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EVA와 성질이 다른 두 종류의 섬유를 혼합한 콘크리트의 양생방법에 따른 강도발현 효과
남기성 ( Kisung Nam ),성찬용 ( Chanyong Sung ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-
시멘트 혼화용 폴리머인 재유화형 분말인 Ethylene vinyl acetate(EVA)를 모르타르 또는 콘크리트에 혼합 시 인장, 휨, 접착강도 및 파괴인성과 같은 역학적 성질과 동결융해저항성, 내약품성과 같은 내구성 측면에서 우수한 성질을 지니고 있다. 또한, 프리팩키지드형으로 포장한 제품으로 유통이 가능하여 보관과 운반이 용이하며, 현장비빔이 용이하다는 특징을 지니고 있다. 재유화형 EVA 분말은 콘크리트 공극에 존재하는 높은 알칼리도 하에서 높은 flexibility을 가진 필름을 형성한다. 그러나, EVA를 사용한 콘크리트는 물에 민감하여 높은 습도 및 물에 포화상태에서는 강도의 발현이 되지 않는 특징이 있어, 콘크리트의 강도발현을 위해 일정기간 동안 습윤양생을 하고, 소요의 재령까지는 기건양생방법을 채택하여 연구를 진행하여 왔다. 한편, 이러한 양생방법은 시험실에서 이루어진 것으로 현장의 열악한 상황과 상이한 경우이다. 일반적으로 콘크리트는 압축강도는 뛰어나나 인장, 휨 및 취성적 성질을 지니고 있어 이들 성질을 개선하기 위해 섬유보강재를 콘크리트에 혼합하여 사용하고 있다. 또한, 서로 다른 2종류이상의 섬유를 혼입함으로서 강도 및 내구성측면에서 향상되는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구는 EVA와 성질이 다른 2종류(강섬유+폴리프로필렌섬유)를 혼입한 콘크리트를 수중 및 기건양생한 방법을 기준으로하여 20℃, 40℃ 및 60℃에서 기건양생한 콘크리트와의 강도발현 특성을 서로 비교하여 고찰하였다. 이들 양생방법에 따른 실험결과는 다음과 같다. 압축강도와 휨강도는 기건양생 60℃〉수중양생 + 기건양생 〉기건양생 40℃ 〉기건양생 20℃ 순으로 나타났으며, 양생방법별 최대압축강도는 EVA 5% + 강섬유 0.30% + PP섬유 0.05%를 혼합한 배합에서 동일하게 나타났다. 또한 최대휨강도는 EVA 5% + 강섬유 0.45%+PP섬유 0.025%를 혼합한 배합에서 동일하게 나타났다. 한편, 섬유를 동일하게 혼합한 배합의 경우, 모든 양생방법에서 EVA를 혼입한 배합이 강도적 측면에서는 유리한 것으로 나타났다. 한편, 기준압축강도 21MPa를 요하는 구조물에서 20℃로 기건양생할 경우, 전체적으로 기준강도의 약 60∼70%가 발현되어, 기건양생 시 양생온도가 중요하다는 것을 알 수 있다.
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강섬유 보강 EVA 콘크리트의 동결융해저항성 및 내산성
남기성 ( Kisung Nam ),성찬용 ( Chanyong Sung ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-
최근 지구온난화로 기후변화가 심해짐에 따라 탄산화, 염해 및 중성화 등의 열화인자를 활성화시켜 물에 접하는 수리구조물에 균열 및 철근부식이 발생하여 구조적 성능 저하와 내구연한의 감소로 인한 유지관리비용 증가 등 많은 문제점이 발생하고 있다. 이에 따라 구조물의 제기능 유지 및 내구성 향상을 위해 다양한 보수공법 및 보수재료 개발에 대한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 접착성, 방수성 및 내약품성 등이 우수한 시멘트용 폴리머 혼화재의 사용하고 있는 실정이다. 특히, EVA 재유화형 분말수지는 콘크리트의 미세공극 및 모세구조를 성장형 유기화학 결정체로 채워 내부공극을 감소시켜 물의 이동을 차단시키고, 골재와의 부착성을 향상시켜 강도 및 내구성 향상에 기여하는 것으로 알려져 있다. 보통 시멘트 콘크리트에 강섬유, 폴리프로필렌섬유, 유리섬유 등을 보강하여 사용할 경우, 압축특성은 일반적으로 섬유를 혼입하지 않은 경우에 비해 비슷하거나 오히려 작은 경향을 나타내지만, 휨, 전단 및 부착특성, 내충격성 및 내구성이 증대되는 경향이 있으며, 특히, 동결융해저항성, 내산성 및 염소이온투과저항성 등의 내구적 특성이 장기간에 걸쳐 효과가 증대된다. 따라서, 본 연구는 물과 접촉되는 수리구조물, 지중매설물, 해양구조물 및 토양지역에 설치할 구조물의 내구성 증진을 위해 플라이 애시를 혼입한 레미콘 배합에 EVA 재유화형 분말수지와 강섬유를 보강한 콘크리트를 연구하여, EVA 혼입률과 강섬유 혼입률에 따른 동결융해저항성, 내산성에 대하여 실험적으로 구명하였다. 강섬유 보강 EVA 콘크리트의 동결융해저항성 및 내산성의 실험결과는 다음과 같다. 동결융해저항성은 EVA 5.0% + 강섬유 0.6%에서 중량감소율이 가장 작게, 내구성지수는 가장 크게 나타났으며, 내산성은 EVA 10% + 강섬유 1.0%에서 중량감소율이 작게 나타났다. EVA와 강섬유를 강도적 측면을 고려하여 혼입량을 증가할 경우, 내구성 향상에 효과가 있으리라 판단된다.
