재생 GFRP 분말을 이용한 모르타르의 재료특성

이동주,김상우,김경민,고명상,김진섭 한국복합신소재구조학회 2020 복합신소재구조학회논문집 Vol.11 No.5

Recently, interest in environmental problems caused by construction waste is increasing. Accordingly, methods of recycling construction waste are attracting the attention of researchers. Glass fiber-reinforced plastic (GFRP) is a construction material that is widely used for reinforcing structures in recent years. This study attempted to examine the possibility of replacing fine aggregates with recycled GFRP powder (RGP) made by crushing GFRP. RGP was made by pulverizing excess GFRP generated during its production. Fine aggregate replacement rates of RGP were set to 20%, 40%, 60%, and 80%. In order to examine the material performance of cement mortar mixed with RGP, the compressive strength, split tensile strength, and flexural strength were measured. From the experimental results, the incorporation of RGP tended to increase the values of the basic properties of cement mortar. Therefore, the results of this study can be used as basic data for recycling GFRP as a construction material. 전 세계적으로 건설폐기물에 의한 환경문제에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 건설재료들에 대한 재활용방안에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. GFRP는 최근 구조물의 보강에 많이 사용되는 건설 재료이다. 본 연구에는 GFRP를 분쇄하여 만든 재활용 GFRP파우더(RGP)의 잔골재 대체 가능성을 검토하고자 하였다. RGP는 GFRP의 제작 시 발생되는 GFRP 잉여물을 분쇄하여 사용하였다. RGP의 잔골재 치환율을 20%, 40% 60% 80%로 설정하였다. RGP가 혼합된 시멘트 모르타르의 재료 성능을 검토하기 위하여 압축강도, 쪼갬인장강도 및 휨 강도를 측정하였다. 실험결과, RGP의 혼입으로 시멘트 모르타르의 기초물성이 증가하는 경향이 나타났다. 본 연구결과는 장기적으로 GFRP의 건설재료로의 재활용을 위한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

GFRP 보강근으로 겹이음된 콘크리트 보의 보강비에 따른 거동특성

최윤철,박금성,최현기,최창식 한국구조물진단유지관리공학회 2011 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.15 No.1

기존의 철근 콘크리트 구조물에서 나타나는, 극한 환경하에서의 철근의 부식 문제 때문에 GFRP 보강근으로 철근을 대체하고 있다. 최근 들어 GFRP를 보강근으로 사용한 보의 성능에 대한 해석적, 실험적 연구가 지속적으로 행해지고 있지만 아직 철근 콘크리트 보의 연구에 대한 수에 비하여 이에 대한 연구 결과는 매우 적어 신뢰성을 얻기 힘든 상황이다. 이에 본 연구에서는 겹침이음된 GFRP 보강근을 보에 적용하여 모멘트-처짐 관계에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 실험변수는 GFRP의 보강비와 피복 두께에 대한 것으로 총 6개의 GFRP 보강 콘크리트 보의 실험체가 제작되었다. 모든 실험체는4000mm의 스팬을 가지고 있으며 12.7mm의 지름을 가지는 GFRP 보강근을 사용하였다. 보강근이 겹침이음된 부분에 일정한모멘트가 작용하게 하기 위해 2점 가력 방식을 사용하였다. 실험 결과 보강근비의 증가에 따라 극한 하중의 크기가 증가하였다. 파괴 모드는 보강근비에 따라 매우 민감하게 변화하였으며 피복 두께는 인장측의 콘크리트의 탈락에 의해 최대 강도와 처짐량을 결정하는 요인이 되는 것으로 나타났다. The use of glass-fiber-reinforced polymer (GFRP) bars in reinforced concrete (RC) structures has emerged as an alternative to traditional RC due to the corrosion of steel in aggressive environments. Although the number of analytical and experimental studies on RC beams with GFRP reinforcement has increased in recent decades, it is still lower than the number of such studies related to steel RC structures. This paper presents the experimental moment deflection relations of GFRP reinforced beam which are spliced. Test variables were different reinforcement ratio and cover thickness of GFRP rebars. Seven concrete beams reinforced with steel GFRP re-Bars were tested. All the specimens had a span of 4000mm, provided with 12.7mm nominal diameter steel and GFRP rebars. All test specimens were tested under 2-point loads so that the spliced region be subject to constant moment. The experimental results show that the ultimate moment capacity of beam increasing of the reinforcement ratio. Failure mode of these specimens was sensitively vary according to the reinforcement ratio. The change of beam effective depth, which was caused by cover thickness variation, controlled the maximum strength and deflection because of cover spalling in tension face.

