Reinforced concrete structures require effective strengthening methods to improve shear capacity and ductility. Conventional external systems such as steel plates or CFRP sheets are limited by premature debonding and member damage. This study experimentally evaluated the shear performance of concrete beams strengthened with iron-based shape memory alloy (Fe-SMA) strips. Static loading tests compared the effects of prestressing activation, retrofit type and retrofit ratio. The activation of Fe-SMA effectively delayed the formation of shear cracks and reduced width. Also, the Fe-SMA suppressed the shear deformation of stirrups and concrete, resulting in enhanced shear performance and ductility of the strengthened beams. Overall, the Fe-SMA strengthening method was found to be effective in improving the serviceability and maintenance performance of reinforced concrete beams.

테트라포드는 일반적으로 무근콘크리트로 제작되어 취성적 거동을 보인다. 이러한 파괴 양상을 개선하고 균열 저항성을 증진시키 기 위한 방안으로 섬유보강 콘크리트를 사용하는 것이 대안 중 하나가 될 수 있다. 본 연구에서는 유한요소해석을 통해 섬유보강 콘크 리트를 적용한 테트라포드의 구조성능을 평가하는데 중점을 두었다. 이를 위해 기존 연구자들의 실험 결과와 비교하여 유한요소모 델을 검증하였으며 이후 변수해석을 진행하였다. 변수해석의 주요 변수는 섬유보강 콘크리트의 파괴에너지로 설정하였다. 문헌조사 를 통해 다양한 섬유보강 콘크리트의 파괴에너지 범위를 도출하고 이를 변수해석에 적용하였다. 해석 결과, 테트라포드의 파괴는 균 열에 의한 인장 파괴가 지배하는 것으로 나타났으며, 섬유보강 콘크리트의 사용은 테트라포드의 연성을 향상시킬 수 있는 것으로 확 인되었다.

본 연구에서는 온대산재 및 남양재 원목을 표층재로하고, 금속, 유리섬유, 탄소섬유로 보강한 코르크 보드를 중층에 배열한 코르크 복합 원목마루판 의 치수안정성을 평가하였다. 표층재에 따른 코르크 복합 원목마루판의 평균 흡수율은 백합나무(Tu)가 6.1%로 가장 높은 값을 나타내었고, 티크와 멀바우가 4.7%로 가장 낮은 값을 나타내었으며, 밀도가 낮은 온대산재를 배열한 원목마루판보다 남양재에서 낮은 값을 나타내는 것이 확인되었다. 중층보강재는 CM (cork board-metal) 타입이 CG (cork board-glass fiber) 및 CC (cork board-carbon fiber)타입에 비하여 높은 흡수율을 나타내어 밀도에 따른 흡수량의 차이가 확인되었다. 표층 수종에 따른 흡수두께팽창률은 백합나무가 7.2%로 가장 높은 값을, 티크(T)가 3.9%로 가장 낮은 값을 나타내었다. 전반적으로 금속 보강 원목마루판(CM)의 흡수두께팽창률은 유리섬유(CG)와 탄소섬유(CC)에 비하여 금속이 2–3배 높은 값을 나타내었다. 금속 보강 원목마루판을 제외한 모든 원목마루판은 목질 마루판에 관한 KS 규격 기준을 충족하는 우수한 치수안정성을 나타내는 것이 확인되었다.

탄소섬유보강근을 철근 대체재로 사용하기 위해서 단기 역학적 특성뿐 아니라 장기간 역학적특성에 대한 연구가 필히 수행 되어야 하고 현재도 진행 중이다. 이에 따라 본 연구에서는 CFRP bar의 지속하중에 대한 저항성을 평가하기 위해 ASTM 기준에 따라 약 1,000시간 동안 탄소섬유보강근 인장강도의 40%를 재하하는 크리프 시험을 진행 후 잔류 인장강도 확인을 위한 추가 인장시험을 진행하였다. 크리프 시험 결과, 탄소섬유보강근의 변형률은 지속하중 하에서 1,000시간 경과 후 하중재하 초기 변형률보다 약 4.9% 상 승하였고 크리프 파괴는 발생하지 않았다. 잔류 인장강도는 일반 인장강도의 95% 수준으로 측정되었고 잔류 탄성계수는 일반 탄성계 수의 85 % 수준이었다. 따라서 본 연구에서 진행한 인장강도의 40 %가 1,000시간 동안 재하되었을 때 탄소섬유보강근은 안전한 것으 로 확인되었다.

