콘크리트의 변온저항성을 향상시키기 위해 상변화온도 4.5도와 44도의 상변환재료(Phase change material; PCM)를 캡슐화하여 혼입하였다. 그 후에 콘크리트가 기본적인 구조성능을 발휘할 수 있는 지 확인하기 위해 시멘트 부피의 10%, 20%, 30%에 해당하는 PCM을 혼입한 콘크리트의 온도 및 재 령에 따른 압축강도를 측정 및 비교하였다. PCM을 혼입하지 않은 콘크리트의 경우 PCM이 혼입된 다른 배합에 비해 온도에 따른 강도의 편차가 크지 않게 나타났으며 온도에 따른 강도의 편차는 PCM의 혼입률이 증가함에 따라 함께 증가하는 경향을 나타냈다. 4.5도의 PCM이 혼입된 시편은 0도 에서 25도로 온도가 증가 할 때 가장 높은 강도 감소률을 나타냈으며 45도 PCM은 25도에서 50도로 온도가 증가할 때 가장 높은 강도 하락률을 나타냈다. 0도에서는 대부분의 경우에서 4.5도 PCM 혼입 시편이 44도 PCM 혼입 시편보다 약간 높은 강도를 나타냈지만 25도에서는 44도 PCM 혼입 시편이 더 높은 강도를 나타냈으며 50도에서는 두 종류의 PCM 간의 유의미한 강도차이를 확인하기 어려웠 다. 시멘트 부피대비 10%정도의 PCM 혼입은 콘크리트의 압축강도 하락에 큰 영향을 주지 않으며 오 히려 높아지는 경향을 나타냈으며 그 원인은 잔골재 사용감소에 의한 상대적 시멘트-골재 비의 상승 에 의한 것으로 추정된다. 하지만 10%를 초과하는 혼입률은 시멘트-골재비 상승에 의한 강도 상승 효과보다 콘크리트 내부에서 하중에 저항하는 성능을 거의 낼 수 없는 PCM의 영향이 더욱 커지므로 강도가 감소하는 것으로 판단된다. PCM이 혼입된 콘크리트는 PCM의 상변화 온도에 따라 서로 다른 강도경향을 나타내는 것으로 확인되는데 4.5도 PCM 혼입 콘크리트의 경우 0도와 25도사이에서 상변 화 하므로 해당 구간에서 가장 큰 강도저하를 발생시킨 반면 44도 PCM 혼입 콘크리트의 경우 25도 와 50도사이에서 상변화하므로 해당 구간에서 가장 큰 강도저하가 발생하는 것으로 판단된다.

콘크리트는 우수하고 뛰어난 내구성에 의해 구조물 건설에 가장 많이 사용되는 재료 중 하나이다. 오늘날 급격한 경제의 발전 및 도시화 등에 의해 오늘날 구조물은 대형화 및 고층화되고 있다. 이에 따라 고강도, 고경량, 고내구 콘크리트 개발에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 나노소재가 첨 가된 콘크리트는 나노소재에 의해 미세공극이 충진되어 강도 및 내구성이 우수한 것으로 알려져있다. 그러나 기존 나노소재가 적용된 콘크리트는 단위중량이 높아 이를 구조물에 적용시 자중을 증가시키 는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 입자 직경이 10-100 μm이지만 입자 내부의 공극이 있어 단위 중량이 0.6t/m3인 Micro hollow sphere가 잔골재로 사용된 고경량, 고강도 콘크리트의 염화물 침투 특성을 평가하였다. 본 연구에서 사용된 실험변수로써 Micro hollow sphere의 잔골재 치환량(0%, 42%, 100%)가 고려되었으며, 이 시편의 단위중량은 각각 2.37 t/m3, 1.89 t/m3, 1.62 t/m3이다. Micro hollow sphere가 사용된 콘크리트의 염화물 침투 특성은 NT-Build 492 시험을 통해 평가되었다. 실 험결과 Micro hollow sphere 치환율이 0%, 42%, 100%인 실험체의 단위중량은 염화이온 확산계수는 각각 4.45 x10-13 m2/s, 2.57 x10-13 m2/s, 1.4x10-13 m2/s로 Micro hollow sphere 치환량이 증 가함에 따라 염화이온 침투 저항성이 증가하는 것으로 확인되었다. 따라서, Micro hollow sphere를 이용한다면 단위중량이 작으며 내구성이 큰 고경량, 고내구 콘크리트 배합이 가능할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 바이오차 콘크리트의 개발과 역학적 특성에 대한 연구를 통해, 환경친화적이고 지속 가능한 건설 자재로의 활용 가능성을 탐구하였다. 바이오차는 바이오매스와 숯의 합성어로, 탄소격리 효과가 있어 시멘트 대체재로 사용할 수 있는지 실험을 통해 분석하였다. 바이오차를 시멘트 질량비 5%를 치환 최대치로 설정하였다. 실험 변수로 바이오차의 시멘트 대체율을 0%에서 5%까지 1%씩 올 려 대체하여 방식으로 설정하였다. KS F 2403에 따라 시편을 제작하였고, 슬럼프, 압축강도, 쪼갬인장 강도, 휨강도를 실험을 통해 바이오차 콘크리트의 역학적 특성을 분석·비교하였다. 실험 결과, 바이오 차의 대체율이 증가할수록 슬럼프가 감소하는 경향이 나타났다. 압축강도는 바이오차가 시멘트를 대체 함으로써 강도가 감소하였지만, 대체율 1%(23.37MPa)를 제외한 실험체에서 설계기준 압축강도 24MPa 이상을 만족하였다. 휨강도는 대체율 5%가 가장 높았으며 0% 대비 약 12% 증가하였다.

