• Advances in nano research
• /
• 제16권2호
• /
• pp.127-140
• /
• 2024

Upon direct/indirect exposure to flame or heat, composite structures may burn or thermally buckle. This issue becomes more important in the natural fiber-based composite structures with higher flammability and lower mechanical properties. The main goal of the present study was to obtain an optimal eco-friendly composite system with low flammability and high thermal buckling resistance. The studied composite consisted of polypropylene (PP) and short abaca fiber (AF) with eggshell powder (ESP) and halloysite clay nanotubes (HNTs) additives. An optimal base composite, consisting of 30 wt.% AF and 70 wt.% PP, abbreviated as OAP, was initially introduced based on burning rate (BR) and the Young's modulus determined by horizontal burning test (HBT) and tensile test, respectively. The effects of adding ESP to the base composite were then investigated with the same experimental tests. The results indicated that though the BR significantly decreased with the increase of ESP content up to 6 wt.%, it had a very destructive influence on the stiffness of the composite. To compensate for the damaging effect of ESP, small amount of HNT was used. The performance of OAP composite with 6 wt.% ESP and 3 wt.% HNT (OAPEH) was explored by conducting HBT, cone calorimeter test (CCT) and tensile test. The experimental results indicated a 9~23 % reduction in almost all flammability parameters such as heat release rate (HRR), total heat released (THR), maximum average rate of heat emission (MARHE), total smoke released (TSR), total smoke production (TSP), and mass loss (ML) during combustion. Furthermore, the combination of 6 wt.% ESP and 3 wt.% HNT reduced the stiffness of OAP to an insignificant amount by maximum 3%. Moreover, the char residue analysis revealed the distinct differences in the formation of char between AF/PP and AF/PP/ESP/HNT composites. Afterward, dilatometry test was carried out to examine the coefficient of thermal expansion (CTE) of OAP and OAPEH samples. The obtained results showed that the CTE of OAPEH composite was about 18% less than that of OAP. Finally, a theoretical model was used based on first-order shear deformation theory (FSDT) to predict the critical bucking temperatures of the OAP and OAPEH composite plates. It was shown that in the absence of mechanical load, the critical buckling temperatures of OAPEH composite plates were higher than those of OAP composites, such that the difference between the buckling temperatures increased with the increase of thickness. On the contrary, the positive effect of CTE reduction on the buckling temperature decreased by raising the axial compressive mechanical load on the composite plates which can be assigned to the reduction of stiffness after the incorporation of ESP. The results of present study generally stated that a suitable combination of AF, PP, ESP, and HNT can result in a relatively optimal and environmentally friendly composite with proper flame and thermal buckling resistance with no significant decline in the stiffness.

• 한국건설순환자원학회논문집
• /
• 제10권3호
• /
• pp.351-357
• /
• 2022

본 연구에서는 해양 건설환경을 고려한 초고성능 콘크리트 해상 모듈러 잔교 시스템을 개발하고자 한다. 해상 모듈러 잔교 시스템은 최근에 개발된 압축강도 120 MPa 이상, 직접인장강도 7 MPa 이상을 갖는 초고성능 콘크리트 적용하여 설계, 제작 및 구조성능평가를 통하여 적용 가능성을 분석하였다. 기존에 프리캐스트 콘크리트로 시공된 해상 잔교는 시공단계에서 기초 파일부 항타 시 위치 또는 수직 변형으로 인한 오차를 해결하기 위한 아이디어와 가능성을 검증하고자 하였다. 또한, 구조성능 평가를 위하여 잔교 실험체를 초고성능 콘크리트를 이용하여 제작하였다. 휨 실험을 통하여 하중 분석을 수행한 결과, 예측 휨강도 대비 측정 휨강도는 극한한계상태에서 약 9 % 이상의 내하력을 확보하여 본 실험에서 요구하는 성능을 만족하였다. 향후 본 연구를 통하여 개발된 해상 모듈러 잔교 시스템을 활용한다면 충분한 내구성과 시공성으로 인한 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국도로학회논문집
• /
• 제18권6호
• /
• pp.97-104
• /
• 2016

