• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권1호
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• pp.55-63
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• 2012

이 연구에서는 타설 과정에서 낮은 점성이 요구되는 구조물에 적합한 낮은 점성을 가지면서 다중균열에 의한 변형률 경화거동을 보이는 고인성 섬유복합재료를 제조하기 위한 재료와 제조 방법을 제시하고자 한다. 섬유복합재료의 낮은 점성과 고인성을 얻기 위하여 미시역학과 파괴역학에 기반한 이론적 해석 방법과 제조 기법을 적용하였다. 2~3MPa 범위의 인장강도를 갖는 복합재료에 적합한 최적의 섬유 양과 길이, 그리고 섬유와 매트릭스의 계면 특성을 미시역학과 안정상태 균열 이론을 이용하여 해석적으로 구한 후 여섯 가지 배합을 결정하였다. 여섯 가지 배합으로 제조한 실험체는 실험을 통하여 점성과 일축인장 성능을 검증하였다. 실험 결과 굳기 전에는 그라우팅에 적합한 낮은 점성을 갖으면서 굳은 후에는 1.5% 이상의 고인성을 갖는 변형률 경화 섬유복합재료를 제조할 수 있는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회지
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• 제27권4호
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• pp.12-16
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• 2015

• 콘크리트학회지
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• 제27권4호
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• pp.27-31
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• 2015

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권5호
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• pp.709-716
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• 2005

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.

• Composites Research
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• 제20권2호
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• pp.21-26
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• 2007

이 논문은 합성섬유를 이용하여 포틀랜드 시멘트 모르타르를 보강한 복합재료인 ECC(Engineered Cementitious Composite)의 설계 과정과 건설현장에 이 복합재료를 적용할 수 있도록 시공성을 부여한 연구 내용을 정리하였다. 이 연구에서는 다양한 시공성, 즉 자기충전(self·consolidating)과 스프레이 시공성을 갖는 ECC를 제작하기 위하여 단계적인 재료 개발 방법론을 채택하였다. 우선 마이크로역학(micromechanics)과 안정상태균열이론(steady-state cracking theory)을 이용하여 골재와 섬유를 선정한 후, 굳기 전 재료의 레올로지를 제어하는 방법으로 시공성을 구현하였다. 여기서, 굳기 전 재료의 레올로지를 제어하기 위하여 화학첨가제(chemical admixtures)와 광물첨가재(mineral admixtures)의 양을 소량으로 조절하는 방법을 사용하였다. 이러한 방법을 활용함으로써 굳기 전에는 다양한 시공성을 나타내면서, 굳은 후에는 높은 연성(인장변형경화 거동)을 나타내는 실용적인 ECC 복합재료를 개발하였다.

• 한국건축시공학회지
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• 제15권6호
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• pp.615-620
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• 2015

고성능 시멘트 복합재료(HPFRCC)는 인장력 작용 하에 있어서 초기 균열이 발생한 이후에도 변형의 증가와 함께 응력이 증가하는 변형경화 특성과 다수의 미세 균열이 발생함으로써 균열 폭 제어 특성을 나타낸다. 그러나 국내의 HPFRCC의 연구는 단일섬유를 중심으로한 제조방법이나 경화전후의 재료적 성상에 관한 연구들이 진행되어지고 있으나 복합섬유인 HPFRCC를 실무에서 활용하기 위한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 시공성 및 경제성을 고려하여 실무에서 효율적인 활용성을 검토하기 위한 방안으로 강섬유(이하 SL)와 유기섬유(이하 OL)를 조합한 복합섬유로 유동성 및 강도 등 제반 공학적 특성을 검토하고자 한다. 결과적으로 강섬유 장섬유(SL)과 유기섬유 장섬유(OL)의 복합섬유를 활용하는 HPFRCC의 제반 공학적 성능을 검토한 결과 복합섬유 혼입율 1.5%일 때 가장 우수한 것으로 판단되었다.

• Composites Research
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• 제23권4호
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• pp.35-43
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• 2010

이 논문의 목적은 경량 충진재와 하이브리드 섬유를 사용하여 경량성과 인장변형 성능이 우수한 섬유보강 고강도 경량 시멘트 복합체(HFSLCC)를 개발하는 것이다. 이를 위하여 마이크로역학과 다수의 미세균열이 발생하기 위한 조건인 안정상태 균열이론을 바탕으로 시멘트 매트릭스의 파괴 특성과 섬유-시멘트 매트릭스 경계 특성을 파악하여 사용재료 및 최적 혼입률을 결정하였으며, 섬유 종류와 양에 따라 4가지 배합을 결정하였다. 4가지 배합으로 제조한 실험체는 실험을 통하여 역학적 특성(직접인장, 압축강도, 단위질량)을 검증하였다. 검증 결과 4가지 배합으로 제조한 모든 섬유보강 고강도 경량 시멘트 복합체는 변형률 경화거동을 보였으며, 역학 성능은 평균 변형률 약 3.0%, 최대인장강도 약 4.2MPa, 단위질량 및 압축강도는 각각 약 $1,660kg/m^3$와 57MPa를 나타내었다. 또한 PVA섬유 1.0%와 PE섬유 0.5%를 혼입한 경우 섬유 사용량이 적으면서 2.0% 섬유가 혼입된 복합체와 유사한 성능을 나타내었다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.152-158
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• 2022