콘크리트는 수화반응에 필요한 물 이외의 자유수가 증발하게 되면 건조수축이 발생하며 이로 인해 발생한 균열은 구조물의 강도 및 내구성 저하에 영향을 미친다. 이에 건조수축에 의한 균열을 억제하기 위한 대처 방안으로 강섬유를 혼입한 강섬유보강콘크리 트에 관한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 아치형 강섬유 혼입량에 따른 건조수축 특성을 파악하고 구속건조수축 변형률을 콘크 리트에 발생하는 잔류 인장응력으로 치환하여 기존 연구 결과와 비교하였다. 자유건조수축 실험을 통해 아치형 강섬유 혼입량에 따른 건조수축 변형률의 저감효과는 미미한 수준임을 확인하였다. 구속건조수축 실험 결과, 아치형 강섬유 혼입량 증가에 따라 균열의 발생 지연 및 균열 폭 저감에 효과적인 것으로 나타났다. 또한 아치형 강섬유를 60kg/m3 혼입하였을 때 무보강 콘크리트에 발생하는 잔류 인장응력에 비해 52.4% 높은 인장강도를 가지며 구속건조수축에 대한 저항성능이 향상될 수 있음을 확인하였다.

3D 콘크리트 프린팅 기술은 거푸집 없이 콘크리트를 출력하고 제작하여 콘크리트 표면의 대부분이 외기에 노출되고, 이로 인해 콘크리트 내부 수분이 빠르게 증발하고 수축이 크게 발생한다. 또한, 결합 재 대비 낮은 골재 함량과 낮은 물/결합재 비(W/B)를 가지는 사용 배합의 특성상 수축으로 인한 균 열이 발생하기 쉽다. 이러한 3D 콘크리트 프린팅의 수축에 대한 문제는 섬유 혼입을 통해 해결할 수 있고, 부가적으로 적층성 향상의 이점을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 이러한 섬유 보강 3D 프린팅 모르타르의 역학적 특성을 살펴보고자 섬유 혼입률을 변수로 실험하였다. 보강 섬유로는 PP섬유를 사 용하였고, 섬유 혼입률 0, 0.2, 0.5, 0.8%를 변수로 실험하였다. 갠트리 방식의 3D 프린터에 30 × 30 mm 사각형 개구부를 가진 노즐을 설치해 1300× 800mm 크기의 직사각형 형태로 모르타르를 출력 하였다. 호퍼 회전속도 6 rpm, 노즐 이동 속도 1500 mm/min을 적용하여 출력하였고, 1층 높이를 30mm로 출력하여 5층 적층하였다. 적층 완료 후 압축강도, 휨인장강도, 층간 부착강도를 측정하기 위 한 시험체를 각각 추출하였고, 28일 수중 양생 후 각 강도실험을 통해 역학적특성을 평가하였다.

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.

The significance of this study lies in addressing critical issues prevalent in the worldwide construction sector, particularly concerning the durability and sustainability of cement-based materials. Plain cement composites commonly suffer from deficiencies in tensile strength and strain capacity, resulting in the formation of nano-cracks under relatively low tensile loads. These nano- cracks pose a significant challenge to the longevity and resilience of cement matrices, contributing to structural degradation and reduced service life of infrastructure. To mitigate these challenges, the integration of cellulose nanofibers (CNF) as reinforcements in cement composites presents a promising solution. CNF, renowned for their exceptional material properties including high stiffness, tensile strength, and corrosion resistance, offer the potential to significantly enhance the mechanical performance and durability of cement-based materials. Through systematic experimentation, this study investigates the effects of CNF reinforcement on the mechanical properties of cement composites. By leveraging ultrasonically dispersion techniques, CNF extracted from bamboo, broad leaf, and kenaf are uniformly dispersed within the cement matrix at varying concentrations. Compressive and flexural tests are subsequently conducted to evaluate the impact of CNF on the strength characteristics of the cement composites. By elucidating the efficacy of CNF reinforcement through rigorous experimentation, this study aims to provide valuable insights into the development of construction materials with improved durability and sustainability. Ultimately, this research contributes to addressing critical challenges in the construction industry, offering potential solutions to enhance the performance and longevity of cement-based infrastructure.