GFRP 보강근으로 보강된 교량 바닥판의 성능과 사용성에 관한 실험연구

유영준(You Young Jun),박영환(Park Young Hwan),박지선(Park Ji Sun) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.5A

GFRP 보강근의 인장강도 및 부착성능 등은 철근과 다르기 때문에 GFRP 보강근을 콘크리트 구조물에 적용하기 위해서는 GFRP 보강근으로 보강된 콘크리트 부재의 거동에 관한 연구가 선행되어야 한다. GFRP는 높은 비강도, 경량성, 비부식성 등의 장점을 가지고 있으나 탄성계수가 철근보다 작아 상대적으로 큰 처짐이 발생하는 단점이 있다. 교량 바닥판은 아칭효과 등에 의해 휨성능이 증가하므로 FRP 보강근을 우선 적용할 수 있는 대상 중 하나이다. 본 논문은 국내에서 개발된 철근 대체재용 GFRP 보강근의 콘크리트 구조물로의 적용 가능성을 관찰하기 위한 실험연구에 관한 것이다. 대상 실험체는 폭과 길이가 3,000 ,㎜ 4,000 ㎜이고 두께가 240 ㎜인 실제 크기의 콘크리트 바닥판이다. 실험변수는 보강근 종류(철근, GFRP 보강근)와 보강비로 총 3개의 바닥판을 제작하였다. 정적실험을 수행하였으며 DB-24 하중등급의 축하중을 모사한 재하면적을 가진 직사각형 강재로 바닥판이 파괴될 때까지 집중하중을 가하였다. 철근 보강 바닥판과 GFRP 보강 바닥판의 거동차이를 최대성능, 처짐 및 균열 거동 등에 대해 비교 검토하였다. The tensile and bond performance of GFRP rebar a.re different from those of conventional steel reinforcement. It requires some studies on concrete members reinforced with GFRP reinforcing bars to apply it to concrete structures. GFRP has some advantages such as high specific strength, low weight, non-corrosive nature, and disadvantage of larger deflection due to the lower modulus of elasticity than that of steel. Bridge deck is a preferred structure to apply FRP rebars due to the increase of flexural capacity by arching action. This paper focuses on the behavior of concrete bridge deck reinforced with newly developed GFRP rebars. A total of three real size bridge deck specimens were made and tested. Main variables are the type of reinforcing bar and reinforcement ratio. Static test was performed with the load of DB-24 level until failure. Test results were compared and analyzed with ultimate load, deflection behavior, crack pattern and width.

경량콘크리트와 이형 GFRP 보강근 및 모래분사형 GFRP 보강근의 부착 특성

이동기,장희석 한국복합신소재구조학회 2016 복합신소재구조학회논문집 Vol.7 No.4

FRP (Fiber Reinforced Polymer) reinforced lightweight concrete structures can offer corrosion resistance and weight reduction effect simultaneously, so practical use of the structures may be expected afterwards. But, to construct the concrete structures using lightweight concrete and FRP bar, one of many important things to be previously investigated is to study bond characteristic between the lightweight concrete and the FRP bar. So, bond characteristics between lightweight concrete and two types of GFRP bar (helically deformed GFRP bar and sand coated GFRP bar) were investigated in this study. To do this study, literature review and bond strength test using a number of bond strength specimens were conducted. As a result, it could be seen that the bond strength of helically deformed GFRP bar and sand coated GFRP bar in the lightweight concrete were 49% and 81%, respectively, for the bond strength of steel reinforcement in the normal concrete.