OBJECTIVES : The objective of this research is to develop additives for the modification of Solvent DeAsphalting Residue (SDAR) to be used as pavement materials, and evaluate the performance of asphalt mixture manufactured using the SDAR modified by developed additives. METHODS : The SDAR generally consists of more asphaltenes and less oil components compared to the conventional asphalt binder, and hence, the chemical/physical properties of SDAR are different from that of conventional asphalt binder. In this research, the additives are developed using the low molecular oil-based plasticizer to improve the properties of SDAR. First, the chemical property of two SDARs is analyzed using SARA (saturate, aromatic, resin, and asphaltene) method. The physical/rheological properties of SDARs and SDARs containing additives are also evaluated based on PG-grade method and dynamic shear-modulus master curve. Second, various laboratory tests are conducted for the asphalt mixture manufactured using the SDAR modified with additives. The laboratory tests conducted in this study include the mix design, compactibility analysis, indirect tensile test for moisture susceptibility, dynamic modulus test for rheological property, wheel-tracking test for rutting performance, and direct tension fatigue test for cracking performance. RESULTS : The PG-grade of SDARs is higher than PG 76 in high temperature grades and immeasurable in low temperature grades. The dynamic shear modulus of SDARs is much higher than that of conventional asphalt, but the modified SDARs with additives show similar modulus compared to that of conventional asphalt. The moisture susceptibility of asphalt mixture with modified SDARs is good if, the anti-stripping agent is included. The performance (dynamic modulus, rutting resistance, and fatigue resistance) of asphalt mixture with modified SDARs is comparable to that of conventional asphalt mixture when appropriate amount of additives is added. CONCLUSIONS : The saturate component of SDARs is much less than that of conventional asphalt, and hence, it is too hard and brittle to be used as pavement materials. However, the modified SDARs with developed additives show comparable or better rheological/physical properties compared to that of conventional asphalt depending on the type of SDAR and the amount of additives used.

• 한국지반신소재학회논문집
• /
• 제18권4호
• /
• pp.215-224
• /
• 2019

최근 복잡해지는 토목 공사 현장에서 요구되는 수요에 적합한 다기능 지오텍스타일의 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 5종류의 위킹사를 섬유의 특성을 분석하고 요구 특성에 만족하는 위킹사를 선택하였고, 이 중에서 2종류의 위킹사를 적용하여 수평 위킹 배수 특성을 지니면서 보강에 적합한 지오텍스타일을 시제품을 개발하여 인장 강도, 2% 시컨트 모듈러스, 수직 투수율, 유효구멍크기, 직접 전단법에 의한 마찰 특성 및 수직·수평 위킹 시험을 수행하였다. 본 연구를 통해서 개발 된 수평 배수 특성과 분리 및 보강 성능을 지닌 지오텍스타일을 실내 토조실험을 통하여 수평배수능력에 따른 풍화토 함수비 변화를 관찰하였으며, 개발된 지오텍스타일의 위킹성능에 의한 수평배수능력을 검증하였다. 실내 토조 실험 결과 위킹사를 적용하여 직조된 지오텍스타일은 수평방향으로의 과잉간극수를 배출하는 기능을 충분히 발휘하는 것을 확인하였다.

• Earthquakes and Structures
• /
• 제15권5호
• /
• pp.453-462
• /
• 2018

Damages to buildings affected by a near-fault strong ground motion are largely attributed to the vertical component of the earthquake resulting in column failures, which could lead to disproportionate building catastrophic collapse in a progressive fashion. Recently, considerable interests are awakening to study effects of earthquake vertical components on structural responses. In this study, detailed modeling and time-history analyses of a 12-story code-conforming reinforced concrete moment frame building carrying the gravity loads, and exposed to once only the horizontal component of, and second time simultaneously the horizontal and vertical components of an ensemble of far-field and near-field earthquakes are conducted. Structural responses inclusive of tension, compression and its fluctuations in columns, the ratio of shear demand to capacity in columns and peak mid-span moment demand in beams are compared with and without the presence of the vertical component of earthquake records. The influences of the existence of earthquake vertical component in both exterior and interior spans are separately studied. Thereafter, the correlation between the increase of demands induced by the vertical component of the earthquake and the ratio of a set of earthquake record characteristic parameters is investigated. It is shown that uplift initiation and the magnitude of tensile forces developed in corner columns are relatively more critical. Presence of vertical component of earthquake leads to a drop in minimum compressive force and initiation of tension in columns. The magnitude of this reduction in the most critical case is recorded on average 84% under near-fault ground motions. Besides, the presence of earthquake vertical components increases the shear capacity required in columns, which is at most 31%. In the best case, a direct correlation of 95% between the increase of the maximum compressive force and the ratio of vertical to horizontal 'effective peak acceleration (EPA)' is observed.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제25권4호
• /
• pp.37-45
• /
• 2021

논문은 조적부재에 고인성 복합체를 보강하여 내진보강 가능성을 평가하기 위한 기초연구이다. 고인성 복합체의 섬유 혼입률에 따른 성능을 검토하기 위하여 배합설계에 따라 시험체를 제조하고 유동성능, 압축강도, 휨 강도, 길이변화율 및 직접인장변형률을 측정하였다. 또한, 무보강 조적부재, 고인성 복합체로 보강한 조적부재, 고인성 복합체에 유리섬유 및 와이어 메쉬를 별도 보강한 조적부재를 제작하고 휨 강도와 최대변위를 측정하였다. 고인성 복합체를 보강한 모든 실험체들은 무보강과 비교하여 최대내력이 16배 이상의 효과가 나타났으며 균열 형상을 검토한 결과 에너지소산능력이 우수한 것으로 나타나 내진보강 가능성을 확인하였다.

