도로터널의 연장과 대형화로 인해 화재 발생 시 터널 구조물의 안전확보가 중요한 과제가 되고 있다. 터널에서 화재가 발생할 경우, 콘크리트 라이닝이 고온에 노출되면서 강도저하 및 폭렬에 의한 구조적 손상을 초래할 수 있으며, 이를 방지하기 위해 다양한 내화공 법이 연구되고 있다. 이 연구에서는 폭렬을 억제하기 위한 내화공법으로 고온 노출에 따른 섬유혼입콘크리트의 온도전이 특성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 온도전이 특성 실험은 200×200×200mm 크기의 큐브 형태의 시험체에 0.6, 0.8, 1.0kg/m3의 섬유를 혼입하여 시험체를 제작하였다. 섬유혼입콘크리트 내부온도를 측정하기 위하여 표면에서부터 20mm 간격으로 100mm까지 총 6개의 K타입 열전 대를 설치하였고, 전기 내화로를 사용하여 RWS 화재곡선을 모사하여 시험체를 가열하였다. 실험결과, 섬유를 혼입한 콘크리트는 섬유 를 혼입하지 않은 Control 변수에 비해 내부온도가 낮아지는 경향을 보였다. 이는 고온에서 내화섬유가 용융되면서 콘크리트 내부의 수증기압을 감소시켜 효과적으로 억제된 것으로 보인다. 특히 내화섬유 0.8kg/m3을 혼입한 경우 60mm 이상에서 효과적으로 콘크리트 내부 온도 상승을 억제한 것으로 나타났으며, 폭렬에 의한 구조적 손상을 방지하기 위한 적정 수준의 내화섬유 혼입량은 필요할 것으 로 판단된다. 그러나 많은 양의 섬유 혼입은 고온에 따른 섬유 용융으로 인해 내부에 다량의 공극이 형성되어 폭렬 억제에는 효과적 일 수 있으나, 다량으로 형성된 공극에 따른 온도 확산이 더 빠르게 진행되어 적절한 피복두께 확보가 필요할 것으로 판단된다. 따라 서 도로터널 내화 지침(국토교통부, 2021)의 콘크리트(380℃) 및 철근(250℃)의 한계온도 이내를 만족하기 위해서는 피복두께는 최소 100mm 이상을 확보해야 할 것으로 판단된다. 이는 터널 구조물의 내화성능을 개선하기 위한 기준을 제시하며, 향후 도로터널의 안전 성을 강화하기 위해 섬유혼입량과 철근 피복두께 간의 상관관계에 대한 추가적인 실험 및 해석적 검토가 필요할 것으로 판단된다.

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.

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.

PURPOSES : The purpose of the study was to examine dynamic features of concrete after mixing a little macro fiber with small aspect ratio and long length utilized for bridge, tunnel and shotcrete for tensile performance and crack control in domestic/overseas countries with cement concrete pavement mix. METHODS : Coarse aggregates with small aspect ratio and macro fibers with maximum length of approximately 32 mm are introduced in small quantities in the mix proportions of concrete pavement so as to prevent loss of the workability. Then, this study intends to evaluate the applicability of macro fibers in the mix proportions of concrete pavement by examining the basic construction performance, as well as the change of toughness, the equivalent bending strength and the flexural toughness index caused by compression, bending, tension and the flexural stress-displacement curve. RESULTS : As the results, in each kind of macro fiber, polyvinyl alcohol fiber and steel fiber displayed a good performance. CONCLUSIONS : In 0.2 and 0.3% of fiber contents, it is appeared that polyvinyl alcohol fiber has a large effect on improvement of tensile performance and steel fiber on improvement of deforming performance of bending stress.