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남기성 ( Kisung Nam ),성찬용 ( Chanyong Sung ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-
콘크리트는 다른 건설재료에 비해 높은 내구성과 경제성으로 인해 세계적으로 널리 사용되고 있으나, 지구의 온난화로 기후변화가 심해짐에 따라 탄산화, 염해 및 중성화 등의 열화인자를 활성화시켜 물에 접하는 수리구조물에 균열 및 철근부식이 발생하여 구조적 성능 저하와 내구연한의 감소로 인한 유지관리비용 증가 등 많은 문제점이 발생하고 있다. 최근 구조물의 제기능 유지 및 내구성 향상을 위해 다양한 보수공법 및 보수재료 개발에 대한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 접착성, 방수성 및 내약품성 등이 우수한 시멘트용 폴리머 혼화재의 사용이 증가하고 있다. 특히, EVA 재유화형 분말수지는 경화과정에서 콘크리트 속의 작은 공극과 모세구조를 성장형 유기화학 결정체 성분으로 채워져 내부공극을 감소시켜 물의 이동을 차단시키고, 골재와의 부착성을 향상시켜 강도 및 내구성 향상에 기여하는 것으로 알려져 있다. 보통 시멘트 콘크리트는 일반적으로 압축하중에 저항성은 우수한 것으로 알려져 있으나, 내부구속응력, 인장 및 휨하중에 대한 균열이 쉽게 발생하고 극한하중 이후에 갑작스러운 취성파괴가 이루어져 강, 유리, 나일론, 폴리프로필렌 및 탄소와 같은 섬유를 콘크리트에 혼입하여 이러한 단점을 해결하고자 많은 연구가 진행되고 있으며, 강섬유 및 폴리프로필렌 섬유를 혼입한 섬유보강 콘크리트가 터널과 같은 휨하중을 받는 구조물에 사용되고 있다. 그러나, 현장에서는 섬유보강 숏크리트 및 콘크리트 적용 시 품질관리의 미흡으로 섬유뭉침현상 및 단위수량 증가로 강도 및 수밀성저하를 야기시켜 섬유 혼입률에 대한 제한을 두고 있으며, 품질기준도 엄격하게 적용하고 있다. 따라서, 본 연구는 물과 접촉되는 수리구조물, 지중매설물, 해양구조물 및 토양지역에 설치할 구조물의 내구성 증진을 위해 현장에서 사용되고 있는 플라이 애시를 혼입한 레미콘 배합을 근거로하여 폴리프로필렌섬유보강 EVA 콘크리트를 개발하였고, EVA 혼입률과 폴리프로필렌 섬유 혼입률에 따른 동결융해저항성, 내산성 및 내충격성에 대하여 실험적으로 구명하였다.
