고온과 알칼리 환경에 노출된 GFRP 보강근의 장기 성능 평가 :Evaluation of long-term performance of GFRP rebar exposed to High temperature and Alkaline Environment

배정명

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자료유형: 학위논문

저자정보: 배정명 (경성대학교, 경성대학교 대학원)

지도교수: 문도영, 김충호

발행연도: 2017

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2017

고온과 알칼리 환경에 노출된 GFRP 보강근의 장기 성능 평가

배정명 토목공 2017.01 학위논문

알칼리와 고온노출에 의한 GFRP 보강근 손상에 대한 현미경분석 연구

배정명 , 문도영 , 박철우 외 1명 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 2017.01 학술저널

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최근 FRP 보강근은 섬유와 레진으로 이루어진 복합재료로써 철근의 부식문제를 해결할 수 있는 우수한 재료로 평가받고 있다. FRP보강근은 중량비 높은 강도와 강성을 가지고 부식이 없는 장점을 가지고 있다. 토목분야에서는 경제적인 측면에서 GFRP보강근이 많이 사용되고 있으며 최근 해외에서는 교량바닥판, 건축슬래브 등 콘크리트 구조물에 적용하고 있다. GFRP로 보강된 콘크리트 구조물에 화재가 발생하게 되면 보강근은 고온 및 알칼리의 영향을 받게 된다. 이러한 영향은 보강근의 기계적인 성능을 저하시키며 전체적인 콘크리트 구조물의 내구성저하의 직접적인 원인이 된다. 화재발생 후 붕괴되지 않은 구조물의 경우 보강근은 고온노출 후 알칼리환경의 복합적인 환경에 노출되어진다. 지금까지 선행되어진 많은 연구는 GFRP 보강근의 고온 및 알칼리의 단편적인 영향에 대해 수행되어졌다. 그러나 고온과 알칼리의 복합적인 영향에 대한 연구는 미비한 실정이다. 전체적인 콘크리트 구조물의 내구성 평가를 위해 복합영향에 대한 GFRP보강근의 성능평가는 꼭 필요하다.
본 연구에서는 고온손상 후 알칼리환경의 복합적인 영향에 노출된 GFRP보강근의 기계적 성능(인장강도, 계면전단강도, 휨강도) 변화를 실험적으로 평가하였다. 고온노출온도를 60℃, 120℃, 200℃, 300℃로 설정하고 각 온도별로 10분, 60분간 고온에 노출시켰다. 이후 콘크리트와 유사한 pH 12.6의 알칼리환경에 30일간 침지시킨 후 용액에서 꺼내어 실험하였다. 실험변수에 노출된 보강근의 단면을 현미경이미지를 통해 기계적 성능 변화의 원인을 직접적으로 확인하였다. 또한 아레니우스 모델을 이용하여 복합적인 영향을 받은 보강근의 장기적인 내구수명을 예측하였다. 실험결과로 온도가 높을수록, 고온의 노출시간이 길수록, 알칼리의용액의 온도가 높을수록 기계적인 성능이 저하되며 내구수명 또한 짧아지는 것을 확인할 수 있었다.

Recently, FRP reinforced bars are composite materials made of fibers and resins, and they are evaluated as excellent materials to solve corrosion problem of reinforcing bars. FRP rebars have the advantages of high strength and rigidity with weight and high corrosion resistance. GFRP reinforcement bars are widely used in the civil engineering, and recently, they have been applied to concrete structures such as bridge decks and construction slabs. When a fire occurs in a concrete structure reinforced with GFRP, the reinforcing bars are affected by high temperature and alkali. This effect reduces the mechanical performance of the rebar and is a direct cause of the overall durability of the concrete structure. In the case of structures not collapsed after the fire, the reinforcing bars are exposed to a complex environment of alkaline environment after high temperature exposure. Many previous studies have been performed on the high temperature and alkali effects of GFRP bars. However, there are few studies on the combined effect of high temperature and alkali. In order to evaluate the durability of the entire concrete structure, the performance evaluation of the FRP rebar for complex effects is essential.
In this study, the mechanical properties (tensile strength, interfacial shear strength, flexural strength) of GFRP reinforced bars exposed to the combined effects of alkaline environment after high temperature damage were evaluated experimentally. The high temperature exposure temperature was set at 60℃, 120℃, 200℃ and 300℃, and each temperature was exposed to high temperature for 10 minutes and 60 minutes. After immersing in an alkali environment of pH 12.6, which is similar to concrete, it was immersed in water for 30 days and then taken out of the solution and tested. The cross section of the reinforced bar exposed to the experimental variables was directly confirmed by the microscopic image. In addition, the Arrhenius model predicts the long-term durability life of the reinforced bars that are affected by the composite effect. Experimental results show that the higher the temperature, the higher the exposure time, and the higher the temperature of the alkali solution, the lower the mechanical performance and the shorter the long-term durability life.

#GFRP보강근 #고온 #알칼리 #기계적성능 #사용수명

1. 서론 1
1.1 연구 배경1
1.2 연구목적 2
2. FRP 보강근 3
2.1 GFRP 보강근의 고온노출에 따른 성능 4
2.2 GFRP 보강근의 알칼리환경 노출에 따른 성능 6
2.3 문헌조사결과 9
3. 외부환경 노출 및 실험변수 10
3.1 외부환경 노출 10
3.1.1 사전고온노출 12
3.1.2 알칼리환경 노출 12
3.2 실험변수 14
4 실험방법 15
4.1 실험개요 15
4.2 인장실험 15
4.3 계면전단실험 17
4.4 휨실험 18
5. 실험결과 19
5.1 NN실험체 결과 19
5.2 인장실험 결과 20
5.3 계면전단실험 결과 31
5.4 휨실험 결과 39
6. GFRP 보강근 단면영상 분석 47
6.1 개요 및 실험체 준비 47
6.2 단면영상 분석결과 49
7. GFRP의 고온 및 알칼리 노출에 따른 내구수명 평가 55
7.1 인장강도에 따른 내구수명 예측 57
7.2 계면전단강도에 따른 내구수명 예측 61
7.3 휨강도에 따른 내구수명 예측 62
8. 결론 63
9. 참고문헌 66

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