형상을 개선한 강섬유보강 숏크리트의 현장 적용성에 관한 기초적 연구

김상환,허청,Kim, Sang-Hwan,Heo, Chung 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.1

본 연구에서는 새로운 형태의 강섬유로 보강된 숏크리트의 현장 적용성을 평가하기 위한 기초연구로 형상을 개선한 강섬유의 이론적 검토 및 역학적 특성실험을 실시하였다. 강섬유보강 숏크리트 강도에 영향을 주는 강섬유 부착계수 식을 이용하여 형상을 개선한 강섬유의 부착계수를 구하고 후크형 강섬유와 형상을 개선한 강섬유를 비교하였다. 역학적 특성실험에 사용한 시료는 기존의 후크형 강섬유보강 숏크리트 및 형상을 개선한 강섬유보강 숏크리트이며, 이들 시료를 이용해서 역학적 특성을 분석하기 위해 리바운드 실험을 실시하였다. 실험결과를 통해 형상을 개선한 강섬유보강 숏크리트가 기존 강섬유보강 숏크리트에 비해 강도특성이 향상됨을 확인했다. This paper presents the fundamental study on the field applicability of new-type steel fiber improved the existing shape. In this study, the theoretical reviews and the laboratory test programs were carried out to evaluate the mechanical characteristic of the new-type of steel fiber. The steel fiber sticking coefficient of new-type steel fiber was estimated from the test results. The laboratory scaled shotcrete rebound tests were also performed to analysis the field applicability of New-type steel fiber shotcrete and the mechanical behaviour of New-type steel fiber shotcrete were compared with that of the existing steel fiber shotcrete. It was found that the strength characteristic of New-type steel fiber shotcrete was increased.

강섬유 인장강도에 따른 강섬유 보강 콘크리트 건조수축 특성

백대일,한성민,최기봉,윤현도,최원창 한국복합신소재구조학회 2022 복합신소재구조학회논문집 Vol.13 No.3

Much research has been conducted on steel fiber reinforced concrete (SFRC) to reduce cracks caused by drying shrinkage. Steel fiber can improve the early-age properties of concrete to increase the cracking resistance by acting as a stitch between crack faces. In this study, steel fibers with different tensile strengths were used to investigate the characteristics of drying shrinkage of SFRC. Free and restrained drying shrinkage tests were conducted, and the drying shrinkage rate was converted to the tensile strength of concrete and compared with the result of the tensile strength test. The results indicate that steel fiber has little influence on free drying shrinkage. However, for restrained drying shrinkage, as the tensile strength of steel fiber increases, it is effective in delaying the occurrence of cracks and reducing the width of cracks. In addition, steel fiber can effectively resist tensile stress caused by drying shrinkage and increases the tensile strength of SFRC, and its effectiveness increases with increasing tensile strength. 콘크리트 경화 시 발생하는 수분증발로 인한 건조수축은 콘크리트의 균열을 발생시킨다. 콘크리트에 발생하는 균열은 콘크리트의 내구성을 저하하여 안정성과 사용성에 문제를 발생시킨다. 이러한 문제점을 보안하기 위해 콘크리트에 강섬유를혼입하여 건조수축으로 인한 균열을 방지하는 강섬유 보강 콘크리트 (SFRC)에 관한 연구가 진행되고 있다. 강섬유는 콘크리트의 균열단면에서 가교역할, 부착작용을 통해 건조수축으로 인한 균열발생을 억제하고 균열 폭을 감소시키는 효과가 있다. 본 논문에서는 강섬유의 인장강도에 따른 강섬유 보강 콘크리트의 건조수축 제어성능을 평가하였다. 자유건조수축 실험과 구속건조수축 실험을 진행하였으며 실험 결과를 콘크리트의 인장응력으로 변환하여 콘크리트 직접인장실험 결과와 비교하였다. 강섬유의 자유건조수축 저감 효과는 미미하지만 강섬유의 인장강도가 증가할수록 구속건조수축으로 인한 균열제어에 효과적임을 확인하였다. 또한 강섬유의 인장강도가 증가할수록 콘크리트의 인장응력이 증가함을 확인하였다.

