PURPOSES : A mechanistic-empirical (ME) predictive design logic that can compute the reflective cracking life of hot-mix asphalt (HMA) overlaid on top of a composite pavement is proposed herein. METHODS : The overlay thickness design and analysis logic of the HMA were formulated based on the ME concept of reflection crack propagation. Climate data, traffic load data, the pavement material properties, and the thickness of each layer of the pavement are the main inputs for the ME-Reflective Cracking Rate (RCR) prediction algorithm. An Microsoft Excel Virtual Basic for Application (VBA) program was created to aid designers in assessing the expected performance of an HMA overlay design. Calibration was done using data from the Long-Term Pavement Performance (LTPP) sections. Sensitivity analysis was conducted to compare the results yielded by the program and data from a report by the Texas Transportation Institute. RESULTS : The predictive model performance effectively generates the dynamic and relaxation modulus curves. The correlation value of the calibration factors, R2, is 0.79. The calibration factors used for the Asphalt Overlay Thickness Design (AOTD) program and the sensitivity analysis, i.e., k1, k2,, and k3,, are set to 5, 5, and 150, respectively. The sensitivity of the AOTD program affords reasonable results. Additionally, the program yields results similar to the trends presented in a report by the Federal Highway Administration. CONCLUSIONS : The proposed ME design logic is successfully translated into an Excel VBA program, AOTD, which can perform routine assessments of laboratory tests for HMA overlays. The program can effectively perform numerous iterations and computations to predict an HMA overlay. The predictive model can generate reasonable dynamic modulus and relaxation modulus curves for the characterization of HMA overlays. Under the same asphalt binder grade and HMA type, doubling the HMA overlay thickness yields three times the expected reflective cracking service life.

본 연구는 Mori-Tanaka 방법 및 멀티스케일 접근 방법을 적용하여 CNT의 굴곡성을 고려한 CNT-복합재 보강 콘크리트 보에 대한 균열해석을 수행하였다. Ad-hoc Eshelby 텐서에 기반하여 CNT의 굴곡성을 기하학적으로 고려하여 폴리머와 합성 하는 방법을 적용하였다. 멀티스케일 방법이 기반하여 CNT 함유량 및 굴곡성 변화에 따른 복합재의 탄성계수 및 강도변화를 추정하였다. 본 해석모델은 기존 문헌과 비교검증하였다. 본 연구에서 도출한 결과는 CNT 함유량과 CNT 굴곡성의 상호관계를 도시하였다. CNT 보강 복합재 구조물의 해석에 있어서 CNT 굴곡성의 중요성을 입증하였다.

PURPOSES: Until now, the maintenance of road pavement has mostly involved passive maintenance methods with full maintenance only performed at the end of road life. Recently, there has been growing interest in solving the problem of reflection cracks that occur at joints during application of the overlay method of old concrete pavement. This study was aimed at solving the problem of reflective cracks around expansion joints and at evaluating the durability performance of pavement with interlayer reinforced-composites waterproofing system for concrete overlay. METHODS: This study was conducted to investigate the effect of an interlayer on prevention of reflection cracks and to improve the tensile, compressive, shear, and vertical stresses due to plastic deformation and vehicle cyclic loading. An integrated overlaying layer (5cm or 8cm) was used to evaluate the applicability according to objective indicators. RESULTS and CONCLUSIONS : It was confirmed that cracks did not occur in the section of the line overlaid by the interlayer and that the reflection cracks generated by the action of the lower layer sufficiently absorbed the horizontal movement of the asphalt 5cm pavement overlay. It also suppressed, or at least delayed, the progress of the vertical cracks. The interlayer reinforced composite membrane waterproofing method used in the packing layer, showed through repeated fatigue test results that the accumulated fatigue crack resistance was greater than 120,000 times.

