In this paper, the mechanical properties of glass fiber reinforced plastic (GFRP) rebar, which has been applied as an concrete reinforcement, and produced carbon fiber reinforced plastic (CFRP) grid were compared to develop a concrete reinforcement material with excellent mechanical properties. In addition, the mechanical properties of CFRP prepared with each molding process were evaluated. Three molding processes were evaluated: prepreg oven bagging, reaction injection molding (RIM), and pultrusion. The tensile strength of the CFRP grid prepared through pultrusion was 2.85GPa, the elastic modulus was 169.81GPa, and the strain was 1.68%, which was 2.85 times better in tensile strength, and 2.83 times better in elastic modulus compared mechanical properties of GFRP rebar. The strain was confirmed to be equivalent to GFRP rebar.

본 논문은 철근을 대체재로 CFRP 그리드의 적용 가능성을 평가하기 위한 해석적 연구 결과를 보고한다. CFRP 그리 드로 보강된 콘크리트 보의 휨거동 예측을 위한 유한요소해석은 상용 구조해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 수행되었다. 제안된 유한요소해석 모델은 Kwak et al.(2022)에 의해 수행된 실험 결과에 대한 재현해석을 통해 검증되었다. 해석에서 도출된 파괴양상은 실험 결과와 비교적 정확히 예측되었다. 또한 유한요소해석에서 예측된 극한하중 및 극한하중에서의 처짐은 실험 결과와 각각 9%, 12%의 미미한 오차를 보였으며, 제안된 유한요소해석모델의 정확성은 검증되었다. 제안된 해석모델을 FE해석 모델을 이용하여 CFRP 그리드로 보강된 콘크리트 부재의 휨강도에 영향을 미치는 인자를 확인하기 위해 매개변수해석이 수행 되었다. 매개변수해석 결과, CFRP 그리드의 단면적이 CFRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨성능에 상당한 영향을 끼치는 인 자로 확인되었다.

본 논문은 철근대체재로 Carbon fiber reinforced polymer(CFRP) 그리드가 사용된 콘크리트 부재의 휨성능을 평가하기 위한 실험적 연구결과를 보고한다. 실험에 사용된 CFRP grid의 탄성계수와 인장강도는 각각 240GPa, 3964MPa이다. CFRP 그리 드가 인장 보강재로 사용된 콘크리트 부재의 휨거동 평가를 위해 총 7개의 1방향 슬래브 콘크리트 실험체가 제작되었다. 실험 변수로 피복두께, CFRP 그리드의 보강 겹 수, CFRP 그리드의 겹침 여부가 고려되었다. 실험체의 휨거동 평가는 3점 휨실험을 통해 수행되었으며, 각 실험변수가 초기균열하중에 미치는 영향은 미미한 것으로 확인되었다. 실험체에 초기균열이 발생된 이후 응력 재분배에 의해 하중 증가 없이 CFRP grid의 변형률이 증가하는 현상이 관측되었다. CFRP 그리드 보강 겹 수가 1겹 증가 함에 따라 실험체의 극한하중은 약 8.5kN씩 선형적으로 증가하였다. 또한, 피복두께가 증가함에 따라 실험체의 극한하중 및 강 성이 감소하였으며, 그리드 겹침 여부가 실험체 극한하중에 미치는 영향은 미미하다는 것이 확인되었다. 추가적으로 실험결과와 ACI 440.1R-15를 통해 계산된 공칭 휨강도를 비교하였다. 그 결과 실험을 통해 확보된 극한강도는 ACI 440.1R-15 대비 13%∼ 24% 큰 것으로 나타났다. 따라서, ACI 440.1R-15는 CFRP grid로 보강된 콘크리트 보의 휨강도를 보수적으로 평가하고 있음이 확인되었다.

