FRP Hybrid Bar는 내부에 강재를 유리섬유와 에폭시 수지가 코팅된 형태로 사용되는데, 인장경화 성능이 있으며, 경량이므로 효과적인 보강재료로 사용될 수 있다. 자외선 및 동결융해에 노출된 에폭시는 표면 열화가 발생하기 쉬우며, 이는 매립된 철근 및 표면의 콘크리트와의 부착력 저하를 야기할 수 있다. 본 연구에서는 일반철근, FRP Hybrid Bar 및 자외선(UV) 폭로시험을 거친 FRP Hybrid Bar의 외관특성분석을 실시하였다. 또한 각 보강재를 사용하여 콘크리트 인발 공시체를 제조하였으며, 동결융해시험을 실시해 Cycle에 따른 부착성능을 분석하였다. FRP Hybrid Bar는 UV 폭로시험 후에도 표면 산화(Chalking)와 같은 에폭시계 재료의 열화가 나타나지 않았다. 동결융해시험은 120Cycle 및 180Cycle까지 진행하였는데, UV 폭로시험 후 FRP Hybrid Bar를 사용한 공시체는 $241{\pm}kN$ 부착력을 가지고 있었다. 이는 일반철근 대비 약 106.3%수준으로 개선된 부착강도인데, FRP Hybrid Bar 표면의 규사코팅에 따라 부착면적이 증가했기 때문이다. 3가지 조건(일반철근, FRP Hybrid Bar, UV 폭로시험 후의 FRP Hybrid Bar)에 대하여, 동결융해 Cycle이 증가함에 따라 부착력이 크게 감소하지는 않았으나, 코팅된 규사의 박락으로 인해 UV 시험 이후의 동결융해를 거친 조건에서는 실험 편차가 상대적으로 증가하였다.
FRP Hybrid Bar는 내부에 강재를 유리섬유와 에폭시 수지가 코팅된 형태로 사용되는데, 인장경화 성능이 있으며, 경량이므로 효과적인 보강재료로 사용될 수 있다. 자외선 및 동결융해에 노출된 에폭시는 표면 열화가 발생하기 쉬우며, 이는 매립된 철근 및 표면의 콘크리트와의 부착력 저하를 야기할 수 있다. 본 연구에서는 일반철근, FRP Hybrid Bar 및 자외선(UV) 폭로시험을 거친 FRP Hybrid Bar의 외관특성분석을 실시하였다. 또한 각 보강재를 사용하여 콘크리트 인발 공시체를 제조하였으며, 동결융해시험을 실시해 Cycle에 따른 부착성능을 분석하였다. FRP Hybrid Bar는 UV 폭로시험 후에도 표면 산화(Chalking)와 같은 에폭시계 재료의 열화가 나타나지 않았다. 동결융해시험은 120Cycle 및 180Cycle까지 진행하였는데, UV 폭로시험 후 FRP Hybrid Bar를 사용한 공시체는 $241{\pm}kN$ 부착력을 가지고 있었다. 이는 일반철근 대비 약 106.3%수준으로 개선된 부착강도인데, FRP Hybrid Bar 표면의 규사코팅에 따라 부착면적이 증가했기 때문이다. 3가지 조건(일반철근, FRP Hybrid Bar, UV 폭로시험 후의 FRP Hybrid Bar)에 대하여, 동결융해 Cycle이 증가함에 따라 부착력이 크게 감소하지는 않았으나, 코팅된 규사의 박락으로 인해 UV 시험 이후의 동결융해를 거친 조건에서는 실험 편차가 상대적으로 증가하였다.
FRP Hybrid Bar, composed of an embedded steel and the coated composites with epoxy and glass fiber, is an effective construction material with tension-hardening performance and lightweight. The epoxy exposed to UV(Ultra Violet Rays) and FT(Freezing and Thawing) action easily shows a surface deterior...
FRP Hybrid Bar, composed of an embedded steel and the coated composites with epoxy and glass fiber, is an effective construction material with tension-hardening performance and lightweight. The epoxy exposed to UV(Ultra Violet Rays) and FT(Freezing and Thawing) action easily shows a surface deterioration, which can cause degradation of bonding strength between inside-steel and outside-concrete. In the present work, surface inspection for 3 different samples of normal steel, FRP Hybrid Bar before UV, and FRP Hybrid Bar after UV test was performed, then concrete samples with 3 reinforcement types were prepared for accelerated FT test. Through visual inspection on 3 typed reinforcement, no significant deterioration like chalking was evaluated. The results from FT test to 120 and 180 cycles showed FRP Hybrid Bar exposed to UV test has higher bonding strength than normal steel by 106.3% due to enlarged bond area by silica coating. The 3 cases showed a similar bond strength tendency with increasing FT cycles, however a relatively big deviations of bond strength were evaluated in FRP Hybrid Bar after UV test due to loss of silica coating.
