매크로 합성섬유보강콘크리트 슬래브 시스템의 휨 강도평가

Abstract

콘크리트는 압축에 강하지만 인장에 취약한 재료이며, 취약점을 보강하기 위해 1970년부터 섬유를 콘크리트에 혼입하여 인장보강에 대해 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 섬유의 종류는 강섬유, 합성섬유 등으로 여러 종류의 섬유와 제원에 따라 사용목적이 달라진다. 가장 많이 연구되는 강섬유와 합성섬유는 마이크로 균열을 제어하는 용도로 사용되어 왔으며, 35mm이하의 길이를 가지고 있다. 그러나 마이크로 섬유의 한계점은 명확하여, 마이크로 이상의 균열 폭에선 기능을 발현하지 못하는 실정이다.

또한 국내 콘크리트구조 학회기준(KCI 2017)에서는 섬유보강콘크리트 설계법의 명확한 규정이 없기 때문에, 주로 미국(ACI 544.4R-18)과 유럽(fib Model Code2010)의 규정을 국내 설계에 적용하고 있다.

본 연구에서는 최신 개발된 매크로 합성섬유보강콘크리트의 휨 설계식을 제안하였으며, 미국과 유럽의 규정과 비교평가하였다. 휨 설계식을 제안하기 위해 재료성능평가를 선행하였으며, 선행한 재료시험은 압축, 쪼갬, 휨 인장이다. 재료성능평가의 변수는 매크로 합성섬유의 혼입량(1.5~9.0kg/m3)으로 혼입률로 환산 시(0.17~1.0%)이다. 재료성능평가를 통해 매크로 합성섬유보강 혼입량에 따른 보강효과와 구조실험에 적용할 혼입량을 결정하였다.

휨 설계식의 정확성을 평가하기 위해 총 2개의 RC슬래브와 4개의 구조용 데크플레이트 슬래브를 실물 실험체로 제작하였다. 주요 변수는 슬래브 시스템과 매크로 합성섬유보강이며, 연속경간의 정모멘트와 부모멘트를 모사하였다. 실험결과를 분석하여, 일반콘크리트 대비 슬래브의 휨 강도, 강성, 연성, 균열 폭 제어의 증진을 비교평가하였다.

본 연구에 대한 논문은 4장으로 구성되어 있으며, 제 1장은 서론, 제 2장은 매크로 합성섬유보강콘크리트, 제 3장은 매크로 합성섬유보강콘크리트 슬래브 휨 강도평가와 제 4장은 결론으로 기술하였으며, 각 장의 내용을 간략히 요약하면 다음과 같다.

제 1장에서는 연구배경 및 목적과 연구의 내용 및 범위를 명시하였다.

제 2장에서는 매크로 합성섬유의 제원과 섬유보강콘크리트 평가방법, 압축, 쪼갬인장과 휨 인장에 대한 재료시험 결과 및 분석을 기술하였다.

제 3장에서는 실험에 사용한 대상 슬래브, 실험체 계획, 변수설정과 실험체 세팅을 명시하였다.

제 4장에서는 실험결과를 정리하고 균열양상과 모멘트-처짐, 휨 강성, 단면의 변형률 분포, 변위연성도 등으로 실험결과를 분석하였다.

제 5장에서는 재료시험결과를 토대로 매크로 합성섬유보강콘크리트의 휨 강도 모델을 제안하고 구조실험결과를 통해 확인하였다.