미세 강섬유 혼입 초고강도 콘크리트의 물리적 특성에 관한 연구

Abstract

현재, 전 세계적으로 건축물의 고층화, 대형화 현상에 따라 콘크리트의 고강도, 고유동, 고내구성 등 고성능 콘크리트 개발에 대한 연구가 지속적으로 이루어 지고 있다. 이러한 전 지구적 차원의 시점에 발맞춰 우리나라에서도 1990년대 부터 최근에 이르기까지 고성능 콘크리트 기술 개발에 대한 연구가 지속적으로 이루어져 왔으며 현재 실용화 단계에까지 이르고 있다. 이에 국내 대규모 건설사들은 건축물의 고층화, 대형화를 지향하며 50∼100MPa 수준의 고성능 콘크리트 사용을 크게 고려하고 있으며 이후, 미래 사용 또한 매우 클 것으로 예상된다. 이와 같은 콘크리트의 고성능화는 건축물 기둥의 상대적인 단면 치수를 작게하여 고층건물의 연면적 확보에 도움을 주지만, 콘크리트 재료의 연성적 성질은 작아지고 취성적 성질은 더욱 두드러지게 나타난다. 이에 따라 고성능 콘크리트는 높은 강도에 비해 상대적으로 충격에너지의 흡수능력이 저하되는 단점을 갖는다. 따라서 갑작스런 충격에 의한 파괴의 저항능력과 충격 에너지의 흡수능력 등 물리적 특성이 추가된 고성능 콘크리트 개발에 대한 요구가 증가하고 있다.1) 이러한 이유로 고성능 콘크리트의 큰 단점인 취성적 성질을 개선하기 위하여 콘크리트에 적정양의 섬유를 혼입하여 휨강도 및 인장강도를 증가시켜 취성파괴를 극복한 섬유보강콘크리트(FRC, Fiber-Reinforced Concrete)의 개발이 미국, 일본 등 선진국에서 적극적으로 이루어지고 있으며, 국내에서도 그 연구가 점차 증가하고 있는 실정이다.2) 이러한 섬유보강콘크리트(FRC)에 사용되는 섬유는 강섬유, 탄소섬유, 유리섬유 및 합성섬유 등으로 크게 나눌 수 있으며 각각 고유한 물리적 특성을 가지고 있다. 이중 콘크리트 재료와 함께 배합시 투입되는 것은 주로 강섬유와 합성섬유이다. 최근 해외사례 에서는 미세 강섬유를 1%이상 혼입함으로서 단순한 휨강도의 증진 뿐만 아니라 높은 응력에서도 넓은 범위의 변형을 일으키며 뛰어난 에너지 흡수능력을 가지는 HPFRCC(High-Performance Fiber Reinforced Cementitious Composite)재료가 개발되고 있다. 하지만 국내연구동향을 살펴보면 국내에서는 미세강섬유가 아닌 NATM(New Austrian Tunneling Method)이나 토목구조물등 대형 구조물에서 주로 사용되는 30mm에서 60mm 정도의 길이와 직경 0.5mm에서 1.0mm의 굵은 종류의 강섬유를 사용한 연구사례는 많이 보고되고 있지만²⁻ ⁴⁾ 직경0.2mm, 길이 12mm정도의 미세 강섬유를 사용한 연구사례는 매우 미미한 상태이다. 또한 강섬유 혼입에 따른 압축강도, 인장강도 등 역학성능 향상에 대한 연구 결과는 많이 보고되지만⁵ ⁾ 강섬유 혼입과 형상비에 따른 휨인성 특성에 관한 연구 결과 또한 부족한 실정이다. 특히 고강도 콘크리트의 펌프 압송 등 용이한 시공을 위해서는 일정 수준 이상의 유동성이 확보 되어야 한다. 이와 같은 상황에서 미세 강섬유를 초고강도 콘크리트에 적절히 적용하기 위해서는 미세 강섬유의 혼입율과 형상비에 따른 유동성 변화를 검증할 다양한 실험적 자료의 확보가 요구된다.