스틸패널 표면형상에 따른 스틸/GFRP 패널의 휨강도 특성

김황희 ( Hwang-hee Kim ),권형중 ( Hyung-joong Kwon ),김필식 ( Phil-sik Kim ),전지홍 ( Ji-hing Jeon ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

본 연구에서는 스틸재료를 중앙에 놓고 양쪽에 GFRP를 적층하여 구성한 하이브리드 스틸/GFRP 패널을 개발하여 개량형 가동보의 스틸 패널의 대체 재료로 적용하고자 하였다. 특히 스틸재료는 외부에 노출되지 않고 GFRP만 노출하여 물로부터 보호함으로써 부식에 대한 우려를 최소화하고자 하였다. 하이브리드 스틸/GFRP 패널의 성능을 최대화하기 위해서는 스틸과 GFRP와의 부착이 중요한 요소이다. 부착력을 증가시키기 위한 방법으로는 여러 가지 방법이 있다. 이와 같은 방법으로는 스틸재료의 표면을 처리하여 부착력을 증가시키는 방법, 고강도의 부착력을 가지는 수지를 사용하는 방법 등이다. 본 연구에서는 스틸재료의 표면을 처리하여 스틸재료와 GFRP와의 부착력을 향상시키고자 한다. 본 연구에서는 스틸재료의 표면을 4가지 방법으로 처리한 후 휨시험을 통하여 하이브리드 스틸/GFRP 패널의 휨강도 뿐만 아니라 스틸재료와 GFRP 패널 부착계면의 계면분리 및 탈락 여부를 평가하였다. 이를 통하여 비부식성의 하이브리드 스틸/GFRP 패널의 부착력을 향상시킬 수 있는 스틸재료의 표면처리방법을 결정하였다. 스틸패널의 표면형상으로는 표면처리를 하지 않은 기준공시체, 표면을 규사분사 코팅 처리한 공시체, 스틸패널의 표면을 천공한 공시체, 표면을 스크래치한 공시체 등이다. 시험은 ASTM D :7264/D 7264M-07 에 따른 휨시험을 실시하였다. 휨시험결과 하이브리드 스틸/GFRP 패널의 경우 스틸과 GFRP 패널의 계면에서의 부착성능이 가장 큰 영향을 미쳤다. 표면처리 방법에 따른 휨강도는 규사분사 코팅을 한 시험체가 가장 큰 값을 나타냈다. 또한 모든 공시체에서 GFRP 패널의 파괴보다는 스틸과 GFRP 패널의 부착면에서의 파괴가 발생하였다.

개량형 가동보에 적용하기 위한 스틸/GFRP 패널의 기후환경 노출 후 휨강도 특성

김황희 ( Hwang-hee Kim ),권형중 ( Hyung-joong Kwon ),김필식 ( Phil-sik Kim ),전지홍 ( Ji-hing Jeon ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

