Journal of the Korea Concrete Institute (콘크리트학회논문집)

Korea Concrete Institute (한국콘크리트학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Basic Mixing and Mechanical Tests on High Ductile Fiber Reinforced Cementless Composites

고인성 섬유보강 무시멘트 복합체의 기초 배합 및 역학 실험

  • Received : 2011.09.07
  • Accepted : 2011.11.16
  • Published : 2012.04.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Cement has been traditionally used as a main binding material of high ductile fiber reinforced cementitious composites. The purpose of this paper is to investigate the feasibility of using alkali-activated slag and polyvinyl alcohol (PVA) fibers for manufacturing high ductile fiber reinforced cementless composites. Two mixture proportions with proper flowability and mortar viscosity for easy fiber mixing and uniform fiber dispersion were selected based on alkali activators. Then, the slump flow, compression, uniaxial tension and bending tests were performed on the mixes to evaluate the basic properties of the composites. The cementless composites showed an average slump flow of 465 mm and tensile strain capacity of approximately 2% of due to formation of multiple micro-cracks. Test results demonstrated a feasibility of manufacturing high ductile fiber reinforced composites without using cement.

지금까지 연구된 고인성 섬유 복합체의 주요 결합재는 시멘트이다. 이 연구의 목적은 시멘트를 전혀 사용하지 않은 고로슬래그 기반 알칼리 활성 모르타르와 PVA(polyvinyl alcohol) 섬유를 이용하여 고인성을 나타내는 복합체에 대한 가능성을 검토하는 것이다. 이를 위하여 알칼리 활성화제 종류에 따라 균일한 섬유 분산성을 확보하면서 섬유 혼합을 용이하게 하기 위한 적절한 모르타르의 유동성 및 점성을 갖는 두 가지 배합을 결정하였고, 복합체의 기본적인 성능을 평가하기 위하여 슬럼프 플로, 압축강도, 일축인장, 휨 실험을 수행하였다. 실험 결과 두 가지 배합의 슬럼프 플로는 평균 465 mm로 나타났고, 약 2% 정도의 인장 변형 성능과 다중 미세균열을 나타내는 것을 확인하였다. 이를 통하여 시멘트를 전혀 사용하지 않고도 변형률 경화 거동에 의한 고인성을 나타내는 섬유 복합체의 개발 가능성을 입증하였다.