본 논문은 FRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨 성능을 예측하기 위한 해석적 연구결과를 제시한다. FRP 그리드 로 보강된 콘크리트 보의 휨 성능 예측을 위해 상용구조해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 유한요소해석이 수행되었다. 유 한요소해석 시 콘크리트와 FRP 그리드 간의 본드-슬립을 고려하였으며, 콘크리트와 FRP 그리드의 구속조건은 BEAM_IN_SOLID 모델이 적용되었다. 이후, 국내 여러 연구자들에 의해 수행된 실험 결과의 재현해석을 통해 제안된 유한요소해석 모델의 정확성 이 검증되었다. 최대하중, 최대하중 시의 변위 실험값에 대한 해석값의 비는 각각 0.990, 0.924, 표준편차 각각 0.056, 0.087로 제 안된 해석모델은 FRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨 성능을 잘 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 제안된 유한해석모델을 이용하여 콘크리트 보의 인장재로 철근이 아닌 CFRP그리드를 적용하기 위한 매개변수해석이 수행되었으며, 콘크리트 압축강도, FRP그리드의 겹 수, FRP그리드의 유효깊이는 CFRP그리드로 보강된 콘크리트 부재의 휨성능에 중요한 인자임을 확인하였다.

PURPOSES : The adhesive bonding strength of the grid between asphalt pavements is critical in pavement performance. The study is to compare and evaluate the interlayered bonding strength of asphalt mixture specimens with fiber-glass grid (FG) reinforcement and different tack coating materials based on the test results of the shear bonding test. METHODS : Asphalt mixtures were molded with FG reinforcement using various tack coating materials namely RSC4 and D/B coat. The adhesive shear-bond strength was measured by inducing a monotonic shear loadnig rate of 5 mm/min at 20℃. RESULTS : As expected, the asphalt mixture with non-reinforced FG exhibited the highest adhesive shear-bond strength, followed by that of the FG with D/B coating. The ranking order of superiority is as follows: Control (RSC4) > D/B+FG > RSC4+FG. CONCLUSIONS : The results of this experimental study indicate that FG with RSC4 and D/B tack coats can be successfully used in asphalt concrete overlay construction with superior field performance. Based on the test results and literature review, the field bonding strength should exceed 300kPa in grid reinforced asphalt pavement.

도로포장은 구조 및 재료 조건과 더불어 환경 및 교통하중 조건에 영향을 받아 러팅(Rutting), 피로균 열, 반사균열, 온도균열 등의 파손을 일으켜 설계수명에 도달하기 이전에 유지보수를 실시해야 하는 경우 가 자주 발생한다. 이러한 유지보수를 실시하는데 있어 기존의 파손된 도로 포장위에 아스팔트 덧씌우기 를 하는 방법이 있으며, 지난 2006년에는 탄소섬유와 유리섬유를 격자망으로 직조한 섬유보강재를 이용 한 아스팔트 덧씌우기 공법이 개발되어 2014년 기준 시공연장이 250km에 달한다. 최근 국･내외에서는 섬유보강재를 이용한 유지보수 방법의 효과를 확인하기 위한 연구가 활발히 진행되었다. 권세용 외(2005) 는 섬유보강 아스팔트 혼합물의 균열저항성 연구를 통해 덧씌우기 층의 층간 섬유 부착력은 아스팔트의 휨 강성 및 균열 저항성에 큰 영향을 끼친다는 연구결과를 보였다. 박상구 외(2010)는 이러한 섬유보강 아스팔트 포장의 부착 전단강도를 증가시키고 장기 공용성을 향상시키기 위해서는 시공시 표층 아스팔트 의 다짐 온도가 저하되지 않도록 노면절삭에서 표층 아스팔트 타설과 다짐까지의 작업을 연속적으로 수행 해야 한다는 연구결과를 보였다. 국내에서는 비교적 최근 섬유그리드 보강 아스팔트포장의 시공이 이루어졌기 때문에 초기의 거동 및 성능에 대한 검증은 이루어졌지만 일반 아스팔트포장의 거동 및 성능과의 장기적인 비교 분석이 아직까지 제대로 이루어지지 않은 실정이다. 본 연구의 목적은 장기공용성 조사를 위해 시공완료 후 5~8년이 경과된 구간의 아스팔트 덧씌우기 포장 의 거동과 공용성에 미치는 섬유그리드의 효과를 확인하는데 있다. 노후된 일반국도 아스팔트포장의 섬유그 리드 보강 아스팔트로 덧씌운 구간과 일반 아스팔트로 덧씌운 구간의 현황조사를 실시하였으며, 이들 구간 의 PMS자료와 노면촬영사진을 분석하여 파손현황을 비교하고, 현장에서 채취한 코어에 대해 실내실험을 실시하여 파괴에너지, 부착전단강도 등의 데이터를 획득하였다. 실험 분석 결과를 구조해석의 입력값으로 활용하여 섬유그리드 포장과 일반 아스팔트포장의 러팅, 피로균열 해석을 통해 거동을 비교하였다.

