지속 하중 및 온도에 노출된 콘크리트-에폭시 계면 파괴 형상의 정량적 이미지 분석

정유석,김우석 한국콘크리트학회 2022 콘크리트학회논문집 Vol.34 No.1

본 연구의 목적은 콘크리트-에폭시 계면(concrete-epoxy interface, CEI)의 파괴면 분석을 위한 이미지분석 방법 개발에 있다. 콘크리트-에폭시 계면은 FRP(fiber-reinforced polymer) 시트 외부 부착공법을 콘크리트 구조물에 적용 시 에폭시와 콘크리트 사이에 형성된다. 콘크리트-에폭시 계면 부착성능은 공용 중 발생 가능한 환경하중에 의해 크게 영향을 받는다. 콘크리트-에폭시 계면의 파괴 유형은 크게 세 가지로 구분할 수 있다: 콘크리트면내파괴(cohesive failure in concrete, CC), 계면부착파괴(interfacial failure, IF), 그리고 에폭시면내파괴(cohesive failure in epoxy). 본 연구에서 제안한 정량적인 이미지 분석방법과 파괴모드 기준을 활용하여 콘크리트-에폭시 계면 실험체 2종(일면전단실험체와 휨 실험체)에 대한 부착성능 및 파괴모드를 분석하였다. 콘크리트-에폭시 계면 실험체의 부착성능평가는 일면전단실험체의 경우 최대부착파괴하중(부착강도) 그리고 휨 실험체의 경우 부착파괴에너지를 활용하였다. 본 연구의 결과는 파괴모드와 콘크리트-에폭시 계면의 부착성능은 상당한 상관관계가 있으며 지속하중기간이 증가할수록 부착성능이 저하되며 파괴모드 역시 콘크리트면내파괴(CC)에서 계면부착파괴(IF)로 전이가 발생하였다.

폴리머 콘크리트의 진동저감 특성에 대한 실험적 연구

김정진,심학보 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.23 No.7

Polymer concrete is expected to be widely used as a building material because it has a shorter hardening time and excellent compression, tensile, bending, bond strength, frictional resistance and abrasion loss compared to general concrete. The polymer concrete has excellent vibration damping performance and research on the use of various reinforcing materials is being conducted. However, in order to completely replace the general concrete and the general anti-vibration reinforcement, such polymer concrete requires an overall review of vibration reduction performance considering physical properties, dynamic properties, productivity and field applicability. In this study, the physical and dynamic properties of polymer concrete by epoxy mixing ratio were compared with those of general concrete. It was appeared that compression, tensile, bending and bond strengths of polymer concrete by epoxy mixing were significantly higher than those of general concrete. Especially, the tensile strength was more than 4 ~ 6.5 times. Based on the basic physical properties of polymer concrete, the damping ratio, which is a dynamic characteristic according to the epoxy mixing ratio, was derived through analytical models and experiments. As a result, the dynamic stiffness of polymer concrete was 20% higher than that of general concrete and the loss rate was about 3 times higher. 폴리머 콘크리트는 일반 콘크리트에 비해 경화시간이 짧고, 압축, 인장, 휨, 부착강도, 마찰저항성, 마모감량 등이 우수해 건축 재료로써 폭넓은 활용이 기대되는데, 특히, 레진 바인더와 골재만의 결합으로 이루어진 폴리머 콘크리트는 진동 감쇠 성능이 우수하여, 다양한 보강재로의 활용과 관련한 연구가 진행되고 있다. 한편, 이러한 폴리머 콘크리트가 일반 콘크리트 및 일반 방진보강재를 완전히 대체하기 위해서는 물리적 특성, 동적 특성, 생산성 및 현장 적용성 등을 고려한 진동저감 성능에 대한 전반적인 검토가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 폴리머 콘크리트의 에폭시 혼입비율별 물리적, 동적 특성을 일반 콘크리트와 비교한 결과, 압축, 인장, 휨, 부착강도가 상당히 우수한 결과를 보였으며, 특히 인장강도는 4~6.5배 이상 큰 차이를 보였다. 폴리머 콘크리트의 기본적인 물리적 특성에 근거하여 폴리머 콘크리트의 일반적인 사용성에 대해 검토함과 동시에, 에폭시 혼입비율에 따른 동적 특성인 감쇠비를 해석 모델과 실험을 통해 도출하여 검토한 결과, 폴리머 콘크리트의 동적 강성은 일반 콘크리트의 동적 강성 보다 20% 높고, 손실률은 약 3배 정도 높은 것으로 나타났다.

