3D 프린팅용 고연성 시멘트 복합체를 활용한 패류 껍질층 경계면 모방형 적층 RC 슬래브의 휨 거동

현창진,권기성,서지석,김윤용 한국구조물진단유지관리공학회 2024 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.28 No.1

In this study, we employed Highly Ductile Cement Composite (HDCC) to evaluate the flexural performance of a RC slab that simulates the laminating structure of a seashell. To evaluate flexural performance, we produced conventional RC slab specimens, HDCC slab specimens, and HDCC-M slab specimens which biomimics a seashell's layered structure by inserting PE mesh inside the slab made of HDCC. A series of 4-point bending tests were conducted. Experimental results shows the flexural strength of the HDCC-M slab specimen was 1.7 times and 1.2 times higher than that of the RC and HDCC slab specimens, respectively. Furthermore, the ductility was evaluated using the ratio of yield deflection to maximum deflection, and it was confirmed that the HDCC slab test specimen exhibited the best ductility. This is most likely due to the fact that the inserted PE mesh separates the layers and increases ductility, while the HDCC passing through the mesh prevents the loss of load carrying capacity due to layer separation. 이 연구에서는 3D 프린팅용 HDCC를 활용하여 패류 껍질의 적층형 결합구조를 모사한 1방향 슬래브의 휨 성능을 평가하였다. 휨성능 평가를 위하여 일반 콘크리트(RC) 및 HDCC로 일체 제작된 슬래브(HDCC)와 HDCC로 제작된 슬래브 내부에 PE-mesh를 삽입하여 층상형 구조를 모방한 슬래브(HDCC-M)를 제작하여 4점 재하 휨 실험을 수행하였다. 실험결과 HDCC-M 슬래브 실험체의 내력은 RC 및 HDCC 슬래브 실험체 대비 각각 1.7배 및 1.2배 높은 결과를 나타내었다. 또한, 항복 변위와 최대처짐량의 비율로 변위 연성비를 평가한 결과, HDCC 슬래브 실험체가 가장 우수한 값을 나타내었다. 이는 삽입된 PE-mesh로 인해 층을 분리하여 연성을 증가시키는 동시 mesh 체눈을 관통하는 각주형 HDCC가 로 내력손실을 방지하였기 때문이라고 판단된다.

SHCC와 특수 보강근으로 보강된 철근콘크리트 보의 휨 성능 실험

현창진,서지석,김윤용 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.27 No.1

In this paper, we evaluated the flexural performance of three types of reinforced concrete beams (SHCC-RB, SHCC-SB, SHCC-FRP)strengthened with ordinary steel rebar, very high strength (super strength) rebar, and FRP bars together with strain-hardening cement composite(SHCC). For this purpose, a series of beam specimens were manufactured and four-point load bending experiments were performed. As a result of theexperiment, all specimens strengthened with SHCC exhibited tightly controlled flexural microcrakcs with the crack width of less than 100 μm. Thisis mostly due to the material properties of SHCC showing tensile strain hardening properties with multiple microcracks under uniaxial tension. Thespecimen SHCC-FRP showed lower initial cracking moment and yield flexural strength than SHCC-RB, whereas the maximum flexural strength ofSHCC-FRP was superior to that of SHCC-RC. This is because the tensile strength of FRP bars is higher than that of ordinary steel reabr. The initialcracking moment of the beam specimen SHCC-SB was similar to that of SHCC-RB, but the yield flexural strength and maximum flexural strengthof SHCC-SB were evaluated to be the highest. 이 논문에서는 고인성 시멘트 복합체 SHCC와 함께 일반 철근, 초고강도 철근, FRP 보강근으로 보강된 3종류의 철근콘크리트 보(SHCC-RB, SHCC-SB, SHCC-FRP)의 휨 성능을 평가하기 위하여 보 실험체를 제작하고, 4점 재하 휨 실험을 수행하였다. 실험 결과, SHCC로보강된 모든 실험체가 다수의 미세 균열이 발생하면서 휨 균열 폭이 100 μm 이하로 제어되는 특성을 나타내었다. 이는 1축 인장 하에서 인장변형경화 특성을 보이며, 다중 미세균열 특성을 보이는 SHCC의 재료적 성질에 기인하는 것으로 판단된다. 실험체 SHCC-FRP는 실험체SHCC-RB에 비하여 초기균열하중과 항복 휨모멘트강도가 낮은 반면, SHCC-FRP의 최대 휨모멘트강도는 SHCC-RC에 비하여 우수하게 나타났는데, 이는 FRP 보강근의 인장강도가 일반 철근에 비하여 더 높기 때문이다. 보 실험체 SHCC-SB의 초기균열 하중은 SHCC-RB와 유사하였으나, 항복 휨모멘트강도 및 최대 휨모멘트강도 측면에서는 SHCC-SB가 가장 우수한 것으로 평가되었다. SHCC와 초고강도 철근을 RC보의보강에 활용하면 작은 단면적의 추가 배근으로도 효과적인 보강이 가능할 수 것으로 판단된다.