본 연구는 보강 콘크리트로 철근 대신 복합재료를 사용한 구조물의 설계에 대하여 다양한 파라미터 연구를 수행하여 철근콘크리트 대비 강점을 비교, 분석하였다. FRP 콘크리트는 ACI 440.1R-15를 적 용하였으며, 철근콘크리트 설계는 KDS 14(2021)의 최신 규정을 적용하여 다양한 파라미터 연구를 수 행하였다. 파라미터 변수로 콘크리트 밑단에서 철근의 중심까지의 거리, 보강량, FRP의 탄성계수 및 극한 변형률의 4개로 설정하여 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) FRP의 탄성계수와 극한 변형률이 클 수록 FRP 콘크리트의 휨성능이 우수하지만, 극한 응력이 동일할 때 극한 변형률보다 탄성계수를 크게 하는 것이 유리하며, 보강량이 작을수록 유리한 것으로 분석되었다. (2) FRP 콘크리트가 인장지배 단 면이나 변화구간 일 때 극한 변형률 증가에 휨성능이 비례해서 증가하지만 압축지배 단면일 경우에는 극한 변형률이 증가해도 휨성능은 증가하지 않는다. (3) FRP 콘크리트의 휨성능은 FRP의 탄성계수와 극한 변형률을 적절하게 조절하여 선택함으로서 최적의 성능을 나타낼 수 있다. (4) 또한, FRP 콘크리 트는 최소 피복두께가 필요하지 않아 추가적인 휨성능이 17~33% 증진 효과가 나타났다.

3D 프린팅 콘크리트는 임의의 형상을 자유롭게 적층하여 제작할 수 있다는 장점을 가지고 있지만, 노즐의 구조 및 형상에 따라 곡선부의 출력 품질이 달라진다. 또한, 공기중에서 출력한 경우와 수중에 서 출력한 경우 그 품질이 달라진다. 본 연구에서는 고정 마감날을 가진 사각형 노즐을 이용하여 3D 프린팅 모르타르를 수중에서 곡선 형태로 출력하고 적층한 후 출력성능, 적층성능, 및 역학적성능을 평가하였다. 30 × 30 mm 사각형 개구부를 가지고 있고 노즐 끝 양 측면에 고정 마감날이 설치된 노 즐을 사용하였다. 사전 직선 출력시험에서 선정된 조건인 호퍼 회전속도 14 rpm, 노즐 이동 속도 2000 mm/min을 적용하여 출력하였고, 1층 높이를 30mm로 출력하여 5층 적층하였다. 출력 및 적층 결과, 직선부분의 표면은 양호한 반면 곡면부분, 특히 곡률이 큰 곡선부분의 바깥쪽에서 표면균열이 관찰되었다. 직선부분의 치수 일관성은 양호한 반면, 곡률 반경이 작은 곡선부분의 폭 차이가 나타났 다. 곡선부분의 밀도와 압축강도는 직선부분보다 낮았다. 이는 곡선부에서 직사각형 노즐 회전에 따른 재료 토출이 불균일하기 때문인데, 이러한 문제점을 보완할 수 있는 제어 기술 개발이 필요하다.

