콘크리트 구조물은 다양한 환경에 노출되며, 부식환경인 해안가에서는 매립 보강재의 부식저항성 및 동결융해 저항성이 함께 평가되어야 한다. 최근 개발된 FRP Hybrid Bar는 내부에 강재가 있으며 유리섬유와 에폭시가 코팅된 보강재인데, 기존 FRP Bar보다 탄성계수가 높은 장점이 있다. 본 연구에서는 FRP Hybrid Bar에 대하여 동결융해 300 cycle 시험을 수행한 뒤, 내부식특성과 중량결손율, 및 부착특성을 평가하였다. 300 cycle 이후 2번 에폭시를 코팅한 경우에 규사의 손실이 가장 적었으며, 외관의 결함이 관측되지 않았다. 부착강도는 규사코팅에 따른 조도의 증가로 FRP Hybrid Bar의 경우 일반철근의 120 % 수준을 나타내었다. 또한 일반철근을 가진 시편의 부착력은 부식시간 3일에서는 0.86 ~ 0.89 배, 5일에서는 0.35~0.38 배로 크게 감소하였으나, 동결융해 전후의 FRP Hybrid Bar를 가진 콘크리트 공시체는 부착강도의 감소가 발생하지 않았다.
콘크리트 구조물은 다양한 환경에 노출되며, 부식환경인 해안가에서는 매립 보강재의 부식저항성 및 동결융해 저항성이 함께 평가되어야 한다. 최근 개발된 FRP Hybrid Bar는 내부에 강재가 있으며 유리섬유와 에폭시가 코팅된 보강재인데, 기존 FRP Bar보다 탄성계수가 높은 장점이 있다. 본 연구에서는 FRP Hybrid Bar에 대하여 동결융해 300 cycle 시험을 수행한 뒤, 내부식특성과 중량결손율, 및 부착특성을 평가하였다. 300 cycle 이후 2번 에폭시를 코팅한 경우에 규사의 손실이 가장 적었으며, 외관의 결함이 관측되지 않았다. 부착강도는 규사코팅에 따른 조도의 증가로 FRP Hybrid Bar의 경우 일반철근의 120 % 수준을 나타내었다. 또한 일반철근을 가진 시편의 부착력은 부식시간 3일에서는 0.86 ~ 0.89 배, 5일에서는 0.35~0.38 배로 크게 감소하였으나, 동결융해 전후의 FRP Hybrid Bar를 가진 콘크리트 공시체는 부착강도의 감소가 발생하지 않았다.
RC(Reinforced Concrete) structures are exposed to various exterior conditions, and the performances of both chloride resistance and freezing/thawing action are evaluated for those exposed to corrosive environment-sea shore. Recently developed FRP Hybrid Bars which is coated with glass fiber and epox...
RC(Reinforced Concrete) structures are exposed to various exterior conditions, and the performances of both chloride resistance and freezing/thawing action are evaluated for those exposed to corrosive environment-sea shore. Recently developed FRP Hybrid Bars which is coated with glass fiber and epoxy with core steel has an engineering advantage of higher Elasticity than FRP rod. In this work, corrosion resistance, weight loss, and bond strength are evaluated for the FRP Hybrid Bar tested through freezing/thawing action for 300cycles. The double coated FRP Hybrid Bar shows the least weight loss without defection due to freezing/thawing action. Bond strength in FRP Hybrid Bar increases to 120% of normal steel through torturity effect with Si-coating. Bond strength in normal steel shows 0.86~0.89times in 3-day corrosion acceleration and 0.35~0.38times in 5-day corrosion acceleration, however, that in FRP Hybrid Bar shows little changes in bond strength before and after freezing/thawing action.