더블아치형 강섬유의 부착성능 평가 및 인발거동 예측모델 제시

박주현,송민규,이종한 한국콘크리트학회 2022 콘크리트학회논문집 Vol.34 No.6

본 연구에서는 섬유보강콘크리트의 성능향상을 위해 강섬유의 형상에 따른 마찰과 기계적 저항의 역학적 성능을 분석하고 새로운 형상인 더블아치형 강섬유의 부착성능 예측모델을 제시하였다. 강섬유의 성능 검증을 위해 인발실험을 수행하여 인발거동 평가와 제시한 더블아치형 강섬유의 예측모델을 검증하였다. 강섬유의 형상에 따른 비교를 위해 후크엔드형과 단일아치형 강섬유와의 최대인발저항강도, 에너지흡수용량을 비교 분석하였다. 더블아치형 강섬유는 후크엔드형과 단일아치형 강섬유에 비해 약 1.3~3.1배 높은 인발저항강도와 잔류인발강도를 보였다. 에너지흡수용량에서도 더블아치형 강섬유에서 약 1.5~2.3배 우수한 성능을 보였다. 또한, 제시한 더블아치형 강섬유의 인발거동 예측모델은 실험결과와 비교 시 최대 인발강도는 약 1.7 %의 오차를 보였으며, 강도감소 구간과 에너지흡수성능에서도 실험결과와 매우 유사한 결과를 보였다.

강섬유 보강콘크리트의 강섬유 분산이 표면전기저항에 미치는 영향

김성도,문도영 한국구조물진단유지관리공학회 2013 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.17 No.1

콘크리트의 투수성능을 평가하는 여러 가지 비파괴시험방법 중의 하나는 표면전기저항을 측정하는 것이다. 그러나 콘크리트내에 강섬유로 인한 판단의 오류가 발생할 수 있기 때문에 강섬유 보강콘크리트에 본 표면전기저항측정방법을 적용하기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 강섬유보강 콘크리트의 강섬유 분산도가 표면전기저항에 미치는 영향을 실험적으로 고찰하였다. 3개의 정방형 및 원형 실험체의 4개면에서의 저항치를 3번 반복하여 측정하였으며, 서로 비교하였다. 측정결과에 의하면, 원형실험체를 이용한 실험결과가 정방형 실험체의 결과에 비하여 강섬유의 영향을 일관되게 나타내고 있는 것으로 확인되었다. 또한, 강섬유의 분산도는 강섬유 혼입량에 비하여 측정결과에 미치는 영향이 미미한 것으로 나타났다. 결론적으로, 표면전기저항측정을 이용한 비파괴 평가법은 0.5%까지의 강섬유를 포함한 SFRC의 투수성 평가에 적용될 수 있는 것으로 판단된다. One of feasible non-destructivity test methods for evaluation of concrete permeability is the measurement of surface resistivity. But the application to steel fiber-reinforced concrete has been limited because mis-evaluation could be caused by the steel fibers in concrete. In this study, the effect of fiber distribution on surface electrical resistivity of steel fiber-reinforced concrete was investigated through experimental program. Resistivity was measured three times on four surfaces in three rectangular and circular specimens with 0.5%, 1% and 1.5% steel fibers by volume and compared each other. The results obtained from circular specimens were consistent compared to those from rectangular specimens. And the results demonstrated that the effect of fiber distribution on surface resistivity was not significant compared to that of mixing ratio of steel fibers. In conclusion, this non-destructive testing method using measurement of surface resistivity could be used for SFRC within 0.5% steel fibers by volume.

TBM 터널 세그먼트용 60 MPa급 강섬유보강콘크리트의 휨성능 평가

문도영,강태성,장수호,이규필,배규진,Moon, Do-Young,Kang, Tae-Sung,Chang, Soo-Ho,Lee, Gyu-Phil,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.3

본 연구에서는 Model Code 2010에 제시된 실험방법에 근거하여 설계강도 60MPa의 강섬유보강 콘크리트의 휨강도와 잔존강도, 휨인성을 평가하였다. 비교를 위하여 설계강도 40MP의 강섬유보강 콘크리트도 실험하였다. 또한, 배합의 평가를 위하여 파괴된 시험체의 파괴면을 육안으로 관찰하여 강섬유의 분산도를 평가하였다. 본 실험에서 사용된 강섬유는 형상비 64, 67 및 80의 국내산 후크 강섬유이다. 강섬유 혼입률은 체적에 대하여 0.5%로 동일하다. 실험결과, 설계강도 60MPa에서는 형상비가 큰 강섬유가 혼입된 강섬유보강 콘크리트만이 Model Code 2010에서 제시된 요구성능을 만족하는 것으로 나타났다. 고강도 콘크리트에서는 큰 형상비의 강섬유가 심대한 균열에서 충분한 인성을 확보하는데 기여할 수 있는 것으로 판단된다. 또한, 섬유의 고른 분산도 확보를 위해서는 낮은 슬럼프가 유리한 것으로 나타났다. Based on Model Code 2010, flexural and residual strength, flexural toughness of SFRC with design strength of 60 MPa are evaluated. For comparisons, SFRC with design strength 40 MPa was tested. Distribution of steel fibers in crack surface of specimens was evaluated by visual inspection. The used steel fibers were hooked fibers with aspect ratio of 64, 67 and 80. In all specimens, mix ratio of steel fibers was 0.5% Vol. In results, only SFRC with the highest aspect ratio satisfied requirements specified in Model Code 2010. The results demonstrated that the use of high aspect ratio will provide enough flexural toughness for high strength concrete. Also, it is found that low slump of high strength concrete can help to enhance isotropic fiber distribution.