이 연구의 목적은 고성능 원단의 셀비지 단섬유를 적용한 섬유보강 시멘트계 복합재료의 압축강도와 인장거동 특성을 실험적으로 조사하는 것이다. 이를 위하여 셀비지 단섬유 종류에 따라 4종류의 배합을 준비하였고, 압축강도 및 인장 실험을 수행하였다. 실험결과 압축강도는 64 MPa에서 66 MPa 범위로 고강도를 나타내었으며, 모든 배합에서 변형경화 현상이 나타났다. 인장변형성능은 2.6 %에서 2.8 %로 고연성이 나타났으며, 다중균열이 관찰되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권2호
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• pp.263-271
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• 2005

고인성 시멘트 복합재료(HPFRCC)는 시멘트페이스트 또는 모르타르에 고성능 단섬유를 보강하여 휨모멘트 및 인장력 작용하에서 변위(변형)경화특성 및 다수의 미세균열이 멀티플크랙 특성을 발휘함으로서 높은 인성 및 균열제어성능을 가진 재료로 최근 이들 성능을 활용하여 고성능 보수 보강재, 충격완충재, 강재의 피복재, 지진시 에너지 흡수 디바이스 등 다양한 용도로의 활용이 시도되고 있다. 그러나 이들 HPFRCC의 역학적 성능은 사용되는 섬유의 종류 및 형상에 따라 다르며 마이크로 크랙 및 매크로 크랙에 효과적인 섬유의 치수는 다른 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 마이크로 및 매크로 섬유의 종류, 각 섬유의 혼합조건을 변화시켜 HPFRCC의 압축 및 휨성상을 실험실증적으로 비교 검토함으로서 HPFRCC의 재료설계에 기초자료를 제시하고자 하였다. 그 결과, HPFRCC의 압축 및 휨성상은 사용된 마이크로 섬유의 종류에 따라 큰 차이를 보이고 있으며 PP섬유에 비하여 PVA섬유를 사용한 경우가 우수한 성능을 발현하였다. 또한, 각각의 마이크로 섬유에 매크로 섬유로서 PVA660을 혼합 사용한 경우 PVA200을 제외하고는 초기근열시 휨응력, 최대 휨응력, 변형능력 및 휨터 프니스 등의 휨성능이 향상되었다. 특히 PVA100과 PVA660을 혼합 사용한 경우 가장 우수한 성능을 발현하였으며, 휨시험시 전형적인 변위경화특성 및 멀티플크랙 특성을 나타내었다. 반면, 매크로 섬유로서 SF500을 혼합 사용한 경우의 휨응력-중앙변위 곡선은 기존의 FRCC와 유사한 경향을 보이고 있으며, 휨터프니스는 마이크로 섬유만 단독 사용한 경우에 비해 전반적으로 저하하는 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제28권3호
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• pp.83-90
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• 2024

이 연구는 PVA 섬유로 보강된 변형경화형 시멘트 복합재료(SHCC)의 3D 프린팅 특성을 조사하였다. 섬유 혼입률(V_f)의 영향을 파악하기 위하여 섬유 혼입률이 다른 F1.0 (V_f=1.0%), F1.5 (V_f=1.5%), F1.8 (V_f=1.0%) 등의 3가지 SHCC 배합을 제작하였다. F1.5와 F1.8 배합이 다중 미세균열 발생을 위한 이론적 필수 조건을 충족하는 것으로 나타났으며, 섬유 혼입률이 높을수록 필수 조건은 더 쉽게 충족되었다. 3가지 SHCC 배합의 흐름값은 120~160의 범위 내에 있어 3D 프린팅 가능한 범주에 있음을 확인하였다. 한편, 섬유 혼입률이 증가할수록 흐름값은 감소하였다. 3D 프린터로 출력된 SHCC 표면의 육안 관찰 결과, F1.0 혼합물은 Level-3 등급으로, F1.5와 F1.8 혼합물은 Level-2 등급으로 평가되었다. 섬유 혼입률이 높을수록 표면 품질이 저하 되어, 추후 연구를 통하여 보다 높은 품질의 3D 프린팅용 SHCC를 제작하기 위한 배합 조정이 필요할 것으로 사료된다. 1축 인장 거동을 살펴본 결과, F1.0 혼합물은 낮은 변형률에서 파괴된 반면, F1.5와 F1.8 혼합물은 다중 미세균열이 발생하면서 우수한 인장변형률 경화거동을 나타내었다.