폐섬유를 혼입한 보수모르타르의 휨강도 특성

현창진(Hyun, Chang Jin),김효정(Kim, Hyo Jung),최종윤(Choi, Jong Yun),이병재(Lee, Byung Jae),김윤용(Kim, Yun Yong) 한국콘크리트학회 2021 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 Vol.33 No.2

보수모르타르의 요구 성능인 균열억제 및 최소화를 위하여 사용되는 섬유를 대체하여 폐섬유의 활용성을 검토하기 위한 기초연구를 수행하였다. 실험 결과, 폐섬유 혼입 시 섬유를 혼입하지 않은 Plain 대비 12% 이상의 휨강도 향상 효과를 나타내었다. 기존 나일론 섬유를 사용한 경우 대비 강도 특성이 개선되는 것으로 나타났다. A study was conducted to examine the utility of waste fibers by replacing the fibers used for crack suppression and minimization, which is the required performance of repair mortar. As a result of the experiment, flexural strength showed a strength improvement of 12% or more compared to Plain without fibers. It was found that the strength characteristics were improved compared to those using the conventional nylon fiber.

고연성 시멘트 복합재료를 활용한 적층형 슬래브의 휨 거동

현창진 ( Hyun¸ Chang-jin ),김효정 ( Kim¸ Hyo-jung ),김윤용 ( Kim¸ Yun-yong ) 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.27 No.2

본 연구에서는 SHCC를 활용하여 적층형 1방향 슬래브의 휨 성능을 평가하였다. 휨 성능 평가를 위해 일반 콘크리트(RC) 및 SHCC로 일체 제작된 슬래브(SHCC) 와 SHCC로 제작된 슬래브 내부에 PE mesh를 삽입(SHCC-M)하여 층상형 구조를 모방한 슬래브(SHCC)를 제작하여 4점 재하 휨 실험을 수행하였다. 실험결과 SHCC-M 슬래브 실험체의 내력은 RC 및 SHCC 슬래브 실험체 대비 각각 1.4배 및 1.2배 높은 결과를 나타내었다. 이는 삽입된 PE mesh로 인해 층을 분리하여 연성을 증가시키는 동시 mesh를 관통하는 SHCC가 층분리의 따른 내력손실을 방지하였기 때문이라고 사료된다..

3D 프린터로 출력된 시멘트 복합체의 내구성에 미치는 폴리머 후처리의 영향

서지석,현창진,김윤용 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.26 No.5

In this study, in order to improve the durability of the cement composite printed with the ME type 3D printer, PDMS, sodium silicate, and a surface hardener were employed. Post-treatment was performed on 3D-printed cement composite by coating after immersion, and the degree of improvement in durability was evaluated. As a result, in all evaluations, the durability performances of the post-processed specimens were improved compared to those of the plain specimens. Water absorption resistance, chloride penetration resistance, and carbonation resistance of the PDMS treated specimens were improved by 36.3 %, 77.1 %, and 50.4 % when compared to plain specimens. Freeze-thaw resistance of the specimens treated with sodium silicate was found to be the most excellent, with an average enhancement of 47.5% compared to plain specimens. It was found that PDMS was the most efficient post-treatment materials for 3D-printed cement composite. However, as suggested in this study, the post-treatment method by coating after immersion may not be applicable to cement composite structures printed with a 3D printer in field. Therefore, a follow-up study needs to be preformed on the durability enhancing materials suitable for 3D printing. 이 연구에서는 ME 방식 3D 프린터로 출력한 시멘트 복합체의 내구성을 개선하기 위해 PDMS, 규산나트륨, 표면강화재를 침지 후도포하는 방식으로 후처리 하였으며 각각의 내구성 개선 정도를 평가하였다. 그 결과, 모든 평가에서 후처리 한 시험체의 내구성능이 그렇지 않은 시험체에 비해 내구성이 개선되는 경향을 나타냈다. 내흡수성과 염소이온 침투 저항성, 탄산화 저항성의 경우 PDMS로 후처리 했을 때 후처리 하지 않은 시험체에 비해 각각 평균 36.3 %, 77.1 % , 50.4 % 개선되어 가장 우수한 것으로 나타났으며 내동해성의 경우 규산나트륨으로 후처리 했을 때 평균 47.5 % 개선되어 가장 우수한 것으로 나타났다. 3D 프린팅용 시멘트 복합체의 후처리 용액 중 대체로 PDMS가 우수한 것으로 나타났으나 이 연구에서 제안한 바와 같이 침지 후 도포하는 후처리 방식은 3D 프린터로 출력한 시멘트 복합체 구조물에 실질적으로 적용하기 어려울 수 있으므로 시공성을 고려한 성능개선재료에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 판단된다.

