유한요소해석에 기반한 콘크리트 균열 조건에 따른 수분흡수 현상 분석

김건수 ( Kun-soo Kim ),박기태 ( Ki-tae Park ),김재환 ( Jaehwan Kim ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.25 No.5

본 연구에서는 콘크리트의 균열조건에 따른 수분 흡수 현상을 해석적으로 분석하였다. 흡수 시간의 증가에 따라 콘크리트 표면을 통해 흡수되는 수분의 양을 실험적으로 분석한 기존 연구 결과들을 바탕으로 2차원 유한요소해석 모델을 개발하였다. 고려된 균열조건은 균열폭(0.1 mm, 0.3 mm), 균열 깊이(0 ~ 250 mm), 균열 간격(0 ~ 200 mm)이며 총 30개 모델에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석을 수행한 결과, 콘크리트 균열부의 수분 흡수량 증가에 중요한 영향을 미치는 조건은 균열 폭 및 균열 깊이의 변화로 확인되었다. 또한 비균열 조건의 콘크리트에 비해 균열부에서 추가로 흡수되는 물의 양을 정량적으로 분석하기 위하여, 균열부 수분 흡수계수(S_crack) 개념을 도입하고 이를 추정하기 위한 예측 식을 제안하였다. 균열 깊이에 대한 분석 결과, 콘크리트 균열 폭과 관계없이 균열 깊이 150 mm 이하에서는 균열로 인한 수분 흡수가 활발하게 발생할 수 있음을 확인하였다. 따라서 외부에 노출된 철근콘크리트 구조물은 제설제와 같은 수용액 등의 흡수로 인하여 철근 부식이 발생할 수 있음을 고려하면, 실제 시설물의 균열 조건을 파악하기 위해서는 시설물의 점검 및 진단 시에 기존 균열 폭에 대한 조사뿐만 아니라 균열 깊이에 대한 조사도 함께 수행되어야 할 것으로 판단된다. This study performed simulating water absorption in various pre-cracked concretes. 2D-Finite Element Analysis (2D-FEA) model was developed based on experimental results on the amount of absorbed water in concrete with the exposure time. Results from the 2D-FEA showed that both crack width and crack depth strongly affect the amount of absorbed water in cracked concrete. In addition, water absorption rate is introduced and a predictive equation is suggested to estimate the rate in order to quantify the amount of absorbed water in cracked concrete. It was confirmed that water absorption in concrete having less than 150 mm crack depth was dominated as a main transport factor regardless of crack width. Therefore, considering that steel corrosion caused by chlorides dissolved in water mainly occurs in reinforced concrete structures, it is necessary that crack depth as well as crack width should be investigated in reinforced concrete structures at the time of field-inspection.

수분 흡수가 단열재의 열전도계수에 미치는 영향에 관한 연구

유성연(Seong-Yeon Yoo),김태호(Tae-Ho Kim) 대한설비공학회 2013 설비공학 논문집 Vol.25 No.3

IInsulation material is generally used for preventing heat loss from heat transport fluids, and water absorption severely reduces the insulation property. The purpose of this study is to evaluate the amount of water absorption supplied by the pouring method and spraying method, to investigate the effects of water absorption on the thermal conductivity of an insulation material, and modeling the relation between water absorption and thermal conductivity. E-glass, a kind of glass fiber, and HYPERLITE, mainly composed of pearlite, are selected, to compare hygroscopic and insulation properties. E-glass is found to have much higher water absorptivity, compared to HYPERLITE. The thermal conductivity of the water-absorbed E-glass is increased by more than 150%, compared to that of no absorption, while variation of the thermal conductivity of HYPERLITE with water absorption is insignificant. A three-stage model of water absorption for thermal conductivity is developed, and the modeling results are found to be in good agreement with the experimental data.