RC(Reinforced Concrete) structures are exposed to various exterior conditions, and the performances of both chloride resistance and freezing/thawing action are evaluated for those exposed to corrosive environment-sea shore. Recently developed FRP Hybrid Bars which is coated with glass fiber and epoxy with core steel has an engineering advantage of higher Elasticity than FRP rod. In this work, corrosion resistance, weight loss, and bond strength are evaluated for the FRP Hybrid Bar tested through freezing/thawing action for 300cycles. The double coated FRP Hybrid Bar shows the least weight loss without defection due to freezing/thawing action. Bond strength in FRP Hybrid Bar increases to 120% of normal steel through torturity effect with Si-coating. Bond strength in normal steel shows 0.86~0.89times in 3-day corrosion acceleration and 0.35~0.38times in 5-day corrosion acceleration, however, that in FRP Hybrid Bar shows little changes in bond strength before and after freezing/thawing action.
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문제 정의
본 연구에서는 부착력을 더욱 확보하기 위하여 에폭시-규사코팅이 된 FRP Hybrid Bar를 대상으로 동결융해 시험을 수행하였으며, 동결융해에 따른 중량변화율을 평가하였다. 또한 동결융해 전후의 FRP Hybrid Bar를 대상으로 촉진부식실험(ICM: Impressed Current Method)을 차용하여 부식된 FRP Hybrid Bar의 부착강도를 평가하였다.
제안 방법
5, Slump 180 mm의 배합을 사용하였다. AE 감수제는 시멘트의 0.7 %를 첨가하여 모두 동일하게 배합하였으며 공기량은 4.5%이상이 되도록 고려하였다. Fig.
본 연구에서는 부착력을 더욱 확보하기 위하여 에폭시-규사코팅이 된 FRP Hybrid Bar를 대상으로 동결융해 시험을 수행하였으며, 동결융해에 따른 중량변화율을 평가하였다. 또한 동결융해 전후의 FRP Hybrid Bar를 대상으로 촉진부식실험(ICM: Impressed Current Method)을 차용하여 부식된 FRP Hybrid Bar의 부착강도를 평가하였다. 본 연구를 통하여 동결융해가 FRP Hybrid Bar와 그 구조체에 미치는 영향이 정량적으로 평가될 것이다.
본 절에서는 에폭시-규사코팅 된 FRP Hybrid Bar에 대하여 동결융해 300 cycle 시험을 수행한 뒤 외관조사, 중량결손율을 측정한다. 또한 동결융해 전후의 FRP Hybrid Bar를 이용하여 콘크리트 인발시험용 시편을 제조하였으며, 촉진부식시험을 수행하여 부식률 및 인발강도의 변화를 분석하였다.
본 절에서는 에폭시-규사코팅 된 FRP Hybrid Bar에 대하여 동결융해 300 cycle 시험을 수행한 뒤 외관조사, 중량결손율을 측정한다. 또한 동결융해 전후의 FRP Hybrid Bar를 이용하여 콘크리트 인발시험용 시편을 제조하였으며, 촉진부식시험을 수행하여 부식률 및 인발강도의 변화를 분석하였다.
7에 이론 부식률과 실험 부식률의 비교를 나타내었으며, 5일 경과 후 목표 부식량인 10 % 수준에 도달하였다. 부식전류 인가시간에 따른 부착강도를 평가하기 위해 일반철근, 동결융해 전의 FRP Hybrid Bar, 동결융해 300 cycle 이후의 FRP Hybrid Bar의 부착력을 1일(2.4 %), 3일(4.8 %), 5일(9.7 %)로 분류하여 실험을 수행하였다.
부착력 증가를 위해 FRP Hybrid Bar 표면에 규사도포 이후 수지코팅 0회, 1회, 2회를 실시한 FRP Hybrid Bar를 대상으로 각 50 cycle마다 1.2 m의 높이에서 낙하하여 규사 탈락 전후의 중량을 측정하였다. 각 코팅에 대한 시편 수는 6개로 하여 평균값을 사용하였다.
C Power Supply를 사용하여 10 V∼20 V의 전압을 인가하여 부식을 유도하였다. 전압의 균일한 인가를 위해 멀티미터기를 이용하여 D.C Power Supply로부터 인가된 전압을 1시간 단위로 확인하였으며, 공시체의 밑면에 에폭시를 도포하여 측면에서만 부식이 발생할 수 있도록 유도하였다. Fig.
