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 연구는 길이 1m의 SD400 D13, D10 철근 시편의 중앙 20cm를에 염화칼슘(CaCl2–10%)과 10V의 전압을 인가하여 부식을 촉진시킨 수, 부식으로 인해 줄어든 단면적과 철근의 인장 거동과의 관계를 파악하기 위한 것이다. 9주 동안의 실험을 통해 평균 15.57%의 단면 손실을 이루었으며, 이때 부식이 진행된 시편에서 항복응력의 저하, 탄성계수 감소 등의 현상이 나타난 것을 확인할 수 있다.

Based on the study of the Rule of Mixture for FRP (Fiber Reinforced Polymer), it was found that the tensile strength of FRP rebars (reinforcing bars) with circular cross-sections could be estimated with proper reduction coefficients. In this study, a reduction coefficient for FRP rebars with a diameter of 16 mm was proposed.

이 연구는 철근 부식 문제의 해결 방안으로 떠오르고 있는 섬유복합체(Fiber Reinforced Polymer, FRP) 보강근에 대해 인장강도 추정식인 혼합법칙을 보정하여 FRP 보강근의 인장강도를 좀더 정확히 예측할 수 있는 방법론을 제안하는데 그 목적을 두었다.