지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이건철
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수24
이 논문의 연구 히스토리 (2)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
최근 건설 기술의 발달로 건축물의 대형화, 초고층 및 초장대화의 수요가 증가됨에 따라 압축강도 100 MPa 이상의 초고강도 콘크리트의 사용이 증가하고 있는 추세이다. 하지만 기존의 콘크리트는 높은 압축강도에 비해 낮은 인장강도 및 휨강도, 인성 등에 의해 콘크리트 파괴 시 취성적 파괴가 크게 나타나는 문제점을 지니고 있다. 이에 콘크리트의 단점인 취성적 파괴를 연성적 파괴로 유도하고 역학적 성질을 개선시킬 수 있는 강섬유보강 콘크리트의 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 대부분의 연구는 40~100 MPa의 고강도 범위에 대해 주로 검토가 이루어지고 있고, 초고층 건축물 증가에 따라 사용량이 증가될 것으로 예상되는 100~150 MPa 범위에 대해서의 강섬유 혼입율 및 형상비에 따른 영향에 대한 검토가 미흡한 상황이다.
따라서, 본 연구는 설계기준강도 120, 150 MPa 강섬유 보강콘크리트의 직선형 강섬유 혼입율 및 형상비 변화에 따른 역학적 성질을 파악하기 위해 굳지 않은 상태와 경화 상태에 대하여 검토하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 슬럼프 플로는 설계기준강도 120, 150 MPa 배합 모두 강섬유 혼입율 및 형상비가 증가할수록 단위체적당 증가하는 강섬유의 수로 인하여 점도가 향상되어, 유동성이 감소하는 경항을 나타내었지만, 섬유 혼입에 따른 섬유 뭉침 현상은 거의 나타나지 않았다. 이에 따라 강섬유보강 콘크리트의 모든 배합은 목표 슬럼프 범위인 650±50 mm를 만족하였다.
2) 공기량은 설계기준강도 120, 150 MPa 배합 모두 강섬유 혼입율 및 형상비가 증가할수록 강섬유에 의한 갇힌 공기가 증가하여 공기량이 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나, 소포제가 혼입됨으로써, 목표 공기량 4.5±1.5%를 만족하였다.
3) 압축거동 시험 결과 Plain 배합과 비교하였을 때 설계기준강도 120, 150 MPa 배합 모두 강섬유 혼입율 및 형상비가 압축강도 및 탄성계수에 미치는 영향은 적은 것으로 나타났다.
4) 휨인장강도 및 등가 휨인장강도 시험결과 설계기준강도 120, 150 MPa 배합 모두 강섬유 혼입율 및 형상비가 증가할수록 휨성능이 향상되는 것으로 나타났다. 120 MPa 배합의 경우 강섬유의 혼입율이 증가할수록 비례적으로 휨인장강도 및 등가휨인장강도가 향상되어 Plain 배합 대비 형상비가 100이고 혼입율이 2.0%인 배합이 가장 우수한 강도를 발현하는 것으로 나타내어 약 4.2배 증가하고, 150 MPa 배합은 약 2.5배 증가하는 것으로 나타났다.
5) 휨인장거동 시험 결과 강섬유 혼입율 및 형상비 증가에 따라 초기균열 발생 시 처짐 능력의 차이는 미미하나, 초기균열강도 발생 후 최대강도 지점까지 변형률 경화거동에 의해 잔류강도, 처짐 능력 및 에너지 흡수 능력이 향상된다. 또한, 최대강도 이후 변형률 연화거동에 의해 잔류강도는 감소하나 처짐 능력 및 에너지 흡수 능력은 완만하게 상승하여 최대강도 이후 파괴 시 취성 거동 대신 연성적 거동을 나타내었다. 이는 단면 내에 작용하는 균열의 확산을 강섬유의 가교작용에 의해 균열을 구속하는 역할을 하므로써 궁극적으로 휨성능이 증가된 것으로 판단된다.