마이크로 강섬유가 혼입된 경량골재 콘크리트의 인성지수 평가

이혜진,김학영,양근혁,이영호 대한건축학회 2022 대한건축학회논문집 Vol.38 No.7

This study aimed to estimate the effect of the volumetric fraction(  ) and shape of microsteel fibers on improving the toughness of lightweight aggregate concrete (LWAC). For LWAC mixes designed at the targeted compressive strength of 40 MPa,   of hooked-end steel fibers varied up to 1.0% at an interval of 0.25%, beyond which combination of hooked-end and straight steel fibers were applied up to   of 1.5%. The compressive and flexural toughness indices( &  ) determined from the prepared LWAC specimens were assessed with respect to fiber reinforcing index( ) and compared with those compiled from the previous normal-weight concrete (NWC) reinforced with the conventional steel fibers. microsteel fiber reinforced LWAC specimens exhibited   and   values similar to those of conventional steel fiber-reinforced NWC when  was less than 1.0. Meanwhile, LWAC specimens reinforced with hybrid hooked-end and straight microsteel fibers at  exceeding 1.05 exhibited higher   and   values than conventional steel fiber-reinforced NWC. This implies that the use of hybrid hooked-end and straight microsteel fibers is promising in improving the ductility of LWAC. 이 연구의 목적은 마이크로 강섬유의 혼입양과 형상이 경량골재 콘크리트(lightweight aggregate concrete, LWAC)의 인성 향상에 미치는 영향을 평가하는 것이다. 목표 압축강도 40 MPa인 LWAC 배합에서 훅크형 마이크로 강섬유 체적비를 0.25% 간격으로 1.0%까지 변화하였으며, 체적비가 1.0% 이상에서는 훅크형상과 직선형상을 함께 혼입하였다. 섬유보강LWAC의 압축(Ic) 및 휨 인성지수(T150)는 섬유보강지수(Bf)관점에서 평가하고 기존의 일반 강섬유로 보강된 보통중량 콘크리트(normal-weight concrete, NWC)의 결과들과 비교하였다. 실험결과 값이 1.0 이하에서는 마이크로 강섬유로 보강된 LWAC의 및 값은 일반 강섬유로 보강된 NWC와 비슷한 수준을 보였다. 반면 Bf 값이 1.05 이상인 훅크형과 직선형 마이크로 강섬유를 동시 사용한 LWAC의 Ic 및 T150값은 일반 강섬유로 보강된 NWC보다 높았다. 즉, LWAC의 인성향상 측면에서 일반 강섬유보다 직경이 작고 형상비가 높은 훅크형과 직선형의 마이크로 강섬유의 혼입은 효과적이었다.

고강도 후크형 강섬유로 보강된 콘크리트의 압축 및 휨 성능

왕기 ( Qi-wang ),김동휘 ( Dong-hwi Kim ),윤현도 ( Hyun-do Yun ),장석준 ( Seok-joon Jang ),김선우 ( Sun-woo Kim ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.25 No.6

