송(L) > 편백나무(H) > 백합나무(T) > 밤나무(C) >소나무(P) > 삼나무(S) 순으로 나타났으며, 휨 탄성계수와 같이 대체로 밀도가 높은 수종이 휨 비례한도응력이 높은 경향을 나타내었다.
5에 나타낸다. 목재-콘크리트 복합적층재의 휨 강도는 굴참나무-콘크리트(CO)가 30.1 MPa로 가장 높은 값을 나타내었고, 삼나무-콘크리트(CS)가 15.2 MPa로 가장 낮은 값을 나타내었다. 휨 강도의 크기는 굴참나무-콘크리트(CO) > 낙엽송-콘크리트(CL) > 백합나무-콘크리트(CT) > 밤나무-콘크리트(CC) = 편백나무-콘크리트(CH) > 소나무-콘크리트(CP) > 삼나무-콘크리트(CS)순을 나타내었고, Fig.
4는 목재-콘크리트 복합적층재의 휨 비례한도 응력을 나타낸다. 목재-콘크리트 복합적층재의 휨 비례한도 응력은 백합나무-콘크리트 복합적층재(CT)가 12.1 MPa로 가장 높은 값을 나타내었고, 밤나무-콘크리트 복합적층재(CC)가 9.27 MPa로 가장 낮은 값을 나타내었다. 그 크기는 백합나무-콘크리트(CC) > 굴참나무-콘크리트(CO) > 소나무-콘크리트(CP) > 삼나무콘크리트(CS) > 편백-콘크리트(CH) > 낙엽송-콘크리트(CL) > 밤나무-콘크리트(CC) 순으로 나타났고, Fig.
3 MPa을 나타내었다. 목재라미나의 휨 강도는 굴참나무가 116 MPa로 가장 높은 값을 나타내었고, 소나무가 67.5 MPa로 가장 낮은 값을 나타내었다. 이 값은 콘크리트의 6.
2는 목재-콘크리트 복합적층재의 휨 탄성계수를 나타낸다. 복합적층재의 휨 탄성계수는, 굴참나무-콘크리트(CO)가 12.2 GPa로 가장 높은 값을 나타내었고, 삼나무-콘크리트(CS)가 8.58 GPa로 가장 낮은 값을 나타내었다. 이 값은 콘크리트의 휨 탄성계수에 비해 0.
3배의 값을 나타내었다. 이 값은 삼나무-콘크리트 복합적층재를 제외한 대부분의 수종에서 콘크리트의 휨 탄성계수에 비해 높은 값을 나타내었고, 전반적으로 수종의 밀도에 비례하여 탄성계수의 증가를 나타내는 것이 확인되었다.
5 MPa로 가장 낮은 값을 나타내었다. 이 값은 콘크리트의 6.0 - 10.8배의 매우 높은 값을 나타내었고, 그 크기는 휨 탄성계수와 대체로 비슷한 순을 나타냈으며, 밀도에 비례하여 휨 강도가 증가하는 밀도의존성을 나타내었다.
97의 값을 나타내어 실측치가 예측치보다 약간 낮은 값을 나타내었다. 전반적으로 활엽수에 비해 침엽수가 양자의 차이가 컸고, 수종의 밀도에 따른 뚜렷한 차이는 확인되지 않았다. 이 값은 Park et al.
휨 강도의 크기는 굴참나무-콘크리트(CO) > 낙엽송-콘크리트(CL) > 백합나무-콘크리트(CT) > 밤나무-콘크리트(CC) = 편백나무-콘크리트(CH) > 소나무-콘크리트(CP) > 삼나무-콘크리트(CS)순을 나타내었고, Fig. 5에 나타낸 것처럼, 수종의 밀도에 비례하여 휨 강도는 증가하였고, 양자간에 1% 수준의 유의성이 확인되었다.
후속연구
7배의 현저히 높은 값을 나타내었다. 이를 통해 목재-콘크리트 복합적층재가 콘크리트를 대체한 생태복원재료로 사용이 가능할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지구온난화가 산림에 끼치는 영향은?
최근 자연재해와 각종 산림개발에 따른 산림 훼손 면적이 매년 증가하고 있다. 특히 지구온난화에 따른 기후변화로 태풍, 집중호우, 강우패턴변화 등의 자연재해로 인해 훼손된 산림은 고유 산림식물의 서식환경 악화와 더불어 산림 생태계 교란과 산림의 건강성을 저하시키고 있다. 산림청 연차보고서(산림청, 2014)에 의하면 태풍과 집중호우 등의 자연재해로 인해 발생한 우리나라의 산사태 면적은 2004년 이후 연평균 456 ha로 1980년대의 231 ha보다 1.
실험에서 목재의 휨 탄성계수가 가장 높은 값을 나타낸 나무는?
50 GPa을 나타내었다. 목재의 휨 탄성계수는 굴참나무(O)가 18.6 GPa로 가장 높은 값을 나타내었고, 삼나무(S)가 9.
콘크리트는 휨 강도와 인장강도가 낮은 문제점을 개선하기 위해 진행중인 연구는?
, 2012). 이러한 단점을 줄이기 위해 콘크리트의 공극률을 높여 수서 식물의 서식공간을 제공하고 생육기반을 마련해주는 식생기반 콘크리트(Jo, 2008), 콘크리트 사용연한을 증가시킨 고내구성 콘크리트(Ryou et al., 2005, Park et al., 2007) 및 콘크리트 제작 과정에서 재료의 사용량을 감소시킨 콘크리트(Ryou et al., 2012) 등의 개발을 통해, 시멘트 사용량을 절감하여 환경부하를 줄이기 위한 연구가 지속되고 있다. 또한, 고인성시멘트 복합재료(High performance fiber reinforced cementitious composites: HPFRCC)에 관한 연구(V.
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