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남기성 ( Kisung Nam ),성찬용 ( Chanyong Sung ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-
옹벽, 사면, 제방축조 시 토목섬유(Geosynthetics)를 활용한 보강토 구조물은 시공성의 용이성, 경제성 및 미관의 우수성으로 최근 들어 많이 시공되고 있다. 토목섬유 중 지오그리드는 폴리머를 판상으로 압축시키면서 격자모양의 그리드 형태로 구멍을 내어 특수하게 만든 후 1방향 혹은 2방향으로 연신하여 제조하거나, 고강도사를 격자형으로 교차시킨 후 PVC수지 또는 아크릴계 수지로 코팅하여 성토사면 보강, 연약지반 보강 및 보강토옹벽 등 다양한 보강재로서 폭넓게 활용되고 있는 실정이다. 본 연구는 현장에서 시공한 보강토옹벽에 사용되는 지오그리드의 공학적 특성 및 보강토옹벽의 구조적 특성 등을 검토한 후, 보강토옹벽의 높이별 변위를 계측함으로서 침하에 대한 구조적 안정성을 구명하는 데 있으며, 본 연구에 대한 결과는 다음과 같다. 첫째, 현장에 적용된 지오그리드는 6T형을 사용하였으며, 인장강도는 경사인 경우 78.4~80.3kN/m, 위사인 경우 35.7~36.9kN/m이며, 인장신도는 경사인 경우 9.4%로 나타났다. 둘째, 지오그리드의 설계정수는 r= 1.9tonf/㎥, Φ=30°로 설정하였으며, 보강재 파단에 대한 안전율(F.S)를 1.5로 하여 깊이별 수평응력 및 인장력을 산출하였다. 셋째, 지오그리드를 사용한 보강토옹벽 높이(H) 3.5m에 대한 보강재 파단의 안정성 검토 결과, 깊이 0.5∼3.1m에서 안전율이 2.3∼9.1까지 계산되었으며 높이가 증가할수록 안전율이 작아졌다. 넷째, 지오그리드를 사용한 보강토옹벽 높이(H) 4.8m에 대한 보강재 파단의 안정성 검토 결과, 깊이 0.5∼4.4m에서 안전율이 1.8∼9.2까지 계산되었으며 높이가 증가할수록 안전율이 작아졌다. 다섯째, 보강토옹벽의 높이별 수평변위를 1일, 7일, 15일, 30일, 60일, 90일 간격으로 계측한 결과, 3.5m 보강토옹벽에서 0.5∼15mm로 계측되었으며, 수평변위 0.5%H의 범위안에 있어 침하에 대한 안정성이 확보되었다. 여섯째, 보강토옹벽의 높이별 수평변위를 1일, 7일, 15일, 30일, 60일, 90일 간격으로 계측한 결과, 4.8m 보강토옹벽에서 0.6∼18mm로 계측되었으며, 수평변위 0.5%H의 범위안에 있어 침하에 대한 안정성이 확보되었다. 일곱째, 보강토옹벽에 사용되는 지오그리드의 수직간격은 높이가 높아질수록 간격의 폭은 증가하였으며, 이는 구조검토 시 안전율 1.5에 접근되도록 하였다. 지오그리드를 이용한 보강토옹벽은 흙과의 마찰력에 의한 아칭효과를 극대화 시키기 위하여 활용되나, 실제 현장에서 이에 대한 토압분포, 전도, 활동, 지지력등과 같이 공학적 특성에 대한 연구가 이루어지지 않고 일반적인 식 등을 활용하고 있으며, 계측을 통한 안정성 등을 무시하는 경향이 있어, 이 분야에 대한 연구가 필요한 실정이다.
