투수성 FRP 복합체를 이용한 RC 구조물 보강공법 개발 및 성능검증연구

Abstract

콘크리트 구조물은 장시간이 지나면 염해, 중성화, 노화 등으로 인해 표면에 손상이 발생한다. 또는 콘크리트 구조물에 대한 사용 환경의 변화 등에 의해 콘크리트 구조물의 내하력 증진이 요구되기도 한다. 이 경우 콘크리트 구조물에 대한 보수 또는 보강 공사가 필요하다. 기존의 콘크리트 구조물의 보수 또는 보강을 위한 공법은 보강재와 시공방식에 따라 다양하게 분류되며, 여러 가지 보강시공 방식 중에서 외부부착보강공법이 시공성을 인정받아 많은 현장에서 적용되어 왔다. 외부부착공법은 보강재에 따라 강판 보강과 FRP(Fiber Reinforced Polymer: 이하 FRP로 통칭)보강이 있으며, 시트/판, 패널, 띠의 형태로 부착된다. 외부부착공법은 열화인자의 유입을 차폐하는 방수구조로 되어있으며, 이러한 방수구조는 콘크리트 내부의 수분 또한 외부로 배출하지 못하게 막고 있어 보강재와 구조물의 계면에 수분의 량이 증가한다. 강판 보강의 경우 시공 후 10년 이상 경과된 구조물에서 계면의 수분에 의해 보강판 내부로부터 부식이 발생한 피해사례가 보고되고 있으며, FRP의 경우 역시 장기적으로 중성화, 염해, 동해, 알칼리 골재반응과 같은 콘크리트 구조물의 열화를 촉진시키고 또한 보강성능을 저하시켜 보강재와 구조물이 일체화 거동을 하지 못하고 조기계면탈락이 일어날 것으로 예상된다. FRP 보강과 관련한 연구는 주로 기술적인 주요 문제점인 계면에서의 부착파괴를 방지하는 공법적인 연구와 계면응력분포, 부착파괴의 파괴모드, 지지능력평가 등에 대한 해석적인 연구, 그리고 설계기준과 시공지침에 관련한 연구가 주로 진행되고 있다. 그러나 계면의 수분과 보강구조물에 대한 영향에 대한 연구는 매우 미흡한 실정이었다. 본 연구에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 구조물 내부의 수분을 배출할 수 있는 FRP 복합체를 이용한 RC 구조물의 보강공법을 개발하고 보강성능 및 투수성능을 검증하고자 한다. 이를 위하여 최근 많이 이용되고 있는 GSP보강공법(Glass Fiber-Steel Composite Plate: 이하 GSP로 통칭)을 투수 가능한 구조로 변형하여 GP패널(Glass Fiber Composite Pannel: 이하 GP패널로 통칭)을 개발하였다. 그리고 유리섬유 함량을 변수로 인장강도와 투수계수 시험을 수행하여 최적의 배합을 확보하고, 실내 휨 시험을 수행하여 기존 보강공법과 비교함으로써 보강성능을 검증하였다. 또한 CFD 해석을 통하여 수분의 배출 과정을 수치적으로 모사하여 얻은 해석 결과를 수증기 투과도 시험의 계측결과와 비교ㆍ분석하였다. 연구 결과 GP 패널의 인장강도와 투수성을 고려한 유리섬유함량비를 도출할 수 있었으며, 기존 보강과의 휨 시험 결과 비교를 통하여 충분한 보강성능을 가지고 있음을 검증할 수 있었다. 또한 수치적인 시뮬레이션을 통해 투수계수 시험을 통해 얻은 실험결과를 검증하였다.; Recently FRP is widely used as reinforcement in construction due to its excellent physical properties. While FRP strengthening could be classified into various types according to construction method, especially external adhering method is applied to lots of structures due to its good workability. However the structure covered with FRP is not able to draw off water. This causes problem with long-term durability such as freezing and thawing, meutralization, salt damage, ASR problems, On this paper to solve these problems, permeable FRP reinforcement, which has the optimum material portion and appearance, has not been only developed but also evaluated whether it could support the structure and exhaust water vapor properly. For the purpose, Porous FRP Composite Reinforcement, which has similar structure with GSP(glass fiber-steel composite plate) except that its middle layer is permeable waving tape instead of steel, has been developed. Then WVT test and tensile strength test have been conducted with glass fiber ratio as an variable to get the optimum material portion. Also CFD analysis has been conducted with thickness, pore size and distribution as an variable to get the best figure of Porous FRP Composite Reinforcement. the developed Plate has been evaluated its reinforcing efficiency by flexural test.