[논문]콘크리트의 압축강도에 따른 파괴특성간 연구

윤요현; 전철송; 최신호; 김화중

콘크리트의 압축강도에 따른 파괴특성간 연구
A Study on fracture parameters with compressive strength of concrete 원문보기

윤요현 (경북대학교 건축공학과) , 전철송 (경북대학교 건축공학과) , 최신호 (경북대학교 건축공학과) , 김화중 (경북대학교 건축공학과)

Concrete has a different fracture mechanism from the other materials, with the existing of FPZ at the ahead of its cracks, and represents the softening curves at the post-peak load in the load-displacement diagrams. So, it can transmit the stress at the post-peak load. This can not be understood with the traditional concept of strength, but with the theory based energy approach. For the purpose of this study is mainly used RILEM(1990 TC89-FMT) and TPM, and the concrete fracture properties have been evaluated according to the its compressive strength. The evaluated fracture properties is $G_{F}$, $a_{c}$, $K_{IC}$ , CTODc, Q etc.c.c.

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문제 정의

본 연구에서는 국내의 실험 방법의 표준화를 위한 일환으로서 기존의 콘크리트 압축강도를 실험 인자로 하여 콘크리트 파괴 특성과의 관계를 평가하였다.
본 연구에서는 압축강도와 콘크리트의 파괴변수 값들과의 관계를 평가하기 위해 RILEM (1990 TC₈₉-FMT) 규준에 따라 210~500(kgf/cirf) 압축강도를 가진 콘크리트 노치빔에 대한 3점 휨 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

3점 휨 시험에 의해 얻어지는 하중-CM0D 곡선의 관계에서 휨강도 시험체의 재료 특성(material propenies)으로 영계수 (Young's modulus, E), 임계 유효 균열 길이(Critical effective crack length, ac), 임계응력 확대 계수 (Critical stress intensity factor, K%), 임 계균열선단개구변위 (Critical crack Tip Opening Displacement, CTODc ), 파괴에너지 (Gf), 그리고 특성 길이 (Q) 를 구하였으며, 그 결과는 Table 5에 나타내었다. 각각에 대한 계산 방법은 다음과 같다.
4) CTODc 값은 압축강도의 증가에 따라서 감소하는 경향을 나타내었으며, 그 관계를 다음과 같은 로그 방정식으로 표현하였다.
노치가 있는 콘크리트의 휨 실험은 본 연구실에서 제작한 시험기구를 사용하였고, 0.25 mm/min의 속도로 중앙점 재하}(載荷)방법으로 실험을 행하였다. 저】하(除荷)시에는 1 mm/min의 속도를 유지하도록 하였고 허용용량 20tonf 의 하중계가 사용되었다.
압축강도가 210~500(kgf/cnf)인 콘크리트를 대상으로 노치가 있는 보의 3점 휨 시험을 행하여 콘크리트 파괴 특성을 고찰하였다.

대상 데이터

콘크리트 시험체 제작에는 국내산 1종 보통포틀랜드시멘트, 경북 예천산 강모래 및 평은 산 쇄석 골재, 그리고 혼화제로 리그닌 설폰산계 AE감수제 표준형 제품이 사용되었다. 사용 재료의 물리적 성질은 Table 1, 2와 같고 실험에 사용된 콘크리트 배합은 Table 3과 같다.

이론/모형

실험을 위한 시험체의 크기는 RILEM 규준(1990 TC₈₉-FMT)을 준용하여 제작되었다.(Fig 1)
압축강도 시험은 KS F 2405, 인장강도 시험은 KS F 2423 그리고, 탄성계수 시험은 KS F 2438의 방법으로 측정되었으며, 결과는 Table 4와 같다.

성능/효과

1) 임계 유효 균열 길이 ac 는 콘크리트의 압축강도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보여주었으며 이는 콘크리트의 압축강도가 증가함에 따라 콘크리트의 취성 경향이 커지고 FPZ가 작아짐을 의미한 다 실험의 결과로부터 얻은 ac 와 f c a] 관계는 다음의 로그방정식으로 표현할 수 있었다.
3) 파괴에너지 Gf 는 콘크리트의 압축강도에 증가함에 따라 커지는 경향을 나타내었으며 그 관계 는 다음의 로그방정식으로 표현할 수 있었다.
5) 파괴 특성길이 Q는 콘크리트의 압축 강도의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었으며, 본 실험 게서는. 그 관계를 다음의 로그 방정식으로 표현할 수 있다.

후속연구

본 연구에서 유도한 실험식은 한정된 조건 하에서 진행된 실험에서 얻은 것임으로 일반적인 적용을 위해서는 기타 변수에 대한 폭넓은 실험적 연구가 필요하며, 또한 이런 파괴 변수들과 압축 강도사이의 관계에 대한 이론적, 해석적 연구도 병행되어야 한다고 사료된다.

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