[논문]섬유종류 변화에 따른 콘크리트의 역학적 특성에 관한 연구

유승엽; 이상래; 강석화; 송영찬; 김용로; 정양희

섬유종류 변화에 따른 콘크리트의 역학적 특성에 관한 연구
A study on the Mechanical Properties of Concrete Corresponding to Various Fibers 원문보기

유승엽 (동양메이저(주) 기술연구소) , 이상래 (동양메이저(주) 기술연구소) , 강석화 (동양메이저(주) 기술연구소) , 송영찬 (대림산업(주) 기술연구소) , 김용로 (대림산업(주) 기술연구소) , 정양희 (대림산업(주) 기술연구소)

본 연구는 섬유보강 콘크리트를 사용한 APT 공용부 무근 콘크리트 균열저감공법의 적용을 위하여 국내에서 판매되는 섬유 종류별 표준사용량을 사용한 콘크리트의 역학적 특성을 분석한 것으로써, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 굳지않은 콘크리트의 특성으로 슬럼프는 섬유 혼입 시 약간감소하는 것으로 나타났는데, 이는 섬유의 표면적 증가 및 섬유의 가교작용에 기인한 결과로 분석된다. 경화 콘크리트의 특성으로 섬유 혼합 시 압축강도는 섬유와 시멘트 페이스트와의 부착력 저하에 의해 약간 감소하는 것으로 나타났고, 인장강도는 섬유의 가교작용에 의해 약간 증가하는 것으로 나타났으며, 휨강도 및 건조수축 길이변화는 큰 차이가 없는 것으로 판단된다.

This study investigated mechanical properties of the concrete using standard contents which was existent fibers in korea to apply the method for reducing crack of the non-reinforced concrete for the public space of an apartment with a fiber reinforcement. Results were summarized as following. The slump was slightly declined corresponding to the increase of the surface area and bridge effect of the fibers. For properties of the hardened concrete, the compressive strength was slighty reduced caused by the decrease of bonding strength between fiber and cement paste. The tensile strength was little increased according to bridge effect of the fibers, and the flexible strength and length change due to the drying shrinkage did not showed remarkable tendency.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 표면적이 넓은 구조물에 사용되는 무근 콘크리트의 균열 제어를 목적으로 국내에서 판매되는 섬유 종류별 표준사용량을 사용한 콘크리트의 역학적 특성을 분석함으로써, 섬유보강 콘크리트를 사용한 APT 공용부 무근 콘크리트 균열저감공법의 적용을 위한 참고 자료로 제시하고자 한다.
본 연구는 섬유보강 콘크리트를 사용한 APT 공용부 무근 콘크리트 균열저감공법의 적용을 위하여 국내에서 판매되는 섬유 종류별 표준사용량을 사용한 콘크리트의 역학적 특성을 분석한 것으로써, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

제안 방법

설계기준강도 18MPa을 가정한 W/B 58.4% 1수준에 대하여 섬유를 혼입하지 않은 배합을 플레인 배합으로 정하고, 섬유의 종류를 나일론 섬유(이하 Ny), 폴리프로필렌 섬유(이하 PP), 폴리비닐알콜 섬유(이하 PVA), 셀룰로오스 섬유(이하 Cel-1, 2) 2수준 총 6배치의 실험을 계획하였다.
실험방법으로 굳지않은 콘크리트에서 슬럼프 및 공기량은 KS F 2402 및 KS F 2421의 규정에 의거 실시하였고, 경화 콘크리트에서 압축강도, 인장강도 및 휨강도는 KS F 2405, KS F 2423 및 KS F 2408규정에 의거 측정하였고, 건조수축 길이변화는 시험체에 게이지를 매설한 후 데이터로거를 이용하여 측정하였다.
실험사항으로, 굳지않은 콘크리트에서 슬럼프, 공기량을 측정하였고, 경화 콘크리트에서 압축강도, 인장강도, 휨강도 및 건조수축 길이변화를 표 1의 재령에 측정하였다.
이때 배합사항으로, 플레인 콘크리트는 목표 슬럼프 180±25mm, 목표 공기량4.5±1.5%를 만족하도록 배합설계 하였고, 섬유종류에 따라서 플레인 콘크리트와 동일 물성을 만족하도록 배합설계 하였다.

대상 데이터

사용재료로 시멘트는 국내산 T사의 보통 포틀랜드 시멘트(밀도:3.14g/cm³, 분말도:3397cm²/g)를 사용하였고, 골재로써 잔골재는 충북 진천산 개답사(밀도:2.59g/cm³) 및 인천산 세척사(밀도:2.60g/cm³)를 5:5의 비율로 혼합하여 사용하였으며, 굵은 골재는 충북 진천산 25mm 부순 굵은 골재(밀도:2.70g/cm³)를 사용하였다. 혼화재료로써 혼화재는 전남 광양산 고로슬래그 미분말(3종, 밀도:2.
70g/cm³)를 사용하였다. 혼화재료로써 혼화재는 전남 광양산 고로슬래그 미분말(3종, 밀도:2.90g/cm³, 분말도:4,626cm²/g) 및 경남 하동산 플라이 애쉬(2종, 밀도:2.20 g/cm³, 분말도:4,045cm²/g)를 사용하였고, 혼화제는 국내산 T사의 폴리칼본산계 고성능 감수제를 사용하였으며, 섬유는 국내산을 사용하였는데, 그 종류 및 특성은 표 3과 같다.

성능/효과

1) 굳지않은 콘크리트의 특성으로 슬럼프는 섬유 혼입 시 약간 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 섬유의 표면적 증가 및 섬유의 가교작용에 기인한 결과로 분석된다.
2) 경화 콘크리트의 특성으로 섬유 혼합 시 압축강도는 섬유와 시멘트 페이스트와의 부착력 저하에 의해 약간 감소하는 것으로 나타났고, 인장강도는 섬유의 가교작용에의해 약간 증가하는 것으로 나타났으며, 휨강도 및 건조수축 길이변화는 큰 차이가 없는 것으로 판단된다.
섬유종류에 따른 공기량은 Ny 및 PVA를 제외하고 목표 공기량을 만족하는 것으로 나타났는데, Ny 및 PVA 사용 시 PP와 마찬가지로 AE제 사용량을 줄여야 할 것으로 판단된다.
섬유종류에 따른 슬럼프는 모두 목표 슬럼프를 만족하는 것으로 나타났다.
재령별 압축강도는 섬유종류에 관계없이 섬유 혼입 시 약간 감소하는 경향을 보였는데, 이는 섬유와 시멘트 페이스트간의 부착력 저하에 기인한 결과로 분석되어지나, 재령 28일 압축강도는 공히 설계기준강도 이상을 발현하여, 섬유 종류별 압축강도의 영향은 크지 않은 것으로 판단된다.

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