6) 직접인장강도 및 신장량의 시험 결과, 설계기준강도 120, 150 MPa 배합 모두 강섬유 혼입율 및 형상비가 증가할수록 직접인장강도가 향상되는 것으로 나타났다. 이에 따라 120 MPa 배합의 경우 Plain 배합 대비 형상비가 100이고 혼입율이 2.0%인 배합은 약 2배 이상 증가한 11.9 MPa와 0.257 mm의 신장량을 나타내었고, 150 MPa 배합의 경우에는 약 1.9 배이상 증가한 14.9 MPa와 0.327 mm의 신장량을 나타내었다.
7) 직접인장거동 시험 결과 휨인장거동과 유사하게 혼입율 및 형상비가 증가할수록 내부의 구속력이 증가하여 초기균열 발생 후 변형률 경화거동에 의해 최대 인장강도 및 그 때의 변형 능력이 향상되는 것으로 나타났고, 최대 인장강도 이후 변형연화거동에 의해 취성 파괴 대신 연성파괴를 나타내었다.
이상을 종합해 볼 때 강섬유의 혼입율 및 형상비가 120, 150 MPa 강섬유보강 콘크리트의 압축거동에 미치는 영향은 거의 미비하나, 혼입율 및 형상비가 증가할수록 휨성능 및 인장성능 향상에 있어 효과적인 것으로 나타내었다. 이 중 혼입율이 2%이고, 형상비가 100 일 때 가장 우수한 효과를 나타내었다. 하지만 초고성능 콘크리트 개발에 있어 시공성, 경제성 및 역학적 성능을 고려해볼 때 일부 연구내용의 보완이 필요하지만 형상비가 100이고, 혼입율이 1.5%인 강섬유를 사용하는 것이 효과적일 것으로 판단된다.
따라서, 본 연구는 설계기준강도 120, 150 MPa 강섬유 보강콘크리트의 직선형 강섬유 혼입율 및 형상비 변화에 따른 역학적 성질을 파악하기 위해 굳지 않은 상태와 경화 상태에 대하여 검토하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 슬럼프 플로는 설계기준강도 120, 150 MPa 배합 모두 강섬유 혼입율 및 형상비가 증가할수록 단위체적당 증가하는 강섬유의 수로 인하여 점도가 향상되어, 유동성이 감소하는 경항을 나타내었지만, 섬유 혼입에 따른 섬유 뭉침 현상은 거의 나타나지 않았다. 이에 따라 강섬유보강 콘크리트의 모든 배합은 목표 슬럼프 범위인 650±50 mm를 만족하였다.
2) 공기량은 설계기준강도 120, 150 MPa 배합 모두 강섬유 혼입율 및 형상비가 증가할수록 강섬유에 의한 갇힌 공기가 증가하여 공기량이 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나, 소포제가 혼입됨으로써, 목표 공기량 4.5±1.5%를 만족하였다.
3) 압축거동 시험 결과 Plain 배합과 비교하였을 때 설계기준강도 120, 150 MPa 배합 모두 강섬유 혼입율 및 형상비가 압축강도 및 탄성계수에 미치는 영향은 적은 것으로 나타났다.
4) 휨인장강도 및 등가 휨인장강도 시험결과 설계기준강도 120, 150 MPa 배합 모두 강섬유 혼입율 및 형상비가 증가할수록 휨성능이 향상되는 것으로 나타났다. 120 MPa 배합의 경우 강섬유의 혼입율이 증가할수록 비례적으로 휨인장강도 및 등가휨인장강도가 향상되어 Plain 배합 대비 형상비가 100이고 혼입율이 2.0%인 배합이 가장 우수한 강도를 발현하는 것으로 나타내어 약 4.2배 증가하고, 150 MPa 배합은 약 2.5배 증가하는 것으로 나타났다.