건축물은 사용자의 부주의, 전기적, 기계적 요인 등에 의해 화재가 발생할 수 있고, 화재 발생 시 각 재료의 특성에 따라 강성 및 강도가 감소하여 구조 성능이 저하될 수 있다. 이러한 상황에서 적절 한 성능 복구가 되지 않으면 후에 지진 등의 큰 하중이 가해질 때 건축물 붕괴 등 치명적인 피해가 발생할 수 있다. 현재 내화성능을 높이는 방법으로 내화피복을 사용하는 등 수동적인 방법에 머물러 있으며, 꾸준한 유지관리 등이 필요하다는 단점이 있다. 따라서 변형 후 열을 가하면 원래의 형상으로 돌아가는 성질을 가진 형상기억합금을 사용하여 콘크리트 보를 보강하고, 화재 시, 화재 후에 프리스 트레스트 콘크리트와 유사한 방식으로 콘크리트에 압축응력을 발생시켜 구조 성능을 향상시킬 수 있 는지 ANSYS 구조해석 프로그램을 통해 그 효과를 확인해보고자 한다.

본 연구는 도로 노면의 결빙을 방지하기 위해 열적 특성을 갖는 콘크리트를 개발했습니다. 팽창 점 토에 상변화 물질(PCM)을 함침 시키고, 고열 전도성 에폭시와 실리카 흄으로 이중코팅을 하여 PCM 물질의 유출 방지, 골재의 부착성 개선, 열적 성능 개선을 하였으며 이를 DSC를 통해 열적 성능 평가 를 진행하여 확인했습니다. 또한 상변화 물질과 경량골재의 사용으로 인한 강도 감소 개선을 위한 CNT 혼합으로 강도 감소를 25% 개선하였습니다.

초고성능 콘크리트의 시멘트량 저감을 위해 시멘트와 치환하여 사용가능한 시멘트계 재료를 사용한 연구를 사전 조사하여 플라이애시와 고로슬래그를 선정하였다. 시멘트와 실리카흄 조합으로 120 MPa 이상의 압축강도를 보인 배합을 사용해 바인더조합의 변화에 따른 압축강도, 휨강도를 평가하였다. 플 라이애시와 고로슬래그를 사용한 배합은 유동성이 향상되었으며, 플라이애시는 압축강도가 실리카흄만 사용한 경우보다 다소 감소하였으나, 고로슬래그를 사용한 실험체는 실리카흄만 사용한 실험체와 유사 한 결과를 나타내었다.

초고성능 콘크리트의 충전밀도 향상을 위해 잔골재보다 미세한 실리카플라워를 사용하여 물리적 특 성변화를 분석하였다. 평균입경 300㎛의 규사를 100㎛인 실리카플라워로 일부 치환하여 압축강도, 휨 강도 변화와 유동성 변화를 측정하였다. 실리카플라워 사용으로 인해 압축강도와 휨강도가 향상되었으 나 유동성 저하로 인해 동일한 유동성을 확보하기 위해 추가적인 고성능감수제의 투입이 필요하였다. 유동성 저하는 바인더 차이에는 큰 영향을 받지 않았으며, 추가적인 고성능감수제 투입은 유사하게 나 타났다.

