철근이 부식된 RC부재의 부착특성을 고려한 인장거동에 관한 실험적 연구 :An Experimental Study on Tensile Behavior of RC Members with Corroded Reinforcements Considering Bond Characteristics

황경태

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자료유형: 학위논문

저자정보: 황경태 (서경대학교, 서경대학교 일반대학원)

지도교수: 김지상

발행연도: 2021

저작권: 서경대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2021

철근이 부식된 RC부재의 부착특성을 고려한 인장거동에 관한 실험적 연구

황경태 학과 2021.01 학위논문

2020

부식된 RC부재의 부착 특성에 관한 실험

황경태 , 김지상 , 문형갑 외 1명 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2020.11 학술대회자료

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철근콘크리트 구조물은 콘크리트의 낮은 인장강도 때문에 발생하는 균열 및 취성적 파괴형태를 방지하기 위해서 콘크리트에 철근을 보강하여 사용한다. 철근콘크리트의 성립 이유로는 철근과 콘크리트 사이의 부착력이 크고, 콘크리트가 강알칼리성을 가지기 때문에 철근 주위에 부동태피막이 형성되어 철근을 부식으로부터 보호할 수 있으며, 철근과 콘크리트의 열팽창계수가 거의 같아 일체거동을 한다는 전제하에 하나의 구조체로서 볼 수 있다.
그러나 최근 국내·외적으로 해양 구조물 및 해안에 인접한 구조물뿐만 아니라, 내륙의 구조물의 경우에도 겨울철 과도한 제설제 사용 등에 의한 철근 부식 위험이 상존하고 있다. 부식 초기에는 철근 주위에 부식 부산물의 생성으로 인해 마찰력이 증가하고 이에 따라 철근과 콘크리트 사이의 부착력 역시 증가하지만, 점차 부식이 진행됨에 따라 부식 부산물 팽창으로 인한 콘크리트 단면 손실에 의해 부착력이 감소하게 된다. 따라서, 부식이 진행된 이후 철근의 부식률에 따른 RC부재의 부착력 감소 및 구조물의 인장거동과 균열폭 및 균열간격에 미치는 연구가 요구된다.
또한, 철근콘크리트 구조물의 사용성 평가 항목 중 하나인 균열에 대하여 균열 간격은 철근과 콘크리트의 부착응력으로 산정하며, 균열폭은 균열 간격에 철근과 콘크리트의 변형률 차이를 곱하여 산정하므로, 부식된 구조물의 균열을 산정하기 위해서는 부식된 철근과 콘크리트 간의 부착응력과 그 분포에 대한 정확한 정보가 필요하다.
이 논문에서는 촉진 부식 실험을 통해 각각 다른 부식 진행정도에 따른 부착특성의 변화와 부착특성을 고려한 구조물의 인장거동 및 균열에 관하여 연구를 수행하였다.
부착특성에 대한 실험으로 가장 널리 쓰이는 직접인발실험을 수행하여 부식된 철근과 콘크리트 간의 부착응력 분포를 파악하였다. 직접인발실험결과에 대한 회귀분석을 통하여 부착-미끌림 관계에 대한 매개 변수를 정량화하고, 이를 통해 부식된 철근과 콘크리트 간의 부착응력 분포를 결정하였다.
이를 바탕으로 철근이 부식된 부착-미끌림 관계 모델을 제안하였고, 직접인장실험을 통하여 철근이 부식된 구조물에 대해 부식된 철근과 콘크리트 간의 부착응력을 고려하여 인장거동을 분석하였고, 균열간격 및 균열폭으로 부착-미끌림 관계 모델을 검증하였다.
이를 통해 제안된 철근이 부식된 부착-미끌림 관계 모델은 부식된 구조물의 인장거동에만 적용되었으나, 철근이 부식된 구조물의 복합거동에 대한 기초자료로 사용될 것으로 사료된다.

