[논문]조적조 내진보강용 섬유보강 모르타르의 분사특성 평가

황병일; 박종필; 유병현; 이동규

doi:10.5762/kais.2020.21.11.37

[국내논문] 조적조 내진보강용 섬유보강 모르타르의 분사특성 평가
Evaluation of Spraying Characteristics for Masonry Buildings Seismic Retrofit Fiber-Reinforced Mortar 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.11, 2020년, pp.37 - 43

황병일 (동남기업(주) 중앙연구소) , 박종필 (동남기업(주) 중앙연구소) , 유병현 (동남기업(주) 중앙연구소) , 이동규 (동남기업(주) 중앙연구소)

초록
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국내 도로, 철도 등 SOC 시설의 내진보강율은 2017년 기준 96%이며 건축물은 2016년 기준 약 7백만동 중 내진성능이 확보된 건축물은 51만동에 불과하다. 조적조 건축물은 전체 건축물의 38.8%를 차지할 만큼 비중이 크지만 내진성능이 확보된 것은 2.0% 내외로 거의 전무한 실정이다. 이러한 문제를 해결 하기 위해국내에서는 정부차원의 내진 대책이 추진되고 있으나 현재까지 미비한 상황이다. 국외의 캐나다 벤쿠버 UBC 연구팀은 조적조 내진성능 보강을 위해 EDCC를 개발하여 사용하고 있다. EDCC는 섬유혼입으로 콘크리트 연성능력 확보 및 가교작용으로 콘크리트의 변형 저항능력을 확보 할 수 있는 건설재료이다. 그러나 내진성능 확보를 위해 EDCC를 분사형으로 사용하지 않기 때문에 다양한 재료의 검토가 필요하다. 이에 본 연구에서는 조적조의 내구성능 향상을 위한 뿜칠재료 연구개발의 일환으로 내진보강용 섬유보강 모르타르의 분사특성을 평가하고자 하였으며, 섬유보강 모르타르의 섬유사용량에 따른 분사특성 및 증점제 사용량에 따른 점도변화를 검토하였다. 조적조 내진보강용 섬유보강 모르타르의 부착성능 및 시공성능을 검토한 결과 섬유의 사용량은 1%, 증점제의 사용량은 1%로 최적 사용량을 도출할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The seismic reinforcement ratio of SOC facilities, such as domestic roads and railroads, is 96%. Out of approximately 7 million buildings as of 2016, only 0.51 million buildings with seismic performance were secured. Although the proportion of masonry structures is 38.8% of the total buildings, there is almost no seismic resistance, only 2.0%. To solve the problem in Korea, government-level seismic measures are being promoted, but the situation is insufficient. Overseas, the UBC research team in Vancouver, Canada, has developed and used EDCC to reinforce the seismic performance of masonry buildings. EDCC is a construction material that can secure concrete ductility capability by mixing fibers and secure deformation resistance of concrete through bridging action. It is necessary to examine various materials because EDCC is not used as a spray type of secure seismic reinforcement. In this study, as part of the research and development of spraying materials to improve the durability of masonry buildings, this study examined the spraying characteristics of fiber-reinforced mortar according to fiber use and the viscosity change according to the use of thickener. As a result, the working performance of the fiber-reinforced mortar for seismic reinforcement was improved when using 1% fiber and 1% thickener.

Keyword

표/그림 (12)

표 Table 1. Mix design of fiber-reinforced mortar
그림 Fig. 1. Addictive
그림 Fig. 2. Evaluation of attachment performance
그림 Fig. 3. Plastering
표 Table 2. Properties of materials
그림 Fig. 4. Section of nozzle
그림 Fig. 5. Spraying equipment
그림 Fig. 6. Attachment performance according to fiber content
표 Table 3. Viscosity according to the use of thickener
그림 Fig. 7. Masonry buildings seismic retrofit fiber-reinforced mortar
그림 Fig. 8. Relationship between viscosity and thickness
그림 Fig. 9. Relationship between thickness and standard deviation

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 부착성능 및 원활한 분사성을 고려한 조적조 내진보강용 섬유보강 모르타르 개발을 위한 연구의 일환으로 섬유 및 증점제의 사용량에 따른 분사 성능을 검토하고자 하였다.
SeriesⅠ에서는 섬유사용량에 따른 모르타르의 분사 특성을 검토하고자 하였다. 문헌검토를 통해 증점제 사용량은 단위수량대비 1.

