• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권1호
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• pp.78-85
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• 2023

이 연구는 하이브리드 섬유시트를 이용하여 보강된 철근콘크리트 기둥의 구조성능평가에 관한 연구이다. 내진보강 공법은 보강이 필요한 노후 콘크리트 구조물에 아라미드섬유와 PET섬유를 일축으로 배열하여 직조한 하이브리드 섬유시트를 에폭시로 함침하고, 이를 구조물에 부착시켜 보강 구조물의 내하력을 증진시키는데 그 목적이 있다. 특히, 강재보다 가벼운 섬유를 사용함으로써 얻어지는 재료의 경량화뿐만 아니라, 사용된 섬유 중 저강도 고인성의 섬유요소가 고강도 저인성 섬유요소의 취성적 파괴를 지연시켜 기존의 섬유보강 공법과 비교해 안전성 측면에서 우수하다. 연구는 구조실험과 그 결과에 대한 구조성능평가로 진행되었다. 총 4개의 실험체는 하이브리드 보강방법 및 파괴모드를 주요변수로 계획하였으며, 실험체 크기 및 가력조건 등은 기존연구에서 수행한 실험결과와 비교가 가능하도록 계획하였다. 실험체의 구조성능은 에너지소산능력, 연성평가등을 사용하여 평가하였다. 다음과 같은 분석을 통하여 하이브리드 섬유시트의 보강하였을 때 우수한 성능 결과를 보일 수 있다는 결론은 얻었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.287-295
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• 2010

본 연구에 사용한 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트이며, 공극 최소화를 위한 충전재는 미세석영을 사용하였고 고강도화에 따른 취성파괴 문제를 개선하기위해 강섬유를 사용하여 압축강도 300 MPa 이상의 초고강도 분체콘크리트를 개발 하고자 하였다. 콘크리트의 강도를 크게 향상시키기 위한 연구의 일환으로 계면영역의 부착강도를 향상시킬 수 있는 크기 0.6 mm 이하의 규사, 백운석, 보크사이트, 페로실리콘을 선정한 후 각각의 배합비, 양생조건을 달리하여 압축강도를 비교분석 하였다. 초고강도 분체콘크리트는 보통콘크리트와 달리 사용재료의 영향이 대단히 중요하다. 분체 콘크리트의 압축강도 측정 결과 페로실리콘 > 보크사이트 > 백운석 > 규사 순으로 골재의 강도가 압축강도에 큰 영향을 미치는 경향을 알 수 있었으며 페로실리콘의 경우 시멘트 중량 기준하여 혼입량 110%일 때 가장 큰 강도를 나타내었다. SEM 촬영 결과 C-S-H수화물이 비교적 많이 생성되었고, 고온고압양생으로 토버모라이트와 조놀라이트가 생성된 것을 확인 하였다. 또한 골재의 세립화, 분체의 치밀충전화 및 반응성 재료의 사용으로 인해 페이스트가 고강도화 되고, 강섬유를 사용하여 인성을 보강함으로써, 28일 압축강도 341 MPa의 초고강도 분체콘크리트를 성공적으로 개발 하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권2호
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• pp.165-172
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• 2012

우리나라는 급격한 도시화 및 산업화를 통하여 토지의 효율적 활용과 하천의 공학적 이치수의 목적만을 위해 하천을 인공화 시켰으며, 더욱이 90년대 이후에는 교통량의 급격한 증가에 따라 개발이 유리한 하천을 복개하여 도로, 주차장 등으로 활용함으로서 하천생태계 파괴와 단절, 도시미관의 훼손 등 많은 문제점을 발생시켰다. 이 연구에서는 우리나라 지형 및 기후에 적합하며 하천의 생태복원 기능 및 자연형 하천의 조기형성 기능을 가지는 친환경 기능성 콘크리트의 개발을 위하여 친수환경 조성과 생태보존에 적합한 기능성 콘크리트의 물리역학적 성능평가 및 구조적 성능평가와 현장적용 성능으로서 식생능력을 평가하였다. 역학적 성능평가 결과, 보강용 PVA섬유 및 실리카퓸의 혼입률이 증가함에 따라 강도가 증가하였고 최적 혼입률은 PVA 섬유 0.05Vol.%, 실리카퓸 10%정도인 것으로 나타났다. 내동해성 평가에서는 PVA섬유 0.05Vol.% 및 실리카퓸 15%를 동시 혼입시 가장 우수한 성능을 발휘 하였다. 구조성능 평가 결과 휨강도가 Plain에 비하여 PVA섬유 0.05Vol% 혼입시 47.7% 강도향상효과를 나타내었고, 휨인성 역시 현저히 개선되는 것으로 나타났다. 현장 적용성 평가를 위한 식생 모니터링 결과, 잔디류가 빨리 발아되었으나 시간이 경과함에 따라 봄철 발아식물인 개양귀비의 생육이 활발하였다. 식피율 측정 결과 모든 모니터링 지점에서 12주 후부터는 95% 이상의 우수한 식피율을 나타내어 친환경 기능성 콘크리트의 우수한 식생기능을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권4호
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• pp.221-231
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• 2011