국내 화력발전산업 등에서 발생하는 폐기물 및 산업부산물이 점차 증가하고 국가적으로 해양투기를 법적으로 금지함에 따라 단순 매립 처리되는 석탄회 등의 산업부산물의 경제적이고 효율적인 재활용 방안을 확보하는 것이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 산업부산물의 재활용 방안으로 입자에너지를 높여 활성화시킨 산업부산물과 세라믹섬유를 동시 혼합한 콘크리트를 개발하였다. 개발된 산업부산물의 활성분체 및 세라믹섬유 혼합 콘크리트의 실현장 적용을 위해 압축 및 할렬인장강도 등의 재료성능을 평가하였다.

본 연구에서는 비정질강섬유의 혼입이 초고강도콘크리트의 폭렬특성에 미치는 영향이 실험적으로 검토되었다. 콘크리트는 압축강도 100과 150 MPa의 초고강도콘크리트가 사용되었다. 폴리프로필렌섬유는 0.15 vol%, 비정질강섬유는 0.3 및 0.5 vol%가 혼입되었다. 시험체는 콘크리트의 압축강도와 섬유혼입 조건에 따라 6수준이 제작되었고, ISO-834 가열곡선에 의해 가열되었다. 결과로써 폴리프로필렌섬유와 비정질강섬유가 혼입된 초고강도콘크리트의 폭렬제어에 있어서는 용융된 폴리프로필렌섬유가 형성하는 공극네트워크를 통해 수증기가 이동하는 효과가 지배적인 것으로 나타났다. 또한, 비정질강섬유 0.3v ol% 혼입률에서는 폭렬제어에 큰 영향을 미치지 않지만, 0.5 vol%의 비정질강섬유가 혼입될 경우에는 수증기가 이동할 수 있는 균열의 발생이 억제됨으로써 콘크리트 폭렬의 원인으로 지적되고 있는 수분막힘층(moisture clog)가 형성될 가능성이 높은 것을 확인할 수 있었다.

일반적인 고인성․고성능 시멘트 복합재료의 경우 균질한 재료분포를 위하여 기본적으로 굵은 골재를 배재하는 경향이 있다. 그러나, 굵은 골재를 배재한 섬유 복합 시멘트 모르타르의 경우 재료의 탄성계수가 낮으며 단위시멘트량이 높아 경제성과 효율이 낮은 배합이기 때문에 대량으로 신규 구조물에 적용하기 힘들다. 따라서, 본 연구에서는 적절한 수준의 굵은 골재를 혼입하였지만 여전히 휨인성과 휨강도는 확보하고 있는 동시에, 균열 분산성능도 보유하고 있는 고인성 섬유보강 콘크리트에 대한 개발 연구를 수행하였다. 굵은 골재의 혼입량을 실험 변수로 실험 연구를 수행하였고, 결과에 따르면 고인성 모르타르의 기본 배합에 굵은골재를 잔골재의 25%중량비로 추가한 경우에서 가장 좋은 휨인성 그리고 균열분산 특성을 나타내었다. PVA섬유는 균열분산과 연성 증진에 효과적이었고, 강섬유 섬유의 경우 균열분산보다는 강도 증진에 효과적이었다.

This paper describes the effect of steel fiber volume fraction and aspect ratio on mechanical properties of SFRC with compressive strength of 40 MPa. In this study, The fiber volume fractions consist of 0.25%, 0.50% and 0.75% and aspect ratios are 64 and 80 used. The prisms with 150×150×550 mm were made and tested in accordance with EN-14651. Test results show that the superior flexural performance was observed in SFRC with higher fiber volume fraction and aspect ratio.

