농업수리 구조물의 보수·보강 재료로서 하이브리드 황마/ 유리섬유 섬유보강 폴리머 복합재료의 수분 저항성 평가

김미솔 ( Mi-sol Kim ),전상민 ( Sang-min Jeon ),조성문 ( Sung-mun Jo ),추연재 ( Yeon-jae Choo ),유재환 ( Jae-hwan Yoo ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

본 연구에서는 노후화된 농업수리 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 재료로서 하이브리드 황마/유리섬유 보강 폴리머 복합재료의 수분 저항성을 평가하였다. 시험은 알칼리 환경, 산 환경, 염해 환경에 노출 후 인장강도 및 전단강도시험을 실시하였다. 환경을 모사하기 위하여 60℃의 증류수, CaCl₂ 용액, MgSO₄ 용액 및 Na₂O₄ 용액에 25일 및 50일간 침지 후에 잔류강도를 측정하였다. 시험결과 모든 용액에서 25일간 노출 후에는 잔류강도 80% 이상으로 큰 감소는 나타나지 않았다. 그러나 50일에서는 60% 이하의 잔류강도를 나타내어 장기 노출 시 수분 조건에 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 이와 같은 결과는 황마섬유는 수분에 민감한 천연섬유이다. 따라서 표면에 폴리머 결합재에 결합이 생기면 수분흡수의 가능성이 높아지고 이렇게 되면 황마섬유와 유리섬유, 황마섬유와 폴리머 결합재의 부착계면에 미세균열 등이 발생하여 계면분리가 발생하게 된다. 따라서 인장강도 및 전단강도의 감소가 나타나게 된다. 특히 계면부착에 상대적으로 영향을 받는 전단강도의 감소가 인장강도의 감소가 크게 나타나 수분에 노출은 항마섬유와 유리섬유 및 황마섬유와 폴리머 결합재의 계면에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

Falling Weight Deflectometer를 이용한 섬유보강 아스팔트 및 폴리머 개질 아스팔트 포장의 비용 효과 분석

김부일,이문섭,전성일,김상규 한국도로학회 2009 한국도로학회논문집 Vol.11 No.4

Falling Weight Deflectometer (FWD) tests were performed to evaluate the structural capacity of glass fiber reinforced (GFR), polymer modified (PM), and unmodified asphalt pavement in Korea-LTPP (Long Term Pavement Performance) section. FWD tests showed that the tensile strains of GFR and PM asphalt pavements at the bottom of asphalt layer were 29% and 21% less than that of unmodified asphalt pavement. The structural capacity was then used as a performance criterion for calculating the cost effect of GFR and PM asphalt pavements. From the results, 5cm of asphalt layer thickness was reduced by applying GFR asphalt, and 3cm by applying PM asphalt. However, construction cost of PM and GFR asphalt pavement were increased due to the higher GFR and PM asphalt price. Life cycle cost analysis showed that the initial construction cost of GFR and PM asphalt pavement were higher but the management and user cost were less than those of unmodified asphalt pavement. 본 연구에서는 국내 LTPP 구간에서 수행된 FWD 시험의 결과를 바탕으로 섬유보강, 폴리머 개질, 일반 아스팔트 포장의 구조적 성능을 비교 평가하였다. FWD 시험 결과, 표층 하단부의 인장변형량이 섬유보강 아스팔트는 29%, 폴리머 개질 아스팔트는 21% 저감되는 것을 확인하였다. 또한 FWD 처짐량을 역산하여 각 층의 탄성계수를 추정한 후 이를 바탕으로 AASHTO 설계방법, 구조적 해석방법 및 생애주기비용분석을 통해 섬유보강 및 폴리머 개질 아스팔트 포장의 비용 효과를 분석하였다. 분석 결과, 섬유보강은 약 5cm, 폴리머 개질은 약 3cm의 아스팔트 층 두께 감소 효과를 보여주었다. 그러나 섬유보강 및 폴리머 개질 아스팔트의 고가격으로 인하여 전체 시공재료비는 일반 아스팔트 포장에 비해 상승하는 결과를 보여주었다. 생애주기비용 결과는 초기 공사비는 섬유보강 및 폴리머 개질 아스팔트 포장이 높지만, 유지관리비용 및 사용자비용은 감소하는 것으로 나타났다.

