동결융해, 온도 및 균열 보수에 따른 콘크리트-BFRP 경계면의 인발 부착강도 평가
Evaluation of Tensile Bonding Strength of the Concrete-BFRP Interface Subjected to Freezing-Thawing, Temperature and Concrete Crack Repair
- 주제(키워드) 도움말 노후화 , 보수·보강 , FRP , 부착강도 평가 , 현무암섬유 , 동결융해 , 온도변화 , 균열
- 발행기관 강릉원주대학교 일반대학원
- 지도교수 도움말 정우영
- 심사위원 양은익, 권민호
- 사용가능일 20190201
- 저작권일 2019-02-01
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2019. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 토목공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000010377
- UCI I804:42001-000000010377
- 본문언어 한국어
초록/요약 도움말
최근 국내 교량 및 터널 등의 노후화로 인하여 구조물 불안정성 등의 피해가 발생되고 있으며 구조물 안전에 대한 관심 및 우려가 증가하였다. 이에 따라 외부 및 환경적인 피해로부터 구조물을 보호하기 위하여 일부에서는 구조물 재건에 대한 의견을 제시하고 있지만 보다 효율적이고 경제적인 방법인 구조물 보수·보강을 통해 구조물의 성능을 원래상태 되돌리거나 우수한 상태로 복원하는 방법이 진행되고 있다. 따라서 우리나라 대부분의 구조물 형식인 철근콘크리트 구조물에 대한 보수·보강 연구 및 개발이 진행되고 있으며 노후화 및 피해가 진행된 철근콘크리트 구조물에 대하여 FRP Sheet 또는 Plate가 제작되어 보강재로 활용되고 있다. 본 연구에서는 콘크리트 성능 저하에 따른 BFRP-콘크리트 부착성능 평가를 수행하였으며 각 성능 저하 조건에 따른 부착파괴 패턴 및 부착강도를 비교·분석하였다. 부착강도평가에 앞서 기존의 활용되어지는 FRP의 환경적·경제적 등의 문제점이 발생함에 따라 친환경적이며 내열성이 뛰어난 현무암섬유를 활용하여 FRP Plate를 제작하였으며 구조물 보강재로서 가능성을 판단하기 위하여 물성치 평가를 실시하였다. 또한 구조물의 성능을 인위적으로 저하시키기 위한 방안으로 동결융해, 온도변화, 균열에 따른 방법이 진행되었으며 성능이 저하된 콘크리트 시험체에 대하여 BFRP Plate를 부착하여 인발 부착강도 평가를 수행하였다. 동결융해에 따른 부착강도 평가는 콘크리트 압축강도와 Plate 부착 순서를 변수로 시험을 진행하였다. 그 결과 콘크리트 압축강도가 증가할수록 부착강도 또한 증가하는 양상을 보였으며 Plate를 부착한 후 동결융해시험을 진행한 시험체(Case1)는 Cycle에 따른 부착강도 감소폭이 작은 것을 확인하였다. 반면, 동결융해가 진행된 후 BFRP Plate를 부착한 경우(Case2), BFRP Plate를 선부착한 경우(Case1) 보다 압축강도 24MPa의 경우 30%, 30MPa의 경우 최대 20%까지 부착강도가 감소하는 것을 확인하였다. 온도변화에 따른 부착강도 평가는 함침수지를 변수로 진행하였으며 각 수지에 대한 부착성능을 평가하였다. 그 결과 모든 시험체는 온도가 증가함에 따라 부착강도가 약 30~35%의 감소율을 보였으며 예상과는 달리 핸드레이업 에폭시수지, 페놀수지, 인퓨전 에폭시수지 순으로 부착강도가 높은 것을 확인하였고, 페놀수지의 경우 고온에서의 내열성이 우수한 것을 확인하였다. 균열폭, 균열주입제의 보강 유무에 따른 부착강도평가는 국내 허용 균열폭 기준에 따라 0.3mm, 0.6mm, 1.2mm, 4mm, 10mm로 인위적으로 콘크리트 시험체에 균열을 가하였으며 시험결과는 다음과 같다. 균열폭이 증가함에 따라 평균 20%의 부착강도 감소폭을 확인할 수 있었으며 균열주입제로 보강한 경우 보강하지 않은 경우 보다 최대 약 30%의 보강효과를 나타내었다. 하지만 전체적인 보강효과는 미미하였으며 보강의 효과보다는 보수 정도의 효과를 나타내었다.