동결융해 저항성 실험은 KS F 2456(급속 동결융해에 대한 콘크리트의 저항실험 방법)의 B방법인 공기 중에서 급 동결하고 수중에서 융해하는 시험방법을 준용하였으며, 3시간 동안 온도범위 –20 ℃~ +4 ℃로 동결융해 하는 것을 1 cycle로 설정하였다. 총 300 cycle 동안 실시하여 중량결손 및 외관변화를 평가하였다. Fig.
대상 데이터
ASTM C234의 Full-out Test를 참고하여 100x100x100 mm의 정육면체 콘크리트 공시체를 제작하였으며, 콘크리트에서 강재의 정착 길이는 공시체의 높이와 같은 100 mm로 설정하였다. Fig.
FRP Hybrid Bar는 외경 13 mm, 내부 심재 10 mm를 사용하였으며, 길이 600 mm로 하여 부착강도를 평가하였다. 규사가 코팅된 FRP Hybrid Bar의 경우 같은 직경에 대하여 조도가 커지므로 부착 강도를 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
규사가 코팅된 FRP Hybrid Bar의 경우 같은 직경에 대하여 조도가 커지므로 부착 강도를 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, FRP Hybrid Bar와의 상대적 부식성능 평가를 위해 D13, SD400의 일반철근이 사용되었다. 콘크리트는 OPC(Ordinary Portland Cement)를 사용하였으며, 설계강도 24 MPa, 물-시멘트비 0.
또한, FRP Hybrid Bar와의 상대적 부식성능 평가를 위해 D13, SD400의 일반철근이 사용되었다. 콘크리트는 OPC(Ordinary Portland Cement)를 사용하였으며, 설계강도 24 MPa, 물-시멘트비 0.5, Slump 180 mm의 배합을 사용하였다. AE 감수제는 시멘트의 0.
데이터처리
2 m의 높이에서 낙하하여 규사 탈락 전후의 중량을 측정하였다. 각 코팅에 대한 시편 수는 6개로 하여 평균값을 사용하였다. ACI Committee 544 방법을 참고하여 실험을 수행하였는데, Fig.
이론/모형
각 코팅에 대한 시편 수는 6개로 하여 평균값을 사용하였다. ACI Committee 544 방법을 참고하여 실험을 수행하였는데, Fig. 3에서는 자유낙하 시험사진을 나타내고 있다.
동결융해 저항성 실험은 KS F 2456(급속 동결융해에 대한 콘크리트의 저항실험 방법)의 B방법인 공기 중에서 급 동결하고 수중에서 융해하는 시험방법을 준용하였으며, 3시간 동안 온도범위 –20 ℃~ +4 ℃로 동결융해 하는 것을 1 cycle로 설정하였다.
본 연구에서는 ICM(Impressed Current Method)를 적용하여 촉진부식실험을 수행하였다. 또한 동결융해 시편의 적절한 전압을 설정하기 위해 존의 연구를 참고하였다(Oh et al. 2016; Choi et al. 2015). ICM를 적용하여 부착성능을 평가한 연구는 다방면으로 진행되어 왔다(Song et al.
실제 부식 환경에서 내하력의 저하를 야기할 정도의 부식량을 수개월 내에 발생시키기는 어렵다. 본 연구에서는 ICM(Impressed Current Method)를 적용하여 촉진부식실험을 수행하였다. 또한 동결융해 시편의 적절한 전압을 설정하기 위해 존의 연구를 참고하였다(Oh et al.
0 % 이상을 목표로 하였다. 철근의 부식량 평가는 식 (1)과 같은 Faraday 법칙을 이용한계산값과 부착강도 측정 후 수거한 강재의 부식량을 제거하는 실험에 의하여 평가하였다.