콘크리트 구조의 인장 보강재로 주로 사용되는 철근은 높은 인장강도와 연성이 우수한 변형 특성에 도 불구하고 부식이 발생할 수 있다는 단점을 갖고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 부식이 발 생하지 않는 다양한 재료 중 FRP(Fiber Reinforced Polymer)를 철근과 유사한 형태의 Rod로 제작하 여 철근을 대체하는 보강재로 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그중에서도 인장강도가 우수한 탄 소 및 유리섬유를 일방향으로 성형하고 Rod 표면을 굴곡 처리한 CFRP 및 GFRP 보강근을 중심으로 콘크리트 구조에 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 연구에서는 FRP Rod를 보강근으 로 하는 콘크리트 부재의 부착특성과 균열폭, 처짐과 같은 사용성 평가에 중요한 역할을 하는 인장강 화효과를 포함한 균열거동 특성을 파악하기 위하여 단변의 피복두께와 FRP 보강근 지름의 비를 1.0에 서 3.5 까지 0.5배씩 증가하는 직사각형 단면을 갖는 길이 1,000mm의 인장부재를 제작하여 만능재료 시험기(Universal Testing Machine)를 이용한 직접인장실험을 수행한 후, 피복두께와 FRP 보강근의 지름 비에 따른 균열거동(Cracking Behavior) 및 인장강화효과(Tension Stiffening Effect)를 분석하고 현행 설계기준의 규정과 비교하였다. 작용하중에 따라 발생하는 균열에 대해서 횡방향균열(Transverse Crack)과 쪼갬균열(Splitting Crack)로 각각 구분하고, DAQ(Data Acquisition) 시스템을 이용하여 콘 크리트 인장부재에 매입된 CFRP 및 GFRP 보강근의 변형량 및 작용하중을 측정하였으며, 그 결과로 부터 하중-변형률 관계로 대표되는 인장강화효과를 분석하였다. 균열거동 및 인장강화효과를 분석한 결과, CFRP 또는 GFRP Rod를 보강근으로 하는 콘크리트 인장부재는 FRP 보강근과 콘크리트의 부 착강도를 감소시키는 쪼갬균열이 발생하지 않도록 피복두께를 보강근 지름의 2.5배 이상 확보하였을 때, 각 보강근별로 극한강도 fu의 60-70%에 해당하는 하중이 작용하는 단계에서 인장강화효과는 우 수한 것으로 나타났으며, 철근을 보강근으로 하는 현행 설계기준의 규정으로 예측한 결과보다 우수한 인장강화효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

교량, 터널 등 콘크리트 구조물의 건설 또는 사용 중 사고는 심각한 재산 및 인명 피해를 야기하기 때문에, 콘크리트 구조물의 증가와 동시에 Structural health monitoring(SHM)의 중요성 또한 높아졌 다. 하지만 현재까지 콘크리트 구조물의 안전 관리 및 유지관리는 주로 인력에 의한 육안 점검이 주를 이루고 있으며, 이는 주관적이고 정성적인 관리 수준에 머무르고 있어 안전성 평가 결과에 대한 신뢰 성 및 실시간 상태 파악과 대응 측면에 한계가 존재한다. 이에 본 연구에서는 현재 활발하게 연구되고 있는 탄소나노튜브를 활용하여 기다란 바 형태의 Carbon nanotube reinforced polymer(CNRP) Bar를 개발하였으며, 이를 콘크리트 구조물에 적용하였다. 구조물 변형에 따른 CNRP Bar의 센싱 성능을 파 악하기 위해 3점 굽힘 시험을 진행하였고, 동시에 콘크리트 구조물 내 CNRP Bar의 전기적 변화를 분석하였다. 실험 결과 콘크리트 구조물에 균열 발생 전 굽힘 응력에 의해 CNRP Bar의 저항이 감소 하였고, 균열 발생 후 균열이 커짐에 따라 저항이 증가하는 거동을 보였다. 이를 통해 CNRP Bar는 콘크리트 구조물에 용이하게 적용할 수 있는 매립형 센서로써 사용 가능하고, 이는 콘크리트 구조물의 안전성을 효율적으로 모니터링하는 시스템으로 발전 가능할 것으로 판단된다.

구조물 보수 부위의 손상, 재 박리 등의 2차 피해가 이어지며, 보수 부위의 새로운 거동 평가 기법 에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 현재 구조물 보수 부위의 거동을 알기 위해서 주로 인력 중 심의 구조물 외관 검사를 진행하고 있으나, 단편적인 검사 결과를 얻게 되어 지속적이고 세밀한 점검 이 어려운 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 탄소나노튜브 기반 폴리머 콘크리트를 활용해 압축과 같 은 외부 응력에 대한 탄소나노튜브 함량별 전기적 변화를 분석하였으며, 균열이 발생한 콘크리트 구조 물을 보수 후 응력을 가해 거동에 따른 전기적 변화를 평가하였다. 압축 시험 결과, 응력에 따른 탄소 나노튜브 기반 폴리머 콘크리트의 전기 저항이 감소하며, 탄소나노튜브 함량이 낮을수록 응력에 대한 저항 감소 폭이 넓게 나타나며 민감도가 증가하였다. 균열 보수 시험 결과, 보수 부위에 응력이 가해 졌을 때 전기 저항이 감소해 앞서 진행된 실험 결과와 동일한 경향을 보였으며, 또한 응력이 가해지지 않을 때 초기 저항으로 회복하는 경향을 보여 구조물 보수 부위 거동에 대한 평가가 가능한 것으로 검 증되었다. 이를 통해, 탄소나노튜브 기반 폴리머 콘크리트는 구조물에 적용이 가능하며, 구조물 보수 후에도 가해지는 응력에 대한 지속적인 감지가 가능해 보수 부위 거동 평가가 가능할 것으로 판단된다.