에폭시 콘크리트를 사용한 조립식 교량 상판 연결부의 피로거동에 과한 실험적 연구

成基泰,李丞鏞 충주대 산업과학기술연구소 2000 産業科學論文集 Vol.8 No.-

열화손상이 발생된 교량 상판의 보수를 위해서는 교통흐름의 지체, 대중의 불편함 및 경제적인 손실이 불가피하다. 그러므로, 교통량이 적은 시간대에 신속하게 교량 상판을 보수 또는 교체할 수 있는 공법의 적용이 바람직하다. 이러한 공법 중의 하나가 조립식 교량 상판을 현장에서 에폭시 콘크리트로 연결하는 방법이다. 따라서, 본 연구는 이 방법을 사용하였을 때 에폭시 콘크리트 연결부의 역학적 특성과 이상 유무를 파악할 목적으로 실험적 연구를 실시하였다. 그 결과, 조립식 교량 상판의 에폭시 콘크리트 연결부는 최대 설계활하중을 초과하는 반복하중이 작용하여도 충분한 피로강도를 갖고 있음을 알 수 있었다. 또한, 연결부 경계면의 분리나 철근 겹이음부의 미끄러짐은 나타나지 않아 조립식 상판 콘크리트와 에폭시 콘크리트는 일체로 거동함을 확인할 수 있었다. Rehabilitation of the deteriorated bridge decks causes travel delay, public inconvenience and economic loss. Therefore, it is desirable to adopt deck replacement techniques that allow repair work to be completed rapidly during the periods of low traffic volume. Precast deck method using epoxy concrete is satisfactory for that purpose. The experimental study is performed to investigate the mechanical behavior and safety of precast deck joints using epoxy concrete. The results show that epoxy concrete joints in precast deck have a sufficient fatigue strength under the cyclic load beyond maximum design live load. And the interface between epoxy concrete and precast concrete is not separated, so it is concluded that precast concrete and epoxy concrete behavior like one material.

박층 포장용 다층 에폭시 폴리머 콘크리트의 실내 물성 평가

김준형,김완상,이석홍,조윤구 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

본 연구에서는 박층 포장용 다층(Multiple layer) 에폭시 폴리머 콘크리트의 적용 가능성을 검토하기 위하여 국내에서 개발된 에폭시수지에 대한 실내실험을 통해 물리적 특성 평가를 수행하였고, 시공성 및 초기 공용성 평가를 위한 시험시공을 수행하였다. 실내실험으로 강도 특성을 평가하기 위하여 압축강도, 휨강도, 인장강도, 부착강도 시험을 수행하였으며 내구 특성 평가를 위하여 염소이온침투시험, Thermal Compatibility 시험을 실시하였다. 압축강도 시험결과 40MPa 이상으로 ACI(American Concrete Institute)의 폴리머 콘크리트 기준값보다 큰 값을 나타냈으며 휨강도 시험결과는 20MPa 이상으로 기준을 만족하였다. 인장강도 시험결과 15MPa의 강도값과 60%이상의 신장율이 측정되었고, 콘크리트포장면과의 부착강도 시험결과는 2.2MPa 값을 나타내어 국제기준을 만족하는 것으로 확인되었다. 염분침투저항성 시험결과는 측정값이 0Coulomb으로 수밀성이 뛰어난 것으로 나타나 제설제 등의 염화물에 대한 저항성이 클 것으로 판단된다. Thermal compatibility 시험 후 콘크리트와 에폭시 포장층의 접착면을 살펴본 결과 균열이 발견되지 않아 콘크리트포장과 에폭시 포장층의 열팽창계수 차이로 인한 접착은 문제가 없을 것으로 판단된다. 현장 시험시공 결과 우수한 시공성과 초기 공용성을 나타내어 실용화 가능성을 확인하였다. 따라서 국내 토공부 포장과 교면포장 적용시 포장 공용성과 내구성이 크게 향상 될 것으로 기대된다.