• 한국건축시공학회지
• /
• 제24권2호
• /
• pp.203-213
• /
• 2024

본 연구에서는 내열성, 화학적 안정성 등 다양한 특성으로 인해 산업 분야에서 자기감지, 균열 감지 등의 용도로 활용되고 있는 MWCNT를 활용하여 진행하였다. 하지만 MWCNT는 전기적 특성을 활용한 자기감지 및 스마트 센서에 대한 연구에 집중되어 있다. 또한, 연구자의 기술 및 장비의 차이로 인해 정량적 분산이 어렵고, 과도한 분산은 기계적 성능 저하로 이어질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 일정 시간 초음파 분산과 분산 효과가 입증된 PCE 계면활성제를 활용하여 섬유보강 시멘트복합체 시험편을 제조하고, 각 시험편에 대해 강도 시험, 인발 시험, 직접 인장 시험을 수행하여 기계적 물성을 평가하였다. Micro-CT 촬영과 압축, 휨, 인장 강도 시험 결과 초음파 분산과 분산제를 사용한 시험체인 U-A0.5와 분산제만을 사용한 N-A0.5가 다른 시험체에 비해 높은 강도를 보이는 것을 확인하였으며 분산 방법에 따라 MWCNT의 분산 효율이 섬유보강 시멘트복합체의 기계적 성능 향상에 미치는 영향을 조사하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제38권2호
• /
• pp.193-202
• /
• 2018

이 연구는 철근콘크리트 부재에서 사용한계상태 검증 및 내구성능 평가의 요소인 균열폭을 계산하는데 중요한 변수가 되는 균열간격 계산식을 제안한 것이다. 철근콘크리트 부재의 균열거동 해석을 위한 지배방정식이 되는 부착특성을 반영하여 평균균열간격 기본식을 유도하고, 피복두께와 콘크리트 강도의 영향을 고려할 수 있도록 여러 연구자들이 수행한 124개의 직접인장실험에서 측정된 균열간격을 분석하여 각각의 계수를 제안하였다. 그리고, 최대 및 평균 균열간격이 동시에 측정된 80개의 실험체 자료로부터 상관관계 분석을 실시하여 평균균열간격으로부터 최대 균열간격을 간편하게 예측할 수 있는 상관계수를 제안하였다. 제안된 평균균열간격 계산식 및 최대균열간격 상관식에 대해서 현행 설계기준의 규정과 비교를 실시하였다. 비교 결과, 평균균열간격 및 최대균열간격에 대한 제안식은 콘크리트구조기준 및 도로교설계기준(한계상태설계법)의 해당 규정과 비교하여 예측의 정확성 및 신뢰도가 개선됨을 확인하였다.

• 한국도로학회논문집
• /
• 제11권4호
• /
• pp.133-142
• /
• 2009

본 연구는 지불계수를 이용하여 시험포장 구간의 품질을 평가하고 이에 따른 피로수명의 변화를 분석하기 위해 실시되었다. 특히 품질관리가 어려운 아스팔트 함량을 지불규정 기준인자로 선정하여 지불계수를 산출하였다. 먼저 아스팔트 함량이 피로수명에 미치는 영향을 확인하기 위하여 아스팔트 함량에 따른 피로수명의 연관성을 분석하였다. 이후 총 2회에 걸쳐 시험포장 구간에서 시료를 채취해서 지불계수를 산출하여 시험포장 구간의 품질을 평가하였으며, 지불계수에 따라 시험포장 구간의 품질에 차이가 있음을 확인 할 수 있었다. 시험포장 구간에 포설된 아스팔트 혼합물을 이용하여 시편을 제작, 피로수명을 분석하였다. 그 결과 지불계수가 높은 시험포장의 피로수명이 월등히 높음을 확인할 수 있었다. 이는 통계이론을 이용한 지불계수가 실제 포장의 피로수명을 반영한다는 것을 의미한다고 사료된다. 또한 시험포장 구간에 아스팔트 혼합물을 납품한 플랜트의 배합보고서와 동일한 시편을 제작하여 휨 피로시험을 실시하여 1, 2회차 시험포장의 피로수명들과 비교하였다. 그 결과 배합보고서를 기초로 제작한 시편의 피로수명이 시험포장 구간의 피로수명에 비해 월등히 높음을 알 수 있었다. 이는 입도나 기타 요인에 따른 공용성 감소현상이 발생 할 수 있음을 나타내는 것이라 사료된다. 따라서 지불규정을 적용중인 미국과 같이 입도, 공극률 등을 지불규정 기준인자로 선정하여 최종적인 지불계수를 산출하는 것이 보다 정확한 도로포장의 품질을 평가할 수 있을 것이다.