고강도,경량 나노콘크리트의 균열 거동 모델 개발 = Development of a Crack Behavior Model for High-Strength and Lightweight Nano-Concrete

국문 초록 (Abstract)

최근 초고층 및 장경간 구조물의 증가로 인해 구조물 경량화와 고성능 재료의 필요성이 크게 확대되고 있으며, 이에 따라 고강도·경량 콘크리트와 탄소나노튜브(CNT) 기반 나노 복합체의 활용이 증가하고 있다. 그러나 고강도·경량 콘크리트는 낮은 W/B와 실리카 흄의 포졸란 반응에 의해 매우 치밀한 미세구조를 형성하므로, 기존 경험식에 기반한 부착–슬립 및 균열 거동 예측이 정확하지 않은 한계가 있다.
본 연구에서는 밀도 1,600kg/m3·50 MPa 및 1,800kg/m3·80 MPa 급의 나노 콘크리트를 대상으로, 콘크리트 배합 특성, 철근 직경(D13·D19·D25), 철근비(1.0–2.0%)를 주요 변수로 설정하여 전달길이, 균열간격 및 균열폭의 거동을 체계적으로 분석하였다. 실험 결과, 모든 시험체에서 철근응력 증가에 따라 전달길이는 선형적으로 증가하였고, 철근비 증가 또는 철근 직경 감소는 전달길이와 균열폭을 효과적으로 감소시키는 것으로 나타났다. 배합 특성의 영향은 더욱 두드러져, Silicasand·Silica fume·Glass Bubble(GB)·Carbon nanotube(CNT) 등은 부착 계면의 공극을 충진하여 전달길이 및 균열폭을 감소시킨 반면, 폐유리 기반 WGC 및 WGC+C는 다공성 구조로 인해 부착 성능이 저하되어 전달길이와 균열폭이 증가하였다. 또한 인장강화효과 분석 결과, 다수의 고강도·경량 배합은 일반 콘크리트보다 높은 인장강화효과를 보이며 평균 변형률 증가에 더욱 기여하는 것으로 확인되었다.
이러한 실험 결과를 기반으로 본 연구에서는 기존 일반 콘크리트 대비 전달길이 비율을 활용한 최대 균열간격 모델과 인장강화효과 비율을 활용한 균열폭 예측 모델을 새롭게 제안하였다. 제안 모델은 고강도·경량 콘크리트에서 기존 설계식의 적용이 어려운 문제를 해결하며, 향후 고성능 철근콘크리트 부재의 설계 및 균열 제어에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장. 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 철근 부착 거동 이론 3
• 1.3 최근 연구 동향 8
• 제 2 장. 실험계획 9
• 2.1 실험개요 9
• 2.2 사용재료 10
• 2.3 콘크리트 및 철근 12
• 2.4 실험 계획 및 부재 형상 14
• 제 3 장. 실험결과 및 분석 19
• 3.1 파괴양상 결과 19
• 3.2 콘크리트 배합 특성을 고려한 전달 길이 28
• 3.3 콘크리트 배합 특성을 고려한 균열폭 산정 41
• 3.4 콘크리트 배합 특성을 고려한 인장강화효과 도출 53
• 3.5 콘크리트 배합 특성을 고려한 균열 간격 모델 산정 56
• 제 4 장. 결론 60
• 참고문헌 62
• ABSTRACT 65