콘크리트 기층에 아스팔트 표층의 복합포장 구조에서 온도변화에 따른 반사균열의 거동은 반사균열 억제 및 제어에 중요한 정보로 작용한다. 반사균열의 주요 발생원인 중 포장의 온・습도 변화에 따른 하부 콘크리트의 수평 거동 및 컬링에 의한 줄눈/균열부 수직 거동은 포장의 특성(콘크리트 열팽창계수, 하부마찰계수, 포장두께 등)과 지역환경(대기의 온도, 상대습도, 태양 복사량 등)에 따라 다른 특성을 보인다. 본 연구에서는 롤러전압 콘크리트 기층에 배수성 아스팔트 표층의 복합포장 구조에서 현장의 온도변화에 따른 반사균열의 거동 특성을 분석하였다. 늦가을(11월 초)에 5cm 두께 배수성 아스팔트 덧씌우기 포장을 롤러전압 콘크리트 기층 상부에 시공하였다. 온도 조사는 표층 아스팔트 상/하부와 기층 콘크리트 상/하부, 대기온도를 계측하였다. 롤러전압 콘크리트 기층의 균열은 1년의 공용기간 동안 약 30m의 일정 간격으로 발생하였으며, 계측한 연속된 3개 균열의 움직임은 안정화되어 온도에 따라 유사한 거동을 보였다. 계측결과, 겨울철 온도에 따른 줄눈거동은 그림 1과 같다. 영하권의 겨울철 포장의 온도는 태양의 복사열과 기층하부의 지열로 인하여 대기온도보다 높았다. 표층 시공 후 큰 폭의 온도 저감이 발생한 이후 반사균열이 발생하였고 그림 2는 반사균열 발생 전・후의 1일 온도차에 따른 1일 균열 폭 변화량을 보인다. 추세곡선의 기울기는 온도변화에 따른 균열 거동에 저항하는 크기를 나타낸다. 두 곡선의 기울기 차인 0.008은 5cm 두께의 배수성 표층의 반사균열에 대한 저항 특성치임을 알 수 있다. 아스팔트 표층 반사균열 발생 전・후의 추세 곡선간 y축 절편의 차는 반사균열 발생에 따른 동일 온도변화에서 균열 거동량의 증가분을 나타낸다. 향후 배수성 표층 복합포장의 계절별 거동특성을 분석하여 복합포장 설계검토에 활용할 계획이다.

본 연구에서는 콜로이드와 핵종의 복합이동에 관한 수치모델을 개발하였다. 콜로이드와 핵종의 반응-이동 지배방정식을 풀기 위하여 Operator Splitting Method 중 Strang의 분리 SNI 방식을 수치해석 방법으로 채택하였고 이는 MATLAB을 이용하여코드화 되었다. 개발된 수치모델은 용질의 이동 및 분산만을 고려한 해석해를 통한 검증과정에서 피어슨 상관계수의 제곱값(r2)이 0.99 이상으로 나타나 모델의 정확성이 입증되었다.

이 논문에서는 단일방향 및 크로스-플라이 섬유강화 복합재에서의 동적 균열 전파를 모사하기 위해 특별히 고안된 스펙트랄 방법의 정식화와 수치적 구현 방법에 대해 제시한다. 이 방법은 균열면에서 작용하는 힘과 변위 사이의 스펙트랄 관계식에 기초하고 있고, 재료는 횡등방성 고체로 가정된다. 본 논문에서 제안된 방법에 의해 섬유보강 복합재에서 전파하는 균열문제가 대해 검토 해석되며, 실험 및 문헌에 나와 있는 결과와 비교된다. 이 방법은 FRP 보강 철근 콘크리트 구조물에서의 균열해석문제에 직접 적용이 가능하다.

본 연구에서는 입자강화 복합재료(particle-reinforced composites)의 거동을 예측하기 위하여 Lee and Pyo(2007)에 의해 제안된 계면손상을 고려한 복합재료의 미세역학 탄성모델과 Karihaloo and Fu(1989)의 미세균열 생성모델을 결합하여, 보강입자의 계면손상(imperfect interface)과 기지 내 미세균열을 고려하여 탄성구성모델(constitutive model)의 거동해석을 수행하였다. 제안된 탄성구성모델의 적용성 검증과 주요손상변수가 거동예측에 미치는 영향을 알아보기 위해 일축 하중 하에서의 응력-변형률 관계를 수치적으로 나타내었다. 또한, 기존의 관련 실험결과와 본 해석결과와의 비교를 통하여 제안된 모델의 정확도를 검증하였다.

