50MPa급 강섬유보강 순환골재 콘크리트충전 각형강관 기둥의 전단성능 평가 실험

국문 초록 (Abstract)

재개발, 재건축사업 등 도시정비사업이 활발히 진행됨에 따라 건설폐기물은 19년 기준 221,000톤/일 수준으로 전체 폐기물 발생량의 절반가량을 차지하고 있다. 정부에서는 일반골재의 자원고갈을 넘어 환경적으로 지속가능성의 문제를 야기하면서 세계적으로 순환형 정책을 추진하고 있으며 순환골재를 15~25% 사용하는 건축물에 한하여 용적률을 완화하도록 하는 등
관련제도를 도입하고 있는 실정이다. 하지만, 순환골재를 안정적으로 사용하기 위한 구체적인 설계 및 시방에 관한 지침은 부족하며, 구조물에 적용 시 불안정한 구조성능과 사회적 인식 부족으로 인하여 활용성이 미흡한 상황이다. 순환골재를 구조체로 활용하는데 제한적인 이유는 충격에 의한 성능저하와 시멘트 모르타르로 인한 영향이 있다. 콘크리트용 순환골재는 폐콘크리트를 파·분쇄 후 분리선별하여 생산되며 고품질의 순환골재를 생산하기 위해서는 수차례의 처리과정이 필요하다. 이러한 처리과정에서 충격에의해 발생하는 골재의 미세균열은 순환골재 콘크리트의 성능저하를 유발하는 요소이다. 또한, 미탈거된 시멘트 모르타르로 인해 일반골재 대비 낮은 밀도와 높은 흡수율로 시간의존성 영구변형인 건조수축 및 크리프가 증대되는 경향이 있다. 이러한 순환골재 콘크리트의 기계적인 물성저하를 방지하기 위해 부피변화를 억제하는 강섬유로 보강하여 강도특성과 장기거동 특성을 개선하고자 하였다. 또한, 초기강도와 특성을 개선하고자 강관에 충전하여 외부영향을 최소화하였다.
본 연구에서는 순환골재 콘크리트를 구조체에 적용하기 위해 강섬유와 구조용 각형강관으로 보강하여 순환골재 치환율(0, 25, 50, 100%), 강섬유보강(0, 0.5%), 전단경간비(0.8, 1.6)를 변수로 전단성능 평가 실험을 수행하였다. 따라서, 순환골재 사용량에 따른 건축법규 완화기준을 토대로 순환골재 치환율에 따른 전단강도를 평가하였다. 강섬유 혼입율은 선행연구에
서 강섬유 뭉침현상이 발생하지 않으며 경제성을 고려한 체적비율을 선정하여 강섬유보강이 각형 CFT 기둥의 전단강도에 미치는 영향을 확인하였다.또한, 전단이 거동을 지배하는 전단경간(a)의 범위를 산정하고 전단경간비에 따른 전단거동을 관찰하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As urban maintenance projects such as redevelopment and reconstruction projects are actively carried out, construction waste is 221,000 tons/day as of 2019, accounts for about half of the total waste generations. The government is promoting a cyclical policy international, causing environmental sustainability problems beyond the depletion of resources of natural aggregates, and introducing related systems such as easing the floor area ratio only for buildings that use 15 to 25%. However, specific guidelines for the stable use of recycled aggregates are insufficient, and utilization is insufficient due to unstable structural performance and insufficient of social awareness when applied to structures. The reason for the limited use of recycled aggregates as structures is due to low performance due to impact and cement mortar. Recycled aggregates for concrete are produced separately after crushing the Waste concrete, and several processes are required to produce high-quality recycled aggregates. The micro-cracks of aggregates generated by impact in this process are factors that cause performance degradation of recycled aggregate concrete. In addition, dry shrinkage and creep, which are permanent deformation of time dependence, tend to increase with lower density and higher absorption rate compared to natural aggregates due to not removed cement mortar. In order to prevent the mechanical property degradation of the recycled aggregate concrete, it was intended to improve strength characteristics and long-term behavior characteristics by reinforcing with steel fibers that control volume changes. In addition, in order to improve dry shrinkage and creep characteristics, which are initial strength and long-term behavior characteristics, the steel tube was filled to minimize external impact.In this study, shear performance evaluation experiments were conducted with variables such as steel fiber and structural square steel tube to apply recycled aggregate concrete to the structure, and the replacement rate of recycled aggregate (0, 25, 50, 100%), steel fiber reinforcement (0, 0.5%), and shear span-to-depth ratio (0.8, 1.6). Therefore, the shear strength according to the replacement rate of recycled aggregates was evaluated based on the construction law relaxation criteria according to the amount of recycled aggregates used. In previous studies, the effect of steel fiber reinforcement on the shear strength of square CFT columns was confirmed by selecting a volume ratio considering economic feasibility without agglomeration of steel fibers. In addition, the range of the shear span (a) in which the shear controls the behavior was calculated, and the shear behavior according to the shear span-to-depth ratio was observed.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구배경 2
• 제2절 연구목적 4
• 제3절 연구내용 및 범위 4
• 제2장 이론적 고찰 7
• 제1절 강섬유보강 순환골재 콘크리트충전 강관기둥 연구 8
• 1. 순환골재 콘크리트 8
• 2. 강섬유보강 콘크리트 14
• 3. 강섬유보강 콘크리트충전 강관기둥 16
• 제2절 CFT 기둥의 전단강도 평가 18
• 1. 각형 CFT 기둥 전단설계식 18
• 2. 전단강도 평가식 기존연구 19
• 제3장 전단성능 평가 실험 23
• 제1절 개요 24
• 제2절 실험계획 및 방법 25
• 1. 실험체 제작 25
• 2. 실험방법 및 계측계획 30
• 제3절 실험결과 33
• 1. 재료시험 결과 33
• 2. 하중-변위 관계 38
• 3. 파괴거동 44
• 제4장 분석 및 고찰 47
• 제1절 순환골재 치환율에 따른 전단강도 48
• 제2절 강섬유보강 시 전단강도 증진 효과 50
• 제3절 전단경간비에 따른 전단거동 52
• 제4절 전단강도 평가식 54
• 제5장 결론 57
• 참고문헌 60
• 부록 64
• ABSTRACT 76
• 감사의 글 79