Flexural Performance Evaluation of HPFRCC Using Hybrid PVA Fibers

하이브리드 PVA 섬유를 이용한 HPFRCC의 휨 성능 평가

HPFRCC (High-Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites), which is relatively more ductile and has the characteristic of high toughness with high fiber volume fractions, can be used in structures subjected to extreme loads and exposed to durability problems. In the case of using PVA(polyvinyl alcohol) fibers, it is noted by former studies that around 2% fiber volume fractions contributes to the most effective performance at HPFRCC. In this study, therefore, compressive and flexural tests were implemented to evaluate the compressive and flexural capacities of HPFRCC while the total fiber volume fractions was fixed at 2% and two different PVA fibers were used with variable fiber volume fractions to control the micro-crack and macro-crack with short and long fibers, respectively. Moreover, specimens reinforced with steel and PVA fiber simultaneously were also tested to estimate their behavior and finally find out the optimized mixture. In the result of these experiments, the specimen consists of 1.6% short fibers (REC 15) and 0.4% long fiber (RF4000) outperformed other specimens. When a little steel fibers added to the mixture with 2% PVA fibers, the flexural capacity was increased, however, when high steel fiber volume fractions applied, the flexural capacity was decreased.

일반 콘크리트에 비해 상대적으로 높은 인성과 연성의 특징을 갖는 HPFRCC는 과도한 하중을 받는 구조 부재 혹은, 내구적으로 취약한 부재 등에 사용될 수 있으며, 기존의 연구에 의하면 PVA섬유를 이용한 HPFRCC의 경우 혼입률 2%에서 가장 높은 휨 성능이 나타난다고 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 길이가 다른 두 종류의 PVA 섬유를 사용하여 상대적으로 짧은 섬유는 작은 균열(microcrack)을, 상대적으로 긴 섬유는 큰 균열(macrocrack)을 보다 효과적으로 제어하는 최적혼입비를 찾기 위하여 전체 PVA 혼입률을 2%로 고정시킨 채 두 섬유의 혼입률을 달리하여 각 혼입비에 따른 압축 및 휨 강도 테스트를 실시하였다. 또한 강섬유와 PVA 섬유를 동시에 하이브리드 보강한 콘크리트 부재에 대해서도 같은 실험을 실시하여 비교 분석하여 가장 높은 휨 성능을 나타낼 수 있는 최적배합을 찾고자 한다. 실험 결과 1.6%의 단섬유(12mm)와 0.4%의 장섬유(30mm)로 이루어진 시편에서 가장 높은 휨 성능을 보였으며, 2%의 PVA 섬유가 혼입된 부재에 대하여 소량의 강섬유 혼입 시 휨 성능이 다소 향상 되지만 많은 혼입량은 오히려 휨 성능의 저하를 초래하였다.