FRP Hybrid Bar, composed of an embedded steel and the coated composites with epoxy and glass fiber, is an effective construction material with tension-hardening performance and lightweight. The epoxy exposed to UV(Ultra Violet Rays) and FT(Freezing and Thawing) action easily shows a surface deterioration, which can cause degradation of bonding strength between inside-steel and outside-concrete. In the present work, surface inspection for 3 different samples of normal steel, FRP Hybrid Bar before UV, and FRP Hybrid Bar after UV test was performed, then concrete samples with 3 reinforcement types were prepared for accelerated FT test. Through visual inspection on 3 typed reinforcement, no significant deterioration like chalking was evaluated. The results from FT test to 120 and 180 cycles showed FRP Hybrid Bar exposed to UV test has higher bonding strength than normal steel by 106.3% due to enlarged bond area by silica coating. The 3 cases showed a similar bond strength tendency with increasing FT cycles, however a relatively big deviations of bond strength were evaluated in FRP Hybrid Bar after UV test due to loss of silica coating.
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문제 정의
본 연구에서는 FRP Hybrid Bar의 동결융해와 UV 노출에 대한영향에 초점을 둔 실험을 진행하였다. FRP Hybrid Bar에 대해 UV 폭로시험을 진행한 후, 에폭시계 재료의 열화에 따른 실험 전/후의 외관특성분석을 실시하고, 이후 일반철근, FRP Hybrid Bar 및 UV 폭로시험을 거친 FRP Hybrid Bar를 준비하였다.
가설 설정
1. FRP Hybrid Bar의 UV 폭로시험 전/후를 비교하면, 에폭시계 재료의 표면 Chalking과 같은 열화는 나타나지 않았는데, 이는 표면에 규사코팅이 되어 있어 직접적인 UV 노출을 막아주기 때문이다. 하지만 본 실험에 사용된 FRP Hybrid Bar는 규사코팅이 되어있어 철근의 운송 및 콘크리트 타설 시 손실될 우려가 있어 이에 대한 보완이 필요하다고 판단된다.
제안 방법
본 연구에서는 FRP Hybrid Bar의 동결융해와 UV 노출에 대한영향에 초점을 둔 실험을 진행하였다. FRP Hybrid Bar에 대해 UV 폭로시험을 진행한 후, 에폭시계 재료의 열화에 따른 실험 전/후의 외관특성분석을 실시하고, 이후 일반철근, FRP Hybrid Bar 및 UV 폭로시험을 거친 FRP Hybrid Bar를 준비하였다. 이후 각주형 콘크리트를 제작하여 각각의 철근을 매립한 뒤 동결융해시험을 수행하여 0Cycle, 120Cycle, 180Cycle을 거친 콘크리트의 인발강도를 평가하였다.
UV 폭로시험은 KS M ISO 4892-2에 따라 온도 63±3℃, 습도 50±5%, 방사조도 0.52W/m2, 파장 340nm의 조건으로 총 400시간동안 FRP Hybrid Bar에 대해 실험을 수행하였다.
본 실험을 진행하기에 앞서 FRP Hybrid Bar의 열화인자로 작용할 수 있는 동결융해작용과 자외선을 FRP Hybrid Bar에 전처리하였다. 각 시험에 대한 철근 및 공시체에 대한 외관특성은 후술하였다.
동결융해시험은 인발시험 공시체 소요의 인발강도를 얻기 위해180Cycle까지 진행하였다. KS 규격에서는 300Cycle까지 진행하도록 되었으나, 시험의 제한이 있어 180Cycle까지만 실험을 수행하였다.
본 실험을 진행하기에 앞서 FRP Hybrid Bar의 열화인자로 작용할 수 있는 동결융해작용과 자외선을 FRP Hybrid Bar에 전처리하였다. 각 시험에 대한 철근 및 공시체에 대한 외관특성은 후술하였다.
FRP Hybrid Bar에 대해 UV 폭로시험을 진행한 후, 에폭시계 재료의 열화에 따른 실험 전/후의 외관특성분석을 실시하고, 이후 일반철근, FRP Hybrid Bar 및 UV 폭로시험을 거친 FRP Hybrid Bar를 준비하였다. 이후 각주형 콘크리트를 제작하여 각각의 철근을 매립한 뒤 동결융해시험을 수행하여 0Cycle, 120Cycle, 180Cycle을 거친 콘크리트의 인발강도를 평가하였다.
인발거동 평가는 일반철근, FRP Hybrid Bar, UV 폭로시험을 거친 FRP Hybrid Bar를 사용한 철근 인발 공시체를 제작하였고,동결융해 0Cycle, 120Cycle, 180Cycle의 총 3Case에 대해 인발거동 평가를 실시하였다. 인발시험을 위해 특수 제작된 강재 프레임을 이용하였으며, 이를 Fig.
동결융해시험은 KS F 2456에 따라 실시하였다. 재령 28일의 철근 인발 공시체에 대해 수중 급속 동결융해 방법으로 실험을 수행하였고, 목표 Cycle은 120Cycle, 180Cycle로 설정하였다. Fig.
4에 콘크리트 타설 후의 모습과 공시체를 양생하는 모습을 나타내었다. 타설 1일 이후 거푸집을 제거하였으며, 28일간 수중양생을 실시한 후 동결융해시험을 수행하였다.