최근, 큰 처짐과 다수의 균열을 동반하는 유사연성 거동과 부식에 대한 높은 내구성의 특징을 가진 FRCM(Fabric-Reinforced Cemenetitious Matrix) 복합체에 대한 관심이 증가하고 있다. 철근콘크리트 부재에 대해 다양한 장점을 지닌 FRMC 복합체를 적용할 경우 전단내력의 증대를 예상할 수 있으며, 이를 통해 내진성능이 요 구되는 철근콘크리트 구조물에 효과를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 FRCM 복합체가 보강된 철근콘크리트 기둥에 대해 정적 반복가력 실험을 수행하고, 그 거동을 평가 하였다. 철근콘크리트 기둥은 직사각형 형상으로 단면의 크기가 300 × 300 mm이고, 순 높이는 800 mm로 제작되었다. 정적 반복가력 실험은 설정한 가력패턴에 따라 변위제어를 통해 횡 하중을 가력하 였고, 초기 축력은 기둥 용량의 10 %로 적용하였다. 정적 반복가력 실험 결과, 무보강 실험체 대비 약 27.33 %의 증진된 강도를 나타내었으며, 최대 강도 발현 시 층간변위비가 무보강 실험체 대비 약 187.6% 높게 나타냄에 따라 FRCM 복합체가 적용된 철근콘크리트 기둥의 높은 연성 거동을 확인 할 수 있다. 다만, FRCM 복합체를 실제 구조물에 적용하기 위해서는 추가적인 설계인자 개발을 통해 안 정성 및 신뢰성을 확보하는 것이 필수적이라고 판단된다.

본 연구는 외부환경조건이 콘크리트 보도블록의 백화특성에 미치는 영향을 검토하였다. 콘크리트 보 도블록의 외부환경조건으로 양지 및 음지에서의 옥외폭로, 온도 20℃, 습도 55%의 항온항습 및 -5℃ ∼5℃의 저온환경 조건에서 시간경과에 따른 콘크리트 보도블록의 백화특성을 검토하여 외기환경조건 이 백화발생에 미치는 영향을 분석하였다.