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.

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.

초박층 교면포장용 폴리머 콘크리트의 물리적 특성

김현준,손영효,한범진,정지은,박선규 한국구조물진단유지관리공학회 2013 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.17 No.3

본 연구는 국내에서 개발 중인 초박층 교면포장용 폴리설파이드 에폭시 폴리머 콘크리트의 물리적 특성을 파악하고 국내로의 적용 가능성을 향상시키기 위해 수행되었다. 바인더와 폴리머 콘크리트의 배합실험을 통해 폴리머 콘크리트의 최적 배합비율을 결정하고, 결정된 배합비율로 생산된 폴리머 콘크리트에 대하여 압축, 휨, 부착 강도 시험을 수행하여 강도특성을 파악하였으며 동결 융해 저항성 시험을 통해 폴리머 콘크리트의 내구성을 평가하였다. 강도 시험 결과, 우수한 강도 성능과 휨 추종성을 나타내었고 미국콘크리트학회에서 제시하는 모든 강도 기준을 충족하였다. 또한 다양한 온도에서의 강도 시험에서도 기존의 재료에 비하여 개선된 성능을 나타내었다. 동결 융해 시험 및 동결 융해 과정을 거친 시편의 강도 시험 결과, 폴리머 콘크리트의 내구성에는 전혀 문제가 없는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서 새롭게 개발된 폴리머 콘크리트는 초박층 교면포장으로 사용하기에 적절한 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 온도 민감성도 개선되어 기존의 초박층 교면포장 재료에 비해 폭 넓은 적용성을 갖춘 것으로 판단된다. This research was performed to identify physical properties of polysulfide epoxy polymer concrete for ultra-thin bridge deck pavement, and improve domestic applicability. With the optimum mix ratio determined from mixing experiments of polymer concretes, compressive, flexural, and bond strength were tested to identify its strength properties along with the freezing-thawing resistance test to evaluate its durability in harsh environments. As a result, the tested polymer concretes showed excellent performance in strength and deflection characteristic and all tested strength satisfied the criteria of American Concrete Institute. Moreover, it had better performance under variable temperatures comparing to other existing pavement materials. By the results of freezing-thawing resistance test and strength measurement for specimens underwent the freezing-thawing process, it can be judged that there is no such problem to the concrete's durability. In conclusion, the newly developed polymer concrete in this research has appropriate properties for use in ultra-thin pavement on bridge deck, and moreover it has superior applicability in comparison with former materials due to its improved temperature sensitivity.