more초록/요약 도움말
Recently, interest and concern about the safety of domestic infrastructure are increasing due to damage and instability of structure caused by aging structure such as bridges, tunnels, etc. Therefore, to protect the structure from external and environmental damage, reconstruction of the structure has been suggested. However, the performance of the structure could be restored or improved by repairing or retrofitting the structure; this method has gained more interests since it is more efficient and economical approach. Consequently, research and development on repairing and retrofitting of concrete structure, which is the most common type of structure in Korea, is underway; FRP in the form of sheet or plate has been used as reinforcing material for these aged and damaged concrete structures. Therefore, in this study, the performance of FRP-concrete bonding was investigated according to the deterioration of concrete performance; moreover, the bonding failure pattern and bonding strength were compared and analyzed according to their performance degradation condition. Basalt fiber reinforced polymer (BFRP) was used in this study for it is more economical, eco-friendly and has superior heat resistance compare to conventional FRP materials. Additionally, the mechanical performance assessment was conducted to determine their possibility as a structural reinforcement material. The performance of the pull-off test was conducted by attaching the BFRP plate to the concrete specimen with deteriorated performance. Furthermore, to artificially reduce the performance of the structure, freezing and thawing, temperature change and concrete crack method were applied. Evaluation of bonding performance when subjected to freezing and thawing was conducted based on concrete strength and sequence of BFRP plate attachment variable. Results showed the bonding strength increased proportionally to the compressive strength of concrete. This result confirmed that the specimen subjected to the freezing and thawing test was not damaged by aging. On the other hand, when BFRP plate was attached after the freezing and thawing process, the adhesion strength decreased to 30% at 24 MPa and up to 20% at 30 MPa. For the assessment of bonding performance when subjected to a temperature variation condition, the impregnation resin was used as a variable to evaluate the adhesion performance of each resin according to the temperature condition. The results illustrated that the bonding strength of all test specimens decreased about 30~35% when the temperature was increasing. Additionally, the overall adhesion strength of resin could be ranked from highest to lowest as the following: hand lay-up epoxy resin, Phenol resin and Infusion epoxy resin. However, at high temperature Phenol resin show the highest heat resistant performance. The evaluation of bond strength according to the crack width and reinforcement of crack injector was 0.3mm, 0.6mm, 1.2mm, 4mm and 10mm based on the allowable crack width of Korean concrete design standard. Results shows that, as the crack width increased, the average bonding strength was reduced by 20%. Moreover, when reinforced with crack injector, the maximum reinforcement effect was 30% higher than that without reinforcement. However, the overall reinforcement effect was negligible.
more목차 도움말
제 1장 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구동향 3
1.3 연구내용 및 방법 6
제 2장 섬유강화 복합재료의 이론적 배경 7
2.1 섬유강화 복합재료의 이론 및 특성 7
2.1.1 섬유강화 복합재료의 장·단점 9
2.1.2 섬유강화 복합재료의 종류 및 특성 10
2.2 섬유강화 복합재료 성형공법 12
2.2.1 Hand Lay-up 공법 13
2.2.2 VARTM 공법 15
2.3 섬유강화 복합재료 인장 및 전단시험 평가 17
2.3.1 인장성능 평가 20
2.3.2 전단성능 평가 28
제 3장 콘크리트-BFRP Plate 장기부착거동 평가 35
3.1 실험개요 35
3.1.1 사용재료 35
3.1.2 시험체 설계 및 제작 39
3.1.3 시험 방법 43
3.2 부착성능 평가 45
3.2.1 영향인자 45
3.2.2 인발실험 48
제 4장 결 론 62
참고문헌 64