아스팔트 덧씌우기는 어느 정도 파손이 진행된 아스팔트 포장이나 시멘트 콘크리트 포장 위에 아스팔 트 혼합물을 포설하는 포장 보수 공법으로 지난 2006년에는 탄소섬유와 유리섬유를 느슨한 격자막 형태 로 직조한 토목섬유 보강재를 노면에 부착하여 아스팔트 포장체의 균열저항성을 증진시킬 수 있는 섬유그 리드 보강 덧씌우기 공법이 개발되어 현재까지 136km의 달하는 구간에 시공되었다. 그에 따라 최근 국내 에서는 섬유그리드 보강 덧씌우기 포장의 효과를 확인하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 김광우 외 (1999)는 아스팔트 콘크리트 덧씌우기에서 야기되는 반사균열에 대한 저항성 향상을 위한 연구를 통해 유 리섬유 그리드로 보강된 아스팔트 혼합물이 반사균열 저지에 효과적이라는 연구결과를 보였다. 도영수 외 (2005)도 아스팔트 덧씌우기 포장에 나타나는 반사균열 제어를 목적으로 시멘트 콘크리트 포장과 아스팔 트 덧씌우기 포장 경계면에 보강재의 부착 방법을 달리하여 실내실험을 진행하였으며, 불포화 폴리에스터 수지 부착이 가장 효과인 것을 확인했다. 또한 박상구 외(2010)는 이러한 섬유보강 아스팔트 포장 부착의 전단강도를 개선하여 섬유보강 아스팔트 포장의 성능을 극대화하기 위한 연구를 진행하여 현장에서 지켜 야 할 만한 규정을 제안하였다. 국내에서의 섬유그리드 보강 덧씌우기 포장공법은 비교적 최신의 기술이기 때문에 일반 아스팔트 덧씌 우기 포장공법과의 장기적인 공용성 비교가 제대로 이루어지지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 섬 유그리드 보강 덧씌우기 포장 공법의 장기공용성 조사를 위해 재령 8년이 된 국내 고속도로 콘크리트 포 장의 PMS 데이터를 확보하여 추적조사와 구조해석을 실시하였다. 결과 분석을 통해 기존 콘크리트 포장을 섬유그리드로 보강하고 덧씌웠을 때가 그렇지 않은 경우보다 수명이 증진되는 것으로 나타났으며, 섬유그리드가 반사균열에 저항하는 것을 확인하였다.