고 감쇠 폴리머 콘크리트의 진동 특성에 관한 해석적 연구

김정진,김종 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.24 No.5

Research on high-attenuation concrete for the vibration reduction performance by mixing epoxy-based synthetic resins and aggregates is actively being conducted. The curing time of high-attenuation concrete is very short because water is not used, and the physical and dynamic properties are very excellent. therefore, it is expected to be widely used in building structures requiring reduction of interior-floor noise and vibration. Furthermore, A way to expand the applicability of the high-damping concrete mixed with polymer in the field of reinforcement material have been variously studied. In order to replace polymer concrete with ordirnary concrete and existing anti-vibration reinforcement material, it is necessary to review overall vibration reduction performance considering physical properties, dynamic properties, productivity and field applicability. In this study, the physical and dynamic properties of polymer concrete by epoxy mixing ratio compared with ordirnary concrete. As a result, the elastic modulus was similar. On the other hand, polymer concrete for the compressive, tensile, and flexural strengths was quite more excellent. In particular, the measured tensile strength of polymer concrete was 4-10 times higher than that of ordirnary concrete. it was a big difference, and the frequency response function and damping ratio was studied through modal test and finite element analysis model. The dynamic stiffness of polymer concrete was 20% greater than that of ordirnary concrete, and the damping ratio of polymer concrete was approximately 3 times more than that of ordirnary concrete. 에폭시 계열의 합성수지와 골재를 혼합함으로써 진동저감 성능을 크게 증가시킨 고감쇠 콘크리트에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이러한 폴리머 혼입 고감쇠 콘크리트는 배합 시, 시멘트와 물을 사용하지 않으므로, 일반 콘크리트에 비해 경화시간이 매우 짧고, 물리적 특성 및 동특성 등이 매우 우수하여, 층간소음 및 진동 저감이 요구되는 건축구조물에의 폭넓은 활용이 기대되고 있다. 한편, 폴리머 혼입 고감쇠 콘크리트의 활용성을 넓히기 위한 방안으로, 보강재 분야에 대한 연구가 다양하게 진행되어 왔으나, 폴리머 콘크리트가 일반 콘크리트 및 기존 방진보강재를 완전히 대체하기 위해서는 물리적 특성, 동적 물성, 생산성 및 현장 적용성 등을 고려하여 진동저감 성능에 대한 전반적인 검토가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 폴리머 콘크리트의 에폭시 혼입비율별 물리적, 동적 특성을 일반 콘크리트와 비교한 결과, 탄성계수는 비슷한 반면, 압축, 인장, 휨강도가 상당히 우수한 결과를 보였으며, 특히 인장강도는 4~10배 이상 큰 차이를 보였으며, 주파수 응답함수와 감쇠비를 Modal 시험과 유한요소해석 모델을 통해 도출하여 검토한 결과, 폴리머 콘크리트의 동적 강성이 일반 콘크리트 보다 20% 크게 나타났고, 감쇠비는 약 3배 정도 높은 것으로 나타났다.

고강성 에폭시로 연결된 콘크리트 부재의 휨 거동

박찬규 ( Park Chan-kyu ) 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.27 No.1

본 연구에서는 콘크리트 부재의 접합을 위하여 고강성 에폭시를 개발하고, 이를 콘크리트 부재의 접합에 사용하여 접합된 단면의 휨 거동 특성을 파악하였다. 개발된 고강성 에폭시의 탄성계수는 23.6 GPa이다. 실험변수는 접합부의 접합 길이 및 철근의 유무 등이다. 실험결과, 에폭시로 접합된 부재의 균열강도는 비교 시험체보다 높은 것으로 나타났다. 철근이 배근되지 않은 경우, 균열 발생 이후 부재가 연성 거동을 나타내지 못한 반면, 철근이 배근된 경우에는 극한 강도까지 연성적인 거동을 나타내어 매우 양호한 접합 성능을 나타내었다.

장경간 강바닥판 교량용 에폭시 아스팔트 포장 현장 시공 사례

조신행,장정순,박창우,김낙석 한국방재학회 2012 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.11 No.-

국내최초로 에폭시 아스팔트 콘크리트가 장경간 강바닥판 교량의 교면포장으로 적용되었다. 본 논문에서는 에폭시 아스팔트 포장의 현장 시공 사례를 바탕으로 에폭시 아스팔트 교면포장의 시공 관리 기술에 관하여 기술하였다. 에폭시 아스팔트는 생산 온도, 운반 시간, 양생 온도 및 시간에 따라 시공성과 강도발현에 차이를 보이는 특성을 갖기 때문에 이에 맞는 현장 관리가 필요하다. 별도의 방수층 없이 50mm 두께로 포장된 에폭시 아스팔트 포장은 25mm 두께로 2차에 걸쳐 시공되었으며, 현장관리에 있어 온도 및 시공시간관리가 매우 중요하기 때문에 이에 따른 다양한 관리 기법을 적용하였다.