• 대한토목학회논문집
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• 제42권5호
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• pp.607-616
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• 2022

전 세계적으로 이상 기후 및 자연재난 등으로 인하여 철근콘크리트 구조물의 부식 및 열화 현상이 빈번히 발생됨에 따라 구조물의 노후화가 가속화되고 있다. 건설 분야에서는 이러한 내하력 저하에 대응하기 위하여 최근 저 중량 고강도 재료 장점을 가진 유리섬유 복합재료(GFRP)를 활용하여 많은 노후 구조물에 대하여 보수·보강을 수행하고 있다. 본 연구에서는 유리섬유에 비하여 보다 경제적이고 친환경적인 바잘트 섬유 복합재료(BFRP)를 활용하여 콘크리트 압축부재의 내진보강을 위한 횡구속 효과를 더욱 효과적으로 제공할 수 있는 보강재를 개발하고 그 성능을 평가하였다. 실험 시 고려된 주요 변수로는 바잘트섬유 복합재료(BFRP) 시공 시 적용되는 함침 수지의 양생 온도와 대상 콘크리트 압축부재의 재료 특성을 고려하였다. 콘크리트 압축부재의 재료 특성에 따른 횡구속 보강효과를 조사하기 위하여 본 연구에서는 일반 콘크리트와 섬유 보강을 통하여 내구성능이 개선된 콘크리트 시험체를 각각 제작하여 성능을 평가하였다. 그 결과, 일반 콘크리트의 경우 3.15배, 섬유 보강 콘크리트의 경우 약 3.72배의 보강 효과가 나타났으며 압축부재 내구특성 개선에 따른 보강 효과의 차이는 크지 않음을 알 수 있었다. 마지막으로 GFRP 압축부재 보강재에 대한 선행연구 결과를 통하여 바잘트 보강 복합재료의 성능을 비교한 결과 BFRP 보강재의 횡구속 보강효과가 상대적으로 약 1.18배 GFRP 보강재에 비하여 성능이 우수한 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.75-83
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• 2014

콘크리트의 취성파괴를 방지하기 위해 강섬유 보강재는 효과적인 복합재료이다. 그러나 시멘트 사용량이 많아지면 건조수축이 증가하고 이로 인해, 강섬유 보강재의 연성증가 효과가 제한될 수 있다. 팽창재를 사용한 콘크리트 내부의 강섬유 보강재는 화학적 프리스트레싱 효과가 발생하여 강섬유 보강효과를 증가시킬 수 있다. 본 연구에서는 CSA 팽창재와 강섬유 보강재를 혼입하여 콘크리트의 역학적인 특성을 분석하였다. 체적비 1~2%의 강섬유 보강재와 시멘트 중량의 10%의 CSA 팽창재를 혼입하였으며, 다양한 역학적 특성과 휨거동을 분석하였다. 강섬유 보강재를 혼입한 CSA 콘크리트는 인장강도와 초기균열강도의 증가를 나타냈으며, 균열후의 파괴에너지 증가와 같은 연성거동을 뚜렷하게 나타내었다. 적절한 팽창재 사용과 최적의 강섬유 보강재의 혼입률이 도출된다면 이들의 상호작용은 콘크리트의 취성을 더욱 효과적으로 제어할 수 있다.

• 콘크리트학회지
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• 제14권2호
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• pp.45-50
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• 2002