제안 방법

SeriesⅠ에서는 섬유사용량에 따른 모르타르의 분사 특성을 검토하고자 하였다. 문헌검토를 통해 증점제 사용량은 단위수량대비 1.0 % 로 설정하여 실험을 진행하였으며 섬유사용량은 모르타르가 원활하게 분사가 가능한 최적의 사용량을 도출하기 위해 섬유사용량을 단위용적 대비 0, 1, 및 2 % 로 설정하여 실험을 계획하였다.
Series Ⅱ에서는 증점제 사용량에 따른 분사특성을 검토하고자 섬유의 사용량을 Series Ⅰ에서 도출된 수준을 적용하였다. 증점제 사용량은 최대의 내진보강 두께를 확보 할 수 있는 증점제의 최적 사용량을 도출하고자 증점제를 단위수량 대비 0, 0.
Series Ⅱ에서는 증점제 사용량에 따른 분사특성을 검토하고자 섬유의 사용량을 Series Ⅰ에서 도출된 수준을 적용하였다. 증점제 사용량은 최대의 내진보강 두께를 확보 할 수 있는 증점제의 최적 사용량을 도출하고자 증점제를 단위수량 대비 0, 0.5, 1, 1.5 및 2.0 % 로 설정하여 실험을 계획하였다.
조적조 내진보강용 섬유보강 모르타르의 점도를 평가하기 위해 BROOKFIELD사의 DV-E VISCOMETER 장비를 사용하여 20RPM (S63 Spindle) 으로 점도 및 작업성을 측정하였다.
시험체는 크기가 190x90x57 mm인 시멘트 벽돌을 1×2를 1 set으로 조적하여 시험체를 준비하였다. 숏크리트 분사건과 시험체의 거리는 일반 숏크리트의 타설과 관련한 국내 문헌을 참고하여 20 cm를 두어 분사하였다[7]. 조적조 섬유보강 모르타르는 섬유 및 증점제 사용량을 증가시켜가며 뿜칠 시공을 하였으며 섬유보강 모르타르가 흘러내리기 직전까지 시공을 하였다.
숏크리트 분사건과 시험체의 거리는 일반 숏크리트의 타설과 관련한 국내 문헌을 참고하여 20 cm를 두어 분사하였다[7]. 조적조 섬유보강 모르타르는 섬유 및 증점제 사용량을 증가시켜가며 뿜칠 시공을 하였으며 섬유보강 모르타르가 흘러내리기 직전까지 시공을 하였다. 시공 완료 후의 두께를 측정하기 위해 시공 전 가이드라인을 두께 10, 20 및 30 mm로 설정하였으며 시공 완료 후 Fig 3과 같이 흙손으로 표면을 미장 하였다.
조적조 섬유보강 모르타르는 섬유 및 증점제 사용량을 증가시켜가며 뿜칠 시공을 하였으며 섬유보강 모르타르가 흘러내리기 직전까지 시공을 하였다. 시공 완료 후의 두께를 측정하기 위해 시공 전 가이드라인을 두께 10, 20 및 30 mm로 설정하였으며 시공 완료 후 Fig 3과 같이 흙손으로 표면을 미장 하였다. 시공 두께는 굳지 않은 상태에서 버니어 캘리퍼스를 이용하여 두께 깊이를 각 모서리 및 중앙의 5 포인트를 확인 후 평균값을 내었다.
시공 완료 후의 두께를 측정하기 위해 시공 전 가이드라인을 두께 10, 20 및 30 mm로 설정하였으며 시공 완료 후 Fig 3과 같이 흙손으로 표면을 미장 하였다. 시공 두께는 굳지 않은 상태에서 버니어 캘리퍼스를 이용하여 두께 깊이를 각 모서리 및 중앙의 5 포인트를 확인 후 평균값을 내었다.

