UHPFRCs (Ultra High Performance Fiber Reinforced Concretes) 는 높은 인장강도와 변형능력을 가지는 우수한 건설재료 중 하나이다. UHPFRCs의 높은 인장특성과 에너지 흡수능력에 대해 많은 연구가 진행 되어 왔다. 특히 에너지 흡수능력은 다수의 미세균열 생성거동으로 설명되고 있으며, 보다 높은 에너지 흡수능력을 가지는 UHPFRCs를 개발하기 위해 다수 미세균열의 수와 균열 폭을 증가시켜야 한다. 하지만 하중이 받고 있는 동안 다수 미세균열 생성과정을 측정할 수 있는 측정방법의 부제와 균열 폭을 정밀하게 측정 할 수 없다는 한계점으로 인하여 현재 다수 미세균열 거동에 대한 조사는 부족한 상황이다.
따라서 본 연구는 변형률 속도에 따른 UHPFRCs의 다수미세균열 거동을 조사하기 위해 수행되었다. 기존의 측정방법의 한계점을 극복하기 위해 디지털 이미지 상관기법 (Digital image correlation : DIC)를 이용하여 하중을 받고 있는 동안 다수의 미세균열 생성 및 균열 폭의 변화를 조사하였다. 먼저 정적 변형률 속도에서 하중이 받고 있는 동안 강섬유 보강량에 따른 균열 생성과정 및 균열폭의 변화에 대해 확인하였고, 이후 충격 변형률 속도에서 하중이 받는 동안 균열의 생성과정 및 균열 폭의 변화에 대해 확인하였으며, 마지막으로 앞선 결과들을 통해 변형률 속도에 따른 생성과정의 변화와 균열 폭의 변화를 확인하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
정적 변형률 속도에서 균열 생성속도는 강섬유 보강량이 낮을수록 매우 빠르게 생성 및 진전되었으나, 강섬유 보강량이 높을수록 균열의 생성은 다수의 미세균열이 한번에 발생하는 것이 아닌 순차적으로 발생하게 되며, 균열 진전은 매우 천천히 발생하게 된다. 또한 다수 균열의 생성은 모든 시험 시리즈에서 post cracking 지점 이전에 발생하게 되며, post cracking 지점 이후 균열의 발생은 나타나지 않으며, 오직 주 균열만 증가하게 된다. 미세균열 폭의 경우 섬유 보강량 2.0%에서 55.7 mm로 섬유 보강량 1.0%에서 30 mm 보다 66% 증가한 값을 보였다. 하중이 가해지는 동안 균열의 폭은 일정량 이상 증가하게 되며, 이러한 미세균열의 총 폭은 post cracking 지점 이전까지 꾸준하게 증가하게 되고, post cracking 지점 이후 총 균열의 폭은 유지되거나 소폭 감소하게 된다. 이러한 감소 폭은 하중이 높을수록 증가하게 되며, 이는 다수의 미세균열이 발생함에 따라 매트릭스 사이를 이어주는 강섬유의 신장으로 인해 post cracking 지점 증가하였던 균열 폭이 post cracking 지점 이후 하중의 감소에 따라 신장량이 감소하는 영향을 보이게 된다고 확인하였다.
다음으로 높은 변형률 속도에서 균열생성 및 균열 폭의 변화를 관측하기 위해 Improved ? Strain Energy Frame Impact Machine (I-SEIFM)을 사용하여 진행하였으며, 변형률 속도 40.3 s-1에서 90.0 s-1까지 측정이 되었다. 균열의 생성의 경우 모든 시험 시리즈에서 다수의 미세균열 거동이 나타났으며 다수균열의 생성은 200 msec라는 매우 짧은 시간에 발생하였다. 이러한 다수 미세균열은 순차적으로 발생하지 않고, 동시에 발생하였으며, 다수의 미세균열이 동시에 발생한 이후 추가적인 균열은 발생하지 않는다. 평균 균열의 폭의 경우 섬유보강량 0.5% 에서 251 mm 로 2.0% 에서 123 mm보다 약 2배 더 높은 평균 균열 폭을 가지게 된다. 하중이 가해지는 동안 균열 폭은 증가하게 되며 충격하중에서도 post cracking 지점 이후 균열 폭은 유지하거나 소폭 감소하게 된다. 이러한 미세균열 폭의 합도 post cracking 지점 전까지 증가하게 되며 post cracking 지점 이후 미세균열의 폭은 유지하거나 소폭 감소하게 된다.
균열 거동은 정적 및 충격 변형률 속도 모두 post cracking 지점 전까지만 다수 미세균열이 발생하게 되며, post cracking 지점 이후 오직 주 균열만이 폭을 증가하게 된다. 또한 균열의 폭 역시 post cracking 지점 이전까지 다수 미세균열 폭의 합이 증가하게 되며, post cracking 지점 이후 미세균열 폭의 합은 유지하거나 소폭 감소하게 된다. 하지만 균열의 수 의 경우 정적 변형률 속도에서 보다 충격 변형률 속도에서 더욱 높은 값을 가졌으며, 균열의 폭 또한 강섬유 보강량 2.0% 에서 55.7 mm (0.000333s-1)에서 123 mm (90.0 s-1)로 충격하중에서 더욱 큰 값을 가지게 된다. 다수 미세균열 수와 균열 폭의 증가로 변형능력 또한 증가하게 되며 충격하중에서의 높은 인장강도와 높은 변형능력으로 에너지 흡수능력 역시 증가하게 되었다.
본 연구에서는 인장하중에 대한 다수미세균열거동을 확인하였다. 추후, 균열 진전 속도에 대한 연구가 필요할 것으로 판단이 된다. 균열 및 미세균열의 특성을 파악한다면 더욱 높은 에너지 흡수능력을 가지는 재료 개발이 가능할 것으로 판단이 된다.