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.

PVA 섬유 보강 시멘트 복합체는 매우 복잡한 미세구조를 가지고 있으며, 재료의 거동을 정확히 평가하기 위해서는 미세구조 특성 을 반영하여 실제 실험과 시너지효과를 내며 효율적인 재료 설계를 가능하게 하는 해석 모델의 개발이 중요하다. PVA 섬유 보강 시멘 트 복합체의 역학적 성능은 PVA 섬유의 방향성에 큰 영향을 받는다. 그러나 마이크로-CT 이미지로부터 얻은 PVA 섬유의 회색조 값 을 인접한 상과 구분하기 어려워, 섬유 분리 과정에 많은 시간이 소요된다. 본 연구에서는 섬유의 3차원 분포를 얻기 위하여 0.65μm3 의 복셀 크기를 가지는 마이크로-CT 이미지 촬영을 수행하였다. 학습에 사용될 학습 데이터를 생성하기 위해 히스토그램, 형상, 그리 고 구배 기반 상 분리 방법을 적용하였다. 본 연구에서 제안된 U-net 모델을 활용하여 PVA 섬유 보강 시멘트 복합체의 마이크로- CT 이미지로부터 섬유를 분리하는 학습을 수행하였다. 훈련의 정확도를 높이기 위해 데이터 증강을 적용하였으며, 총 1024개의 이미지 를 훈련 데이터로 사용하였다. 모델의 성능은 정확도, 정밀도, 재현율, F1 스코어를 평가하였으며, 학습된 모델의 섬유 분리 성능이 매 우 높고 효율적이며, 다른 시편에도 적용될 수 있음을 확인하였다.

이 연구는 코르크보드를 보강하여 건축부재 및 놀이기구의 안전부재 등으로 폭넓게 활용할 것을 목적으로 코르크보드의 중층에 금속, 유리섬유, 탄소섬유를 삽입하여 보강한 3종의 코르크복합보드를 제조하였고, 코르크복합보드의 수분흡수에 따른 치수안정성 및 접착층 박리성능을 조사하였다. 코르크복합보드의 흡수율은 0.37% - 0.45%의 범위에 있었고, 코르크보드에 비해 0.61배 - 0.74배의 낮은 값을 나타내었다. 코르크복합보드의 두께팽창률은 0.92% - 1.58%의 범위에 있었고, 코르크보드 보다 1.4 - 2.4배의 높은 값을 나타내었다. 그러나 이 값들은 일반 목질보드보다 현저히 낮았고, KS규격의 12%이하를 하회하는 것이 확인되었다. 코르크복합보드의 준내수 및 내수침지박리시험후의 접착층박리율은 0%로 전혀 접착층의 박리가 일어나지 않아 우수한 내수성을 나타내었고, 흡수율과 흡수두께팽창률은 상온침지에 비해 다소 증가하였으나, 목질보드에 관한 KS규격을 하회하는 우수한 치수안정성을 나타내는 것이 확인되었다.

현장에 적용하는 콘크리트 강도가 증가함에 따라 초고성능 콘크리트의 적용 분야가 넓어지고 있다. 초고성능 콘크리 트에는 강섬유를 일반적으로 사용하고 있지만, 이를 대체하기 위해 다양한 섬유를 연구에 적용하고 있다. 대표적으로 슈퍼섬유 라고 알려진 아라미드 섬유가 있다. 본 연구에서는 초고성능 콘크리트의 특성이 구조물 보수보강 및 내진보강에 적용하기에 적 합하다고 판단하여, 슈퍼섬유 중 하나인 파라아리미드 섬유와 조합한 복합섬유를 혼입한 초고성능 콘크리트를 보-기둥 접합부에 내진보강재로 활용하여 특성을 분석하였다. 초고성능 콘크리트의 내진보강 효과를 확인하였으며 내진상세를 적용한 실험체와 유사한 거동을 확인하였다. 초고성능 콘크리트의 높은 강도로 인해 기존 콘크리트가 파괴되는 양상이 나타나 초고성능 콘크리 트의 보수보강 효과를 모두 발휘하지 못하고 있어 추가 연구를 통해 최적의 보강단면을 설정한다면 내진보강재료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