근년, 철근 콘크리트조 구조부재의 열화 및 건축물의 용도변경에 따라 건축물의 보수 및 보강에 관한 공법의 개발 및 그 효과를 검증하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 따라, 보강공법으로서는 경제성ㆍ시공성 면에서 우수한 탄소섬유시트, 아라미드섬유 시트, 유리섬유시트 보강공법 및 FRP판 보강공법 등 합성수지 접착제를 사용하는 새로운 보강공법들이 폭넓게 연구되어 현장 실용화되어 사용 중에 있다. 그러나, 이들 보강공법에 관한 연구는 주로 구조적인 내력 보강효과 산정에 관한 것이 대부분이고 보강후의 내화성능 및 내구성능에 관한 연구는 매우 부족한 실정이다. 이들 보강공법은 주로 에폭시수지계 접착제에 의하여 콘크리트와 보강재의 접착력에 의하여 내력이 전달되는 메커니즘으로 되어있어 화재가 발생한 경우 내화피복이 없다면 접착제 자체의 연소에 의하여 유독가스의 발생 및 접착강도가 크게 저하되어 그 구조적인 보강성능은 급속히 저하할 것으로 판단된다. 또한, 현재 이들 보강공사는 내화성능의 검토 없이 실제 시공이 이루어지고 있으므로 화재시에는 대형참사를 일으킬 위험성이 있다.(중략)

• 콘크리트학회지
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• 제3권4호
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• pp.79-88
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• 1991

본 눈문에서는 강섬유 혼입에 따른 강섬유보강콘크리트의 강도 중대 현상을 규명하고 파괴에너지를 결정하기 위하여, 일련의 초기균열이 있는 강섬유보강콘크리트 시험체에 대하여 파괴실험을 수행하였다. 파괴실험은 3점 휨 실험법으로 실시하였으며, 실험시 각 시험체의 하중변화에 따른 휨 변형률, 중앙처짐, 균열끝 개구변위와 초기균열 발생시의 하중, 극한하중 등을 조사하였다. 이들 실험 걸과를 토대호 강섬유 혼입량과 초기균열비에 따른 강섬유 보강콘크리트의 파괴인성, 임계 에너지해방률 등을 비교 분석하였으며, 아울러 하중-처짐 선도를 이용한 파괴에너지를 결정하였다. 연구결과, 측정된 강섬유보강콘크리트의 하중-처짐선도는 강섬유 혼입량이 클수록 파괴후 완만하게 나타났으며, 하중-처짐선도 면적에 의하여 계산된 강섬유보강콘크리트의 파괴에너지는 강섬유 혼입량이 0.5%~1.0인 경우에 는 무근콘크리트의 파괴에너지의 약 7~10배, 강섬유 혼입량이 1.5%인경우에는 약 15배 각각 크게 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.229-236
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• 2015

콘크리트는 압축강도가 증가할수록 취성적인 성질이 두드러지는데, 이를 보완하기 위해 강섬유를 혼입하여 콘크리트에 연성을 부여하는 강섬유 보강 콘크리트에 대한 연구가 진행되고 있다. 강섬유 보강 콘크리트는 섬유 혼입률에 따라 역학적 특성이 달라지며, 일반적으로 1.5%의 혼입률이 가장 효과적인 것으로 알려져 있다. 섬유 혼입률 2%를 초과하게 되면 섬유 뭉침현상이 발생하는데, 이로 인해 역학적 특성이 저하된다. 본 연구에서는 2% 이상의 높은 혼입률에서 섬유의 분산성을 향상시키기 위해 굵은 골재 크기를 변수로 재령에 따른 강섬유 보강 콘크리트의 압축거동에 대해 평가하였다. 굵은 골재 크기에 따른 굳지 않은 성상, 압축강도, 탄성계수 및 압축인성 등을 평가한 결과 섬유 혼입률이 증가할수록 공기량은 증가하였으며, 공기량이 증가함에 따라서 슬럼프는 감소하였다. 또한 골재 크기가 압축강도 및 탄성계수에 미치는 영향은 미소하였지만, 섬유의 분산성을 향상시켜 압축인성 및 최대하중 이후 거동에 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 또한 강섬유 보강 콘크리트의 압축인성은 재령이 지날수록 감소하게 되는데, 굵은 골재 크기가 감소할수록 압축인성의 감소율이 줄어들어 보다 안정적인 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 나타난 것과 같이 강섬유 보강 콘크리트의 굵은 골재 크기를 조절하여 높은 혼입률을 갖는 강섬유 보강 콘크리트의 섬유 분산성과 연성적인 거동을 부여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.105-115
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• 2015

