폴리머 침투콘크리트의 재료특성과 휨부재의 비선형 파괴해석

Material Properties of Polymer-Impregnated Concrete and Nonlinear Fracture Analysis of Flexural Members

폴리머 침투콘크리트는 경화된 보통 콘크리트에 폴리머 침투제를 침투시켜 제조되는 신소재의 폴리머-콘크리트 복합체이다. 본 연구는 아크릴계 열가소성수지를 이용한 폴리머 침투콘크리트를 개발하고 폴리머 침투콘크리트 휨부재의 거동평가를 위한 재료모델, 구조해석 과정과 구조해석 프로그램을 개발하는데 목적이 있다. 본 연구는 크게 두 부분으로 구성된다. 첫 번째 단계에서는 결정성 고분자모노머인 methyl methacrylate(MMA)를 대상으로 침투성, 반응성, 열적 안정성 및 물성개선 효과를 종합적으로 분석하여 폴리머 침투제의 구성비와 제조공정을 정립하고, 본 연구의 실험자료로부터 폴리머 침투콘크리트의 제 강도특성, 파괴인성, 파괴에너지, 응력-변형률 관계 및 인장연화 관계를 보통 콘크리트의 압툭강도와 휨강도, 폴리머 함유율, 부재깊이, 초기 인공균열깊이 등의 함수로 각각 실험공식을 도출한다. 두 번째 단계에서는 MMA계 폴리머 침투콘크리트 구조부재의 하중단계별 탄성거동, 극한거동 및 인장연화거동을 해석하기 위한 구조해석 프로그램을 개발하고, 연구결과의 타당성과 적용성을 입증하기 위하여 폴리머 침투콘크리트의 제조공정, 제 실험공식 및 구조해석 프로그램은 실측거동을 잘 반영하고 있으므로 제한된 범위내에서 MMA계 폴리머 침투콘크리트 구조부재의 제조, 물성평가 및 거동해석에 적용 가능한 것으로 사료된다.

The objective of this study is to develop polymer-impregnated concrete(PIC), which is a newly developed composite material made by impregnating polymer impregnanls into hardened normal concrete, and to develop analytical techniques for its proper applications. Crystalline methyl methacrylate(MMA) is chosen as a monomer of polymer impregnants. The corrlpositions of polymer impregnants and producing processes are developed by analyzing the effects of penetration, polymerization, thermal safety, and strengthening characteristics. On t he basis of experimental results of this study, various strength characteristics and stress strain constitutive relations are formulated in terms of the compressive strength of normal concrete and the polymer loadings, which can be applied for analysis and design of PIC members. In order to provide a model for fracture analysis of flexural members, fracture toughness, fracture energy, critical crack width, and tension softening relations near crack tip are also formulated in terms of member depth, initial notch depth, and the flexural strength of normal concrete. The structural analysis procedure and the finite element computer program developed in the study are applicable to evaluate elastic behavior, ultimate strength, and tension softening behavior of MMA type PIC structural members subject to various loading conditions. The accuracy and effectiveness of the developed computer program is examined by comparing the anal ytical results with the experimental results. Therefore, it is concluded that the developed structural analysis procedure and the finite element computer program are applicable to analysis and design of in-situ and precast PIC structural members.