5) 휨인장거동 시험 결과 강섬유 혼입율 및 형상비 증가에 따라 초기균열 발생 시 처짐 능력의 차이는 미미하나, 초기균열강도 발생 후 최대강도 지점까지 변형률 경화거동에 의해 잔류강도, 처짐 능력 및 에너지 흡수 능력이 향상된다. 또한, 최대강도 이후 변형률 연화거동에 의해 잔류강도는 감소하나 처짐 능력 및 에너지 흡수 능력은 완만하게 상승하여 최대강도 이후 파괴 시 취성 거동 대신 연성적 거동을 나타내었다. 이는 단면 내에 작용하는 균열의 확산을 강섬유의 가교작용에 의해 균열을 구속하는 역할을 하므로써 궁극적으로 휨성능이 증가된 것으로 판단된다.
6) 직접인장강도 및 신장량의 시험 결과, 설계기준강도 120, 150 MPa 배합 모두 강섬유 혼입율 및 형상비가 증가할수록 직접인장강도가 향상되는 것으로 나타났다. 이에 따라 120 MPa 배합의 경우 Plain 배합 대비 형상비가 100이고 혼입율이 2.0%인 배합은 약 2배 이상 증가한 11.9 MPa와 0.257 mm의 신장량을 나타내었고, 150 MPa 배합의 경우에는 약 1.9 배이상 증가한 14.9 MPa와 0.327 mm의 신장량을 나타내었다.
7) 직접인장거동 시험 결과 휨인장거동과 유사하게 혼입율 및 형상비가 증가할수록 내부의 구속력이 증가하여 초기균열 발생 후 변형률 경화거동에 의해 최대 인장강도 및 그 때의 변형 능력이 향상되는 것으로 나타났고, 최대 인장강도 이후 변형연화거동에 의해 취성 파괴 대신 연성파괴를 나타내었다.
이상을 종합해 볼 때 강섬유의 혼입율 및 형상비가 120, 150 MPa 강섬유보강 콘크리트의 압축거동에 미치는 영향은 거의 미비하나, 혼입율 및 형상비가 증가할수록 휨성능 및 인장성능 향상에 있어 효과적인 것으로 나타내었다. 이 중 혼입율이 2%이고, 형상비가 100 일 때 가장 우수한 효과를 나타내었다. 하지만 초고성능 콘크리트 개발에 있어 시공성, 경제성 및 역학적 성능을 고려해볼 때 일부 연구내용의 보완이 필요하지만 형상비가 100이고, 혼입율이 1.5%인 강섬유를 사용하는 것이 효과적일 것으로 판단된다.
목차
Ⅰ. 서 론 11.1 연구배경 및 목적 11.2 연구내용 및 범위 31.3 연구 동향 51.3.1 국내의 연구동향 51.3.2 국외의 연구동향 8Ⅱ. 이론적 고찰 102.1 강섬유보강 콘크리트 개요 102.1.1 강섬유의 종류 및 특성 112.1.2 강섬유의 분포 122.1.3 강섬유의 배열 132.1.4 강섬유의 형상비 및 혼입율 142.2 강섬유와 매트릭스의 부착 메커니즘 152.2.1 균열발생 전의 성상 152.2.2 균열발생 후의 성상 162.3 강섬유보강 콘크리트의 강화 메커니즘 172.3.1 강섬유 간격 이론 182.3.2 합성재료 이론 202.3.3 강섬유 복합체 이론 212.3.4 극한강도 이론 232.4 강섬유보강 콘크리트의 역학적 거동 242.4.1 압축거동 252.4.2 인장거동 272.4.3 휨거동 29Ⅲ. 실험계획 및 방법 313.1 실험계획 313.2 사용재료 333.2.1 프리믹싱 결합재 333.2.2 강섬유 343.2.3 잔골재 343.3 실험방법 353.3.1 콘크리트 혼합 353.3.2 양생 363.3.3 슬럼프 플로 363.3.4 공기량 373.3.5 압축거동 383.3.6 휨인장거동 393.3.7 직접인장거동 42Ⅳ. 