PURPOSES: Reflection cracking has been one of the major causes of distress when asphalt pavement is laid on top of concrete pavement. This study evaluated the reflection cracking resistance of asphalt mixtures reinforced with asphalt embedded glass fiber and carbon fiber using a Texas Transportation Institute (TTI) overlay tester. METHODS : Different asphalt mixtures such as polymer-modified mastic asphalt (PSMA) and a dense graded asphalt mixture were reinforced with asphalt-embedded carbon fiber and glass fiber. For comparison purposes, two PSMA asphalt mixtures and one dense graded asphalt mixture were evaluated without fiber reinforcement. Two different overlay test modes, the repeated overlay test (R-OT) and monotonic overlay test (M-OT), were used to evaluate the reflection cracking resistance of asphalt mixtures at 0 ℃. In the R-OT test, the number of repeated load when the specimen failed was obtained. In the M-OT test, the tensile strength at the peak load and tensile strain were obtained. RESULTS : As expected, the fiber-reinforced asphalt mixture showed a higher reflection cracking resistance than the conventional nonreinforced asphalt mixtures based on the R-OT test and M-OT test. The dense graded asphalt mixture showed the least reflection cracking resistance and less resistance than the PSMA. CONCLUSIONS: The TTI overlay tester could be used to differentiate the reflection cracking resistance values of asphalt mixtures. Based on the R-OT and M-OT results, the carbon-fiber-reinforced asphalt mixture showed the highest reflection cracking resistance among the nonreinforced asphalt mixtures and glass-fiber-reinforced asphalt mixture.

최근 신설도로의 증가로 도로의 총 연장이 급증하여 현재 국내도로연장은 10567km에 이르며 아스팔트 포장의 비율은 87.3%로 콘크리트 포장에 비해 월등히 긴 연장을 보인다(국토교통부, 2015). 또한 공용년 수가 증가하고 교통 및 환경의 복합적인 요인들로 인해 도로포장의 파손이 광범위하게 발생되고 있는 실정 이다. 포장체의 구조, 포장을 구성하는 재료와 더불어 환경 및 교통하중에 영향을 받아 도로 포장에서는 러팅(rutting), 피로균열(fatigue cracking), 반사균열(reflection cracking), 온도균열(temperature cracking)등의 파손이 발생하여 설계수명에 도달하기 이전에 유지보수가 실시해야 한다(한국도로공사, 1999). 섬유그리드 보강 아스팔트 포장은 무근 콘크리트 포장에 Wire Mash를 설치하는 개념과 같이 아스 팔트 표층을 포설하기 전 표층과 중간층 사이에 섬유보강재를 설치하는 포장이다. 섬유그리드 보강 포장기 법은 하부에서 발생되는 균열에너지를 보강재가 분산시켜 균열 상승을 차단함으로서 반사균열을 지연시키 거나 정지시키고 표층에서 인장력에 의해 발생되는 골재의 횡 방향 이동에너지는 하부기층까지 확장하려 는 응력을 섬유보강재로 억제시킴으로서 소성변형을 저감할 수 있다. 본 연구에서는 섬유 그리드로 보강된 콘크리트 및 아스팔트포장 덧씌우기가 적용된 구간에서의 시공현황분석 및 유관조사를 실시하였다. 고속 도로의 경우 섬유그리드포장 덧씌우기와 일반아스팔트 포장 덧씌우기 시공구간의 PMS 데이터를 이용하여 노면결함 추적조사를 실시하였다. 일반 국도의 경우 섬유그리드 적용구간과 일반 아스팔트포장을 비교구 간으로 선정하여 PMS 데이터를 통한 노면 결함 추적조사를 실시하였으며, 각 구간에서의 코어링 실시 후 부착전단강도실험을 통해 기존에 시공되었던 일반 아스팔트포장과의 비교 ․ 분석을 실시하였다.

섬유보강 아스팔트 포장은 신설뿐만 아니라 유지보수를 위한 덧씌우기에도 적용 가능한 포장 유형이다. 섬유보강재를 아스팔트 층 사이에 설치하여 하부 층에 이미 발생된 균열을 정지시키거나 지연시키고 러팅을 저감할 수 있다. 본 연구에서는 섬유보강 아스팔트 포장과 일반 또는 개질 아스팔트 포장의 공용성을 비교하기 위하여 균열율, 러팅, 종단평탄성, 그리고 처짐을 조사하였다. 현장조건에 근거하여 11개 구간을 비교에 적합한 구간, 비교에 제약이 있는 구간, 그리고 비교가 곤란한 구간의 세 가지 그룹으로 나누어 조사하였으며 측정된 자료는 통계적으로 분석되었다. 섬유보강 아스팔트 포장은 일반 또는 개질 아스팔트 포장에 비해 러팅 저항성이 크고 종단평탄성이 증진되는 효과가 있었다. 하지만, 처짐은 유사했으며 조사된 구간의 공용기간이 짧아 균열에 대한 저항성은 비교할 수 없었다.