최근 건설현장에서 작업자의 고령화 및 숙련공 부족 현상이 중요 문제로 부각되고 있으며, 또한 최근 건설구조물이 점차 고층화, 대형화됨에 따라 부재의 형상이 복잡해지고 있다. 이러한 건설 환경의 변화에 따라 국내 및 국외에서 고유동 콘크리트에 대한 연구 및 개발이 증대되고 있다. 고유동 콘크리트는 재료분리 없이 굳지 않은 콘크리트의 유동성을 개선시켜 다짐 작업 없이 자기 충전이 가능한 콘크리트를 말한다. 하지만 고유동 콘크리트는 인장 및 휨 강도의 저하와 균열 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 문제점을 해결하기 위하여 고유동 콘크리트에 양마섬유를 혼입하였다. 양마섬유의 경우 천연섬유로 친환경적이며 이산화탄소의 흡수량이 많아 콘크리트 생산과정에서 배출되는 이산화탄소의 양을 상쇄시킬 수 있을 것으로 보인다. 또한, 기존 콘크리트의 섬유 보강재로 사용되었던 황마와 유사한 특성을 지녔으며 짧은 생육 기간으로 대량생산이 가능하여 경제적이다. 양마섬유는 섬유 표면이 거칠어 콘크리트와의 부착력이 뛰어나고 섬유의 인장력이 우수하여 콘크리트의 인장강도 증진과 균열 저감 효과가 있을 것으로 사료된다. 또한, 산업부산물의 일종인 플라이애쉬와 고로슬래그를 혼입하여 탄소저감 효과와 폐기물의 처리로 환경적인 측면에서 긍정적인 효과가 기대된다. 따라서 본 연구에서는 이와 같은 재료로 시멘트의 일부를 대체하여 양마섬유를 혼입한 고유동 콘크리트의 강도 특성을 알아보고자 하였다.

Recently, fiber-reinforced concrete has been commonly applied to floor slabs. Therefore, this study introduces a program that can determine an optimum content of fibers incorporated in concrete accounting for the flexural and punching shear capacities, as well as serviceability conditions in the design of fiber-reinforced concrete floor slabs.

According to the KCI 2012, it is presented that steel fiber can replace minimum shear reinforcement when beams are designed. However, there is no standard for columns, and there is a lack of research on SFRC columns. Therefore, it is evaluated how much the capacity of columns increases according to the volume fraction of steel fiber through the cyclic lateral loading tests. Also, it is evaluated whether steel fiber can replace transverse reinforcements in concrete columns.

This paper examines the effect of steel fiber volume fraction on compressive and flexural properties of high-strength concrete with compressive strength of 40 MPa. The fiber volume fractions used in this study consist of 0.5, 0.75 and 1.0%. The prisms with 150x150x550 mm were made and tested in accordance with EN-14651.

Based on the study of researchers carried about SFRC, it was found that SFRC was effective to achieve flexural toughness according to higher volume fraction. On the other hand, higher volume fraction did not effect at compressive strength and toughness.

이 논문은 표면 차수벽형 석괴댐(Concrete-Faced Rock-Filled Dam) 콘크리트의 내구성능 개선에 관한 것이다. 댐은 영구 구조물이 며 그 중요성을 감안할 때 충분한 내구성능이 확보되어야 한다. 이 논문에서는 플라이애시와 PVA 섬유를 혼입함으로써 차수벽 콘크리트의 내 구성능을 개선하고자 하였으며, 플라이애시와 PVA 섬유 혼입율에 따른 내구성능 향상 검증을 위하여 기본물성 (강도, 소성수축, 자기수축)을 포함한 내구성능 검증 실험(염소이온 침투, 마모 저항성, 동결융해 저항성)을 수행하였다. 실험 결과, 플라이애시 15%와 PVA 섬유 0.1%를 혼 입하였을 때 내구성능 개선 효과가 뛰어난 것으로 나타났다. 검증된 차수벽 콘크리트의 현장 적용을 통해 표면 차수벽형 석괴댐의 안전성 및 내 구성 개선에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

Concrete behaves as a brittle material with low tensile strain capacity. By adding fibers, the cracking in concrete matrix is controlled, and the mechanical properties are improved. In this study, the mechanical properties of fiber reinforced concrete are compared with fiber type and fiber volume fraction. From the results, the fiber mixed in concrete must be at least 0.5% regardless fiber type, in order to ensure the compressive and flexural strength equivalent or higher than OPC.