동전모양의 균열이 이상복합 실린더 계면에 존재하는 혼합모드 조건(I, II)에 대해 유한요소법을 사용하여 에너지해방율을 구하였다. 두재료의 탄성비와 노치율을 변화시켜 상업용 FEM 프로그램인 ABAQUS로부터 얻은 결과를 가상 균열법과 J 적분법에 적용하였으며 에너지해방율을 구하여 무차원함수로 표현하였다. 모드 II의 무차원 에너지해방율은 균열길이와 탄성비가 증가되면서 그 값이 증가됨을 알수 있었다. 반면, 모드 I의 무차원 에너지해방율은 탄성비가 증가하면서 그 값이 감소하며, 두재료의 탄성비가 3 이상인 경우에 균열길이가 증가되면서 무차원 에너지해방율이 감소하다가 다시 증가하게 나타났다. 또한 수치해석된 결과치를 무한판 실린더의 응력확대계수에 대한 정해와 비교하여 본 해석의 신뢰성을 확보하였다

탄성 섬유와 점탄성 기지로 구성된 2차원의 단일방향 복합재료에서 발생하는 계면 응력 특이성을 시간영역 경계요소법을 사용하여 조사하였다. 먼저, 아무런 균열없이 섬유와 기지가 완전하게 결합되어 있는 단일방향 복합재료에 횡방향 인장변형이 작용할때 자유경계면 부근에 나타나는 계면 특이응력들을 조사하였다. 그러한 응력들은 섬유와 기지의 결합분리나 계면 모서리 균열을 야기 시킬수 있다. 다음에, 여러가지 크기의 모서리 균열들에 대한 응력확대계수가 계산되었다.

이 논문에서는 탄성-점탄성 복합재료의 공유면에 존재하는 계면균열에 대한 해석방법을 제시하고 있다. 먼저 탄성-점탄성 대응원리를 이용하여 탄성해석식으로부터 응력확대계수에 대한 식을 유도하였다. 다음으로 시간영역 경계요소법을 이용하여 균열선단에서의 응력을 계산한 다음 응력확대계수의 값을 구하였다. 수치해석의 결과는 본 논문의 정확성과 응용가능성을 보여준다.

이 논문에서는 경계요소법을 사용하여 횡방향의 인장변형률을 받는 단일방향 graphite/epoxy 복합재료의 섬유와 기지의 공유면에 존재하는 모서리 균열에 대한 응력확대계수를 계산하였다. 그러한 균열은 복합재료의 자유경계면에서 발생하는 특이 응력들에 의해 야기될 수 있다. 응력확대계수의 크기는 균열길이가 작은 경우에는 균열길이에 따라 조금씩 증가되다가, 균열길이가 커지면 일정한 값에 이르게 된다.

GFRP복합재료의 피로거동은 하중형식, 재질 및 섬유의 강화구조, 환경적인 인자들의 영향을 크게 받는것으로 알려져 있다. 본 연구에서는GFRP의 피로거동에 미치는 증류수 흡습의 영향을 알아보기 위해 chopped strand glass mat강화 불포화 polyester수지 복합재료의피로특성을 조사하였다. 피로균열은 건조재와 흡습재 모두 피로 cycle초기에 발생하며 그 후 균열성장이 점차 둔화되는 영역과 가속되는 영역으로 나뉘어졌다. 또한 증류수의 흡습은 섬유와 기지재 사이의 결합력을 저하시키며 그로 인해 균영성장방향에 수직인곳에서의 fiber pull-out 발생과 균열성장방향에 있는 섬유들에서의 debonding이 증가하여 피로강도가 저하하였다.

The SMC composite, now being considered in certain structural applications, is anticipated to experience repeated loading during service. Thus, understanding of the fatigue behavior is essential in proper use of the composite material. In this paper, using the SMC composite composed of E-glass chopped strand and unsaturated polyester resin three point bending fatigue tests are carried out to investigate the fatigue crack propagating behavior under various cyclic stresses and fatigue damage of various microcrack forms. The following results are obtained from this study; 1) Most of the total fatigue life of the SMC composite is consumed at the initial extension or the growth of the macroscopic crack. 2) A Paris' type power-law relationship between the crack propagation rate and stress intensity factor range is obtained, and the value of material constant m is much higher (m=9~11)than that of other metals. 3) In case of high cyclic stress the fatigue damage show high microcrack density and short crack length, but in case of low cyclic stress does it vice versa. 4) Fatigue damage is characterized by microcrack density, crack length and distribution of crack orientation.

