[논문]보수보강을 실시한 철근콘크리트 보의 동결융해시험을 통한 휨강도 및 내구성 평가

이창현; 어석홍

doi:10.5392/jkca.2018.18.11.455

보수보강을 실시한 철근콘크리트 보의 동결융해시험을 통한 휨강도 및 내구성 평가
Flexural Strength and Durability Evaluation by Freezing and Thawing Test of Repaired Reinforced Concrete Beams 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.18 no.11, 2018년, pp.455 - 461

이창현 (한국인프라관리 주식회사) , 어석홍 (창원대학교 토목환경화공융합공학부)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 DFRCC 보수모르타르와 탄소섬유시트를 사용하여 보수보강을 실시한 철근콘크리트보를 대상으로 동결융해시험을 실시하여 휨강도 및 동탄성계수를 측정하고 비교 평가한 실험적 연구결과를 제시하였다. 이를 위해 $100{\times}100{\times}400mm$ 크기의 각주형 보를 총 14개 제작하여 KS F 2456에 따른 동결융해시험과 휨강도 시험을 실시하였다. 인장 및 압축측에서 각각 3-D10의 철근을 배치하였으며, 보수보강은 보의 3면에 각각 실시하였다. 동결융해시험에서는 각각 100 Cycle 및 200 Cycle에서 상대동탄성계수를 산정하였다. 실험결과, 휨강도에서는 탄소섬유시트를 사용한 경우가 DFRCC 보수모르타르의 경우보다 약 15% 정도 크게 나타났으며, 동탄성계수 측면에서는 큰 차이를 보이지 않았다. 이는 공시체 크기에 비해 비교적 많은 철근량이 배근되어 간섭효과가 나타난 것으로 추정되어 추가적인 실험과 연구가 필요한 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents experimental investigations about flexural strength and durability of reinforced concrete beams repaired using ductile fiber reinforced cementitious composite (DFRCC) and carbon fiber sheet through freezing and thawing test. Total 14 RC beams of $100{\times}100{\times}400mm$ size were tested by 3-point bending and freezing and thawing test by KS F 2456. The beams were reinforced using 3D10 steels on both the tensile and compressive sides, and repaired on 3 sides expect on top cycle. Test results showed that the beams repaired using fiber carbon sheet revealed about 15% higher values of flexural strength compared than the cases of DFRCC motar. On the other hand, the results did not showed meaningful differences in the aspect of durability. For further research, consideration of the steel interference effect and real old specimens such as taken from real deteriorated structures are needed to be tested after repairing with DFRCC and carbon fiber sheet.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 보수보강이 철근콘크리트보의 내구성 증대 및 수명연장에 얼마나 영향을 미치는지를 비교 분석하기 위해 KS F 2456 급속 동결융해에 대한콘크리트의 저항 시험방법을 사용하여 수행하였다.
본 연구는 일정기간의 동결융해작용을 받은 철근콘크리트 보에 DFRCC 보수모르타르, 탄소섬유시트를 이용해 보수보강을 실시하였을 때의 휨강도와 동탄성계수 회복에 대한 기초적인 자료를 제시하고자 실시하였다. 이를 위하여 100x100x400mm 각주형 공시체를 제작하여 동결융해작용의 정도, 보수보강재의 유무 및 종류에 따른 휨강도 및 동탄성계수를 알아보는 실험을 수행하였으며, 그 결과는 다음과 같다.