콘크리트 흡수 수분확산계수 산정을 위한 실험 및 수치해석 모델 개발

박동천,안재철 한국건축시공학회 2011 한국건축시공학회지 Vol.11 No.4

Concrete is affected by various deterioration factors, such as CO2 and chloride ions from the sea, which cause carbonation and salt attack on concrete. These deterioration phenomena cause steel corrosion in RC structures. Although a great deal of research has been carried out in this area thus far, it is difficult to know the point at which corrosion will occur to a reinforced bar. As the diffusion of deterioration factors depends on the water content in concrete, it is imperative to assess the condition of absorbed water content. A mass measuring method was applied to calculate the absorbed water diffusion coefficient, as well as non-linear finite element method(FEM) analysis. As a result, it was found that W/C and unit water content in concrete mixture affect the diffusion coefficient decision. 콘크리트는 다공질로서 수분이 접하게 되면 시간경과에 따라 흡수가 일어난다. 다양한 배합의 콘크리트에서 어느 정도 수분 흡수가 빨리 일어나는가는 흡수수분 확산계수산출을 통하여 가능하며, 본 연구에서는 길이가 다른 시험체의 질량 경시변화를 통하여 깊이별 흡수 수분량을 산출하였다. 흡수 수분 확산계수는 시간과 깊이의 함수로 이뤄진볼츠만 변수를 사용하여 실험값과의 회귀분석을 통하여 구하였으며, 그 정확도는 비선형 유한요소 과도해석을 통하여검증하였다.

Polyamide 6의 탄성계수에 대한 실험 온도와 수분 흡수의 영향

박소윤(Soyoun Park),김태경(Taekyung Kim),라쉬(Rashiga Walallawita),이현희(Hyunhee Lee),이광주(Kwangju Lee) 한국자동차공학회 2019 한국 자동차공학회논문집 Vol.27 No.4

Polyamide 6(PA6) is widely used in fuel cell electric vehicles as a hydrogen tank liner. PA6 is known for its capacity to absorb moisture in the air. The water absorption of PA6 specimens were predicted by using Fick’s law of diffusion. The effects of test temperature and water absorption on the elastic modulus of PA6 were investigated. Dry specimens, as well as specimens immersed in water for 3 and 16 days, were tested in order to find elastic modulus at temperatures from -60 to 95 °C. As the test temperature increased, the elastic modulus decreased. As the water content increased, the elastic modulus decreased at temperatures above freezing point because the absorbed water acted as a plasticizer. However, as the water content increased, the elastic modulus increased at temperatures below freezing point. The water molecules that have been absorbed in PA6 have turned into ice crystals at temperatures below freezing point. Furthermore, the high elastic modulus of the ice crystals increased the elastic modulus of PA6, which absorbed the water molecules. The elastic modulus of PA6 was predicted at temperatures below freezing point by using the rule of mixture. The result showed that the measured elastic modulus was higher than expected. This difference became larger as the water content increased. The increased elastic modulus with the increased water content at test temperatures below freezing point is due to the strong bonding force between the PA6 polymer chain structure and the ice crystals.

반구대 암각화의 주기적인 침수와 구성암석의 풍화 특성

황상일(Sangill Hwang),박경근(Kyunggeun Park),윤순옥(Soon-Ock Yoon) 대한지리학회 2010 대한지리학회지 Vol.45 No.3

반구대 암각화는 울산광역시 울주군 언양읍 대곡리 반구동에 위치하며, 1995년 국보 제285호로 지정되었다. 1965년 사연댐건설 이후 연중 수개월 정도 침수되면서 수분에 의한 풍화작용으로 암각화가 훼손되는 것에 대해 많은 논쟁이 있었다. 본 연구는 반구대 암각화 기반암의 수분등치선도를 작성하여 절리나 박락(剝落) 분포와의 관계를 검토하였다. 반구대 암각화의 함수율은 전체적으로 상부에서 하부로 갈수록 높았다. 이것은 침수된 기간의 길이와 관계된 것이다. 그리고 절리 밀도가 높은 암각화의 상부도 함수율이 높았다. 암석 내 흡수율이 증가하면 투수계수와 공극률이 증가하므로 함수율은 증가한다. 침수로 인해 암석 내에 공극들이 주기적으로 물로 포화되는 반구대 암각화는 수분에 의한 풍화로 훼손이 매우 심각한 상태이다. The Bangudae Petroglyphs locate at Bangudong, Daegok-ri, Eonyang-eup, Ulju-gun, Ulsan and was designated as the No. 285 national treasure since 1995. After the construction of Sayeon-dam in 1965, there were many controversies of the rock weathering problems by the periodic immersion for approximately a few months. The isopleths of water content on the rock are drawn and the result shows relationships between the isopleths and distribution of joints or exfoliations. The distributions of water content rates in the Petroglyphs show the downward increasing pattern. This may suggest that the rates of water content are further influenced by the duration of immersion. Also, the upper part of the Petroglyphs with dense joints shows high rates of water content. If the water content rates in rocks increase, the water absorption rates increase too, because of the increasement of coefficient of permeability and porosity. The weathering damages of the Petroglyphs in which the pores are saturated by the periodic immersion are in the critical conditions.

