[논문]규사 코팅 방법에 따른 FRP Hybrid Bar의 부착강도 평가

정규산; 박기태; 유영준; 서동우; 김병철; 박준석

doi:10.5762/kais.2017.18.12.118

규사 코팅 방법에 따른 FRP Hybrid Bar의 부착강도 평가
Evaluation of Bond Strength for FRP Hybrid Bar According to Coating Methods using Silica Sands 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.12, 2017년, pp.118 - 125

정규산 (한국건설기술연구원 구조융합연구소) , 박기태 (한국건설기술연구원 구조융합연구소) , 유영준 (한국건설기술연구원 구조융합연구소) , 서동우 (한국건설기술연구원 구조융합연구소) , 김병철 (한국건설기술연구원 구조융합연구소) , 박준석 (한국건설기술연구원 구조융합연구소)

초록
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본 논문은 FRP Hybrid Bar의 최적 부착 성능 도출을 위한 실험 결과를 나타낸다. FRP Hybrid Bar는 이형 철근의 부식문제를 해결하기 위하여 이형 철근 외측에 유리섬유를 감싸 만들어졌다. 콘크리트와의 부착 성능 향상을 위해 매끈한 FRP Hybrid Bar 표면에 수지와 규사를 이용하여 코팅하였고 수지의 종류 및 점도, 그리고 규사의 크기를 실험 변수로 하여 FRP Hybrid Bar의 부착 성능을 실험적으로 평가하였다. FRP Hybrid Bar의 부착 성능 평가를 위해 한 변의 길이가 200 mm인 정육면체 콘크리트 블록에 FRP Hybrid Bar를 매립하였고, 인발 실험을 통하여 FRP Hybrid Bar와 콘크리트의 계면에서의 최대 하중과 슬립을 측정하였다. 실험 결과로부터, 각 실험 변수에 따른 최대 하중 및 부착 강도를 산정하였고 FRP Hybrid Bar의 부착 성능이 가장 우수한 수지 종류 및 점도, 그리고 규사 크기를 도출하였다. 에폭시 수지와 5호 규사를 사용한 실험체의 최대부착강도는 이형철근의 최대부착강도 대비 약 35% 정도 증가되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we examined the bond performance of FRP Hybrid Bars. FRP Hybrid Bars are developed by wrapping glass fibers on the outside of deformed steel rebars to solve the corrosion problem. The surface of the FRP Hybrid Bars was coated with resin and silica sand to enhance its adhesion bonding performance with concrete. Various parameters, such as the resin type, viscosity, and size of the silica sand, were selected in order to find the optimal surface condition of the FRP Hybrid Bars. For the bonding test, FRP Hybrid Bars were embedded in a concrete block with a size of 200 mm3 and the maximum load and slip were measured at the interface between the FRP Hybrid Bar and concrete through the pull-out test. From the experimental results, the maximum load and bond strength were calculated as a function of each experimental variable and the resin type, viscosity and size of the silica sand giving rise to the optimal bond performance were evaluated. The maximum bond strength of the specimen using epoxy resin and No. 5 silica sand was about 35% higher than that of the deformed rebar.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서 FRP Hybrid Bar의 규사 코팅 방법에 따른 부착강도를 평가하기 위하여 수지의 종류, 수지의 점도, 그리고 사용 규사의 크기를 변수로 하여 직접부착 시험을 수행하였다. 수행된 시험으로부터 취득된 결과들을 정리하여 다음과 같은 결론들을 도출하였다.
본 연구에서는 FRP Hybrid Bar 표면에 규사를 코팅하여 부착성능을 개선하고자 하였으며 규사 직경, 수지 종류, 그리고 수지의 점도를 변수로 하여 시험체를 제작하였다. 직접부착시험을 수행하여 결과를 비교하였으며 최적의 부착성능을 나타내는 규사 코팅 방법을 도출하고자 하였다.

제안 방법

1에 나타낸 것과 같이 Braid-trusion 공정에 의해 제작되었다. Braid-trusion 방식을 통하여 섬유의 배열성을 향상하고 섬유 사이의 공극을 감소하기 위하여 유리섬유 다발 및 돌기 섬유에 소정의 인장력을 도입하였다. 유리섬유가 완전히 경화된 이후 시험 변수에 따른 표면 규사 코팅을 수행하였다.
본 연구에서는 FRP Hybrid Bar 표면에 규사를 코팅하여 부착성능을 개선하고자 하였으며 규사 직경, 수지 종류, 그리고 수지의 점도를 변수로 하여 시험체를 제작하였다. 직접부착시험을 수행하여 결과를 비교하였으며 최적의 부착성능을 나타내는 규사 코팅 방법을 도출하고자 하였다.