이 논문은 고강도 후크형 강섬유 보강량과 형상비에 따른 콘크리트의 압축 및 휨 성능에 미치는 영향에 대하여 다룬다. 이를 위하여 총 10개 콘크리트 배합이 계획되었다. 설계기준강도 30 MPa인 콘크리트에 형상비(l/d)가 64, 67, 80인 강섬유를 0.25%, 0.50%, 0.75% 혼입하여 강섬유 보강콘크리트가 제조되었다. 형상비 64, 67, 80인 강섬유의 인장강도는 각각 2,000, 2,400, 2,100 MPa이다. 시험 결과로부터 고강도 후 크형 강섬유의 혼입량은 콘크리트의 압축 및 휨 성능에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 강섬유 혼입량이 증가함에 따라 푸아송비 및 압축인성은 향상되었으나 콘크리트의 압축강도 및 탄성계수에 큰 변화를 보이지 않았다. 강섬유 보강 콘크리트의 균열발생후 휨거동의 특성을 나타내는 잔여 휨강도 및 노치에서 시작된 균열면에서 에너지 소산능력은 강섬유의 혼입률 및 형상비에 따라 크게 좌우되었다. 특히 MC2010에서 정의된 사용 및 극한 상태한계에서의 잔여 휨강도는 강섬유 혼입량과 형상비가 증가함에 따라 증가되었다. This paper investigates the effect of high strength hooked-end steel fiber content and aspect ratio on the compressive and flexural performance of concrete. A total of ten mixtures were prepared and tested. Concretes with specific compressive strength of 30 MPa were reinforced with three different aspect ratios (l/d) of steel fibers 64, 67, and 80 and three different percentages of steel fibers 0.25, 0.50, and 0.75% by volume of concrete. Tensile strengths of steel fibers with l/d of 64, 67, and 80 are 2,000, 2,400, and 2,100 MPa, respectively. The compressive and flexural properties of plain and steel fiber-reinforced concrete (SFRC) mixtures were evaluated and compared. The experimental results indicated that the incorporation of high-strength hooked-end steel fibers had significant effects on the compressive and flexural performance of concrete. With the increase of steel fiber content, compressive performances, such as Poisson's ratio and toughness, of concrete were improved. The steel fibers with the least l/d of 67 resulted in a larger enhancement of compressive performances. The residual flexural strength, that is, post-cracking flexural resistance and toughness, of concrete is mainly depended on the dosage and aspect ratio of steel fibers. The residual flexural strength at serviceability (SLS) and ultimate limit state (ULS) defined in fib Model Code 2010 (MC2010) is increased as the fiber content and aspect ratio increase.

최소철근량 이하로 보강된 강섬유보강 보의 휨성능 고찰

강덕만,박용걸,문도영 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.21 No.3

본 연구에서는 국내 콘크리트구조기준(2012)에서 규정하고 있는 최소철근량 이하로 보강된 보에 강섬유를 혼입한 강섬유보강철 근콘크리트보의 휨파괴 실험을 수행하였다. 실험변수는 철근비와 강섬유의 혼입량으로 하였다. 철근보강비는 최소철근량의 44%, 66%, 78% 와 100%로 하였으며, 강섬유의 혼입량은 0.25%, 0.50%, 0.75% 및 1.00%이다. 실험결과, 강섬유는 균열저항성능을 크게 개선시키는 것으로 확 인되었다. 또한, 하중저항성능의 관점에서 강섬유는 항복하중의 증가에 기여하지만 극한하중의 증가에는 거의 기여하지 못하는 것을 확인하 였다. 강섬유로 인한 항복하중의 증가량은 철근 감소로 인한 항복하중의 감소량에 비하여 미미한 것으로 나타났다. 최소철근보에서 강섬유의 사용은 오히려 연성을 크게 감소시키는 것으로 확인되었다. 따라서 최소철근 휨부재에 강섬유를 사용하기 위해서는 연성도 확보를 위하여 철 근비를 증가시켜야 하는 것으로 확인되었다. In this study, steel fiber-reinforced concrete beams with ordinary steel reinforcements, that are below minimum steel reinforcement amount specified in domestic concrete structure design code, were tested in flexure until failure. Steel reinforcement ratio considered were 44%, 66%, 78% and 100% of the minimum steel reinforcement. Considered steel fiber volume fractions were 0.25%, 0.50%, 0.75% and 1.00%. In results, it is confirmed that steel fibers greatly improve crack performance. Also, the steel fibers contributed to increment in yield load not in ultimate load. But the increment was not greater than the reduction by steel reinforcement reduction. The use of steel fibers in RC beams lightly reinforced below the minimum reinforcement ratio specified design code reduced ductility greatly. Consequently, steel reinforcement ratio in steel fiber-reinforced beams lightly reinforced below the minimum steel reinforcement should be increased in order to enhance proper ductility.