폴리머 시멘트 모르타르의 최적 PVA 섬유 혼합비 연구

루스타모브 사르도르벡,김상우,권민호,김진섭 한국복합신소재구조학회 2020 복합신소재구조학회논문집 Vol.11 No.3

본 연구에서는 폴리머 시멘트 모르타르의 인장성능을 개선하기 위하여 PVA 섬유를 적용하고자 하였다. PVA 섬유혼입량에 따른 재료특성을 검토하여, 섬유보강 폴리머 시멘트 모르타르의 제조 가이드라인을 제공하고자 하였다. 폴리머 시멘트모르타르의 제조를 위하여 친수성의 합성수지(SR)를 사용하였다. 실험에 사용된 변수로 (W+SR)/C비를 고정하여, 사용물에 대한합성수지의 치환율을 일정하게 증가시켜 사용하였다. PVA 섬유의 혼입량은 각각의 실험체에 0%,1%,2%를 혼입하여 실험을 수행하였다. 재료특성 실험으로는 압축강도시험, 쪼갬 인장강도시험, 휨 강도 시험을 수행하였다. 폴리머 시멘트 모르타르에 PVA 섬유를 혼입하면 쪼갬 인장강도 및 휨 강도가 증가하는 것을 확인 하였다. 따라서, 본 연구결과는 합성수지 혼입 폴리머 시멘트모르타르의 인장성능 개선을 위한 PVA섬유 혼입시 제조 가이드라인으로 활용이 가능할 것으로 판단된다. The purpose of this study is to provide guidelines for the production of fiber-reinforced polymer cement mortar by examining the material properties according to the amount of fiber incorporated. PVA fiber was applied to improve the tensile performance of polymer cement mortar. Hydrophilic synthetic resin (SR) was used for the production of polymer cement mortar. The (Water+Synthetic Resin)/Cement ratio was fixed as a variable used in the experiment(35%), and the substitution ratio of the synthetic resin to the specimen was used differently(15%, 30%, 45%, 60%, 75%). The amount of PVA fiber was tested by mixing 0%, 1%, and 2% of each specimen, and compressive strength, split tensile strength, and flexural strength tests were performed on each specimen. It was confirmed that when PVA fiber was incorporated into the polymer cement mortar, the tensile and the flexural strengths were increased. Therefore, it is considered that the results of this study can form a manufacturing guideline for mixing PVA fiber to improve the tensile performance of polymer cement mortar incorporating synthetic resin.

보강재 박리에 의한 GFRP 휨 보강 RC보의 파괴강도에 관한 실험 및 해석적 연구

이종한,권혁배,강수태,Lee, Jong-Han,Kwon, Hyuck Bae,Kang, Su Tae 대한토목학회 2015 대한토목학회논문집 Vol.35 No.1

섬유강화폴리머(FRP) 보강 철근콘크리트(RC) 구조물은 보강효과가 충분히 발휘되기 전에 보강재의 탈락으로 보강효과의 상실 및 구조부재의 갑작스러운 파괴를 야기할 수 있다. 현재 FRP 보강보의 박리파괴강도는 설계지침에서 제시된 보강재의 탈락변형률에 근거하여 무보강 RC보와 동일한 강도해석법을 적용하고 있다. 그러나, 각 설계지침에 따라 FRP 보강재의 탈락변형률이 달리 제시되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 유리섬유강화폴리머(GFRP)로 보강된 RC보의 박리파괴 휨 강도 실험을 통해 각 설계기준에서 제시된 보강재 탈락변형률에 의한 박리파괴강도를 비교 평가하였다. 또한, 보강재 탈락에 의한 파괴는 콘크리트의 압축변형률이 극한변형률에 도달하기 전에 발생하므로, 본 연구에서는 재료의 비선형 응력분포를 고려한 해석을 수행하였다. 그리고, GFRP 보강 RC보의 설계 박리파괴강도 산정 시 강도설계법에 의해 산정된 무보강 RC보의 극한휨강도와 유사한 안전율을 나타낼 수 있는 강도식을 제시하였다. Reinforced concrete (RC) structures strengthened with FRP materials would cause the loss of the reinforcing effect and the sudden failure of the structure due to the debonding of FRP. The debonding fracture strength of the FRP-strengthened concrete structures has been evaluated using the same strength method as applied in RC structures based on the debonding strain of FRP. However, the values of the FRP debonding strain are different according to design guidelines. Thus, this study carried out an experimental study on RC beams reinforced with GFRP and evaluated the debonding fracture strength of the strengthened beams from each design guideline. Since the debonding failure occurs prior to reaching the ultimate value of concrete compressive strain, this study accounts for the nonlinear stress distribution of concrete. This study also proposed equations that can evaluate the debonding strength of GFRP-strengthened RC beams with similar safety to the ultimate flexural strength of non-strengthened RC beams.

