폴리프로필렌 섬유보강 콘크리트의 축방향 인장특성에 관한 실험적 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 16383(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 논문에서는 폴리프로필렌 섬유보강 콘크리트의 축방향 인장특성을 연구하기 위해 콘크리트 축방향 인장시험 장치를 개발하였다. 장치는 견고한 프레임, 구형 힌지 및 풀러, 시편 제작 부분의 세 부분으로 구성됩니다. 테스트 장치는 콘크리트의 인장강도와 최대 인장 변형률을 정확하게 측정할 수 있으며, 인장을 받는 콘크리트 시편의 편심 문제를 완벽하게 해결합니다. 전체 공정 인장 응력-변형률 곡선을 얻을 수 있도록 포스트 피크 세그먼트 인장 변형률을 측정할 수 있습니다. 위의 시험 장치를 사용하여 폴리프로필렌 섬유 콘크리트의 축 방향 인장 시험을 실시한 결과, 폴리프로필렌 섬유를 첨가하면 콘크리트의 인장 강도가 명확하게 향상될 수 있으며, 이는 콘크리트의 인장 파괴가 특정 소성 특성을 나타내게 하는 것으로 나타났습니다. 테스트 결과에 따르면 섬유 함량이 증가하면 콘크리트의 인장강도가 먼저 증가한 다음 감소하는 것으로 나타났습니다. 폴리프로필렌 섬유 함량과 경화 시간이 콘크리트의 인장 특성에 미치는 영향을 연구하고 최적의 폴리프로필렌 섬유 함량을 결정했습니다. 섬유 함량이 0.9kg/m3일 때 콘크리트의 인장강도는 최대값에 도달합니다. 동일한 조건에서 콘크리트의 쪼개짐 인장시험도 동시에 진행하였다. 콘크리트의 축방향 인장시험과 쪼개짐 인장시험의 손상현상 및 시험결과를 비교분석하였으며, 콘크리트 축방향 인장시험에 있어서 신규개발장치의 적용성을 검증하였다.

콘크리트에 폴리프로필렌 섬유를 첨가하면 상당한 이점, 향상된 경제성 및 지속 가능성을 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 섬유와 콘크리트의 조합은 콘크리트의 균열 저항성을 향상시킬 수 있습니다1,2. 폴리프로필렌 섬유는 기계적 성질이 우수하고 내식성이 우수하며 가격이 저렴합니다. 콘크리트에 적절한 양의 폴리프로필렌 섬유를 첨가하면 콘크리트의 기계적 특성과 균열 저항성이 분명히 향상될 수 있습니다3,4,5. 폴리프로필렌 섬유를 0.1~0.3% 첨가하면 콘크리트의 소성수축을 12~25% 줄일 수 있습니다. 또한 재령 7일과 28일 후 콘크리트의 쪼개짐 인장강도와 휨강도를 증가시킬 수 있으며, 재령 28일의 인장-압축률을 46% 증가시킬 수 있다. 분명히 폴리프로필렌 섬유는 콘크리트의 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다6,7,8.

현재 콘크리트의 기계적 성질에 관한 대부분의 연구는 압축 및 굽힘하중을 받는 콘크리트의 성능에 초점을 맞추고 있는 반면, 콘크리트의 축방향 인장 거동에 대한 연구는 드물다. 현재 콘크리트의 인장강도는 주로 쪼개짐 시험9,10, 굽힘시험11 등 간접적인 방법으로 측정된다. 인장강도는 실험식에 따라 계산되는 반면, 시편의 내부 응력 상태는 더 복잡합니다. 측정된 인장강도의 오차는 더 크고, 콘크리트의 극한 인장 변형률과 인장 응력-변형률 곡선은 측정할 수 없습니다12. 축방향 인장시험은 콘크리트의 인장강도를 시험하는데 가장 적합한 방법이다13. 이와 관련하여 여러 학자들이 실험을 수행했습니다.

Julia 등14은 3점 굽힘 시험과 축 인장 시험을 동시에 수행했습니다. 축방향 인장시험에는 원통형 콘크리트 시험체를 사용하였다. 또한, 축방향 인장 시험 장치가 개발되었습니다. 실험체의 양쪽 끝을 금속 고정구로 고정하여 인장력을 가하였지만 이 방법에서는 편심 현상을 제거하기 위한 어떠한 조치도 취하지 않았습니다. Kim et al.15은 가변단면을 갖는 Dumbbell 시편을 사용하였고, 가변단면에 의해 응력집중이 감소하여 시편의 중간부분이 균일한 인장영역을 나타내었다. Liao 등16은 콘크리트 축 인장 장치 및 클램프 세트를 설계하고 동시에 콘크리트에 대한 직접 및 간접 인장 시험을 수행했습니다. Kasagani와 Rao17은 콘크리트의 상단과 하단을 고정하고 양쪽 끝에 풀링을 설정하여 시험체의 편심을 제거하는 외부 클램프형 콘크리트 고정구를 개발했습니다. 이 방법은 콘크리트의 인장응력-변형률 곡선의 상승 구간을 측정하는데 사용되었습니다. 실험 작업은 Mono Glass Fibers의 섬유 부피를 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.50%로 하여 단축 인장 하에서 수행되었으며, 그 결과 강도, 변형 능력 및 에너지 흡수 능력이 더 높은 것으로 나타났습니다. 단결정 유리섬유 강화 콘크리트보다 등급이 매겨진 유리섬유 강화 콘크리트입니다.