Journal of the Korea Concrete Institute (콘크리트학회논문집)

Korea Concrete Institute (한국콘크리트학회)
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Fiber Distribution Characteristics and Flexural Performance of Extruded ECC Panel

압출성형 ECC 패널의 섬유분포 특성과 휨 성능

  • Published : 2009.10.31
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Abstract

This paper presents the mix composition, production method, and curing condition applied to the extruded ECC(Engineered Cementitious Composite) panel which are able to exhibit multiple cracking and potential pseudo strain-hardening behavior. In addition to the production technique of extruded ECC panel, the effect of fiber distribution characteristics, which are uniquely created by applying extrusion process, on the flexural behavior of the panel is also focussed. In order to demonstrate fiber distribution, a series of experiments and analyses, including image processing/analysis and micro-mechanical analysis, was performed. The optimum mix composition of extruded ECC panel was determined in terms of water matrix ratio, the amount of cement, ECC powder, and silica powder. It was found that flexural behavior of extruded ECC panel was highly affected by the slight difference in mix composition of ECC panel. This is mainly because the difference in mix composition results in the change of micro-mechanical properties as well as fiber distribution characteristics, represented by fiber dispersion and orientation. In terms of the average fiber orientation, the fiber distribution was found to be similar to the assumption of two dimensional random distribution, irrespective of mix composition. In contrast, the probability density function for fiber orientation was measured to be quite different depending on the mix composition.

이 연구는 변형률 경화거동을 나타내기 위한 압출성형된 ECC를 제조하기 위하여 사용되는 조성물의 특성, 제조 방식, 배합 조건, 양생 조건에 관한 검토를 수행하였으며, 섬유의 분포 특성이 압출성형 ECC의 휨거동에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 이를 위하여 이론적/실험적 연구를 수행하여 압출성형 ECC를 생산하기 위한 기본 배합 및 제조 공정을 제시하였으며, 이미지 프로세싱 기법을 이용하여 섬유 분포 특성을 파악하였다. 실험 결과, 최적의 압출성형 ECC 패널의 배합비를 물-매트릭스 비, 시멘트, ECC 파우더, 그리고 규사미분의 비율로 제시하였다. 또한 섬유 분포 특성은 배합에 따라 달라지며 이러한 섬유 분포 특성에 따라 휨거동에 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 즉, 섬유 분산성이 좋을수록, 상보에너지($J_b'$)와 최고 가교 응력(${\sigma}_0$)이 클수록 휨 인성이 크게 나타났다. 이는 ECC 배합의 차이가 섬유 분포 특성에 차이를 줄 뿐만 아니라, 마이크로역학 특성에도 변화를 주기 때문이다. 섬유 방향성의 경우, 실험체 별로 크게 차이가 발생하지 않았으나 섬유의 분포가 3차원보다 2차원에 가깝게 배열되는 것으로 나타났다. 그러나 섬유 방향성에 대한 확률 밀도 함수는 2차원으로 가정한 경우와 매우 다른 양상을 보이는 것으로 나타났다. 따라서 원하는 성능(초기균열 강도 및 인성)을 얻기 위해서는 배합과 섬유 분포 특성을 고려하여야 하는 것으로 나타났다.

Keywords

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