반복하중을 받는 대각보강된 철근콘크리트 연결보의 강섬유 형상비와 혼입률에 따른 이력거동

최지윤,손동희,배백일,최창식 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.26 No.3

In this study, an experimental study was conducted to analyze the hysteresis behavior according to the steel fiber aspect ratio and volume fraction of diagonally reinforced concrete coupling beams under to cyclic loading. The aspect ratio and volume fraction of the steel fibers were set as the main variables, and 4 specimens were fabricated in which the amount of transverse reinforcement of the coupling beam suggested in the domestic building structural standard was relaxed by about 53%. In the experiment, cyclic loading experiments were performed in the displacement control method in accordance with ACI 374.2R-13, and as a result of the experiment, it was found that all specimens containing steel fibers exceeded the nominal shear strength suggested by the current structural standards. As the aspect ratio of the steel fibers increased, the steel fibers prevented the buckling of the diagonal reinforcement, and the bridging effect of the steel fibers held the crack surface of the concrete. The shear strength, stiffness reduction and energy dissipation capacity of the specimens containing steel fibers were superior to those of the Vf0 specimens without steel fibers. Therefore, it is judged that the steel fiber reinforced concrete can relieve the details of the transverse reinforced. 본 연구에서는 반복하중을 받는 대각선 철근콘크리트 커플링 보의 강섬유 형상비와 혼입률에 따른 이력거동을 분석하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 강섬유의 형상비와 혼입률을 주요변수로 설정하였으며, 국내 건축구조기준에서 제시한 연결보의 횡방향 보강량이 약 53% 완화된 4개의 실험체를 제작하였다. 실험에서는 ACI 374.2R-13에 따른 변위제어법으로 반복하중 실험을 수행하였으며, 실험 결과 강섬유가 혼입된 모든 실험체가 현행 구조기준에서 제시하는 공칭전단강도를 상회함을 확인하였다. 강섬유의 형상비가 증가할수록 대각선 철근의 좌굴을 방지하고 강섬유의 브리징 효과로 콘크리트의 균열면 증가를 방지하였다. 강섬유가 혼입된 실험체의 전단강도, 강성감소 및 에너지 소산능력은 강섬유가 혼입되지 않은 Vf0 실험체보다 우수하였다. 따라서 강섬유 철근콘크리트가 횡철근의 디테일을 완화할 수 있다고 판단된다.

대형보 실험을 통한 TBM 터널 세그먼트용 강섬유보강콘크리트 성능평가

문도영,노화성,장수호,이규필,배규진,Moon, Do-Young,Roh, Hwasung,Chang, Soo-Ho,Lee, Gyu-Phil,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2014 한국터널지하공간학회논문집 Vol.16 No.3

본 연구에서는 TBM 터널 SFRC 세그먼트 개발을 위하여 이형철근이 보강되지 않은 SFRC 보의 휨파괴 실험을 통하여 SFRC 배합의 평가를 수행하였다. 압축강도, 강섬유의 형상비와 강섬유 혼입률을 변수로 하여 총 16개의 SFRC 보를 제작하고 휨에 의하여 파괴시까지 실험하였다. 하중-수직변위 분석결과, 큰 형상비의 강섬유를 사용하여도 소형보의 실험(Moon et al, 2013)과 달리 보의 인성거동을 증진시키는 효과는 거의 없는 것으로 나타났다. 극한상태에서 강섬유는 균열폭 7 mm까지 하중을 저항하는 것으로 확인되었다. 또한, 기존의 SFRC 보의 휨강도예측모델과 실험결과를 비교한 결과, SFRC 보의 휨강도를 최대 20배까지 과소평가하고 있는 것으로 나타났다. 그러나, TR No. 63 모델(Concrete Society, 2011)은 다른 모델에 비하여 근사하게 휨강도를 예측하는 것으로 확인되었다. 강섬유의 분포에 대한 분석결과, 소형보에서 보다 실제 규모의 보에서 강섬유의 분산도가 훨씬 개선되는 것을 확인하였다. In order to develop SFRC TBM tunnel segment, evaluating the SFRC mixture was conducted through flexural tests of SFRC beams without ordinary steel reinforcement in this study. Considered variables were compressive strengths of SFRC, aspect and mix ratio of steel fibers and total 16 specimens were fabricated and tested until failure. The load-vertical displacement results demonstrates that the effect of aspect ratio is minor when compared to results form small beam test(Moon et al, 2013). A SFRC beam resists the vertical load until the width of crack reaches to 7 mm due to steel fibers across cracked surfaces. Moreover, it is found that flexural moment estimated by equation of TR No. 63(Concrete Society, 2011) is useful for prediction of nominal strength for SFRC structure. From the investigation of fiber distribution in cracked section, it is found that dispersion improved in actual size beam compared to in standard small beam for evaluation of flexural strength.