수분흡수가 섬유강화 고분자 복합판의 기계적 성질에 미치는 영향

김혁,한길영,이동기 조선대학교 생산기술연구소 1995 生産技術硏究 Vol.17 No.1

Nowadays, it is common and becoming more popular to use fiber-reinforced polymeric composites(FRP) in order to reduce the lightweight of the structures such as marine vehicles, automobiles and airplane. It investigates the residual strength characteristics of composite under the environment of high temperature and humidity. The residual strength of FRP is known to be greatly influenced by temperature, humidity etc. In this context, the hygrothermal effect of changing the fiber contents and orientation are investigated in order to provide better residual strength characteristics. When exposed long terms in high temperature and humidity, the randomly oriented composites is to be more stable than the unidirection one.

지상궤도 전투차량의 회전 롤러 개선 연구

전병준,손기중,김현민,이준호 한국기계기술학회 2020 한국기계기술학회지 Vol.22 No.2

This study is to investigate the cause of the malfunction of the ground tracked combat vehicle rotating roller and set future direction of improvement. The integrity of the initially used plate and rotating roller was evaluated. As evaluation methods, mechanical property test, radiographic test and size checking test were performed. PA66, PA12, PET, and POM were selected among polymer materials and tested for water absorption rates. Through mechanical property test and radiographic test, the materials used initially were identified to be sound. In the evaluation of the selected four polymer materials, it was confirmed that the PET was excellent in the mechanical properties and the water absorption rate. PET is excellent in mechanical properties and water absorption.

인조골에 체결된 유리섬유/폴리프로필렌 복합재료 고정판의 수분 환경 피로 특성

한민구 ( Min Gu Han ),장승환 ( Seung Hwan Chang ) 한국복합재료학회 2013 Composites research Vol.26 No.5

본 연구에서는 유리섬유/폴리프로필렌 복합재료 고정판을 인조골에 체결하여 실제 골절치료 시술 상황을 모사하였으며, 고정판의 적합성을 판단하기 위하여 수분 흡수율, 스크류의 체결 상태, 하중 조건의 변화에 따른 피로 실험을 진행하였다. 실험 결과 0~12주 동안 수분 흡수가 이루어진 모든 시편에서 기대 수명인 65만 사이클을 넘는 100만 사이클 이상의 피로 수명을 가짐을 확인하였다. 스크류 체결 상태는 골절부의 변형률 차이에 주목 할만한 영향을 미치지 못하였다. 본 논문에서는 유리섬유/폴리프로필렌 복합재료 고정판을 다양한 환경조건 하에서 압축-압축 피로실험을 수행하여 기계적 우수성을 입증하였으며, 이 결과는 향후 금속 고정판을 복합재료 고정판으로 대체하기 위한 관련 연구에 유용한 정보를 제공할 것으로 기대된다. In this study, bone plate made of glass/polypropylene composite material which was applied to an artificial bone was tested to check the service ability under fatigue loading. To check serviceability of composite bone plates fatigue test was carried out considering changes in the moisture absorption rate, locking position of screws and loading condition. Test results showed that all the tested specimens had the fatigue life more than one million cycles which was much higher fatigue life than the expected value of 650,000 cycles. Screw position was not critical impact on the deformation of the fracture site. In this paper, the mechanical performance of the glass/polypropylene composite was verified by fatigue test under various water absorption conditions, and this result may give useful information on the design of composite bone plate.

차량 경량화를 위한 사출성형 유리섬유강화플라스틱의 온도 및 수분 흡수에 따른 기계적 물성 변화

천두만(Doo-Man Chun),안성훈(Sung-Hoon Ahn) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.2

