자연섬유의 종류와 혼입률에 따른 숏크리트 배합의 레올로지 특성 :Rheological Properties of ShotCrete Mixture by Natural Fiber Types and Mixing Ratio

최승학

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자료유형: 학위논문

저자정보: 최승학 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 윤경구

발행연도: 2021

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2021

자연섬유의 종류에 따른 숏크리트 레올로지 특성

최승학 , 하태호 , 윤경구 외 1명 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2021.05 학술대회자료

자연섬유의 종류와 혼입률에 따른 숏크리트 배합의 레올로지 특성

최승학 토목공 2021.01 학위논문

2020

양마섬유의 혼입률에 따른 숏크리트의 레올로지 특성

최승학 , 하태호 , 윤경구 외 1명 대한토목학회 학술대회 2020.10 학술대회자료

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본 논문은 콘크리트 및 숏크리트에 사용하기 위한 자연섬유가 혼입된 콘크리트의 레올로지 특성을 연구하였다. 숏크리트 배합에 자연섬유가 혼입이 될 시 워커빌리티의 감소로 펌핑성이 저하가 될 수 있다. 하지만 숏크리트 배합에서 펌핑성의 저하는 숏크리트 배합에 치명적인 요소로 작용할 수 있다. 하지만 국내나 국외에서는 자연섬유가 혼입된 콘크리트 또는 숏크리트 배합의 정량적인 분석이나 자연섬유 콘크리트의 레올로지 특성을 연구한 것은 찾아 볼 수 없었다. 그래서 본 논문은 자연섬유를 혼입한 숏크리트의 정량적인 레올로지 분석이라는 주된 목표를 두고 연구를 진행하였다.
레올로지 분석은 자연섬유를 혼입한 변수와 혼입하지 않은 변수를 비교 분석하여 진행하였다. 자연섬유는 현재 가장 많이 사용이 되어지는 양마(Kenaf), 아마(Flax), 황마(Jute) 3가지 종류를 사용하였으며, 동시에 각 섬유별 5 mm, 10 mm, 20 mm 의 각기 다른 3가지 섬유길이를 사용하였다. 또한 혼입률을 0.5 kg, 1.0 kg, 1.5 kg 으로 나누어 세분화 하였다.
따라서 본 논문에서는 자연섬유를 혼입하지 않은 변수와 혼입한 변수 총 28개 변수를 실험 변수로 선정 하였다. 또한 각 변수별 내구성을 평가하기 위해 압축강도 및 휨강도, 염소이온침투저항성 시험을 진행하였다.
시험결과 아마(Flax)섬유의 경우 SPSS 분산분석 결과 양마(Kenaf)섬유와 황마(Jute)섬유와의 유의확률이 높게 측정이 되었다. 아마(Flax)섬유는 양마(Kenaf)섬유와 황마(Jute)섬유를 대신하여 사용이 가능하고, 가장 적절한 소성점도와 항복응력치를 가지는 섬유라고 할 수 있다. 또한 펌핑 가능 범위 안에서 아마(Flax)섬유가 가장 많은 변수가 존재하며, 섬유의 길이로는 10 mm 섬유가 가장 많이 존재하였고, 혼입률은 1.0 kg 혼입 한 변수가 가장 많이 남아있었다. 따라서 최적 섬유의 종류는 아마(Flax)섬유를 선정하였으며, 섬유 길이는 10 mm 섬유가 가장 적합하다고 말할 수 있다. 또한 혼입률로는 1.0 kg 섬유 혼입량이 가장 적정 혼입량 이라고 할 수 있다.
압축강도와 시험결과 10 mm 섬유 모두 장기강도가 미비하지만 가장 높게 측정이 되었다. 이것을 보아 장기강도에는 10 mm 섬유를 선정하는 것이 가장 적합하다고 보고 초기강도의 경우 양마(Kenaf)섬유와 아마(Flax)섬유는 20 mm 섬유이며, 황마(Jute)섬유의 경우 5 mm 섬유를 선정하는 것이 유리하다고 본다.
휨강도 시험결과 섬유가 혼입 되지 않은 OPC변수대비 28일 강도의 발현은 미비하지만, 56일 휨강도는 자연섬유가 혼입된 변수들이 더 높게 측정이 되었다. 이는 휨강도증진에 뛰어난 강섬유에 비해 효과는 미비하지만, 자연섬유가 혼입될 시 휨강도는 증진된다고 할 수 있다.