대상 데이터

또한 FRP Hybrid Bar의 부착성능을 상대적으로 비교하기 위하여 FRP Hybrid Bar에 사용된 인장 철근 직경과 같은 D16 이형철근과 GFRP의 두께를 포함한 FRP Hybrid Bar의 직경과 동일한 D22 이형철근을 포함하였다. 각각의 시험체 명은 3가지 시험 변수를 나타내는 숫자와 영문자로 표기하였으며 각각의 숫자 혹은 문자의 의미를 Table 1에 제시하였다.
두 번째 시험 변수는 규사의 부착을 위해 사용된 수지의 종류이다. 사용된 수지는 2 가지 종류로써 비닐에스터(Vinyl Ester)와 에폭시(Epoxy)를 사용하였다. 마지막 시험 변수는 사용된 수지의 점도이다.

이론/모형

시험 변수에 따른 직접부착 시험체 제작에 사용된 이형철근의 역학적 특성을 확인하기 위하여 ASTM A370에 따른 직접 인장 시험을 수행하였다[19]. 시험 결과에 의한 사용된 철근의 역학적 특성을 Table 2에 나타내었다.

성능/효과

(1) 에폭시 수지를 사용한 시험체의 부착강도가 비닐 에스터 수지를 사용한 경우보다 약 5 ∼ 35%정도 향상되었고 수지의 점도를 높인 경우보다 낮춘 경우에서 부착강도가 약 44%정도 향상되는 것으로 확인하였다. 점도가 낮은 수지를 사용함으로써 FRP Hybrid Bar에 보다 고르게 수지를 바를 수 있고 규사의 뭉침 현상이 없어 보다 균질한 부착면을 형성할 수 있었기 때문에 부착강도가 향상된 것으로 사료된다.
(2) 규사의 직경이 상대적으로 큰 5 호사를 사용한 F-5EO 시험체의 부착강도가 6 호사를 사용한 F-6EO 시험체의 부착강도보다 약 3.0 MPa 정도 큰 것을 확인하였고 이는 규사의 크기가 클수록 부착면이 거칠기 때문에 부착강도가 증가하는 것으로 판단된다.
(3) FRP Hybrid Bar의 규사 코팅을 위한 수지의 종류, 수지의 점도, 규사의 크기를 변수로 한 시험에서 가장 좋은 역학적 특성을 나타내는 시험체는 F-5EO였으며 약 10.73 MPa의 최대부착강도를 나타냈다. 이는 D16 이형철근의 최대부착강도 7.

후속연구

(4) 이형철근의 부식문제를 해결하기 위하여 개발된 FRP Hybrid Bar의 건설 분야 적용을 위해서 향후, FRP Hybrid Bar로 제작된 콘크리트 부재의 역학적 성능에 관한 실험적 조사와 해안가와 같은 염분노출 환경에서의 장기적인 내구성 조사가 추가적으로 수행될 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트의 문제점은 무엇인가?	철근과 콘크리트는 경제적이면서도 인장력 혹은 압축력에 대한 역학적 특성이 우수하여 구조 재료로써 널리 사용되고 있다. 하지만 콘크리트는 환경적인 요인과 시간이 지남에 따라 내구성이 저하되는 문제를 가지고 있다. 특히, 철근콘크리트 구조에서 콘크리트 내부에 위치한 철근의 부식문제는 매우 중요하다.
	GFRP 보강근의 문제점은 무엇인가?	한국건설기술연구원에서는 유리섬유강화폴리머(Glass Fiber Reinforced Polymer(GFRP)를 이용하여 보강근을 개발하였으며[4], 이에 대한 역학적 성능을 평가하기 위한 실험적 연구를 수행하였다[7-8]. 하지만 GFRP 보강근은 기존의 이형철근의 인장, 압축, 그리고 부착 성능과 같은 역학적 거동이 달라 현재의 구조설계 기준을 그대로 적용할 수 없는 문제를 가지고 있다. 따라서 이러한 문제를 보완하고자 하는 연구가 활발히 진행되었고[9-17], 한국건설기술연구원은 철근을 부식으로부터 보호하고 현재의 설계기준을 준용 가능한 FRP Hybrid Bar를 개발하였다[2,4].
	철근콘크리트 구조에서 내부 철근이 부식하게 되면 구조물에 어떤 영향을 미치는가?	특히, 철근콘크리트 구조에서 콘크리트 내부에 위치한 철근의 부식문제는 매우 중요하다. 내부 철근이 부식하게 되면 부피가 팽창하게 되고 이로 인해 주변 콘크리트에 균열을 발생시키게 된다. 발생된 균열을 따라 수분과 공기의 침투가 용이해지고 이에 따라 철근과 콘크리트에 열화는 가속화된다[1]. 결국, 철근 부식으로 인한 단면 손실과 그에 따른 내하력 감소, 철근과 콘크리트의 부착력 저하 등이 발생되고 이는 구조물의 안전성에 매우 심각한 영향을 미친다[2].

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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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