Keywords

References

  1. 홍건호, 서민철, "황토와 고로슬래그를 혼입한 친환경 콘크리트의 부착성능 평가," 대한건축학회 논문집 구조계, 26권, 3호, 2010, pp. 19-26.
  2. Humphreys, K. and Mahasenan, M., Toward a Sustainable Cement Industry. Sub-Study 8: Climate Change, An Independent Study Commissioned to Battelle by World Business Council for Sustainable Development, 2002, 2 pp.
  3. 이상수, 송하영, 이승민, "콘크리트 특성에 미치는 고분말도 플라이애쉬의 치환율 및 물-결합재비 영향에 관한 실험적 연구," 콘크리트학회 논문집, 21권, 1호, 2009, pp. 29-35.
  4. 김광수, 장승엽, 이광명, "플라이애쉬 콘크리트의 압축강도 및 내구 특성," 대한토목학회논문집, 24권, 4호, 2004, pp. 703-711.
  5. 한천구, 김성환, 손호정, "고로슬래그 미분말의 치환율 증가에 따른 고강도 콘크리트의 공학적 특성 분석," 한국건설순환자원학회지, 4권, 3호, 2009, pp. 62-68.
  6. 송진규, 양근혁, 김건우, 김병조, "고로슬래그와 나트륨계열 활성화제를 이용한 무시멘트 모르타르의 특성," 대한건축학회 논문집 구조계, 26권, 6호, 2010, pp. 61-68.
  7. 양근혁, 심재일, 이설, 황혜주, "알카리활성 무시멘트 경량모르타르의 유동성, 압축강도 및 내화특성," 대한건축학회 논문집, 25권, 8호, 2009, pp. 151-158.
  8. 양근혁, 오승진, 송진규, "경량골재를 사용한 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 역학적 특성," 콘크리트학회 논문집, 20권, 3호, 2008, pp. 405-412.
  9. 방진욱, 김정수, 이방연, 장영일, 김윤용, "하이브리드 섬유로 보강한 고강도 경량 시멘트 복합체의 개발," 한국복합재료학회 논문집, 23권, 4호, 2010, pp. 35-43.
  10. 김윤용, "시멘트계 모르타르 매트릭스를 활용한 섬유복합재료 ECC(Engineered Cementitious Composite)의 설계와 시공 성능," 한국복합재료학회지, 20권, 2호, 2007, pp. 21-26.
  11. 이재영, 김재환, 한병찬, 박선규, 권영진, "ECC로 피복된 고강도 콘크리트 부재의 폭렬억제성능에 관한 연구," 한국화재소방학회논문지, 22권, 4호, 2008, pp. 85-94.
  12. 김장호, 김동완, 경민수, 배병원, 임윤묵, "고기능성 시멘트계 복합재료의 휨 및 인장 특성에 대한 연구," 대한토목학회 정기 학술대회 논문집, 2003, pp. 1292-1297.
  13. 김동완, 경민수, 배병원, 전경숙, 임윤묵, 김장호, "Tension Properties of Engineered Cementitious Composite (ECC)," 한국콘크리트학회 가을 학술대회 논문집, 15권, 2호, 2003, pp. 244-247.
  14. 조창근, 김윤용, "섬유보강 고인성시멘트복합체패널의 2축 전단 비선형 모델," 한국전산구조공학회 논문집, 22권, 6호, 2009, pp. 597-605.
  15. 이방연, 한병찬, 조창근, 권영진, 김윤용, "압출성형 ECC패널의 섬유분산 특성과 그에 따른 휨 성능," 콘크리트학회 논문집, 21권, 5호, 2009, pp. 573-580.
  16. Cho, C. G., Ha, G. J., and Kim, Y. Y., "Nonlinear Model of Reinforced Concrete Frames Retrofitted by In-Filled HPFRCC Walls," Structural Engineering and Mechanics, Vol. 30, No. 2, 2008, pp. 211-223. https://doi.org/10.12989/sem.2008.30.2.211
  17. 조창근, 한병찬, 이정한, 김윤용, "압출성형 ECC 패널을 이용하여 제작된 복합바닥슬래브의 휨 거동," 콘크리트학회 논문집, 22권, 5호, 2010, pp. 695-702.
  18. Lepech, M. D. and Li, V. C., "Water Permeability of Engineered Cementitious Composites," Journal of Cement and Concrete Composites, Vol. 31, No. 10, 2009, pp. 744-753. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2009.07.002
  19. Yang, Y., Yang, E. H., and Li, V. C., "Autogenous Healing of Engineered Cementitious Composites at Early Age," Journal of Cement and Concrete Research, Vol. 41, No. 2, 2011, pp. 176-183. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2010.11.002
  20. Kanda, T. and Li, V. C., "Practical Design Criteria for Saturated Pseudo Strain Hardening Behavior in ECC," Journal of Advanced Concrete Technology, Vol. 4, No. 1, 2006, pp. 59-72. https://doi.org/10.3151/jact.4.59
  21. Shi, C., Krivenko, P. V., and Roy, D. M., Alkali-Activated Cements and Concrete, Taylor and Francis, New York, 2006, 370 pp.
  22. 김윤용, 김정수, 하기주, 김진근, "고로슬래그 미분말이 혼입된 ECC의 개발," 콘크리트학회 논문집, 18권, 1호, 2006, pp. 21-28.
  23. 국토해양부 제정 콘크리트 표준시방서, 한국콘크리트학회, 기문당, 2009, 360 pp.
  24. Redon, C., Li, V. C., Wu, C., Hoshiro, H., Saito, T., and Ogawa, A., "Measuring and Modifying Interface Properties of PVA Fibers in ECC Matrix," Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 13, No. 6, 2001, pp. 399-406. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2001)13:6(399)
  25. Li, V. C. and Leung, K. Y., "Steady-State and Multiple Cracking of Short Random Fiber Composites," Journal of Engineering Mechanics, Vol. 118, No. 11, 1992, pp. 2246-2264. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(1992)118:11(2246)
  26. Li, V. C. and Wu, H. C., "Conditions for Pseudo Strain- Hardening in Fiber Reinforced Brittle Matrix Composites," Journal Applied Mechanics Review, Vol. 45, No. 8, 1992, pp. 390-398. https://doi.org/10.1115/1.3119767
  27. Leung, C. K. Y., "Design Criteria for Pseudoductile Fiber- Reinforced Composites," Journal of Engineering Mechanics, Vol. 122, No. 1, 1996, pp. 10-14. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(1996)122:1(10)

Cited by

  1. Enhancing the Performance of Polypropylene Fiber Reinforced Cementitious Composite Produced with High Volume Fly Ash vol.17, pp.3, 2013, https://doi.org/10.11112/jksmi.2013.17.3.118
  2. Physical, Mechanical Properties and Freezing and Thawing Resistance of Non-Cement Porous Vegetation Concrete Using Non-Sintering Inorganic Binder vol.56, pp.5, 2014, https://doi.org/10.5389/KSAE.2014.56.5.037
  3. Effects of Replacement Ratio and Fineness of GGBFS on the Hydration and Pozzolanic Reaction of High-Strength High-Volume GGBFS Blended Cement Pastes vol.27, pp.2, 2015, https://doi.org/10.4334/JKCI.2015.27.2.115
  4. Effects of Limestone Powder and Silica Fume on the Hydration and Pozzolanic Reaction of High-Strength High-Volume GGBFS Blended Cement Mortars vol.27, pp.2, 2015, https://doi.org/10.4334/JKCI.2015.27.2.127
  5. Strength Development and Durability of High-Strength High-Volume GGBFS Concrete vol.3, pp.3, 2015, https://doi.org/10.14190/JRCR.2015.3.3.261
  6. Void Ratio, Compressive Strength and Freezing and Thawing Resistance of Natural Jute Fiber Reinforced Non-Sintering Inorganic Binder Porous Concrete vol.57, pp.2, 2015, https://doi.org/10.5389/KSAE.2015.57.2.067
  7. Compressive and Tensile Behavior of Polyetylene Fiber Reinforced Composite According to Silica Sand and Fly Ash vol.4, pp.1, 2016, https://doi.org/10.14190/JRCR.2016.4.1.025