셀프-프리스트레싱을 적용할 수 있는 철계-형상기억합금을 콘크리트 기둥에 적용하기 위한 연구가 일부 연구자들에 의해 수행되었으며, 이러한 철계-형상기억합금의 사용으로 셀프-프리스트레싱을 통 한 구속 효과가 입증되었다. 그러나 셀프-프리스트레싱을 통한 구속 효과를 정량적으로 규명하기 위 한 연구는 비교적 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 철계-형상기억합금으로 프리스트레싱된 콘 크리트의 일축압축 거동을 규명하기 위한 해석적 연구를 수행하였다. 철계-형상기억합금 나선철근으로 구속된 콘크리트의 일축압축 거동을 예측하기 위해 파괴에너지에 기반한 응력-변형률 모델이 제안되 었다. 파괴에너지는 콘크리트 내부 변형률 게이지가 부착된 아크릴 바를 통해 측정되었다. 실험 변수 로 철계-형상기억합금 나선철근의 간격, 활성화 온도, 콘크리트 압축강도가 고려되었다. 파괴에너지는 나선철근의 간격이 감소됨에 따라 증가하였으며, 활성화 온도가 증가됨에 따라 감소되는 것으로 확이 되었다. 또한, 파괴에너지에 기반한 응력-변형률 모델은 철계-형상기억합금 나선철근으로 구속된 콘크 리트의 일축압축 거동을 비교적 유사하게 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 유도가열기법을 활용한 콘크리트 촉진 발열양생 기술의 효율성을 평가하기 위하여 철근 배근 및 전도체 변수에 따른 유도가열에 의한 콘크리트 온도향상 성능 및 압축강도를 평가하였 다. 먼저 철근 자체의 유도가열 성능을 평가한 결과, 주철근 및 나선철근 모두 유도가열 직후 10분 이 내에 목표온도인 70℃에 도달하여 충분한 가열성능을 나타내었다. 주요변수로 나선철근의 유무, 나선 철근의 간격, 피복두께, 거푸집 종류, 시험체 크기의 변수를 고려하여 15시간의 유도가열 발열양생 후 압축강도 평가를 실시하였다. 평가 결과, 철근을 포함한 경우 유도가열 발열양생 효율이 약 20~85% 만큼 증가하였다. 또한 총 6종(강섬유, 비정질강섬유, 전기로슬래그, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 흑연나노 섬유)의 전도성 재료를 선정하여 재료 자체의 유도가열을 통해 발열성능을 평가하였다. 평가결과 강섬 유, 비정질강섬유, 전기로슬래그는 1~7분 사이에 가열 목표온도인 70℃에 근접하게 도달하여 유도가 열에 의한 콘크리트 발열성능을 향상 시킬 수 있는 혼입재료로 최종 선정하였다. 이상의 3가지 전도체 를 혼입하여 콘크리트를 타설한 뒤 15시간 유도가열 후의 압축강도를 평가한 결과, 강섬유 1%를 혼 입한 경우 발열양생을 실시하지 않은 상온양생에 비하여 강도가 186% 증가하였고, 잔골재의 50%를 전기로 슬래그로 치환한 경우 발열양생을 실시하지 않은 상온양생에 비하여 강도가 187% 상승하였다.

국내 건축물에서는 노후한 철근콘크리트 구조물의 안전성이 중요한 문제로 대두되고 있다. 구조물 부분이나 전체의 무너짐으로 인해 경제적 손실을 초래할 수 있으며, 이는 주로 구성 재료의 내구성 결 함으로 인해 발생한다. 여러 노후화 인자 중 동결융해와 부식은 주요한 열화 요인으로 작용한다. 동결 지역의 구조물은 동결융해가 위험 요소로 작용할 수 있으며, 해양 구조물은 해수에 존재하는 염소이온 에 의해 부식될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 복합 열화 작용과 철근콘크리트 부재의 성 능 저하 관계를 이해하는 것이 필요하다. 본 연구는 동결융해와 부식의 복합적 피해가 RC 보의 거동 에 미치는 영향을 실험적으로 조사하였다. 7개의 RC 보를 제작하여 각각 다른 수준의 열화 조건을 부여한 후 휨 시험을 실시하였다.

우리는 콘크리트 세상 속에 살고 있다고 해도 과언이 아니다. 콘크리트 도로를 달리고 콘크리트 건 물 속에서 살고 있다. 그런데 최근 노후화된 구조물의 붕괴 사례들이 지속적으로 발생하고 있으며 이 에 대한 원인 규명과 재발 방지, 그리고 기술적 사전 예측 등이 필요하다. 특히 우리나라의 경우 4계 절의 영향을 받는 철근콘크리트 구조물은 시간이 흐름에 따라 다양한 열화로 인해 강도가 저하되고, 이로 인해 건축물의 심각한 손상 및 붕괴가 발생하게 된다. 전국적으로 기온이 영하로 내려가는 겨울 철에는 동결융해의 영향으로 인한 강도 저하로 노후화가 진행되며, 콘크리트의 공기율에 따라 동결융 해로 인한 노후화 정도가 달라지게 된다. 이는 콘크리트 공기율에 따라 내구성지수가 변화하여 동결융 해의 영향 정도가 변화하기 때문이다. 그러나 기존의 콘크리트에 관한 동결융해 영향 연구는 재료에 대한 연구가 많지만, 상대적으로 큰 철근콘크리트 부재 단위에 대한 연구는 부족하다. 따라서 본 연구 에서는 철근콘크리트 부재를 대상으로 기중 동결융해 시험 방법을 통해 콘크리트의 공기율이 증가함 에 따른 재료 단위의 영향과 철근콘크리트 부재의 휨 거동 특성에 대한 영향을 분석하고자 한다.본 연 구에서는 동결융해를 입은 콘크리트가 공기율이 증가함에 따라 동탄성계수와 내구성지수를 비교하고, 이에 따른 압축강도 실험을 통해 동결융해의 영향을 평가하였으며 철근콘크리트 부재의 휨 실험을 통 해 동결융해가 콘크리트 공기율에 대하여 거동 특성, 탄성 강성 및 항복까지의 에너지 흡수 능력에 미 치는 영향을 비교하여 분석하였다. 또한 ABAQUS 해석 프로그램을 사용하여 유한요소 모델을 제안하 고 휨 거동 성능을 실험값과 비교하여 분석하였다.