강섬유보강 초고성능 콘크리트(UHPC)는 압축강도가 200MPa에 이르고, 강성 및 인성이 크기 때문에 이를 이용하면 구조 부재를 얇고 가볍게 설계하는 것이 가능하다. 본 논문은 UHPC를 교량의 바닥판 슬래브에 적용하기 위해서 뚫림전단(punching shear)에 대한 저항능력을 평가한 것이다. 6개의 정사각형 슬래브를 제작하여 4변 완전고정 상태에서 뚫림전단 실험을 수행하였다. 슬래브의 두께는 40mm와 70mm였고, 재하판의 형상비는 1.0~2.5 범위였다. 40mm 실험체는 최대하중 이후에 연성적인 변형률 연화구간이 길고, 70mm 실험체는 상대적으로 더 취성적인 뚫림파괴를 보였다. 기존의 여러 뚫림전단강도 평가식을 이용하여 실험결과를 분석하였는데, 두께가 작은 40mm 실험체에서는 Ductal$^{(R)}$ 및 JSCE의 식이, 그리고 70mm 실험체에서는 Harajli et al. 및 ACI-Ductal$^{(R)}$의 제안식이 상대적으로 실험에 근접한 값을 예측하였다. 그러나 전반적으로 실험결과를 잘 예측하지 못하였으므로 실제 파괴메커니즘에 근거한 새로운 식을 제안하였다. 새로 제안한 식은 실험결과를 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제29권6호
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• pp.328-335
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• 2016

이 연구의 목적은 석회석 미분말을 사용하여 복합재료의 연성이 향상된 시멘트계 매트릭스 섬유복합재료(ECC)를 개발하고 이 재료로 제작된 구조부재의 휨성능을 평가하는 것이다. 재료 개발을 위하여 4가지 종류의 배합을 마이크로역학과 안정상태 균열 이론을 활용하였고, 이를 위하여 시멘트계 매트릭스의 파괴인성과 섬유-시멘트 매트릭스 경계면 특성을 파악하였다. 개발된 ECC의 1축 인장변형특성과 압축강도 특성이 실험적으로 평가되었다. 또한, 2개의 구조부재를 제작하여 휨실험을 수행하였고 그 결과를 재래식 콘크리트 구조부재의 성능과 비교하였다. 재료실험 결과로 석회석 미분말의 혼입률 증가에 따라 압축강도는 감소하지만 연성은 증가하였다. 부재 실험 결과, ECC 구조부재는 재래식 콘크리트 구조부재에 비하여 높은 휨연성, 높은 휨내력, 작은 균열폭을 나타내었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권3호
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• pp.287-298
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• 2014

본 연구에서는 TBM 터널 SFRC 세그먼트 개발을 위하여 이형철근이 보강되지 않은 SFRC 보의 휨파괴 실험을 통하여 SFRC 배합의 평가를 수행하였다. 압축강도, 강섬유의 형상비와 강섬유 혼입률을 변수로 하여 총 16개의 SFRC 보를 제작하고 휨에 의하여 파괴시까지 실험하였다. 하중-수직변위 분석결과, 큰 형상비의 강섬유를 사용하여도 소형보의 실험(Moon et al, 2013)과 달리 보의 인성거동을 증진시키는 효과는 거의 없는 것으로 나타났다. 극한상태에서 강섬유는 균열폭 7 mm까지 하중을 저항하는 것으로 확인되었다. 또한, 기존의 SFRC 보의 휨강도예측모델과 실험결과를 비교한 결과, SFRC 보의 휨강도를 최대 20배까지 과소평가하고 있는 것으로 나타났다. 그러나, TR No. 63 모델(Concrete Society, 2011)은 다른 모델에 비하여 근사하게 휨강도를 예측하는 것으로 확인되었다. 강섬유의 분포에 대한 분석결과, 소형보에서 보다 실제 규모의 보에서 강섬유의 분산도가 훨씬 개선되는 것을 확인하였다.

