Mechanical Properties of an ECC(Engineered Cementitious Composite) Designed Based on Micromechanical Principle

The objective of this study is to develop a high ductile fiber reinforced mortar, ECC(Engineered Cementitious Composite) with using raw material commercially available in Korea. A single fiber pullout test and a wedge splitting test were employed to measure the bond properties in a matrix and the fracture toughness of mortar matrix respectively, which are used for designing mix proportion suitable for achieving strain-hardening behavior at a composite level. Test results showed that the properties tended to increase with decreasing water-cement ratio. A high ductile fiber reinforced mortar has been developed by employing micromechanics-based design procedure. Micromechanical analysis was initially peformed to properly select water-cement ratio, and then basic mixture proportion range was determined based on workability considerations, including desirable fiber dispersion without segregation. Subsequent direct tensile tests were performed on the composites with W/C's of 47.5% and 60% at 28 days that the fiber reinforced mortar exhibited high ductile uniaxial tension property, represented by a maximum strain capacity of 2.2%, which is around 100 times the strain capacity of normal concrete. Also, compressive tests were performed to examine high ductile fiber reinforced mortar under the compression. The test results showed that the measured value of compressive strength was from 26MPa to 34 MPa which comes under the strength of normal concrete at 28 days.

마이크로역학에 의하여 설계된 ECC (Engineered Cementitious Composite)의 역학적 특성

이 연구는 국내에서 상용 중인 재료를 이용하여 고인성 섬유복합 모르타르를 개발하고자 함에 목적이 있으며, 고인성 섬유복합 모르타르를 개발하기 위해서는 모르타르 매트릭스의 파괴역학(fracture mechanics)적 특성과 섬유-모르타르 경계 면의 마이크로역학(micromechanics)적 특성을 파악하여야 한다. 특히 시멘트계 재료(cementitious materials)의 역학적 특성에 가장 큰 영향을 미치는 물-시멘트비(water cement ratio)에 대한 연구에 초점을 맞추었으며, 3가지의 물-시멘트비에 대하여 섬유의 인발실험(fiber pullout test)과 모르타르의 쐐기쪼갬실험(wedge splitting test)을 수행하였고 이를 통하여 모르타르 매트릭스와 섬유-매트릭스 경계면(interface)의 역학적인 특성을 파악하였다. 이러한 연구에 의하여 결정된 섬유-매트릭스 경계면의 마이크로역학적 특성과 모르타르의 역학적 특성을 이용하여 물-시멘트비 범위 및 재료의 기본 배합을 제시하였고 또한 마이크로역학과 안정상태 균열이론(steady-state cracking theory)을 배경으로 하여 1축인장 하에서 인장변형률 경화거동을 나타내는 고인성 섬유복합 모르타르를 개발하였다. 개발된 재료는 1축인장 하에서 변형률 경화거동을 나타내었으며, 변형능력은 최대 2.2% 이었다. 이와 같은 높은 변형 능력은 일반 콘크리트(또는 모르타르)의 약 100배에 해당된다. 또한 압축하에서는 압축강도 이후 응력-변형률 곡선이 완만하게 감소하는 연성파괴의 형태를 나타내었으며 28일의 압축강도는 보통강도 콘크리트의 강도에 해당되는 26MPa, 34MPa인 것으로 측정되었다.