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Hybrid 나일론 섬유보강 에폭시 콘크리트의 압축강도 특성
이재평 ( Jaepyeong Lee ),성찬용 ( Chanyong Sung ),남기성 ( Kisung Nam ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-
최근 공업화에 따른 대기오염과 수질오염이 증가함에 따라 물의 산성화 같은 환경오염 인자로 인해 구조물의 내구 연한이 점차 감소되는 경향을 보이고 있다. 그 이유는 콘크리트 자체의 압축강도는 우수하나 균열에 약하고 인장, 휨에 취약할 뿐만 아니라 에너지 흡수능력이 작아 취성파괴가 생기는 약점을 지니고 있기 때문이다. 콘크리트의 수명을 단축하는 요인 중 기상조건에 의한 내후성은 기온, 습도 등의 영향을 받으며, 그 중 가장 큰 영향을 미치는 것이 자외선이다. 따라서 시멘트 콘크리트의 내후성은 내구성을 평가하는 중요한 인자 중 하나이다. 지금까지의 연구에서 에폭시 수지는 접착성, 내약품성, 내후성 등의 성질이 우수하여 보수.보강에 널리 사용되어 왔다. 또한, 콘크리트의 취성거동을 연성거동으로 유도하고, 인장 저항력을 증대시키는 등의 시멘트 콘크리트의 단점을 개선하기 위하여 불연속성의 단섬유를 혼입한 섬유보강 콘크리트는 인장강도, 휨강도, 균열에 대한 저항성 및 내충격성 등의 성질을 개선시켜 왔다. 본 연구는 현장에서 일반적으로 사용되고 있는 레미콘 배합을 기준으로 슬럼프 12±2.5cm, 공기량 4.5±1.5%, 설계 기준강도 21Mpa 이상이 되도록 예비실험을 통해 기준배합을 결정하였다. 에폭시 수지는 중량비로 시멘트의 5%를 치환하였고, 섬유는 시판품 현황 및 기존의 연구 결과를 고려하여 6mm와 19mm로 길이가 다른 나일론섬유를 혼입하였으며, 혼입률은 체적비로 0.2%, 0.15%, 0.10%, 0.05%, 0%로 19mm와 6mm를 교차로 하이브리드 한 총 12배치를 실험하였다. 그 결과, 압축강도는 모든 배합에서 재령 28일 목표강도인 21Mpa 이상을 만족하였고, 최대압축강도는 에폭시 수지 5%를 혼입하고 6mm와 19mm 나일론섬유를 각각 0.1%씩 하이브리드 한 배합에서 나타났으며, 기준배합에 비해 5% 크게 나타났다. 특히, 본 연구의 경우 생산단가를 고려하여 시멘트 모르타르에 경화제를 첨가하지 않고 목표강도를 얻으므로써 물과 항상 접촉하는 항만시설, 농업용 수리시설물에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 생산비 절감 효과를 가져올 수 있다.
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Hybrid 나일론 섬유보강 에폭시 콘크리트의 휨강도 특성
이재평 ( Jaepyeong Lee ),성찬용 ( Chanyong Sung ),남기성 ( Kisung Nam ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-
콘크리트 구조물 중 휨 응력을 많이 받는 교량이나 내구성을 요구하는 지중매설물, 해양구조물, 농업시설물 등 물과 항상 접촉하는 수리구조물 등은 하중이 재하됨에 따라 균열이 발생하게 된다. 그 이유는 콘크리트는 압축강도는 우수하나 인장과 휨에 취약할 뿐만 아니라, 취성적인 성질을 갖는 단점을 가지고 있기 때문이다. 기존의 연구에서 에폭시 수지는 내약품성, 내후성 등의 성질이 우수하다는 평가를 받아왔다. 그러나 재료비의 고가로 경제성이 불리하여 널리 보급되기에는 어려움이 따랐다. 또한, 시멘트 콘크리트의 구조적 단점을 개선하기 위하여 섬유보강 콘크리트(Fiber Reinforced Concrete, FRC)에 대한 연구가 계속되고 있다. 본 연구에서는 시멘트 입자와의 높은 부착력을 지니고, 비교적 탄성계수가 크며, 유효직경이 작아 밀실한 콘크리트를 생산할 수 있는 섬유 중 비교적 가격이 저렴한 나일론섬유를 택하여 그 길이를 달리하는 두 종류를 Hybrid하여 내구성이 월등한 섬유보강 에폭시 콘크리트를 개발하였다. 따라서, 본 연구는 현장에서 일반적으로 사용되고 있는 레미콘 배합을 기준으로 슬럼프 12±2.5cm, 공기량 4.5±1.5%, 설계기준강도 21Mpa 이상, 에폭시 수지는 중량비로 시멘트의 5%를 치환하였고, 섬유는 시판품 현황 및 기존의 연구결과를 고려하여 길이가 다른 6mm와 19mm의 나일론섬유를 혼입하였으며, 혼입률은 체적비로 0%, 0.05%, 0.10%, 0.15%, 0.20%를 교차로 하이브리드 한 총 12배치를 실험하였다. 그 결과, 재령 28일의 휨강도는 압축강도의 1/6∼1/4 범위에 있었으며, 최대휨강도는 에폭시 수지를 혼입하고, 6mm의 나일론섬유 0.1%와 19mm의 나일론섬유 0.1%를 하이브리드 한 배합에서 기준배합에 비해 23% 크게 나타났다. 또한, 6mm 또는 19mm를 단일로 혼입한 배합의 경우와 6mm와 19mm를 하이브리드 한 배합의 경우에는 19mm 나일론섬유 단일혼입 및 혼입률이 높은 배합에서 상대적으로 휨강도가 크게 나타났다.
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