대상 데이터

시험체는 크기가 190x90x57 mm인 시멘트 벽돌을 1×2를 1 set으로 조적하여 시험체를 준비하였다.
Table 2는 본 연구에서 사용한 결합재 및 첨가제를 나타낸 것이다. 결합재 중 시멘트는 국내 A사의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 슬래그 파우더는 B사의 3종 슬래그 파우더를 사용하였으며 실리카 흄은 C사의 구형 입자크기를 가진 실리카 흄을 사용하였다. 골재는 국내 D사의 밀도 2.
결합재 중 시멘트는 국내 A사의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 슬래그 파우더는 B사의 3종 슬래그 파우더를 사용하였으며 실리카 흄은 C사의 구형 입자크기를 가진 실리카 흄을 사용하였다. 골재는 국내 D사의 밀도 2.62의 규사(7호사)를 사용하였다. Fig 1은 본 연구에서 사용한 첨가제를 나타낸 것이다.
Fig 1은 본 연구에서 사용한 첨가제를 나타낸 것이다. 본 연구에서 사용한 혼화제는 Fig 1의 a와 같이 당사의 고성능 화학 혼화제를 사용하였다. 섬유는 Fig 1의 b와 같이 섬유 길이 18 mm, 밀도 0.
본 연구에서 사용한 혼화제는 Fig 1의 a와 같이 당사의 고성능 화학 혼화제를 사용하였다. 섬유는 Fig 1의 b와 같이 섬유 길이 18 mm, 밀도 0.97 인 E사의 UHMPE 섬유를 사용하였다. 증점제는 Fig 1의 c와 같이 F사의 Cellulose계 증점제를 사용하였다.
97 인 E사의 UHMPE 섬유를 사용하였다. 증점제는 Fig 1의 c와 같이 F사의 Cellulose계 증점제를 사용하였다.
Fig 4의 a와 같이 일반 숏크리트 분사 노즐의 경우 에어관이 분사노즐로 바로 이어져 모르타르가 분사되는 반면 Fig 4의 b와 같이 본 연구에의 분사노즐은 섬유보강 모르타르가 수평방향으로 바르게 분사 될 수 있도록 노즐 내부에 120° 로 직경 1.3 mm 크기인 에어관 3개를 만들어주었다.
Fig 4~5에 본 연구에서 사용한 조적조 내진보강용 섬유보강 모르타르의 분사장비를 나타내었다. 분사장비는 G사의 숏크리트 전용 분사장비를 사용하였으며 이송배관의 규격은 길이 5 m, 배관직경 25.4 mm 인 배관을 사용하였다.
선행연구에서 분사 노즐의 크기가 8, 10 mm인 숏크리트 건으로 섬유보강 모르타르를 분사 한 결과 분사가 되지 않고 분사기기에 부하가 걸려 전원이 차단되는 현상이 발생하였다. 선행 연구를 통해 분사노즐의 크기가 12 mm인 숏크리트건을 사용하여 실험을 진행하였으며 섬유보강 모르타르의 분사 양을 조절 할 수 있도록 벨브가 설치된 노즐을 사용하였다. 본 연구에서 사용한 숏크리트 전용 분사장비는 Fig 4와 같으며 토출 압력은 25 bar이고 최대 이송거리는 20 m로 최대 RPM을 사용하였을 때 1분에 10L 분사가 가능한 장비이다.
선행 연구를 통해 분사노즐의 크기가 12 mm인 숏크리트건을 사용하여 실험을 진행하였으며 섬유보강 모르타르의 분사 양을 조절 할 수 있도록 벨브가 설치된 노즐을 사용하였다. 본 연구에서 사용한 숏크리트 전용 분사장비는 Fig 4와 같으며 토출 압력은 25 bar이고 최대 이송거리는 20 m로 최대 RPM을 사용하였을 때 1분에 10L 분사가 가능한 장비이다.