본 논문에서는 재활용 필름을 사용한 친환경 그리드형 보강재와 사전에 충진재의 혼입을 통해 분산성을 향상시킨 섬유를 도로 포장층에 복합적으로 적용한 공법의 현장 적용성을 분석하였다. 그리드형 보강재를 구성하고 있는 필름은 폐기된 PE수지를 재활용하여 친환경성을 강조하였고, 아스콘 혼입 섬유는 아스콘 충진재의 사전 혼입을 통한 섬유의 분산성을 확보한 것이다. 복합 섬유를 혼입한 교량 포장층을 시공함에 있어 발생할 수 있는 제반 상황을 사전에 인지할 수 있도록, Mock Up 포장층에 대한 기본적인 성능 분석을 실시하였다. 분석 결과, 친환경 그리드 보강재와 분산성 섬유를 함유한 포장층에서 강도 및 응력, 처짐 저항성에서 모두 기능성이 향상된 것을 확인할 수 있었다. 그러므로, 섬유 실제 현장 적용시 친환경성 재료 도입과 더불어 안전성 측면에도 효율적인 공법이라고 판단된다.

The purpose of this study is to assess the strengthening effect of fiber-reinforced polymer(FRP) grids on flexural members. For this purpose, experimental study was conducted using seven flexural specimens with the main variables of an FRP grid and inorganic mortar used as adhesive. All the specimens failed due to the tensile rupture of FRP grids without debonding between FRP grids and inorganic mortar. It was found that the strengthening effect was dependent on the material properties of FRP grids.

현대의 이상기후변화에 따른 국지성 집중호우로 도심 침수피해가 자주 발생하고 있으며, 특히 중소하천변이나 저지대 지역에서는 심각한 홍수재해로 확대되어 많은 인명피해와 도시 인프라의 손실을 가져오고 있다. 지역개발 사업에 의한 도시화로 인하여 녹지공간이 줄고 시가지 택지·도시건축물 건설과 차도·보도포장 조성은 불투수층 비율을 높여, 이로 인해 호우시 지표유출량과 첨두유량이 현저하게 증가한다. 도시개발 전에 비하여 개발 후 도시유역 수리수문특성이 변화하고 내수 침수 위험이 증가되므로, 도심지표유출을 저감하기 위하여 최근 국내에는 LID(Low impact development, 저영향개발)기반의 빗물침투형 도로교통시설 요소기술로 투수성·배수성 포장을 적용하고 있다. 그러나 이러한 투수성 포장형식은 임의의 배합설계에 따라 바인더 함량이 적고 주로 불량입도(Poor graded) 조골재로 구성되는 다공성 포장 재료를 사용하므로, 변형성 또는 강도특성 측면에서 재료 내구성이 저하되어 포장층의 균열, 변형, 탈락 또는 침하 현상 등이 일어날 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 투수성포장내 표층 또는 기층부에 보강그리드를 설치함으로써 포장구조체의 내구성능을 개선하면서 강성을 향상시킬 수 있는 포장구조체를 제시하였고 실내 실험을 통하여 성능을 평가하였다. 실험 및 분석결과, 투수성 포장층에서 요구되는 1.0×10-2cm/sec 이상의 투수성능을 확보하면서 포장구조체내 보강그리드 적용으로 10%이상의 강성 증가를 확인하여 포장체 내구성능 개선효과를 확인하였다.