성능/효과
1. 동결융해에 따른 FRP Hybrid Bar의 중량결손 평가결과, cycle의 진행에 따라 중량의 변화는 약 1%이하로 변화가 크게 나타나지 않았으며 수지를 2회 도포한 경우 가장 우수한 중량 감소율을 나타내었다. 외관변화 분석에서도 동결융해 cycle이 진행됨에 따라 FRP Hybrid Bar 사이의 특별한 외관변화는 나타나지 않았다.
2. 각 철근을 가진 콘크리트 공시체의 부착강도 평가 결과, 일반철근은 평균 19.4 kN의 부착강도가 평가되었지만, 동결융해 실험 전후의 FRP Hybrid Bar는 각각 평균 23.2 kN 및 23.1 kN로 약 120 % 개선된 부착강도를 나타내었다. 이는 FRP Hybrid Bar의 표면에 규사코팅으로 인해 표면의 조도가 증가하고 그에 따라 비표면적의 증가로 인한 영향이라고 판단된다.
3. 일반철근을 가진 시편의 부착력은 부식시간 1일에서는 약 1.21 ~ 1.28 배 증가한 부착강도가 평가되었지만, 이후 부식시간 3일에서는 0.86~0.89 배, 부식시간 5일에서는 0.35~0.38배로 부식기간이 증가함에 따라 급격한 부착강도의 감소를 보였다. 반면, FRP Hybrid Bar를 가진 콘크리트 공시체의 경우, 매우 낮은 수준의 부식전류가 측정되었다.
FRP Hybrid Bar의 경우 부착강도는 모두 23.0 ± 1 kN의 수준으로 부식 시간의 경과에 따른 부착강도의 큰 편차가 나타나지 않았으며, 동결융해를 거친 FRP Hybrid Bar에서도 FRP Hybrid Bar와 비슷한 수준의 부착강도가 평가되었다.
후속연구
또한 동결융해 전후의 FRP Hybrid Bar를 대상으로 촉진부식실험(ICM: Impressed Current Method)을 차용하여 부식된 FRP Hybrid Bar의 부착강도를 평가하였다. 본 연구를 통하여 동결융해가 FRP Hybrid Bar와 그 구조체에 미치는 영향이 정량적으로 평가될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
FRP Hybrid Bar란 무엇인가?
콘크리트 구조물은 다양한 환경에 노출되며, 부식환경인 해안가에서는 매립 보강재의 부식저항성 및 동결융해 저항성이 함께 평가되어야 한다. 최근 개발된 FRP Hybrid Bar는 내부에 강재가 있으며 유리섬유와 에폭시가 코팅된 보강재인데, 기존 FRP Bar보다 탄성계수가 높은 장점이 있다. 본 연구에서는 FRP Hybrid Bar에 대하여 동결융해 300 cycle 시험을 수행한 뒤, 내부식특성과 중량결손율, 및 부착특성을 평가하였다.
강재의 부식을 제어하기 위한 기존의 연구의 한계는 무엇인가?
그러나 에폭시 또는 아연도금 철근은 경제성 및 굽힘 등에 대한 문제가 여전히 제기되고 있으며, FRP Bar의 경우 경제성 및 낮은 탄성계수로 인한 사용성 문제가 지속적으로 야기되고 있다. 2010년 이후 취성특성 및 낮은 탄성계수를 제어하기 위해 심재는 강재로, 외부는 유리섬유와 에폭시로 일체화시킨 FRP Hybrid Bar에 대한 연구가 진행되고 있다.
부식이 발생된 콘크리트 구조물에서 발생할 수 있는 문제는 무엇인가?
2006). 부식이 발생된 콘크리트 구조물은 초기에는 녹물이 배어나고 균열이 발생하는 등 사용성에 대한 문제가 발생하고, 나아가 피복 콘크리트의 박락, 보강재의 단면감소 등 구조적인 문제로 진전된다. 그러므로 많은 국내외 시방서 및 규격에서는 해안가의 부식 환경에 도출된 구조물에 대해 내구성 설계 및 평가를 통해 내구수명을 정의하고 이에 대한 설계 절차를 수립하고 있다(JSCE, 2007; CEN, 2000; ACI, 2008).
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