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HPFRCC, 분절 복합체 및 FRP를 활용한 구조물의 내폭 성능 향상
Enhancing the Blast Resistance of Structures Using HPFRCC, Segmented Composites, and FRP Composites 원문보기

한국콘크리트학회 2008년도 추계 학술발표회 제20권 2호, 2008 Nov. 07, 2008년, pp.745 - 748  

윤영수 (고려대학교 건축.사회환경공학과) ,  양준모 (고려대학교 건축.사회환경공학과) ,  민경환 (고려대학교 건축.사회환경공학과) ,  신현오 (고려대학교 건축.사회환경공학과)

초록
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과거 건설 구조물은 사용 하중을 견딜만한 성능과 사용성, 부식에 대한 저항성 정도만이 요구되었다. 그러나 9.11 사건 이후 이러한 관점은 바뀌어, 폭발에 의한 충격 하중 및 그와 동시에 발생할 수있는 화재로 인한 열에 견딜 수 있는 구조물의 저항 성능이 기본적인 요구 조건으로써 중요시되고있다. 전 세계가 연일 테러의 위협 아래 놓여있는 현 시점에서 구조물의 내폭 성능은 매우 중요한 부분이라 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 기존의 건설 재료로써 폭넓게 사용되고 있는 시멘트 복합체 혹은 콘크리트에인장 강도 및 연성이 뛰어난 FRP composite을 결합시켜 내폭 성능이 우수하고 기존 구조물 및 신설구조물에 모두 시공이 가능한 최적화된 분절 복합체(Segmented Composite) 및 층 구조(Layered Structure)를 개발하고, 그 성능을 평가하고자 한다. 이러한 내폭 성능의 향상을 통해, 열과 충격 하중, 동하중 및 high strain에 의한 구조물의 붕괴를 줄이고 붕괴 시점을 보다 늦출 수 있다면, 이로인해 발생되는 인명 피해 및 경제적 손실을 최소화시킬 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The past structures were just required bearing capacity to service load, serviceability, and resistance to corrosion. However this point of view has changed after 9.11 terrorism, capacities which can bear impact loading by explosion, and heat by fire happening at the same time, become to be importan...

AI 본문요약
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문제 정의

  • 특히 분사식 FRP (Sprayed FRP, SFRP)는 낮은 toughness로 인해 취성적인 파괴를 보이는 FRP sheet와는 달리 완전 등방성이기 때문에 연성거동을 보이고 충격을 완화할 수 있는 우수한 에너지 흡수율을 보여줄 것이라 기대하고 있다. 따라서 본 연구에서는 섬유의 종류 및 길이, polymer의 종류, 보강두께 등의 변수를 고려하여 충격 저항성능이 뛰어난 최적화된 FRP 재료를 개발하고자 한다. 또한, 균열제어, 내구성, 내폭 성능이 매우 우수한 고성능시멘트복합체(High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites, HPFRCC)를 개발하여 콘크리트 대체 재료로 활용하거나, 일본 히다터널에서 사용된 것과 같이 세그먼트 충진재 혹은 접착제로 활용하고자 한다.
  • 따라서 본 연구에서는 섬유의 종류 및 길이, polymer의 종류, 보강두께 등의 변수를 고려하여 충격 저항성능이 뛰어난 최적화된 FRP 재료를 개발하고자 한다. 또한, 균열제어, 내구성, 내폭 성능이 매우 우수한 고성능시멘트복합체(High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites, HPFRCC)를 개발하여 콘크리트 대체 재료로 활용하거나, 일본 히다터널에서 사용된 것과 같이 세그먼트 충진재 혹은 접착제로 활용하고자 한다.
  • 본 연구에서는 기존의 건설 재료로써 폭넓게 사용되고 있는 시멘트 복합체 혹은 콘크리트에 인장 강도 및 연성이 뛰어난 FRP composite을 결합시켜 내폭 성능이 우수하고 기존 구조물 및 신설 구조물에 모두 시공이 가능한 최적화된 분절 복합체 및 층 구조를 개발하고자 한다. 이에 대한 기초 연구로써, 분사식 FRP의 기본성능 평가 및 최적화, 분사식 FRP 공법의 부착성능 향상을 위한 연구를 수행하였고, 내충격 섬유 보강 콘크리트 제조 기술 개발을 위해 PVA 섬유 및 강섬유를 이용한 HPFRCC의 최적 배합을 선정하였으며, 분절 복합체의 기본적인 성능 평가를 위해 일반 모르타르를 접착제로 사용한 분절 복합체 부재의 정하중, 충격하중 실험을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 최적화된 분사식 FRP를 개발하기 위해 분사식 FRP의 기본성능 평가 및 최적환경 모색을 위한 연구를 실시하였다. 분사식 FRP의 적용을 위해 그림 3과 같은 분사 장비를 사용하였고, 보강 섬유로 유리섬유를, 모재(matrix)는 폴리에스테르수지를 사용하였으며, 본딩 에이전트로는 비닐에스테르수지를 사용하였다.
  • 본 연구에서는 기존의 건설 재료로써 폭넓게 사용되고 있는 시멘트 복합체 혹은 콘크리트에 인장 강도 및 연성이 뛰어난 FRP composite을 결합시켜 내폭 성능이 우수하고 기존 구조물 및 신설 구조물에 모두 시공이 가능한 최적화된 분절 복합체 및 층 구조를 개발하고자 한다. 이에 대한 기초 연구로써, 분사식 FRP의 기본성능 평가 및 최적화, 분사식 FRP 공법의 부착성능 향상을 위한 연구를 수행하였고, 내충격 섬유 보강 콘크리트 제조 기술 개발을 위해 PVA 섬유 및 강섬유를 이용한 HPFRCC의 최적 배합을 선정하였으며, 분절 복합체의 기본적인 성능 평가를 위해 일반 모르타르를 접착제로 사용한 분절 복합체 부재의 정하중, 충격하중 실험을 수행하였다. 향후, FRP 재료의 최적화, 고성능 폴리머 및 코팅제의 개발, 고성능 모르타르의 개발, HPFRCC, FRP, 분절 복합체의 최적 조합을 통한 층 구조의 개발, 분절 복합체 및 층 구조의 해석 기법 개발 등의 연구를 수행하고자 한다.
  • 이에 더하여 Biomimetics로부터 아이디어를 얻어, 분절 복합체(Segmented Composite)로써 층 구조(Layered Structure)의 형태를 가지는 복합 재료를 개발하고자 한다. 그림 1과 같이 얇은 요소들이 생체적인 접착제에 의해서 겹겹이 쌓여 층 구조를 이루는 패각은 정적 하중 및 충격 하중에 대하여 뛰어난 저항 성능을 보이는 것으로 알려져 있는데, 층 구조에 수직으로 힘을 가할 경우, 정적 하중(1-500MPa/s) 재하 시 약 700MPa, 동적 하중(15-25×103GPa/s) 재하 시 약 1000MPa의 놀라운 강도를 가지는 것이 실험을 통해 입증되었다.
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