Reinforced concrete structures are used to reinforcements in concrete to reinforce cracks and brittle failure caused by low tensile strength of concrete. Reinforced concrete has a large bond strength between reinforcements and concrete, and concrete has alkaline properties, so it can protect reinforments from corrosion by forming passive film around reinforcements, and can be considered as a structure based on the assumption that thermal expansion coefficient of reinforments and concrete is almost the same.
However, recently, marine and coastal structures, as well as inland structures, have been exposed to the risk of corrosion because of excessive use of snow removal agents in winter. as a result of the prior research, in early of stages of corrosion, the friction force increase because of the byproduct of corrosion around reinforcements, and thus the bond strength between reinforcements and concrete increases, but as corrosion progresses, the bond strength decreases because of loss of concrete cross section caused by expansion of byproducts. Because the deterioration of such reinforced concrete structure cannot be fundamentally blocked, so the study on the reduction of bond strength of RC members according to corrosion rate and the tensile behavior and crack width and crack spacing of the structure was conducted after corrosion.
In addition, for crack that are one of the serviceability assesment of a reinforced concrete structure, the crack spacing is calculated by the bond stress between the reinforcements and concrete, and the crack width is calculated by multiplying the crack spacing and the strain between the reinforcements and concrete, so a more clear calculation of the cracks in the corroded structure requires an accurate understanding of the bond stress and distribution between the corroded reinforcements and concrete.
In this paper, research was conducted on tensile behavior and crack of structure taking in to different degree of corrosion rate considering bond characteristics and bond characteristics according to different degree of corrosion rate through the accelerated corrosion experiment.
Pull-out test, well known as experiment on bond characteristics, was conducted to study the bond stress and distribution of that between corroded reinforcements and concrete. The pull-out test results quantified the parameters for the bond-slip relationship through regression analysis, confirming the distribution of bond stress between corroded reinforcements and concrete.
Based on this test, the bond-slip relationship model with corroded reinforcements was proposed, and the tensil behavior was analyzed in consideration of the bond stress between corroded reinforcements and concrete for the structure with corroded reinforcements, and the bond-slip relationship model with crack spacing and crack width was verified through direct tensile test.
Through this result, the proposed bond-slip relationship model by corroded reinforcement was applied only to tensile behavior of corroded structures, but it is believed to be used as basic data for the combined behavior of corroded structures.

#부식 #부착-미끌림 거동 #직접인발시험 #회귀분석 #직접인장시험 #인장강화효과 #균열 #균열폭 #사용성

1. 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 동향 3
1.3 연구내용 5
2. 철근이 부식된 RC 부재의 거동 6
2.1 철근의 부식 메커니즘 6
2.2 RC 부재의 부착 특성 10
2.3 부착-미끌림 관계 12
2.4 부착특성을 고려한 균열간격 및 균열 폭 14
2.5 부착특성을 고려한 인장강화 효과 22
3. 철근이 부식된 RC부재의 부착성능실험 26
3.1 실험 개요 26
3.2 실험 계획 27
3.2.1 변수 설정 27
3.2.2 실험체 제작 28
3.3 실험 방법 29
3.3.1 촉진 부식 실험 29
3.3.2 직접인발실험 30
4. 철근이 부식된 RC부재의 직접인장실험 31
4.1 실험 개요 31
4.2 실험 계획 32
4.2.1 변수 설정 32
4.2.2 실험체 제작 33
4.3 실험 방법 34
4.3.1 촉진 부식 실험 34
4.3.2 직접인장실험 35
5. 실험 결과 및 분석 36
5.1 직접인발실험 결과 36
5.1.1 실험체 파괴양상 36
5.1.2 부착응력 산정 37
5.1.3 변수에 따른 부착특성 40
5.1.3.1 부식률 40
5.1.3.2 철근 지름 42
5.1.4 부식에 따른 부착-미끌림 관계 44
5.1.4.1 D13 실험체 44
5.1.4.2 D16 실험체 47
5.1.4.3 D19 실험체 50
5.1.5 부착-미끌림 관계 모델 제안 53
5.2 직접인장실험 결과 59
5.2.1 실험체 파괴양상 59
5.2.2 부식에 따른 균열 발생 63
5.2.3 부식이 인장거동에 미치는 영향 65
5.2.4 부식에 따른 인장강화효과 67
5.3 균열간격 및 균열폭 산정식 제안 및 검증 71
6. 결론 76
참 고 문 헌 78

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