제안 방법

1단계는 동일한 배합비를 이용하여 콘크리트를 만들고 고온증기양생기를 이용하여 양생시켜 철근콘크리트 보를 만들었다.
2단계에서는 동결융해 시험기를 이용하여 100, 200 싸이클에 해당하는 동결융해를 반복한 후 공명진동수를 찾아내고 동탄성계수 및 휨강도 값을 측정하여, 변화를 비교 분석 하였다.
3단계에서는 DFRCC 보수모르타르와 탄소섬유시트를 이용하여 보강한 뒤 각각의 공명진동수와 강도를 측정하여 동탄성계수 및 휨강도를 비교 분석 하였다.
동결융해시험을 통해 DFRCC 보수모르타르 및 탄소 섬유시트에 의한 보수보강 효과를 파악하기 위하여 동결융해 영향 기간(0, 100, 200 싸이클), 보강 유무 및 보강재료를 주요 변수로 설정하였다. DFRCC 보수모르타르 보강은 상면을 제외한 세면에 U자형으로 두께20mm의 DFRCC 보수모르타르를 흙손으로 시공하고 피막양생제를 도포하였다. 탄소섬유시트 보강은 실험체 표면 라운딩 처리 후 프라이머를 도포하고 탄소섬유 시트를 부착한 후 레진 도포로 마무리하고 7일 양생 후 공명진동수 및 휨강도의 변화를 측정하여 기준값과 비교 후 보강여부에 따른 보강효과를 검토하였다.
동결융해 작용을 받은 철근콘크리트의 보수보강 효과를 알아보기 위한 실험은 3단계로 나누어 진행 하였다.
동결융해시험을 통해 DFRCC 보수모르타르 및 탄소 섬유시트에 의한 보수보강 효과를 파악하기 위하여 동결융해 영향 기간(0, 100, 200 싸이클), 보강 유무 및 보강재료를 주요 변수로 설정하였다.
보수보강용 모르타르(HRM-400), 수용성 신구콘크리트 접착제(HRM-50)와 탄소섬유(SK-300)을 사용하여 기제작한 RC보의 3면을 보강하였다.
본 연구는 일정기간의 동결융해작용을 받은 철근콘크리트 보에 DFRCC 보수모르타르, 탄소섬유시트를 이용해 보수보강을 실시하였을 때의 휨강도와 동탄성계수 회복에 대한 기초적인 자료를 제시하고자 실시하였다. 이를 위하여 100x100x400mm 각주형 공시체를 제작하여 동결융해작용의 정도, 보수보강재의 유무 및 종류에 따른 휨강도 및 동탄성계수를 알아보는 실험을 수행하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
따라서 본 연구에서는 보수보강이 철근콘크리트보의 내구성 증대 및 수명연장에 얼마나 영향을 미치는지를 비교 분석하기 위해 KS F 2456 급속 동결융해에 대한콘크리트의 저항 시험방법을 사용하여 수행하였다. 이를 위해 동결융해 반복 싸이클과 DFRCC 보수모르타르및 탄소섬유시트를 변수로 이용하여 내구성 및 강도를비교분석하였다.
탄소섬유시트 보강은 실험체 표면 라운딩 처리 후 프라이머를 도포하고 탄소섬유 시트를 부착한 후 레진 도포로 마무리하고 7일 양생 후 공명진동수 및 휨강도의 변화를 측정하여 기준값과 비교 후 보강여부에 따른 보강효과를 검토하였다.

대상 데이터

각각의 부재에 대하여 동일한 실험체를 2개씩 총 14개의 실험체를 제작하였다. [표 5]에 각 실험변수를 정리하여 표로 나타내었고, [그림 3-5]에 시험체 제작 과정, 동결융해 시험 및 휨강도 시험 과정을 나타내었다.
본 실험에 사용된 시험체는 [그림 1][그림 2]와 같이 길이 400mm, 높이 100mm, 폭 100mm 크기로 동결융해 시험기에 사용되는 몰드로 만든 각주형 공시체이다.
본 실험에서는 국내 D사의 1종 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 혼화재는 사용하지 않았다. 콘크리트의 배합은 W/C비 50.
1MPa이었다. 인장 주철근은 3-D10(SD300)을 사용하였다. 보수보강용 모르타르(HRM-400), 수용성 신구콘크리트 접착제(HRM-50)와 탄소섬유(SK-300)을 사용하여 기제작한 RC보의 3면을 보강하였다.

이론/모형

동결융해시험은 KS F 2456 급속 동결융해 시험법에 규정된 A법인 수중 급속 동결 융해 시험방법을 따라 콘크리트 공시체의 중심온도가 동결 시 -18℃와 융해 시4℃가 되도록 수중에서 동결융해의 반복 작용을 200 싸이클까지 실시하였다.