대상 데이터
52W/m2, 파장 340nm의 조건으로 총 400시간동안 FRP Hybrid Bar에 대해 실험을 수행하였다. UV 폭로시험 간 셀에 존치할 수 있는 철근의 최대 길이가 200mm로 제한적이기 때문에, 본 실험에서 사용된 일반철근 및 FRP Hybrid Bar의 길이는 200mm로 제한하였다. Fig.
본 실험에 사용된 배합은 Table 1과 같은데, 목표 압축강도 24MPa, 목표 슬럼프는 180mm로 고려하였다. AE 감수제는 시멘트 중량의 0.
3 의 공시체 모식도와 같이 제작하였고 철근의 정착길이는 75mm로 설정하였다. 일반철근은 D13 SD400 이형철근을 이용하였으며,FRP Hybrid Bar는 D13 이형철근에 FRP 보강 후 규사코팅 된 것을 사용하여 실험을 수행하였다. Fig.
이론/모형
동결융해시험은 KS F 2456에 따라 실시하였다. 재령 28일의 철근 인발 공시체에 대해 수중 급속 동결융해 방법으로 실험을 수행하였고, 목표 Cycle은 120Cycle, 180Cycle로 설정하였다.
성능/효과
2. 각 철근을 사용한 공시체의 인발강도 그래프는 모두 비슷한 경향을 나타내었고, 모든 공시체에서 동결융해 Cycle이 지남에도 불구하고 0Cycle 공시체의 인발강도와 큰 차이를 나타내지 않았다. FRP Hybrid Bar와 UV 폭로시험을 거친 FRP Hybrid Bar를 사용한 공시체에서는 24±1kN수준의 인발강도가 측정되었고 일반철근 공시체 대비 약 106% 수준의 개선된 부착강도를 나타내었는데, 이는 FRP Hybrid Bar 표면의 규사코팅이 부착면적을 증가시키기 때문이다.
3. FRP Hybrid Bar는 UV 폭로시험 전/후를 비교하였을 때 동결융해 Cycle의 진행에 따라 부착강도의 변화가 거의 나타나지 않았지만, 강도의 편차가 발생하였는데 이는 규사코팅의 손실로 인한 것으로 보인다.
4. 본 실험에서는 UV나 동결융해작용은 FRP Hybrid Bar의 외관 특성이나 부착강도에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 평가되었다. 그러나 동결융해를 거친 FRP Hybrid Bar에 대한 부식저항성에 대한 추가적인 연구는 필요할 것으로 판단된다.
Table 1을 사용한 배합으로 재령 28일 공시체에 대해 압축강도를 측정한 결과, 평균 25.1MPa의 강도가 측정되었고 , 공기량의 경우 5.0±1.5%, 슬럼프의 경우는 180mm로 측정되어 실험에 충분히 사용할 수 있을 것으로 판단하였다.
후속연구
본 실험에서는 UV나 동결융해작용은 FRP Hybrid Bar의 외관 특성이나 부착강도에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 평가되었다. 그러나 동결융해를 거친 FRP Hybrid Bar에 대한 부식저항성에 대한 추가적인 연구는 필요할 것으로 판단된다.
FRP Hybrid Bar의 UV 폭로시험 전/후를 비교하면, 에폭시계 재료의 표면 Chalking과 같은 열화는 나타나지 않았는데, 이는 표면에 규사코팅이 되어 있어 직접적인 UV 노출을 막아주기 때문이다. 하지만 본 실험에 사용된 FRP Hybrid Bar는 규사코팅이 되어있어 철근의 운송 및 콘크리트 타설 시 손실될 우려가 있어 이에 대한 보완이 필요하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
FRP Hybrid Bar의 특징은 무엇인가?
FRP Hybrid Bar는 내부에 강재를 유리섬유와 에폭시 수지가 코팅된 형태로 사용되는데, 인장경화 성능이 있으며, 경량이므로 효과적인 보강재료로 사용될 수 있다. 자외선 및 동결융해에 노출된 에폭시는 표면 열화가 발생하기 쉬우며, 이는 매립된 철근 및 표면의 콘크리트와의 부착력 저하를 야기할 수 있다.
에폭시의 장점에도 불구하고 전반적인 장기 내구성에 대한 염려가 존재하는데 그것은 무엇인가?
하지만 이러한 장점에도 불구하고 전반적인 장기 내구성에 대한 염려가 존재한다. 특히 심한 외부환경 조건에서 유지되어야 하는 성능과 관련해 공학적인 성능저하가 발생한다. 이러한 점을 고려해 습도, 온도, UV(Ultra-Violet Rays), 열주기, 기계적 피로 등 에폭시 자체의 성능 평가에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔다(Bhavesh G et al.
FRP가 어디에 사용되며, 장점은 무엇인가?
1999). FRP는 주로 판접착 방식으로 제조되어 보수 및 보강에 사용되는데, 인장강도가 높으면서도 부식에 대한 저항성이 크고 강도/중량비가 커 콘크리트 구조물의 자중을 감소시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만 FRP는 고가이며 내구성에 대한 실제적인 실험자료의 부족 및 설계기준의 미정립화로 인하여 그 사용이 제한되어왔다.
참고문헌 (15)
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