섬유보강 재생 폴리머 콘크리트의 강도 특성

김경태 ( Kyungtae Kim ),성찬용 ( Chanyong Sung ),김영익 ( Youngik Kim ),김인수 ( Insu Kim ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

본 연구는 콘크리트 구조물의 노후화 등으로 인하여 발생되는 폐콘크리트를 재활용함으로서 자연생태계와 환경을 보전함은 물론, 천연골재의 부족현상을 해소하고, 폴리머 콘크리트의 단점인 취성적 성질을 개선하기 위하여 재생 굵은 골재와 강섬유, 유리섬유, 폴리프로필렌섬유 등 3종류의 섬유를 사용한 섬유보강 재생 폴리머 콘크리트를 개발하여, 콘크리트의 휨 및 쪼갬인장 강도의 개선과 균열억제 등으로 구조부재로의 사용전환 여부 및 취성거동을 연성거동으로 유도하기 위하여 전체 체적비에 대하여 각각 0.0%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8%, 1.0%, 1.2%를 혼입하여 강도 특성을 구명하였다. 또한, 작업성, 경제성 등을 고려하여 결합재의 적정 수지량을 예비시험을 통하여 10.5%로 결정하였으며, 재생골재를 사용함으로써 폴리머 콘크리트의 활용성을 증대하고자 하였다. 압축강도는 강섬유의 경우 0.4%, 유리섬유 및 폴리프로필렌섬유의 경우 0.2%에서 최대강도를 나타내었으며, 혼입률이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 쪼갬인장강도 및 휨강도는 강섬유 및 유리섬유를 혼입한 경우 1.0% 이내에서는 혼입률이 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었으며, 폴리프로필렌섬유를 혼입한 경우 혼입률이 증가할수록 감소하여 강도 측면에서는 강섬유 및 유리섬유가 대체로 유익한 것으로 나타났다.

인장 시편의 형상을 고려한 탄소섬유보강폴리머의 기계적 특성 분석

최종권,김창혁 한국콘크리트학회 2020 콘크리트학회논문집 Vol.32 No.3

사회 기반 시설물들의 노후화가 진행됨에 따라 구조물의 보수 및 보강에 대한 수요가 높아지고 있다. 이러한 구조물의 구조 성능을 향상하기 위하여 경제적이고 효율적인 탄소섬유보강폴리머가 많이 활용되고 있으며, 탄소섬유보강폴리머에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 탄소섬유보강폴리머를 통한 보수 및 보강 효과를 정량적으로 평가하기 위해서는 재료의 기계적 성능을 정량적으로 평가해야한다. ASTM D3039에서 제안하는 표준 시험 방법은 전반적인 평가 방법에 대한 가이드라인을 제시하고 있지만, 구체적인 시편의 형상에 대한 가이드라인을 명확하게 제시하지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 탄소섬유보강폴리머 인장 시편의 형상에 따른 인장성능을 실제 현장에서 사용되는 탄소섬유보강폴리머의 두께를 고려하여 평가하였다.

탄소섬유 폴리머로 전단보강 후 동결융해 환경에 노출된 철근콘크리트 보의 구조성능

송선화,김선우,박완신,최기봉,윤현도 한국구조물진단유지관리공학회 2009 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.13 No.6

건축물의 보수․보강 시 섬유보강 폴리머를 이용한 부착공법을 이용한 보수․보강이 행해지고 있으며, 특히 CFRP(carbon fiber reinforced polymer)는 이러한 RC 구조부재의 보강재로 널리 활용되고 있다. 그러나 외부 환경적 요인에 의해 열화되는 즉, 동결융해 환경이 RC 보에서의 CFRP 보강성능에 미치는 영향에 관한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 AE 기법을 통해 CFRP와 RC 부재 내부의 손상진전에 따라 발생하는 AE 신호를 계측함으로써 CFRP로 보강 후 동결융해에 의해 열화된 RC 구조물의 파괴기구 규명을 위한 기초자료를 마련하고자 한다. In these days, carbon fiber-reinforced polymers (CFRP) have been widely used for retrofitting and/or strengthening structural elements. However, there are not enough test data to predict the long-term performance of the retrofitted structures exposed to freeze-thawing cycles. This paper presents the results of experimental program undertaken to investigate the effects of freeze-thawing cycling (from-18 to 4℃) on the behavior and failure characteristics of reinforced concrete (RC) beams strengthened in shear with CFRP sheet and plate using acoustic emission (AE) technique.