성능/효과

Fig 6은 조적조 내진보강용 섬유보강 모르타르의 섬유 사용량에 따른 분사 특성 평가 결과이다. 섬유 사용량에 따른 분사특성 평가 결과 Fig 6의 a와 같이 섬유사용량 1 %까지는 원활하게 분사가 되는 반면 Fig 6의 b와 같이 섬유사용량 2 % 에서는 섬유보강 모르타르가 다발로 나오는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 섬유사용량 2%인 모르타르는 시험체에 고르게 부착되지 못하였는데 이는 Fig 7과 같이 섬유보강 모르타르의 무게가 증가하여 자중에 의해 아래로 흘러내렸기 때문으로 판단된다.
이는 본 연구의 배합을 기준으로 섬유사용량이 2 %일 때 섬유 사용량이 과다하여 분사가 원활하게 되지 않은 것으로 판단된다[10]. 섬유 사용량에 따른 분사특성 평가 결과 섬유보강 모르타르의 적정 섬유사용량은 단위용적 대비 1 %로 도출되었다.
Table 3은 증점제 사용량에 따른 섬유보강 모르타르의 점도 측정 결과이다. 점도 측정결과 증점제를 사용하지 않은 Plain의 경우 2 585 cP, 사용량 0.5 %의 경우 5 210 cP, 사용량 1 %의 경우 7 320 cP, 사용량 1.5%의 경우 11 670 cP, 사용량 2.0 %의 경우 18 220 cP로 측정되어 증점제 사용량이 증가 할수록 점도가 증가하는 것으로 나타났다.
증점제 사용량에 따른 점도 및 부착성능 평가결과 섬유보강 모르타르의 적성 섬유 사용량은 단위용적대비 1%, 증점제 사용량은 단위수량대비 1 %로 도출되었다.
1) 섬유사용량에 따른 분사평가 결과 섬유사용량을 1% 까지 증가시켰을 때 원활하게 분사가 되었다. 반면 섬유사용량 2 %에서는 섬유사용량이 과다하여 모르타르가 다발로 분사되는 것을 확인 할 수 있었다.
2) 섬유보강 모르타르의 증점제 사용량에 따른 점도 평가 결과 증점제 사용량이 증가 할수록 점도는 증가 하는 것으로 나타났다.
3) 점도와 부착두께의 상관관계를 검토한 결과 증점제 사용량 1.0 %에서는 시공 두께가 27 mm로 가장 우수한 결과를 나타내었으나 1.5 % 및 2.0 %에서부터는 시공두께가 각각 25 mm, 24 mm로 나타났다.
4) 본 연구의 배합을 기준으로 단위 용적대비 섬유사용량 1 %, 단위수량대비 증점제 사용량이 1 %일 때 부착성능 및 원활한 시공성능을 확보 할 수 있었다.

후속연구

0 %에서는 부착두께 30 mm를 확보하기 어려웠다. 추후 증점제 사용량뿐만 아니라 부착면의 부착성능을 위한 부가적인 연구가 진행 되어야 할 것 으로 판단된다.

참고문헌 (10)

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Y. Yan, J. H. Ch, Ch. S. Ch, H. H. Lee, H. Y. Jeon, "Manufacture and Engineering Evaluation of Hybrid Grid Fabrics forSeismic Reinforced Carbon Fiber Composite Yarns. I. Manufacture ofCarbon Fiber Composite Yarn and Fabric Design ", Journal of the The Korean Fiber Society, Vol. 55, No. 4, pp. 280-285, August, 2018 DOI: https://doi.org/10.12772/TSE.2018.55.280

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Lou Corpuz-Bosshart, UBC researchers develop earthquake-resistant concrete, UBC Public Affairs, 2017, https://news.ubc.ca/2017/10/10/ubc-researchers-develop-earthquake-resistant-concrete-2/#contact-box[10]
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D. S. Jung, G. M. Kim, B. W. Kim, W. S. Kim, Y. K. Kwak, "Study of the Mechanical Properties of Fiber Reinforced ConcreteAccording to Inorganic Fiber Combination", J. Korean Soc. Adv. Comp. Struc. Vol. 11, No. 3, pp. 16-24, June, 2020 DOI: https://doi.org/10.11004/kosacs.2020.11.3.016

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B. K. Chun, J. J. Kim, S. H. Kim, D. Y. Yoo, "Correlation between Pullout and Tensile Behaviors of Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete, "Proceedings of the Korea Concrete Institute, Vol. 30, No. 2, pp.661-662, November, 2018.
J. S. Yoo, D. S. Kim, O. S. K, "Comparative Study on Physical Properties and Characteristics of Fiber Reinforced Shotcrete, Korean Society of Civil Engineers, Vol. 1, No. 1, pp.3107-311, November, 2002.

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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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