• 한국건축시공학회지
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• 제14권6호
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• pp.639-645
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• 2014

최근에는 현대사회의 기술발전으로 인간의 삶의 질이 향상됨에 따라 건설산업에서도 재료 및 건축구조물의 발전이 계속되고 있는데, 그 중에서 콘크리트 재료의 발전이 특히 주목받고 있다. 그러나, 콘크리트는 간편성, 공기단축 및 높은 압축강도 등의 이점이 있는 반면에, 낮은 인장 및 휨강도, 취성파괴 및 건조수축 등의 문제점들이 발생하여 일부 기업 및 학계에서는 이를 해결하기 위하여 섬유보강 콘크리트 등 다방면의 연구가 진행되고 있다. 그 중, 섬유의 다량혼입으로 큰 응력에서 넓은 범위의 변형을 일으킬 수 있는 HPFRCC 재료 개발의 경우 섬유의 다량 혼입으로 높은 인성 등 발휘하는 장점이 있으나, 섬유 뭉침 등의 문제로 유동성 저하의 문제점이 발생하여 궁극적으로는 콘크리트의 품질저하를 초래할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 인장 및 휨 강도 성능 향상을 확보를 위해 섬유를 활용한 섬유보강 HPFRCC의 시멘트 복합재료에 시공성능을 향상시키기 위한 목적으로 유 무기 섬유 조합변화에 따른 HPFRCC의 유동 특성 및 역학적 특성 등을 분석하므로서 최적의 섬유조합을 제안하고자 한다. 결과적으로 1 % 소량 혼입시 유동성 측면에서는 섬유 조합변화한 경우보다 단독으로 사용하였을 경우 높은 유동성을 나타내었고 특히, SS섬유의 경우가 가장 높은 유동성을 나타내었다. 또한 공기량이 낮았던 유기섬유의 경우 상대적으로 공기량이 높았던 강섬유의 비해 강도는 높았지만 인장 및 휨 강도는 낮은 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.333-339
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• 2007

본 논문은 재생 PET 섬유와 시멘트 복합재료와의 부착 성능을 향상시키고자 친수성 물질인 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌을 이용하여 친수성 처리 효과를 평가하였다. 실험 변수는 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌의 농도 0%, 5%, 10%, 15% 및 20%를 고려하였다. 부착 실험은 ICI SF-8에 따라 dog bone 공시체를 이용하였으며 부착강도 및 인발 에너지를 평가하였다. 실험 결과 부착 거동, 부착강도 및 계면 인성은 무수말레인산의 농도가 증가할수록 증가하는 효과를 보여주었다. 특히 15%에서 가장 큰 효과를 발휘하였으며 농도가 20%가 되면 오히려 부착성능이 감소하였다. 이는 재생 PET 섬유의 표면은 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌의 농도가 15% 이상이 되면 전체적으로 완벽하게 코팅이 가능하나 20% 코팅시에는 코팅 부분에서 부분적으로 균열이 발생하여 이를 통하여 부착하중 작용시 균열 부분을 통한 파괴가 발생하기 때문이다. 섬유 표면의 미소 구조 관찰에서 무수말레인산의 농도에 따른 재생 PET 섬유와 시멘트 복합재료와의 부착력 향상 메커니즘을 확인할 수 있다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제9권3호
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• pp.268-275
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• 2021

콘크리트의 강도를 결정하는 3가지 요인은 시멘트 페이스트의 강도, 골재의 강도, 골재와 시멘트페이스트 계면영역의 강도가 있다. 이 중 계면영역의 강도가 가장 취약하다. ITZ(Interfacial Transition Zone)는 10~50㎛로 형성되며, 수산화칼슘의 비율은 높아지고, CSH는 낮은 비율을 나타낸다. 높은 수산화칼슘 비율은 ITZ의 부착강도 저하의 원인이 된다. 이로인해 ITZ는 더 약한 영역이 된다. ITZ의 문제점은 경량골재를 활용할 때 더 불리한 요소로 나타난다. 계면특성의 기존연구는 계면파괴인성을 측정하고, 계면에 영향을 주는 인자들을 파악했고, 굵은 골재를 사용하지 않은 시멘트 경화체에 SEM과 XRD분석을 진행했다. 또한 EMPA-BSE장비를 활용하여 미세구조를 파악하였다. 하지만 기존의 연구에서는 미세구조와 역학적 성질 파악에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 천연골재와 경량골재 계면을 파악하기 위해 EIS측정 장비를 활용하여 전기저항을 측정하는 방식을 채택하였고, 경량골재 겉면을 고로슬래그 코팅을 통해 계면상태의 변화를 실험하였다. 실험결과, 천연골재와 경량골재의 압축강도는 밀도가 높은 천연골재 높은 강도를 나타냈고, 경량골재 표면 코팅 시 천연골재 이상의 강도를 나타냈으며, 골재 종류별 전기저항의 차이를 보였다.