샤르피 충격시험을 통한 합성라텍스 혼입 시멘트 페이스트의 에너지 흡수특성 및 파괴반응 분석 = Impact Energy Absorption and Fracture Behavior of Latex-Modified Cement Paste Evaluated by Charpy Impact Testing

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study evaluates the energy absorption, fracture energy, tensile strength, and compressive strength of cement paste modified with SBR latex. A control mixture with a water-to-cement (W/C) ratio of 0.4 was used as the reference. Based on this, modified mixtures were prepared by partially replacing water with SBR latex at P/W ratios of 0, 5, 10, 15, and 20 wt% relative to the original water content. The samples were cured for 7, 14, and 28 days.

To assess the mechanical properties and energy absorption capacity, a series of tests were conducted, including compressive strength, tensile strength, Charpy impact testing, and three-point bending tests to measure fracture energy. The results show that the optimal P/W ratio is 10%, at which tensile strength increased by 42.1%, energy absorption increased by 36.3%, and fracture energy increased by 29.6%, while compressive strength decreased by a maximum of 11.6%. A linear relationship between fracture energy and energy absorption after 28 days was proposed, allowing for the estimation of fracture energy from energy absorption data.

This research not only identifies the optimal latex dosage for the design of SBR-modified cement paste but also provides foundational data for applying Charpy impact testing and three-point bending testing to cement-based materials.

국문 초록 (Abstract)

이 연구에서는 SBR 라텍스로 개질된 시멘트 페이스트의 에너지 흡수, 파괴 에너지, 인장 강도 및 압축 강도를 평가한다. 물 대 시멘트(W/C) 비율이 0.4인 대조 혼합물을 기준으로 사용하였다. 이를 바탕으로 원래 수분 함량 대비 0, 5, 10, 15, 20 wt%의 P/W 비율로 물을 SBR 라텍스로 부분적으로 대체하여 개질 혼합물을 미리 준비하였다. 샘플을 7일, 14일, 28일 동안 경화시켰다. 기계적 물성과 에너지 흡수 능력을 평가하기 위해 압축 강도, 인장 강도, 샤르피 충격 시험, 파괴 에너지를 측정하는 3점 휨 시험 등 일련의 시험을 수행하였다. 그 결과 최적의 P/W 비율은 10%로 인장 강도는 42.1%, 에너지 흡수율은 36.3%, 파괴 에너지는 29.6% 증가한 반면 압축 강도는 최대 11.6% 감소한 것으로 나타났다. 28일 후 파괴 에너지와 에너지 흡수 사이의 선형 관계가 제안되어 에너지 흡수 데이터로부터 파괴 에너지를 추정할 수 있다. 이 연구는 SBR 개질 시멘트 페이스트 설계를 위한 최적의 라텍스 사용량을 파악할 뿐만 아니라 시멘트 기반 재료에 샤르피 충격 시험과 3점 휨 시험을 적용하기 위한 기초 데이터도 제공한다.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약
• Ⅰ. 서 론 = 1
• 1. 연구 배경 및 필요성 = 1
• 1.1 연구 배경 = 1
• 1.2 연구 필요성 = 1
• 2. 연구 동향 = 4
• 3. 연구 목적 = 7
• Ⅱ. 실험 연구 = 10
• 1. 사용 재료 및 배합 설계 = 10
• 1.1 사용 재료 = 10
• 1.2 배합 설계 = 11
• 2. 시편 제작 및 양생 조건 = 13
• 3. 시험 방법 = 16
• 3.1 압축 강도 시험 = 16
• 3.2 인장 강도 시험 = 16
• 3.3 샤르피 충격 시험 = 17
• 3.4 3점 휨 시험 = 18
• Ⅲ. 결과 및 분석 = 20
• 1. 압축 강도 및 인장 강도 = 20
• 2. 샤르피 충격 에너지 분석 = 24
• 2.1 충격 저항성 = 24
• 2.2 지지 간격이 40mm일 때 = 24
• 2.3 지지 간격이 35mm일 때 = 25
• 3. 파괴 에너지(GF) 분석 = 29
• 4. 파괴 에너지와 샤르피 충격 에너지 간 상관관계 = 31
• Ⅳ. 종합 고찰 = 40
• 1. 고찰 = 40
• 2. 향후 연구 방향 = 41
• Ⅴ. 결 론 = 42
• 1. 연구 결과 요약 = 42
• 2. 주요 시사점 및 활용 가능성 = 44
• 2.1 주요 시사점 = 44
• 2.2 활용 가능성 = 44
• 참고 문헌 = 45
• ABSTRACT = 49