섬유 종류에 따른 3D프린팅 모르타르

김윤용(Kim, Yun Yong),현창진(Hyun, Chang Jin),김효정(Kim, Hyo Jung),이선목(Lee, Sun Mock),최종윤(Choi, Jong Yun) 한국콘크리트학회 2023 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 Vol.35 No.1

하이브리드 섬유를 혼입한 3D 프린팅 모르타르의 적층성

김효정 ( Kim Hyo-jung ),현창진 ( Hyun Chang-jin ),이선목 ( Lee Sun-mock ),김윤용 ( Kim Yun-yung ) 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.27 No.1

본 연구에서는 재료 특성이 다른 나일론과 PVA 섬유를 1:1 비율로 조합한 하이브리드 섬유를 전체 부피대비 2%를 혼입하여 3D 프린팅 모르타르를 출력하였다. 출력 후 시험체의 적층성을 파악하기 위해 같은 화질의 이미지를 활용하여 화소수 단위로 적층두께를 계산하여 비교하였다. 단일섬유 2% 혼입시 출력 및 적층이 어렵지만, 서로 다른 물리 · 역학적 특성을 가진 섬유를 조합하여 사용하였을 때 출력 및 적층 품질이 개선된다.

하수관거 보수용 알루미나계 모르타르의 내산특성

김은호 ( Kim¸ Eun-ho ),현창진 ( Hyun¸ Chang-jin ),김효정 ( Kim¸ Hyo-jung ),김윤용 ( Kim¸ Yun-yong ) 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.27 No.2

지중 하수 구조물들은 오랜 시간에 걸쳐 오폐수에 함유된 다양한 화학성분에 의해 침식되고 유수에 의한 마모로 장기 내구성 결여에 따른 중성화 및 균열발생 등을 원인으로 내구수명이 현격히 저하되게 된다. 하수관 재질로 사용되는 콘크리트의 열화 현상은 관거 내부의 환경 변화에 의하여 발생되는 요인에 따라 화학적 침해와 물리적 침해로 대표되며 특히 하수에 함유된 유기물, 황산염 이온과 같은 하수의 생성 인자로 인한 황산침식이 심각한 피해를 일으키고 있다고 보고 있다. 본 연구에서는 이러한 환경에 적합한 내산성이 우수한 시멘트 조성물을 검토하고 보수재 개발을 위한 기초 연구를 수행하였다.

나일론 섬유를 혼입한 3D 프린팅 출력성

김효정 ( Kim Hyo-jung ),현창진 ( Hyun Chang-jin ),천민승 ( Cheon Min-seung ),이병재 ( Lee Byung-jae ),김윤용 ( Kim Yun-yong ) 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.26 No.1

본 연구에서는 FRC 나일론 보강섬유 혼입에 따른 3D 프린트 출력성과 적층성능을 파악하였다. 섬유 혼입량이 증가할수록 유동성 손실이 커질 것으로 예상하여, 단위수량과 혼화제 사용량을 증가시켜 배합을 설계하였다. 출력결과, 섬유를 혼입하지 않는 배합의 경우와 같이 출력성과 적층성이 우수하며, 자립성이 매우 안정적인 결과를 나타내었다.

3D 프린터용 모르타르 배합의 염소이온 침투저항성

김효정(Kim, Hyo Jung),현창진(Hyun, Chang Jin),김봉균(Kim, Bong Kyun),이병재(Lee, Byung Jae),김윤용(Kim, Yun Yong) 한국콘크리트학회 2021 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 Vol.33 No.2

본 연구에서는 갠트리 방식의 대형 3D 프린터를 사용하여, 플라이애시 치환율에 따른 염소이온 침투저항성을 평가하였다. 시험 결과, 플라이애시를 혼입할 경우, 염소이온 침투저항성이 증대되는 것으로 확인되었으며, 20% 치환시 Plain 대비 29%의 성능개선 효과가 있는 것으로 나타났다. 이는 내부 유동성이 일부 개선되어 적층 계면의 공극을 채움으로써 매트릭스가 밀실해지고, 시멘트 수화과정에서 포졸란 반응으로 인한 수밀성 증대가 이루어졌기 때문으로 판단된다. In this study, the chloride penetration resistance performance depending on the fly ash substitution rate was evaluated using a gantry-type large-format 3D printer. As a result of the test, when fly ash was mixed, it was confirmed that the chloride penetration resistance was increased, and when 20% substitution was performed, there was a performance improvement effect of 29% compared to Plain. This is considered to be because the internal fluidity is partially improved and the matrix becomes tighter by filling the voids at the lamination interface, and the watertightness is increased due to the pozzolan reaction in the cement hydration process.