표면매립 보강된 FRP의 내화성능 향상을 위한내화보강방안에 관한 연구

임종욱,서수연 대한건축학회지회연합회 2018 대한건축학회연합논문집 Vol.20 No.1

Recently, retrofit by using fiber reinforced polymer (FRP) has been widely applied to building structure. However, the retrofit contribution of FRP may be disappeared under high temperature such as fire loading because of the low glass transition temperature of FRP and epoxy. In this manner, this paper presents a research for improving fire resistant capacity of FRP retrofit system. Heat transitions of two types of fire proofing materials (board type and spray type) were verified by performing high temperature loading test and heat transfer analysis. As a result, it was found that the board made of calcium silicate and alumino silicate had higher resistance on the heat transition than the sprayed finish. By using the analytical approach, it is possible to properly estimate the heat transfer of fire-proofing with board under high temperature environment for fir-resistance design of reinforced FRP. 최근 섬유보강 폴리머 (FRP)를 이용한 건물의 보강이 널리 적용되고 있다. 그러나, 화재 등에 의해서 높은 온도에 노출될 경우, FRP와 에폭시의 낮은 유리전이온도특성 때문에 이 보강방법은 보강효과를 상실하게 된다. 이와 같은 측면에서, 본 논문에서는 FRP 보강시스템의 화재저항 성능을 향상시키기 위한 연구를 진행하였다. 특히 이들 재료들의 내화특성을 파악하기 위하여 실험과 열전도 해석을 실시하여 온도전달특성을 밝혔다. 연구를 통하여, 칼슘실리케이트와 알루미노 실리케이트는 열 저항성능이 높다는 것이 확인되었고 유한요소해석을 통하여 내화재의 두께를 설계하기 위한 열전도 특성의 예측이 가능한 것으로 나타났다.

탄소섬유 복합체 그리드 보강 콘크리트 슬래브에 관한 연구 분석

윤현도,박완신,김선우,김정은 한국콘크리트학회 2023 콘크리트학회논문집 Vol.35 No.2

이 논문은 탄소섬유 보강 폴리머(CFRP) 그리드로 기존 철근을 대체한 콘크리트 슬래브에 관한 기존 연구를 분석하였으며, CFRP 그리드의 대체 가능성, 슬래브 적용 시 처짐 및 균열 등에 관한 사용성 확보 방안, 뚫림전단 강도에 관한 예측식을 분석하였다. 기존 연구를 분석한 결과, CFRP 그리드의 철근 대체 가능성이 높은 것으로 나타났다. 그러나 철근에 비해 낮은 CFRP 그리드의 탄성계수로 인해, 철근 보강에 비해 CFRP 그리드 보강 슬래브의 처짐이 크게 발생하였으며, 균열폭과 길이도 크게 나타났다. 이에 CFRP 그리드 보강비 또는 슬래브 두께 증가를 통해 휨강성을 확보함으로써 설계기준의 사용성 제한을 만족할 수 있는 것으로 나타났다. CFRP 그리드 보강 콘크리트 슬래브의 뚫림전단강도 예측 제안식을 분석한 결과, 기존의 설계기준을 기반으로 한 상태에서 등가 보강비 등 FRP의 탄성계수를 고려하기 위한 보정계수를 도입하여 수정하였다. 이를 통해 실험값에 대한 예측 정확도가 향상되었으며, 이는 실험값을 예측하는 데에 적절한 범위로 판단된다.

FRP로 보강된 철근콘크리트보의 열전도해석 및 내화성능 평가

임종욱,박종태,김정우,서수연 한국구조물진단유지관리공학회 2018 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.22 No.6

본 연구의 목적은 해석적 방법을 통하여 내화 재료의 특성을 파악하고 섬유 강화 폴리머로 보강된 철근콘크리트의 보의 적절한 내화설계 방법을 제안하는 것이다. 이를 위해, 내화재료의 가열실험을 실시하고 유한요소해석을 통해 열전도율과 비열을 구하고 또한 고온에서 FRP로 보강된 철근콘크리트 보 실험체에 대한 유한요소 해석을 통해 실험결과와 해석결과를 비교하였다. 이 과정에서 실험과 해석적 접근의 신뢰성을 확인하였다. 최종적으로 FRP로 보강된 철근콘크리트 보의 열적특성을 제안된 해석 방법으로 분석하고 고온으로 감소된 휨내력을 계산하였다. 최종적으로 제안된 방법을 이용하여 FRP로 보강된 부재에서 고온 노출시 열특성을 반영한 부재의 열전도를 파악하고 이를 이용하여 내력을 산정할 수 있는 것으로 나타났다. The object of this paper is to find the characteristics of fire proof materials through an analytical method and to suggest a proper approach for fire-proof design of reinforced concrete beam strengthened with fiber reinforced polymer (FRP). Heating tests for fire-proof materials were conducted and the thermal conductivities and specific heats of them were simulated through finite element analyses. In addition, a finite element analysis on the beam specimen strengthened with FRP under high temperature, which was conducted by previous researchers, was performed and the analytical result was compared with test result. And then the compatibility of the analytical approach was evaluated. Finally, the heat resistance characteristic of RC beam strengthened with FRP was analyzed by the proposed analytical method and the strength decrease of the beam due to the high temperature was evaluated. From the comparison with analytical and test result, it was found that the heat transfer from outside to inside through the fire-proof materials can be suitably simulated by using the proposed analytical approach.