본 연구에서는 매크로섬유를 PP섬유로 대체하여 유기계 섬유들인 PVA섬유 6mm와 PP섬유 50mm로 하이브리드 보강된 콘크리트의 역학적 특성을 파악하기 위해 섬유의 체적비를 주요변수로 하이브리드 섬유 보강 콘크리트(HFRC) 4배합과 섬유가 없는 Plain콘크리트 1배합을 실험하여 비교하였다. 섬유의 체적비를 1%미만으로 제한하였다. 연구결과 유기계 섬유의 하이브리드 보강은 콘크리트의 강성 및 연성거동을 강섬유만큼 극대화시키지는 못하지만, Plain콘크리트와 비교시 매우 진전된 연성거동을 보이며 휨 인성지수와 등가휨강도 사이의 의미 있는 관계를 확인하였다. 그리고 유기계 섬유로 하이브리드 보강한 콘크리트에서도 섬유의 체적비가 증가할수록 연성이 증가하였고 섬유의 하이브리드를 위해 사용한 마이크로섬유인 PVA섬유보다 매크로섬유인 PP섬유가 콘크리트의 휨 거동에 미치는 영향이 크며, 염분침투시험에서도 섬유의 혼입이 염분침투를 억제하는 효과가 있는 것으로 확인되었다.

• 콘크리트학회지
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• 제4권1호
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• pp.81-87
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• 1992

본 논문에서는 강섬유 혼입량과 강섬유 형상비에 대한 강섬유보강콘크리트의 휨 피로거동을 분석하기 위하여 일련의 강섬유보강콘크리트 시험체에 대하여 피로실험을 수행하였다. 피로실험은 3점 휨 실험법으로 실시하였으며, 실험시 각 시험체의 하중반복회수에 대한 중앙처짐과 피로파괴시의 반복회수를 조사하였다. 이들 실험 결과를 토대로 반복회수에 대한 강섬유보강콘크리트의 중앙처짐, 비탄성변형에너지 및 탄성변형형에너지등을 비교 분석하였으며, 강섬유보강콘크리트의 S-N선도를 작도하였다. 연구결과, 강섬유 혼입량이 클수록 영구변형에 손실되는 에너지가 크게 감소하고, 균열 확대에 소모되는 에너지가 증가하였으며, 동일한 강섬유 혼입량을 갖는 강섬유콘크리트의 경우 강섬유 형상비가 클수록 탄성변형에너지는 작았다. 아울러 본 피로실험 결과를 회귀분석하여 구한 S-N선도에 의하면 강섬유 혼입량이 1.0%인 강섬유보강 콘크리트의 반복회수 200만회에 대한 피로초기균열 발생시의 정적강도의 약 70%로 나타났다.

• 콘크리트학회지
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• 제11권2호
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• pp.167-175
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• 1999

현재 국내에는 지난 35년간 프리스트레스트 콘크리트보를 이용한 합성형 교량이 매우 널리 건설, 사용되어 왔으나, 교통량의 증가와 차량하중의 증가로 노후화가 점차 가속화되고 있는 형편이다. 본 연구에서는 유리섬유를 이용하여 손상된 프리스트레스트 콘크리트 교량을 보강하는 방법의 효과를 평가하기 위하여 무보강 표준시험체와 선행 하중의 재하로 균열이 발생한 8개의 시험체에 대하여 유리섬유 보강, 외부강선 보강 및 두가지 보강 방법을 병행한 보강을 실시하여 각 보강방법의 효과를 비교, 분석하였다. 실험결과, 최대하중은 외부강선 보강 시험체와 유리섬유 보강 시험체가 모두 거의 유사한 정도의 보강효과를 발휘함으로써 유리섬유 보강공법이 손상된 프리스트레스트 콘크리트 교량의 보강에 적용될 수 있는 것으로 판명되었다. 외부강선 보강공법에서의 가장 큰 문제가 단부의 정착장치인 것과 마찬가지로 유리섬유 보강 공법의 경우에도 최대하중에 도달하기 이전에 보강재의 부착이 파괴되지 않도록 적절한 방법을 선정하는 것이 매우 중요하며, 본 연구에서 검증된 두가지 방법이 단부의 정착기능을 충분히 발휘하는 것으로 판명되어, 이들 방법들이 적절히 사용될 경우에는 설계된 내하력의 증가를 기대할 수 있는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.900-909
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• 2002