철근콘크리트 구조물의 동결융해, 염해, 부식 등의 열화 현상으로 인해 구조물의 노후화가 발생되고 있다. 노후화로 인해 성능이 저하된 구조물의 성능 복원을 위해 FRP를 활용한 보수보강이 수행되고 있다. 본 논문에서는 동결융해 작용을 받은 철근콘크리트 보에 카본판재와 카본섬유로 휨 보강하여 동결융해 및 보강에 따른 철근콘크리트 보의 휨 성능을 비교 분석한 실 험적 연구 결과를 제시하였다. 이를 위해 철근콘크리트 보를 제작하여 300회의 동결융해를 수행한 후 카본판재와 카본섬유로 휨보강을 하여 성능 실험을 수행하였다. 실험 결과, 동결융해로 철근콘크리트보의 항복강도는 11% 감소하였으며, 동결융해를 입 지 않은 철근콘크리트보의 항복강도 보강성능은 20%, 동결융해를 입은 후 보강된 철근콘크리트 보의 보강성능은 19%으로 나타 났다. 에너지소산능력을 분석한 결과 본 연구에서 수행한 CFRP 보강이 동결융해로 열화된 철근콘크리트 보의 휨 보강에 유리 한 것으로 나타났다.

This study proposed a seismic reinforcement of RC columns with non-seismic details, a fiber reinforcement method of aramid sheets and MLCP (high elasticity aromatic polyester fiber material) with different characteristics, and 4 full-size column specimens and conducted experiments. The results show that a non-seismic specimen (RC-Orig) rapidly lost its load-bearing capacity after reaching the maximum load, and shear failure occurred. The RC column reinforced with three types of aramid did not show an apparent increase in strength compared to the unreinforced specimen but showed a ductile behavior supporting the load while receiving a lateral displacement at least 1.57 to 1.95 times higher than the unreinforced specimen. The fracture mode of the specimen, according to the application of lateral load, also changed from shear to ductile fracture through aramid-based reinforcement. In addition, when examining the energy dissipation ability of the reinforced specimens, a ductile behavior dissipating seismic energy performed 4 times greater and more stably than the existing specimens.

PURPOSES : The purpose of this study is to experimentally analyze the flexural strength characteristics of cement mortar mixtures simultaneously incorporated with graphene oxide (GO) and polyvinyl alcohol (PVA) fibers, and to understand the composite effect of those on enhancing resistance against the initiation and progression of micro-cracks, as well as the control of macro-cracks in flexural behavior. METHODS : Cement mortar(w/c=0.5) specimens for flexural strength test, mixing 6 mm and 12 mm PVA fibers at 1% and 2% volume ratios, were fabricated. Additionally, specimens incorporating GO at a cement weight ratio of 0.05% were prepared for each mixture to analyze the effect of GO. Therefore total eight types of mixture were prepared. The fabricated specimens were subjected to flexural strength tests after curing in waterbath for 7 and 28 days. Concurrently, digital images for analyzing deformation in accordance with loading history were obtained at a rate of 20 Hz using the DIC technique. Through displacement and strain calculation via DIC, the flexural behavior characteristics of the mixtures combined with GO and PVA fibers were precisely analyzed. Furthermore, the composite effect on flexural behavior characteristics when GO and PVA fibers are incorporated was discussed. RESULTS : For the PVA fiber-reinforced cement mortar mixture, the incorporation of 0.05% GO increased the crack initiation load by up to 23%, and the maximum resistive load after cracking by up to 24%. Moreover, introducing GO into the PVA fiber-reinforced mixture increased the flexural strain just before cracking by approximately 30 to 50%, while the maximum resistive load after cracking exhibited similar strain levels with or without GO incorporation. Therefore, under flexural behavior, the integration of GO might delay crack initiation by increasing the strain concurrent with the rise in flexural stress before crack occurrence. It also seems to contribute to reducing crack expansion by synergistically interacting with PVA fibers after crack occurrence. CONCLUSIONS : It was experimentally examined that the flexural strength of PVA fiber reinforced cement mortar is improved by incorporating GO. Moreover, GO enhances resistance of crack occurrance and reduces crack propagation in combination with PVA fibers. This study suggests that simultaneous incorporation of GO and PVA fibers can synergistically improve the performance of cement composites.