본 연구에서는 시멘트 복합재료와 직접 혼합 가능한 자기치유 마이크로 캡슐을 제조하였으며, 자기치유 마이크로 캡슐이 혼합된 시멘트 복합재료의 품질 및 균열 치유 성능 특성을 평가하였다. 종래의 경우 자기치유 캡슐 제조와 균열 치유 특성 평가에만 치중되어 평가되어 왔다. 따라서 자기치유 마이크로 캡슐은 시멘트 복합재료와 혼합시 시멘트 복합재료의 품질에 미치는 영향이 있기 때문에 이에 대한 검토를 수행하였다. 자기치유 마이크로 캡슐을 혼합한 시멘트 복합재료의 테이블 플로우 및 공기량 평가 결과 혼합율에 관계없이 테이블 플로우 및 공기량은 큰 영향이 없는 것으로 나타났다. 압축강도 및 쪼갬인장강도는 캡슐 혼합율이 증가할수록 강도가 감소하는 경향이 나타났다. Water Flow에 따른 균열 치유 특성 평가 결과 초기 투수량이 감소하는 결과가 나타났으며, 시간 경과에 따라 반응 생성물 발생하여 균열이 치유되는 것을 확인 할 수 있었다.

본 연구에서는 시멘트 복합체의 균열을 자기치유 할 수 있는 자기치유 캡슐을 제조하기 위한 일환의 기초 연구로써 자기치유 캡슐 용 코어재료에 무기계 기반 코어재료를 적용하기 위하여 액상형태의 무기 소재를 기반으로한 코어재료를 제조하였다. 제조된 무기계 기반 코 어재료는 캡슐화를 진행하기 전에 무기계 기반 코어재료를 직접 시멘트 복합체에 적용하여 균열부의 균열수복 성능뿐만 아니라 시멘트 복합 체의 성능에 미치는 영향을 검토하였다. 평가결과, 무기계 기반 코어재료는 압축 및 부착강도 향상효과가 있는 것을 확인하였으며, 부착, 내흡 수, 내투수 및 동결융해 저항 성능을 가진 것으로 판단된다. 본 논문의 결과를 통하여 자기치유 캡슐용 무기계 기반 코어재료를 적용할 경우에 얻을 수 있는 시멘트 복합체의 성능 및 차후 진보화된 자기치유 캡슐기술의 기반 자료로써 활용하고자 한다.

The purpose of this study is to examine the effect of crack and water cement ratio on concrete carbonation. The influence factors of concrete carbonation were verified through the laboratory experiments considering crack width and depth of concrete. From this study, a method for evaluating of concrete carbonation with crack is suggested.

실제 교량의 바닥판에 적용할 목적으로 섬유의 길이 및 혼입량을 달리한 두 가지 초고성능 시멘트 복합체를 고려하고 있다. 이 연구의 목적은 이 두 재료의 균열저항성을 평가하는 것이다. 두 재료에 대한 휨인장 파괴실험을 수행하였고, 실험으로부터 얻은 하중-균열개구변위 관계를 최적으로 모사하는 인장응력-균열개구 관계를 역해석을 통해 파악하였다. 역해석결과 13 mm 길이의 섬유를 2% 함유한 UHPCC는 16.3 mm와 19.5 mm 길이의 섬유를 각각 0.5%와 1.0% 함유한 UHPCC에 비해 파괴에너지가 작은 것으로 나타났다. 균열을 보다 분산시키고 균열폭을 감소시키기 위해서는 길이가 긴 두 종류의 섬유를 혼용한 UHPCC를 사용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

Strain Hardening Cement-based Composites(SHCCs) are attractive materials for energy dissipation and crack damage mitigation. This study investigated the flexural performance of SHCC beams layered Strain-Hardening Cement-based Composite(SHCC). The flexural behavior of RC beams carried out four-point loading test. Test results indicated that PE30_20 compared with Con30 initial cracking load, the stiffness, the yielding strength was higher.