실험결과 및 분석 444.1 굳지 않은 상태의 성질 444.1.1 슬럼프 플로 444.1.2 공기량 464.2 경화 상태의 성질 484.2.1 압축거동 484.2.2 휨인장거동 534.2.3 직접인장거동 67Ⅴ. 결 론 75참고문헌 78Abstract 82감사의 글 87표 목 차<표 2-1> 강섬유의 종류 및 특성 11<표 3-1> 실험계획 31<표 3-2> 배합사항 32<표 3-3> 시멘트 및 고로슬래그미분말의 물리적·화학적 성질 33<표 3-4> 지르코늄미분말의 물리적·화학적 성질 34<표 3-5> 강섬유의 물리적 성질 34<표 3-6> 잔골재의 물리적 성질 35<표 4-1> 슬럼프 플로 및 공기량 시험결과 44<표 4-2> 압축강도 및 탄성계수 시험결과 48<표 4-3> 휨인장강도 및 등가 휨인장강도 시험결과 53<표 4-4> 휨인장거동 시험결과 54<표 4-5> 휨인장거동 시험결과 계속 55<표 4-6> 직접인장강도 및 신장량 시험결과 67<표 4-7> 직접인장거동 시험결과 68그 림 목 차<그림 1-1> 연구진행 흐름도 4<그림 2-1> 콘크리트에 혼입된 섬유의 배열상태 13<그림 2-2> 원형 단면 강섬유의 형상 14<그림 2-3> 사각형 단면 강섬유의 형상 15<그림 2-4> 균열발생 전의 매트릭스와 강섬유의 부착 메커니즘 16<그림 2-5> 균열발생 후의 매트릭스와 강섬유의 부착 메커니즘 17<그림 2-6> 강섬유 간격에 따른 균열발생강도 19<그림 2-7> 복합체 개념도 22<그림 2-8> 강섬유 주변 미세구조 25<그림 2-9> 압축응력-변형률 곡선 26<그림 2-10> 인장응력-변형률 곡선 28<그림 2-11> 하중-처짐 곡선 30<그림 3-1> 하중-처짐 곡선도 40<그림 4-1> 슬럼프 플로 (120 MPa) 45<그림 4-2> 슬럼프 플로 (150 MPa) 46<그림 4-3> 공기량 (120 MPa) 47<그림 4-4> 공기량 (150 MPa) 47<그림 4-5> 압축강도 (120 MPa) 50<그림 4-6> 압축강도 (150 MPa) 50<그림 4-7> 탄성계수 (120 MPa) 52<그림 4-8> 탄성계수 (150 MPa) 52<그림 4-9> 휨인장강도 및 등가 휨인장강도 (120 MPa) 58<그림 4-10> 휨인장강도 및 등가 휨인장강도 (150 MPa) 58<그림 4-11> 하중-처짐 곡선 (120 MPa) 60<그림 4-12> 하중-처짐 곡선 (150 MPa) 60<그림 4-13> 균열강도 및 최대강도 (120 MPa) 62<그림 4-14> 균열강도 및 최대강도 (150 MPa) 62<그림 4-15> 잔류강도 (120 MPa) 65<그림 4-16> 잔류강도 (150 MPa) 65<그림 4-17> 휨인성 (120 MPa) 66<그림 4-18> 휨인성 (150 MPa) 66<그림 4-19> 직접인장강도 및 신장량 (120 MPa) 70<그림 4-20> 직접인장강도 및 신장량 (150 MPa) 70<그림 4-21> 응력-변형률 관계 (120 MPa) 72<그림 4-22> 응력-변형률 관계 (150 MPa) 72<그림 4-23> 직접인장강도 및 변형 능력 (120 MPa) 74<그림 4-24> 직접인장강도 및 변형 능력 (150 MPa) 74사 진 목 차<사진 3-1> 직선형 강섬유 34<사진 3-2> 콘크리트 혼합 36<사진 3-3> 슬럼프 플로 측정 37<사진 3-4> 공기량 측정 37<사진 3-5> 압축강도 및 탄성계수 측정 38<사진 3-6> 휨인장강도 측정 40<사진 3-7> 직접인장강도 측정 43
최근 본 자료
댓글(0)
0