성능/효과

1. 동결융해작용 및 보수보강을 하지 않은 기준보(A)에 비하여 보수보강을 실시하지 않은 보에 100 싸이클(B), 200 싸이클(E) 동결융해작용 후의 휨강도는 평균 4.1%, 11.6%로 감소하였으며, 동탄성계수는 평균 0.2%, 2.2% 감소하였다.
100 싸이클의 동결융해작용을 받은 시험체 중 기준이 되는 B 시험체와 비교하였을 때, DFRCC 보수모르타르로 보수보강을 실시한 C 시험체는 평균 21.7%의 강도 증진을 보였으며, 탄소섬유시트로 보수보강을 실시한D 시험체는 평균 40.2% 강도 증진을 확인할 수 있었다.
2. 100, 200 싸이클의 동결융해작용을 받은 철근콘크리트 보에 DFRCC 보수모르타르로 보수보강을 실시하였을 때 보(C, F)의 휨강도는 각각의 동결융해작용을 받고 보수보강을 실시하지 않은 보 (B, E)에 비해 평균 21.7%, 20.6%의 증진을 보였다. 동탄성계수는 보수보강을 실시하기 전에 비해 0.
3. 100, 200 싸이클의 동결융해작용을 받은 철근콘크리트 보에 탄소섬유시트로 보수보강을 실시하였을때 보(D, G)의 휨강도는 각각의 동결융해작용을받고 보수보강을 실시하지 않은 보(B, E)에 비해평균 40.2%, 41.0%의 증진을 보였다. 동탄성계수는 보수보강을 실시하기 전에 비해 0.
4. DFRCC 보수모르타르와 탄소섬유시트의 보수보강 성능을 비교하였을 때, 100 싸이클의 동결융해작용을 받은 시험체(C, D)에서 휨강도는 기준 공기체에 비해 각각 21.7%, 40.2%의 증진을 보였으며, 동탄성계수는 각각 0.1%, 0.2%의 증진을 보였다. 또한, 200 싸이클의 동결융해작용을 받은 시험체(F, G)에서 휨강도는 기준 공시체에 비해 각각20.
[그림 7(b)]와 같이 200 싸이클의 동결융해작용을 받은 E 시험체의 강도는 동결융해 작용을 받지 않은 A 시험체와 비교하였을 때 평균 7.8% 감소하였으나, 200 싸이클의 동결융해작용을 받은 시험체 중 기준이 되는 E 시험체와 비교하였을 때, DFRCC 보수모르타르로 보수 보강을 실시한 F 시험체는 평균 20.6% 휨강도 증진을 보였으며, 탄소섬유시트로 보수보강을 실시한 G 시험체는 평균 41% 휨강도 증진을 확인할 수 있었다.
2%의 증진을 보였다. 또한, 200 싸이클의 동결융해작용을 받은 시험체(F, G)에서 휨강도는 기준 공시체에 비해 각각20.6%, 41.0%의 증진을 보였으며, 동탄성계수는각각 0.3%, 0.2% 증진을보였다. 이러한 결과로 휨강도는 탄소섬유시트가 DFRCC 보수모르타르보다 약 30～85% 가량의 증진 효과를 나타내었다.
시험체별 동결융해 싸이클에 해당하는 공명진동수가 상이하므로 각각의 시험체별 공명진동수를 측정하여동탄성계수를 비교하였을 때, 100 싸이클의 동결융해작용을 받았을 때 평균 0.3%감소하였으며, 200 싸이클의 작용을 받았을 때는 평균 2.3% 감소하였다.
2% 증진을보였다. 이러한 결과로 휨강도는 탄소섬유시트가 DFRCC 보수모르타르보다 약 30～85% 가량의 증진 효과를 나타내었다.
본 실험에서는 국내 D사의 1종 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 혼화재는 사용하지 않았다. 콘크리트의 배합은 W/C비 50.3%, 굵은 골재의 최대치수 9mm로 하였으며, 28일간 표준양생을 실시한 후 KS F 2453에의한 평균 압축강도는 22.1MPa이었다. 인장 주철근은 3-D10(SD300)을 사용하였다.

후속연구

5. 동탄성계수를 구할 때, 공명진동수 측정기를 이용하여 공명진동수를 측정하게 되는데 이 값에 차이가 미미한 것은 전체 시험체 단면적에서 철근이 차지하는 비율이 실제 구조물보다 높아 간섭작용이발생한 것으로 추정되며 이에 대해서는 추가적인실험과 연구가 필요한 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	DFRCC 보수모르타르의 특징은 ?	먼저, DFRCC 보수모르타르는 연성이나 강도 측면에서 콘크리트보다 월등한 고기능성을 갖고 있어 콘크리트의 온도 및 건조수축 균열을 방지하고 휨 강성과 전단강도 등 강도를 개선함은 물론 염분이나 기타 유해한 화학성분의 침투를 억제하여 내구성을 증진시킬 목적으로 여러 가지 연구가 이루어져 왔다. 한편, 탄소섬유보강공법은 탄소섬유를 일 방향으로 배열, 시트(천)화시켜 구조 내력이 부족한 콘크리트(기둥, 보, 슬래브등) 표면에 에폭시 수지로 함침, 접착, 경화시키는 공정을 통해 콘크리트와 일체화시켜 구조 내력을 증강시키는 공법으로 기존의 철판 보강공법 등에 비하여 고강도, 고내구성, 등을 발현하는 뛰어난 최첨단 공법이다[5-12].
	철근 콘크리트의 특징은 ?	토목, 건축 분야에서 이용되는 대표적인 재료로는 다른 재료에 비해 높은 내구성을 지니고 있는 철근 콘크리트가 있다. 철근콘크리트는 건설구조물의 대표적인 재료임에 따라 항시 외부에 노출되어 있으며, 외부의 영향을 받는다.
	동결융해작용의 정도에 따라 다른 실험 결과는 ?	2. 100, 200 싸이클의 동결융해작용을 받은 철근콘크리트 보에 DFRCC 보수모르타르로 보수보강을 실시하였을 때 보(C, F)의 휨강도는 각각의 동결융해작용을 받고 보수보강을 실시하지 않은 보 (B, E)에 비해 평균 21.7%, 20.6%의 증진을 보였다. 동탄성계수는 보수보강을 실시하기 전에 비해 0.1%,0.3%의 증진을 각각 보였다.

참고문헌 (12)

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김정희, 임승찬, 김재환, 권영진, "고인성 내화 보수모르터를 활용한 RC구조물 보수공법의 내구성능 및 내화력에 관한 실험적연구," 한국구조물진단유지관리공학회 논문집, 제16권, 제2호, pp. 75-86, 2012.
어석홍, 손기민, "고인성 섬유 시켄트 복합재료를 사용한 RC보의 전단보강효과," 한국산학기술학회논문지, 제15권, 제9호, pp. 5844-5853, 2014.

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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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