섬유는 콘크리트의 취약점인 인장 및 균열저항성을 증가시켜 그 효용성을 크게 한다. 그러나, 섬유의 균열저항성을 합리적으로 예측하기 위해서는 균열후의 거동예측기법이 정립되어야 한다. 따라서, 본 연구의 목적은 최근 들어 개발되고 있는 구조용 합성섬유 보강콘크리트의 균열후 거동(Post-Cracking Behavior)을 예측하기 위한 해석기법을 제시하는데 있다. 이를 위하여 합성섬유 보강 콘크리트 보의 균열단면해석에 있어서, 우선적으로 균열단면을 강체운동으로 가정하고, 균열폭(crack width) 및 균열면에 대해 기울기 90$^{\circ}$ 인 단일섬유의 인발실험(pullout test)에 의한 인발 하중(pullout load)과 변위(slip)의 관계를 이용하여 개개 섬유의 균열이후 거동을 묘사하였다. 또한 실제 섬유의 매립방향과 매립길이의 다양성을 확률적으로 고려하여 균열면에서의 유효섬유개수를 산정한 뒤에 FRC 보의 휨거동해석을 수행하였고, FRC 보 실험을 시행한 결과와 비교한 결과 잘 일치하는 것으로 나타났다. 본 해석결과로부터 하중-처짐 곡선, 모멘트-곡률 곡선 등을 도출할 수 있으며, 본 연구의 모델은 일정수준의 균열 저항성 또는 인성지수(toughness performance)를 얻기 위한 섬유의 기하형상을 개발하는데 유용한 방법으로 사용될 수 있다. 또한 평균응답, 파괴모드의 운동학으로 표현된 이 모델은 FRC 보 실험 결과들을 유사하게 예측할 수 있기 때문에 앞으로 섬유보강콘크리트 부재의 합리적인 설계 및 해석에 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제27권2호
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• pp.115-123
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• 2007

본 연구에서는 탄소섬유로 보강된 콘크리트의 전기저항 변화를 모니터링하는 방법에 의해, 콘크리트의 파괴에 대한 자가진단 적용 특성을 검토하였다. 미분쇄 탄소섬유와 코크스 분체로 구성된 신형 리브재가 포함된 CFGFRP (탄소섬유 유리섬유 강화 플라스틱)와 콘크리트 보강용 CF(탄소섬유) 시트에 휨 하중 재하 단계별로 하중을 가할 때 균열 또는 파괴가 발생하기 전후의 탄소섬유의 전기저항 변화를 조사하여, 각 인자의 관계특성(각 하중단계별 전기저항, 변형률, 처짐 등의 변화)을 분석하였다. 그 결과, 콘크리트 인장측 파괴시 탄소섬유 보강근, 신형 리브, 시트가 파괴될 때, 전기저항은 크게 증가하지만, CFGFRP의 경우는 그 후 하이브리드 FRP 재료 중 탄소섬유를 보강하고 있던 유리섬유가 나머지 추가 재하 하중에 저항할 수 있어 콘크리트 시험체의 전 파괴단계에까지는 이르지 않았다. 따라서 CFGFRP의 보강근과 신형 리브, CF시트는 FRP로 보강된 콘크리트의 파괴를 사전에 감지할 수 있는 자가진단 재료로서의 적용이 가능함을 알 수 있었다.