CFRP 보강근의 크리프 특성과 잔류 역학적 특성 평가

국문 초록 (Abstract)

일반적인 철근콘크리트 구조물은 외부 환경에 지속적으로 노출되어 있으며,
시간이 경과함에 따라 콘크리트 내부의 탄산화 또는 염화물 침투로 인해
철근을 보호하는 피막이 손상된다. 이때 전기화학적 반응으로 녹이 생성되고,
철근의 수동태 피막이 파괴되면서 철근 부식이 진행된다. 부식된 철근은 팽창
변형을 일으켜 콘크리트 부재에 균열을 유발하고, 결과적으로 구조물의
내구성을 저하시킨다. 따라서 설계수명이 100년 이상인 철근콘크리트
구조물의 내구성 확보를 위해서는 철근 부식을 최소화할 수 있는 대체재의
개발이 필요하다.
최근 국내외에서는 섬유보강근(Fiber Reinforced Polymer rebar, FRP
rebar)을 철근대체재로 활용하기 위한 연구가 수행되고 있다. 섬유보강근은
사용된 섬유의 종류에 따라 유리섬유(Glass Fiber Reinforced Polymers,
GFRP), 아라미드섬유(Aramid Fiber Reinforced Polymer, AFRP),
바잘트섬유(Basalt Fiber Reinforced Polymer, BFRP), 탄소섬유(Carbon
Fiber Reinforced Polymer, CFRP) 보강근으로 구분되며, 일반 철근에 비해
경량, 고비강도, 우수한 내식성 등의 장점을 가진다. 그러나 이를 구조물에
적용하기 위해서는 내구성, 사용성, 역학적 성능에 대한 충분한 검증이
요구된다. 본 연구에서는 CFRP 보강근의 장기 역학적 특성, 특히 지속하중에
의한 크리프 거동을 평가하였다.
크리프 시험체는 ASTM D7205/D7205M-21에 따라 제작하였으며,
크리프 시험은 ASTM D7337/D7337M-19를 참고하여 수행하였다. 정적
인장시험을 통해 산정한 CFRP 보강근의 인장강도를 기준으로 0.40fu,
0.55fu, 0.70fu의 세 응력수준에서 크리프 시험을 1,000시간 동안
진행하였다. 이후 잔류 인장시험을 통해 지속하중이 CFRP 보강근의 단기
기계적 성능(인장강도 및 탄성계수)에 미치는 영향을 분석하였다.
시험 결과, 하중 수준이 증가할수록 시험체의 변형률이 증가하였으며
크리프 시험 후 인장강도 수준에 따라 인장강도는 최대 6.5%, 탄성계수는
22%감소하였다. 이는 장기 재하에 의해 탄소섬유와 에폭시 수지 간의 계면
결합력이 약화된 결과로 해석된다. 또한 Findley model, Logarithmic
model, Modified Logarithmic model을 실험결과에 적용하여 각 모델의
예측 변형률과 실험 데이터를 비교한 결과, CFRP 보강근의 장기 크리프
거동을 가장 정확히 예측할 수 있는 모델식과 실험계수를 도출하였다. 또한,
ACI 440.1R-15에서 제시하는 0.55fu 기준 응력 수준의 만족 여부를
검토함으로써, 본 연구에서 사용된 CFRP 보강근의 철근 대체재로의 적용
가능성을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 내용 및 범위 3
• 제 2 장 연구동향 및 필요성 5
• 2.1 하중수준에 따른 크리프 특성 5
• 2.2 섬유의 종류 및 함유율에 따른 크리프 특성 7
• 2.3 수지의 종류에 따른 크리프 특성 8
• 2.4 주위환경에 따른 크리프 특성 9
• 2.5 연구 필요성 11
• 제 3 장 실험 계획 및 방법 13
• 3.1 실험 계획 13
• 3.2 실험 재료 14
• 3.3 시험체 제작 16
• 3.4 실험 방법 19
• 3.4.1 정적 인장강도 시험 19
• 3.4.2 크리프 시험 21
• 3.4.3 잔류 인장시험 26
• 제 4 장 실험 결과 및 분석 28
• 4.1 정적 인장강도 시험 결과 및 분석 28
• 4.2 크리프 시험 결과 및 분석 30
• 4.3 잔류 인장시험 결과 및 분석 36
• 제 5 장 예측모델식 적용 48
• 5.1 Findley model 49
• 5.2 Logarithmic model 60
• 5.3 Modified logarithmic model 71
• 5.4 적합 모델 선정 81
• 제 6 장 결론 83
• 참고문헌 86
• ABSTRACT 90