본 연구는 개량형 가동보에 적용하기 위한 하이브리드 스틸/GFRP 패널의 촉진 기후환경 노출 후 휨강도 특성을 평가하였다. 개량형 가동보에 적용하기 위한 하이브리드 스틸/GFRP 패널은 스틸 패널을 중앙에 위치시키고 외부를 GFRP 재료를 위치시켜 스틸재료는 외부에 노출되지 않고 GFRP만 노출하여 물로부터 보호함으로써 부식에 대한 우려를 최소화 하였다. 그러나 하이브리드 스틸/GFRP 패널은 항상 물과 접촉하는 특성을 가지고 있어 온도 및 습도 등 다양한 변화에 의하여 열화현상이 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 하이브리드 스틸/GFRP 패널의 촉진 기후환경에 노출 후 성능을 평가하였다. 촉진 기후환경으로는 건조-습윤반복, 장기고온노출, 동결융해반복 및 장기 동결 노출 등을 고려하였다. 시험은 촉진기후환경에 노출 후 휨시험을 실시하여 잔류휨강도를 계산하였다. 시험결과 하이브리드 스틸/GFRP 패널은 장기동결환경에 노출 후 잔류강도 80% 이상을 만족시키는 결과를 보였다. 이와 같은 결과로 볼 때 장기간 동결 환경에 노출되어 있어도 하이브리드 스틸/GFRP 패널은 큰 영향은 없을 것으로 보인다. 특히 표면이 모래분사 코팅된 경우 노출 후 90% 이상의 잔류강도를 보였다. 하이브리드 스틸/GFRP 패널의 건조습윤반복 환경에 노출 후 잔류강도는 80% 이상을 나타내어 목표로 한 잔류강도 60% 이상을 만족시키는 결과를 보였다. 하이브리드 스틸/GFRP 패널의 동결융해반복 환경 노출 시험결과 잔류강도는 80% 이상을 나타내어 목표로 한 잔류강도 60% 이상을 만족시키는 결과를 보였다. 하이브리드 스틸/GFRP 패널의 장기고온 환경 노출시험결과는 잔류강도는 80% 이상을 나타내어 본 연구에서 목표로 한 잔류강도 60% 이상을 만족시키는 결과를 보였다. 따라서 개량형 가동보에 적용하기 위한 하이브리드 스틸/GFRP 패널은 촉진기후환경에 노출 후에도 우수한 내구성을 갖는 것으로 나타났다.

고온손상된 GFRP 보강근의 장기 잔존 계면전단강도 예측

김민철,문도영,김성도 한국구조물진단유지관리공학회 2014 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.18 No.3

GFRP 보강근의 역학적 성능은 고온과 콘크리트의 알칼리 환경에서 크게 감소된다. 본 연구에서는 GFRP 보강근이 열손상 뒤, 알칼리 환경에 추가로 노출되었을 때의 계면전단강도변화를 고찰하는데 집중하였다. 이를 위하여 GFRP 보강근 시편은 270도의 열에 1시간동안 노출된 후 알칼리 용액에 장기간 노출되었으며, 전단시험에 의하여 파괴되었다. 비교를 위하여 열손상이 없는 시편도 같은 기간 동안 알칼리 용액에 노출된 후 전단에 의하여 파괴되었다. 결과에서, 열손상을 받은 GFRP보강근의 계면전단강도의 감소가 열손상이 없는 보강근 보다 훨씬 큰 것으로 나타났다. 본 실험을 근거로 하여, 열손상을 미리 받은 GFRP 보강근이 알칼리에 노출되었을 때, 장기 잔존계면전단강도의 예측을 위한 2차식을 제시하였다. Mechanical properties of GFRP rebars significantly decrease due to high temperature as well as alkalinity of concrete. This study focuses on the long-term reduction of inter-laminar shear strength of pre-damaged GFRP rebars by high temperature. For this investigation, bare GFRP rebar specimens were exposed to 270℃ for 1hour and then immerged in alkali solution for several months and tested in shear. No thermally conditioned specimens were immerged and tested for the comparisons. In results, the reduction of thermally damaged GFRP rebars was greater than that of no thermally damaged ones. Based on the accelerated experimental test data, an polynomial equation is presented for prediction of long-term residual inter-laminar shear strength of GFRP rebars previously damaged by high temperature.

