최근 초고층건축물, 원전구조물과 같은 초고층 및 대공간 구조물이 증가하며 경제성 및 내구성을 확보하기 위한 고강도 콘크리트의(SUPER Concrete) 개발이 이루어지고 있다. 고강도 콘크리트는 잔골재를 사용하여 일반콘크리트에 비해 높은 압축강도를 갖도록 배합한 콘크리트로 압축강도, 내화성, 조형성 등의 이점이 있지만, 취성파괴나 중량 등의 면에서 단점이 있다. 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPFRC)는 고강도 콘크리트에 강섬유를 혼입하여 인장강도가 낮은 일반콘크리트의 단점을 보완한 콘크리트이다. 초고성능·고강도 콘크리트는 높은 압축강도로 부재의 단면을 크게 줄일 수 있다. 그러나 부재의 단면이 줄어들면 보-기둥, 슬래브-벽체와 같은 접합부에서 철근의 정착공간이 부족해지는 문제가 발생하게 된다.
확대머리철근은 갈고리철근의 대체로 철근 단부에 정착판을 부착하여 철근 밀집 부위의 과밀배근을 해소하고 콘크리트의 충전성을 향상시킨다.
따라서 부재 치수가 줄어드는 초고성능·고강도 콘크리트의 구조물에서 확대머리철근을 사용하여 효율적인 철근 정착이 가능하다. 이 연구에서는 설계강도 120MPa, 150MPa, 180MPa 급 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPFRC)와 80MPa, 120MPa 급 고강도 콘크리트(SUPER Concrete)로 제작된 외부 보-기둥 접합부에 SD600 확대머리철근을 정착하여 측면파열파괴를 통해 철근의 거동특성과 정착성능을 평가하였다. 실험은 안전을 위해 철근의 항복강도 600MPa 이후 인장강도의 90%까지 가력한 뒤 실험을 종료하였다.
● UHPFRC로 제작된 실험체의 경우 높은 정착강도 발현으로 일부 실험체에서만 측면파열파괴가 발생되었다. 그러나 대부분의 실험체에서 600MPa 이상의 높은 정착강도가 발현되어 이 실험에서 얻어진 실험값은 실제 정착강도보다 낮은 값을 예측하기 때문에 안전한 것으로 평가 할 수 있다.
● 고강도 콘크리트(SUPER Concrete)로 제작된 실험체의 경우 안전을 위해 실험을 종료한 2개의 실험체를 제외한 모든 실험체에서 측면파열파괴가 발생되었다.
● 기존에 개발된 일반콘크리트에 정착된 확대머리철근의 측면파열파괴강도 평가식과 현행 콘크리트구조기준의 확대머리철근 정착길이 설계식을 이용하여 실험값을 비교한 결과, UHPFRC에 정착된 확대머리철근의 정착강도는 [실험값]/[예측값] 비율 평균이 각각 1.20, 2.71으로 일반콘크리트에 정착된 확대머리철근의 측면파열파괴강도 평가식과, 콘크리트구조기준의 확대머리철근 정착길이 설계식은 실험값을 과소평가 하였다.
● 고강도 콘크리트(SUPER Concrete)의 경우 [실험값]/[예측값] 비율 평균이 각각 0.92, 1.60으로 현행 콘크리트구조기준의 확대머리철근 정착길이 설계식은 실험값을 과소평가하고 있으나, 일반콘크리트에 정착된 확대머리철근의 측면파열파괴강도 평가식은 약간 과대평가하였다.
● UHPFRC에 정착된 확대머리철근의 정착강도를 실험변수별로 분석하여 콘크리트강도에 대한 정착강도 산정식을 얻었다. 산정식에 설계 압축강도 120MPa을 대입한 결과 정착강도는 619MPa로 모든 실험체는 정착강도 620MPa 이상 발현되어 실험값은 안전한 것으로 나타났다. 따라서 설계강도 120MPa 이상의 UHPFRC에 정착된 확대머리철근은 4의 짧은 정착길이로 콘크리트구조기준에서 허용하는 철근의 최대 설계강도 600MPa를 발현할 수 있는 것으로 평가되었다.
● SUPER Concrete에 정착된 확대머리철근의 정착강도를 선행연구의 데이터와 함께 실험변수 별로 분석하여 콘크리트강도, 정착길이, 측면피복두께, 횡보강철근에 대한 정착강도 산정식을 얻었다. 제안된 평가식을 이용하여 118개 실험 자료에 대한 정착강도를 비교한 결과 [실험값]/[예측값]의 평균은 0.99, 변동계수는 11%였다. 설계 정착길이를 규정하기 위해 확대머리철근의 평균 정착강도 제안식에 90%의 신뢰성을 갖는 5%의 안전계수를 고려하여 확대머리철근의 정착길이 산정식을 제안하였다.

주제어 : 초고성능·고강도 콘크리트, 확대머리철근, 정착강도, 정착길이