현재 세계적으로 발생하고 있는 테러 및 국가분쟁으로 인해 사회간접자본과 수많은 인명의 피해가 지속적으로 발생하고 있다. 이러한 테러와 국가분쟁으로 피해를 받는 구조물의 설계는 현재 구조물의 두께를 증가시키는 방법으로 행해져 왔으나, 이 방법은 공간의 제약과 폭발과 충격으로 인해 발생하는 인장응력에 의한 파괴를 방지하지에 적합하지 않다.
따라서 이 연구는 정적 변형률 속도에서 인장강도가 강하고 연성도가 크며 에너지 흡수능력이 뛰어난 고성능 하이브리드 강섬유보강 시멘트 복합재료의 충격인장 저항능력을 평가하여 충격 및 폭발하중에 해당하는 고속의 변형률 속도에서 인장저항능력이 우수한 재료를 개발하고자 하였다.
세가지 세부목표는 1) micro 섬유보강량이 고속 변형률 속도에서 초고강도 하이브리드 강섬유 보강 콘크리트의 인장거동에 미치는 영향 분석, 2) macro 섬유의 종류가 고속 변형률 속도에서 초고강도 하이브리드 강섬유 보강 콘크리트의 인장거동에 미치는 영향 분석 그리고 3) 매트릭스가 강도가 고속 변형률 속도에서 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료의 인장거동에 미치는 영향분석이다.
먼저 micro 섬유보강량이 고속 변형률 속도(11-25 /sec)에서 초고강도 하이브리드 강섬유보강 콘크리트의 인장거동에 미치는 영향을 파악하고자 micro 섬유의 보강량을 0.0, 0.5 그리고 1.0% 보강하여 실험을 수행하였다. 실험결과 micro섬유의 보강량의 증가는 최종균열강도를 약 93%까지 증가시켰다. 그러나 변형능력은 약 31%까지 감소하는 경향을 보여 주었다. 이로써 강도의 증가를 위해서는 micro섬유 1.0%의 보강이 효과적이며, 에너지 흡수능력의 증가를 위해서는 0.5%의 보강이 적합하다는 결과를 도출하였다.
그리고, macro 섬유의 종류가 고속 변형률 속도(11-35 /sec)에서 초고강도 하이브리드 강섬유보강 콘크리트에 인장거동에 미치는 영향을 파악하고자 macro 섬유를 long smooth 강섬유와 hooked 강섬유를 사용하였다. 최종균열강도의 경우 long smooth 강섬유를 사용하였을 때, hooked 강섬유를 사용할 경우보다 5.74% 증가하였다. 하지만, hooked 강섬유를 사용하였을 때 long smooth 강섬유를 사용하였을 때 보다 변형능력은 16.79% 에너지 흡수능력은 39.49% 증가하는 결과를 보여주었다. 그러므로 강도의 증진을 위해서는 long smooth 강섬유를 사용하는 것이 효과적이지만, 에너지 흡수능력의 증진을 위해서는 hooked 강섬유를 사용하는 것이 효과적이라는 것을 알 수 있었다.
마지막으로 매트릭스 강도가 고속 변형률 속도(39-161 /sec)에서 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료의 인장거동에 미치는 영향을 파악하기 위하여 매트릭스 강도 56, 81 그리고 180 MPa인 3가지 매트릭스에 macro 섬유로 hooked 강섬유 1.0%, micro 섬유로 short smooth 강섬유 1.0%를 보강하여 실험을 수행하였다. 실험결과 고속 변형률 속도에서 매트릭스의 강도의 증가는 최종균열강도와 에너지 흡수능력의 증가를 이끌었으나, 변형능력의 감소를 가져왔다. 또한, 변형률 속도에 대한 민감성은 최종균열강도의 경우, 180 MPa의 초고강도 매트릭스가 가장 우수하였다. 하지만 변형능력과 에너지 흡수능력에 대한 변형률속도 민감성은 56 MPa의 낮은 강도의 매트릭스에서 가장 높게 나타났다. 그러므로, 인장강도의 증진을 목적으로 할 경우 180MPa의 초고강도 매트릭스를 사용하는 것이 효과적이며, 에너지 흡수능력의 향상을 목적으로는 56 MPa의 낮은 강도의 매트릭스를 사용하는 것이 더 효과적일수도 있다는 결론을 도출하였다.
위 실험의 결과로 충격 및 폭발에 해당하는 고속 변형률 속도에서 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료의 인장거동은 정적 변형률 속도에서 보다 증가하였다. 그러므로 고성능 하이브리드 강섬유보강 시멘트 복합재료는 충격 및 폭발 하중에 저항하기에 적합한 재료로 판단된다. 이 연구를 통해 강도와 에너지 흡수능력의 향상목적에 따라 고성능 하이브리드 강섬유보강 시멘트 복합재료의 구성을 변경하여 적용이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.
이 연구에서는 순수 인장하중에 대한 재료거동을 확인하였다. 추후, 구조실험 및 수치해석을 통한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 구조물의 위치 및 사용용도 등을 포함한 구조물 중요도 평가가 이루어진다면, 대상 구조물에 따라 적합한 재료구성이 가능할 것으로 판단된다.