GFRP 보강근을 사용한 콘크리트 보의 휨파괴 거동

어석홍(Eo, Seok-Hong),하상훈(Ha, Sang-Hoon) 한국산학기술학회 2014 한국산학기술학회논문지 Vol.15 No.8

본 논문은 철근대체재로서 유리섬유보강 플라스틱봉(GFRP : Glass Fiber Reinforced Plastic Bar)으로 보강한 콘크리 트 보 및 일반 RC보의 휨파괴 실험결과를 비교하여 제시한 것으로 보강비와 콘크리트의 압축강도를 주요 실험변수로 설정하 여 보의 균열발생 양상과 파괴모우드, 처짐, 변형률 및 최대하중을 측정하고 분석하였다. 실험결과, GFRP 보강보의 하중강도 는 보강비와 콘크리트 강도가 증가할수록 크게 나타났으며, 동일 보강비일 경우 일반 RC보에 비하여 41.3~51.6% 증가하였 다. GFRP 보강보의 처짐은 일반 RC보에 비하여 약 4.1~6.3배 증가하는 것으로 나타났으며, 실측처짐이 이론값보다 평균 31% 정도 작게 나타나 GFRP 보의 처짐계산시 사용되는 휨강성이 최대하중시 과소평가되기 때문인 것으로 판단된다. GFRP 보의 균열폭은 RC보에 비하여 1.87~2.79배 크게 발생하였으며, 보강비와 콘그리트 강도가 증가할수록 다소 작은 것으로 나 타났다. ACI code 440에 의해 산정한 설계휨강도는 대체적으로 안전측의 값을 나타내었다 This paper presents the results of flexural test of concrete beams reinforced with GFRP and conventional steel reinforcement for comparison. The beams were tested under a static load to examine the effects of the reinforcement ratio and compressive strength of concrete on cracking, deflection, ultimate capacity, and modes of failure. The test results showed that the ultimate capacity of the GFRP-reinforced beams increased with increasing reinforcement ratio and concrete strength, showing a 41.3~51.6% increase compared to steel reinforced beams. The deflections at maximum loads of the GFRP reinforced beams were 4.1~6.3 times higher that of steel reinforced beams. The measured deflections of GFRP reinforced beams decreased approximately 31% compared to the theoretical predictions because the theoretical flexural stiffness was underestimated at the maximum loads. For the GFRP-reinforced beams, the ACI code 440 design method resulted in conservative flexural strength estimates.

영구거푸집으로 사용한 유리섬유 FRP 판과 현장타설 고강도콘크리트로 이루어진 합성보의 휨/전단파괴거동에 관한 실험적 연구

유승운(Yoo, Seung-Woon) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.6

유리섬유강화폴리머(GFRP) 판을 현장타설 고강도콘크리트 구조물의 영구거푸집으로 사용하기 위한 실험을 수행하 였다. 현재 생산되는 GFRP 판의 경우 표면이 매끈하여 콘크리트와 일체 거동에 다소 문제점을 갖고 있다. 따라서 본 연구에 서는 GFRP 판 하부의 잔골재 부착여부, GFRP판 웨브의 천공유무 및 간격, 상부 플랜지 폭을 실험 변수로 하여 현장타설 고강도콘크리트와 GFRP를 영구거푸집으로 활용한 전단경간비가 짧은 합성보의 휨/전단파괴거동을 분석하였다. GFRP 판 웨브를 천공하지 않은 경우 잔골재 부착효과 여부를 위한 실험 결과, 잔골재를 부착한 경우 미부착의 경우 보다 약 47% 정도의 높은 극한하중 값을 보여주며, 파괴형태도 휨/전단파괴모드를 보여 주었다. 웨브의 천공유무 및 간격효과는 잔골재를 부착하지 않은 경우 천공간격이 조밀한 경우가 약 24% 정도 높은 극한하중 값을 보여주었으며, 잔골재를 부착한 경우 천공 간격이 조밀하지 않은 경우가 약 25% 정도 낮은 극한하중 값을 보여주었다. 상부플랜지 영향을 살펴보면, 폭 40mm 경우가 20mm에 비해 약 17% 정도 큰 극한하중 값을 보여주었다. In this study, an experiment which utilized glass fiber reinforced polymer(GFRP) plank as the permanent formwork of cast-in-place high strength concrete structures was performed. The GFRP plank currently being produced has smooth surface so that it causes problems in behavior with concrete. Therefore, this research analyzed the flexure/shear failure behavior of composite beams, which used GFRP plank as its permanent formwork and has short shear span ratio, by setting the sand coated at GFRP bottom surface, the perforation and interval of the GFRP plank web, and the width of the top flange as the experimental variables. As a result of the experiments for effectiveness of sand attachment in case of not perforated web, approximately 47% higher ultimate load value was obtained when the sand was coated than not coated case and bending/shear failure mode was observed. For effectiveness of perforation and interval of gap, approximately 24% higher maximum load value was seen when interval of the perforation gap was short and the fine aggregate was not coated, and approximately 25% lower value was observed when the perforation gap was not dense on the coated specimen. For effectiveness of top flange breadth, the ultimate load value was approximately 17% higher in case of 40mm than 20mm width.