형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA)은 소성변형이 일어나도 냉각 및 가열을 통해 기존 형상 으로 돌아갈 수 있는 형상기억효과(Shape Memory Effect, SME)를 가진 재료이다. 이를 통해 사전에 인장 변형된 SMA를 구속 후 가열하면 SME에 의해 원래 형태로 돌아가려 하지만, 변형이 구속되어 회복 응력이라 하는 압축 응력이 발생한다. 따라서 사전 변형된 SMA를 구조물에 적용하게 되면 셀프 -프리스트레싱을 도입할 수 있다. 그중 철을 기반으로 제작된 Fe-SMA는 다른 SMA에 비해 높은 경 제성을 가져 건설 재료로써 많은 관심을 받고 있다. 이에 Fe-SMA를 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC) 구조물에 적용한 많은 연구가 진행되었으며, 구조성능이 향상되는 것을 확인하였다. 그러나 Fe-SMA가 사용된 RC 구조물의 피로 실험에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Fe-SMA 바를 인장재로 사용한 RC 보의 피로 성능을 평가하였고 하중 유형(정적, 피로)과 피로 응력 범위를 변수로 고려해 고주기 피로 실험을 수행하였다. 이를 통해 피로 강도, 피로 수명 및 거동을 확 인하였으며, Fe-SMA 바를 인장재로 사용한 RC 보의 피로강도는 최대하중의 40%~60% 사이에 있을 것으로 예측되었다.

강섬유 보강 콘크리트(Steel Fiber Reinforced Concrete, SFRC)는 콘크리트의 취성적인 거동을 연성 거동으로 보완해주는 재료로서 사용되고 있다. SFRC는 과거 비 구조체에서 섬유 보강 콘크리트는 균 열을 제어하기 위한 목적으로만 사용되었지만 현재 구조적인 재료로서의 연구가 진행되고 있다. 콘크 리트의 압축강도는 강도계산에 사용되지만 재료의 인성(Toughness)을 평가하기 위해서는 응력-변형률 곡선이 필요하다. 본 연구에서는 섬유의 혼입량을 체적비 0.5%로 두어 나선철근의 유무 및 철근의 피 치를 변수로 두어 압축실험을 통해 인성비(Toughness Ratio)를 측정하였으며, 선행연구에 제안된 예측 식을 통해 실험 값과 해석 값을 비교하였다. 사용한 강섬유는 직경 0.75mm, 길이 60mm 및 인장강도 1,100MPa인 후크형 모양의 섬유를 사용하였으며, SFRC의 압축 실험은 200tonf 용량의 UTM을 사용 하여 응력-변형률 곡선을 확인하기 위해 0.5mm/min의 속도로 변위제어 하였다. Plain 시편의 압축강 도는 19.6MPa로 나타났으며, 52mm간격의 나선철근을 넣은 경우 33.3MPa, 섬유 0.5% 혼입한 경우 29MPa로 각각 70.1% 및 48.0% 높은 압축강도가 나타났다. 52mm 간격의 나선철근을 넣은 시편의 인성비는 0.34로 측정되었으며, 0.5%의 섬유가 혼입된 52mm 및 36mm간격으로 보강된 시편의 경우 각 0.32 및 0.49로 -6.5% 및 44.3%의 증감이 나타났다. 따라서 섬유의 보강으로 인한 SFRC의 인성 거동을 확인하였다. 예측식의 경우 52mm 나선철근으로 보강한 시편의 경우 압축강도 -0.06 및 변형 률 -7.37%의 오차율이 나타났으며, 36mm의 경우 각 11.51% 및 -36.5%의 오차율이 나타났다. 따라 서 예측식을 통해 나선철근으로 보강된 SFRC 강도예측을 확인하였다.