This paper studied the rheological properties of concrete mixed with natural fibers for use in concrete and shotcrete. When natural fibers are mixed in the shotcrete mixing, the pumpability may decrease due to a decrease in workability. However, the decrease in pumpability can act as a critical factor in the shotcrete mixing for construction. Besides, in Korea or abroad no quantitative analysis of concrete or shotcrete mixing with natural fiber and study of rheological properties of natural fiber concrete were not investigate much in last few decades.
The main novelty of this study is analyzed the quantitative rheology analysis of shotcrete mixed with natural fibers. The rheological analysis was conducted by comparing and analyzing the variable with and without the natural fiber for understanding the actual performance of mixes. Three types of natural fibers are currently used: Kenaf, Flax, and Jute. At the same time, three different fiber lengths of 5 mm, 10 mm and 20 mm are used for each fiber. And, the mixing ratio was divided into 0.5 kg, 1.0 kg, and 1.5 kg.
Moreover, in this study, 28 variables were selected as experimental variables. In this research, compressive strength, flexural strength, and chloride ion penetration resistance were conducted due to evaluate the durability of each variable.
As a result of the test, in the case of Flax fibers, the SPSS analysis of variance showed a high probability of significance between Kenaf fibers and Jute fibers. In addition, Flax fibers were the most variable within the pumpable range, 10 mm fibers were the most common as the fiber length, and the mixing ratio was 1.0 kg mixed variables the most. Therefore, Flax fiber was selected as the optimal fiber type, and it can be said that 10 mm fiber is the most suitable for the shotcrete and concrete. Additionally, the mixing ratio of 1.0 kg fiber can be said to be the most appropriate mixing amount. In this study 10mm fiber mixtures showed highest results in the long-term performance based on compressive strength and other test results. For that reason, it is considered that 10 mm fiber is most suitable for long-term strength. For the initial strength, Kenaf fiber and Flax fiber are 20 mm fiber, and for Jute fiber, 5 mm fiber is selected.

As a result of the flexural strength test, the 28-day strength was insufficient compared to the OPC variable in which no fiber was mixed, but the 56-day flexural strength was measured higher in the natural fiber containing variables. This is less effective than steel fibers, which are excellent in enhancing the flexural strength, but it can be said that when natural fibers are mixed, the flexural strength is enhanced.

#숏크리트 #레올로지 #자연섬유

표 목차 7
그림 목차 8
국 문 요지 10
제 1 장 서론 01
1.1 연구배경 및 목적 01
1.2 연구 동향 03
1.2.1 국내외 숏크리트 레올로지 연구동향 03
1.2.2 국내외 자연섬유 혼입 콘크리트 연구동향 06
1.3 연구내용 및 범위 08
1.4 논문구성 09
제 2장 이론적 배경 10
2.1 숏크리트 10
2.1.1 개요 10
2.1.2 숏크리트의 펌핑성 11
2.2 레올로지 12
2.2.1 개요 12
2.2.2 콘크리트 레올로지 13
2.2.3 숏크리트 레올로지 15
2.2.4 콘크리트 레올로지의 측정방법 16
2.3 자연섬유 보강 콘크리트 19
2.3.1 자연섬유 보강 콘크리트 개요 19
2.3.1.1 자연섬유 보강 콘크리트의 장점 20
2.3.1.2 자연섬유 보강 콘크리트의 단점 20
2.3.2 자연섬유의 제작과정 21
2.3.3 자연섬유의 종류 22
2.3.3.1 양마(Kenaf) 22
2.3.3.2 아마(Flax) 23
2.3.3.3 황마(Jute) 24
2.4 상관관계 분석 26
제 3장 실험계획 및 방법 27
3.1 실험계획 27
3.2 사용재료 27
3.2.1 시멘트 27
3.2.2 골재 27
3.2.3 자연섬유 29
3.3 변수선정 및 배합설계 29
3.4 ICAR Rheometer 31
3.4.1 개요 31
3.4.2 ICAR Rheometer 선형분석 32
3.4.3 Bingham Model 계산식 33
3.5 기본 물성 시험방법 35
3.5.1 공기량 및 슬럼프 시험 35
3.5.2 압축강도 및 휨강도 시험 37
3.5.3 염소이온 침투저항성 시험 38
제 4장 레올로지 실험결과 41
4.1 개요 41
4.2 섬유종류별 상관성 분석결과 44
4.2.1 레올로지 분산성 분석 결과 44
4.2.2 SPSS 분산 분석 45
4.3 Pumpability Box 분석 46
4.3.1 Fiber Length 5 mm 48
4.3.2 Fiber Length 10 mm 49
4.3.3 Fiber Length 20 mm 50
제 5장 기본물성 실험결과 53
5.1 개요 53
5.2 굳기 전 특성 53
5.3 압축강도 57
5.4 휨강도 60
5.5 염소 이온 침투저항성 62
제 6장 결론 64
참고문헌 67

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