최근 차량 경량화를 통한 에너지 절감을 위해서 무거운 철강재료를 경금속이나 복합재료로 대체하는 연구가 많이 진행되고 있다. 이중, 폴리머 기반의 복합재료는 사출성형을 통해서 복잡한 형상의 제작이 가능하고, 유리섬유나 탄소섬유를 함께 사용하여 철강재료 수준으로 기계적 물성을 높일 수 있는 장점이 있다. 하지만 엔진의 고온과 우기에서의 높은 습도 환경은 폴리머의 기계적 물성을 낮추기 때문에 재료선택 과정에서 반드시 고려해야 한다. 본 연구에서는 사출성형을 통해 만들어진 유리섬유강화플라스틱을 엔진룸 내부 온도와 유사한 85℃ 환경과 우기시의 최대 수분흡수 환경하에서의 기계적 물성변화를 인장시험을 통해 알아보았다. 그 결과, 고온환경에서 최대인장강도가 약 23% 감소를 보였고, 수분에 의해서는 약 30% 감소하였으며, 고온과 수분 모두에 대해서는 약 70% 감소를 확인하였으며 이는 재료 선정시 반드시 고려해야 할 영향으로 판단되었다. Owing to the global energy crisis, studies have strongly focused on realizing energy savings through vehicle weight reduction using light metal alloys or polymer composites. Polymer composites afford many advantages including enabling the fabrication of complex shapes by injection molding, and glass and carbon fibers offer improved mechanical properties. However, the high temperature in an engine room and the high humidity during the rainy season can degrade the mechanical properties of the polymer. In this study, the mechanical properties of injection-molded glass-fiberreinforced polymer were assessed at a temperature of 85°C and the maximum moisture absorption conditions. The result showed a 23% reduction in the maximum tensile strength under high temperature, 30% reduction under maximum moisture absorption, and 70% reduction under both heat and moisture conditions. For material selection during the design process, the effects of high temperature and high humidity should be considered.

글라스 아이오노머 수복재의 불소 유리 및 재흡수 양상

배익현,김재문,정태성,김신 大韓小兒齒科學會 2005 大韓小兒齒科學會誌 Vol.32 No.1

이차 우식은 수복 실패의 주된 원인 중 하나로 지목되고 있으며, 이로 인해 빈번히 재수복을 하게 된다. 이차 우식은 항우식 작용이 있는 불소를 함유한 수복물을 사용하여 예방될 수 있다. 구강내에서 불소를 유리하는 것으로 알려진 글라스 아이오노머 수복재는 불소를 장기간 유리할 뿐 아니라 불소의 재충전 및 재유리 능력이 있어 불소의 저장소 역할을 할 수 있다. 따라서 본 연구는 통상의 글라스 아이오노머와 고점도 글라스 아이오노머 및 복합 레진을 대상으로 불소의 유리 양상과 불소도포를 통한 재흡수 후 유리 양상을 알아봄으로써 기존의 수복재와 새로운 수복재간의 임상적 유용성을 평가할 목적으로 시행하였다. 4종의 수복재를 대상으로 불소 유리량 및 2% NaF로 재충전 후 불소 유리량을 각각 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 실험 대상의 모든 글라스 아이오노머 수복재는 초기에 다량의 불소를 유리하고 이후 점차 감소하는 경향을 보였다. 2. 2% NaF 용액을 통한 재충전 후의 유리량은 Fuji IX, Ketac Fil, Ketac Molar, Z-100의 순으로 나타났다. 3. Fuji IX을 제외한 모든 실험 대상의 수복재에서 수분의 영향으로 표면 경도는 유의하게 감소하였고 불소 재충전 후 유리량은 수분 흡수와 비례하였다(P<0.05). 4. Fuji IX이 초기 유리량에 비해 재충전 후 더 많은 불소를 유리였다(P<0.05). The replacement of dental restorations due to secondary caries is a continuing problem in restorative dentistry. The secondary caries can be partly prevented by using fluoride containing dental materials such as glass ionomer cement, which releases and be recharged with fluoride ion acting as a fluoride reservoir. For the purpose of investigating the behaviors of fluoride release and recharge of conventional and high viscosity glass ionomer cements, the experiment was performed on the seven specimens each from 4 kinds of materials; 1 kind of conventional glass ionomer cement, 2 kinds of high viscosity glass ionomer cements and 1 kind of composite resin. The amount of fluoride release was measured over 7 days with pH/ion meter and fluoride specific electrode. After measuring daily fluoride release, the specimens were recharged with 2% NaF solutions for 4 minutes and measured for 3 days with recharging repeated two consecutive times. The results were as follows : 1. Significantly more fluoride was released at first day after recharge in all materials except Z-100. 2. High viscosity glass ionomer cements released more or nearly equal amount of fluoride after recharge compared with the initial release(P<0.05). 3. The fluoride release after recharge with 2% NaF solution was in order of Fuji IX, Ketac Fil, Ketac Molar, Z-100.