수적층 및 필라멘트 와인딩을 이용한 GFRP튜브로 구속된 콘크리트의 압축 거동

이성우(Lee Sung Woo),최석환(Choi Sokhwan) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.6A

콘크리트충전 유리섬유 복합소재 튜브는 좋은 내구성과 심한 부식환경에서 견딜 수 있는 높은 화학적인 저항성으로 인해서 해양구조물에서 종종 사용된다. 이 연구는 원형 콘크리트충전 유리섬유 복합소재 튜브에 대한 다양한 실험을 수행하고 결과를 분석한다. 유리섬유 직포 수적층, 필라멘트 와인딩 적층을 압축을 받는 관의 바깥 튜브로 시용하는 경우에 고려해야 히는 몇 가지 측면을 실험 분석한다. 이 연구의 목적은 다음과 같다: (1) 유리섬유 층의 필라멘트 와인딩 각도의 효율성 검증 (2) GFRP 적충수가 강도 및 최고 변형률에 미치는 영향 평가 (3) 단부 재하조건이 구속효과 및 파괴양상에 미치는 영향 파악, 그리고 (4) 구속 상태에서 콘크리트의 응력-변형률 거동을 모사하는 해석적인 모델 제시이다. 세 가지 서로 다른 종류의 섬유 구성이 사용되었다: 직포층, ±45° 필라멘트 와인딩 층, 그리고 ±85° 필라멘트 와인딩 층. 각 층은 독립적으로 혹은 복합적으로 함께 사용되었다. 시편의 비 및 지름이 서로 다른 경우도 실험하였다. 총 27개의 GFRP 튜브 시편을 이용해서 인장 실험을 수행하였고,66개의 콘크리트충전 GFRP튜브 시편을 이용해서 압축 실험을 수행하고 결과를 분석하였다. 구속상태의 콘크리트 응력-변형률 거동을 모사하는 해석적인 모델 및 영향계수를 제시하였다. Concrete-filled glass fiber reinforced polymer tubes are often used for marine structures with the benefit of good durability and high resistance against corrosion under severe chemical environment. Current research presents results of a comprehensive experimental investigation on the behavior of axially loaded circular concrete-filled glass fiber reinforced polymer tubes. This paper is intended to examine several aspects related to the usage of glass fiber fabrics and filament wound layers used for outer shell of piles subjected to axial compression. The objectives of the study are as follows: (1) to evaluate the effectiveness of filament winding angle of glass fiber layers (2) to evaluate the effect of number of GFRP layers on the ultimate load and ductility of confined concrete (3) to evaluate the effect of loading condition of specimens on the effectiveness of confinement and failure characteristics as well, and (4) to propose a analytical model which describes the stress-strain behavior of the confined concrete. Three different types of glass fiber layers were chosen; fabric layer, ±45° filament winding layer, and ±85° filament winding layer. They were put together or used independently in the fabrication of tubes. Specimens that have various L:D ratios and different diameters have also been tested. Totally 27 GFRP tube specimens to investigate the tension capacity, and 66 concrete-filled GFRP tube specimens for compression test were prepared and tested. The behavior of the specimens in the axial and transverse directions, failure types were investigated. Analytical model and parameters were suggested to describe the stress-strain behavior of concrete under confinement.