초고성능 콘크리트(UHPC)는 높은 압축강도를 위해 일반콘크리트에 비해 높은 시멘트 및 바인더 함량을 가지고 있다. UHPC 의 시멘트량을 줄이기 위한 연구가 지속적으로 수행되었으며, 그중 플라이애시와 고로슬래그는 각각 20%, 50% 수준까지는 강도 저하 없이 적용 가능하다는 연구가 확인되었다. 본 연구에서는 UHPC 배합에서 시멘트를 플라이애시와 고로슬래그로 치환하여 강도변화 및 유동성 변화를 분석하였다. 압축강도는 플라이애시 치환 실험체가 가장 낮으며, 고로슬래그는 치환 전과 유사한 강도를 보였다. 휨강도 는 고로슬래그, 플라이애시 치환 실험체 모두 감소하였다. 그러나 유동성은 플라이애시, 고로슬래그 실험체 모두 향상되면서 고성능감 수제 저감이 가능한 것을 확인하였다.

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.

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.

이 논문은 72m 초고강도 콘크리트 섬유보강 콘크리트 프리스트레스트 박스거더의 비선형 거동을 해석하는 3차원 해석방법을 제 시하였다. UHPC재료의 비선형 거동을 나타내기 위해 콘크리트 손상소성(CDP)모델을 채택하였다. 제시된 응력-변형률 관계 곡선에 근거한 수치해석 모델은 50m UHPC 프리스트레스트 박스 거더 휨실험결과로 검증하였다. 검증된 해석모델을 사용하여 72m UHPC 프리스트레스트 박스거더의 휨거동을 파악하는데 적용하였다. 각 하중단계에 따른 하중 변위관계, 응력상태 및 연결부분 상세를 해 석하였다. 하중-변위관계 곡선과 설계하중 및 극한하중 비교 결과는 UHPC 박스거더 휨거동을 해석하는 적절한 수단으로써 비선형 유한요소법의 적용성을 입증하고 있다.

철근 콘크리트 하수관거는 경제적 장점과 내구성으로 인해 많이 사용되고 있다. 오랜 공용시간 이후 하수관거는 하 수의 산화물과 공용하중에 의해 열화가 진행된다. 본 논문은 초고강도 콘크리트로 갱생한 열화된 콘크리트 하수관거의 구조적 성능에 대해 연구하였다. 실험변수는 초고강도 콘크리트 관거 상부슬래브와 벽체의 두께의 조합으로 구성하였다. 네가지 종류의 초고강도 콘크리트 관거가 극한하중을 받을 때까지 내하력을 파악하기 위해 실험을 진행하였다. 보통 강도 콘크리트에 비해 상 대적으로 작은 두께의 초고강도 콘크리트 관거는 열화된 내부 부분을 치핑하고 갱생함으로써 단면의 손실을 최소화할 수 있다. 실험결과에 의하면 열화된 콘크리트 관거를 갱생하는데 적용된 새로운 얇은 두께의 초고강도 콘크리트 구조물이 재하하중을 만 족하고 실제 공학적 적용에 용이성을 있음을 나타내고 있다.

초고강도 섬유보강 콘크리트 데크플레이트는 높은 콘크리트 압축력과 섬유에 의한 휨인장력의 우력으로 동바리 지지없이 얇은 두께의 데크플레이트로 고정하중과 작업하중을 견딜 수 있는 강성을 가지고 있다. 본 연구는 슬래브 두께, 섬유의 종류와 혼입률, 철근 및 GFRP를 변수로 휨실험을 수행하였다. 40mm∼50mm 두께의 120MPa 초고강도 콘크리트에 강섬유를 체적 대비 1.5% 이상을 혼입한 데크플레이트로 슬래브의 자중과 작업하중을 부담할 수 있으며, 철근을 보강하면 내하력이 더욱 증진 되고 연성거동을 하는 데크플레이트 특성을 가지는 것을 검증하였다.

본 연구는 초고성능 콘크리트의 성능을 보다 향상시키기 위해 현재 콘크리트 보강에 사용하는 섬유들을 조합한 복합 섬유를 제작하여 복합섬유 혼입 초고성능 콘크리트의 강도 특성을 분석하였다. 복합섬유 4종과 단일섬유 3종을 각각 혼입하여 유동성과 압축, 휨강도 실험을 진행하였다. 복합섬유와 단일섬유 혼입 시험체 모두 유동성 평가를 만족하였으며, 단일섬유가 조금 더 우수한 성능을 나타내었다. 강도 평가결과 파라아라미드 섬유와 강섬유를 조합한 복합섬유 2종이 가장 우수한 결과를 나타내었으며, 복합섬유 직경 차이에 따라 압축 및 휨강도 보강효과가 다르게 나타난 것을 확인할 수 있었다. 압축강도 감소를 최소화하며 휨강도를 증가시킨 결과를 통해, 복합섬유는 단일섬유 간의 단점을 서로 보완할 수 있을 것으로 판단되며, 본 연구를 통해 차후 콘크리트의 다양한 재료적 특성을 보강하는 복합섬유도 충분히 제작 가능할 것으로 판단된다.

UHPFRC 15 M 분절형 박스거더에 대한 비선형 재료 및 비선형 기하학적 유한요소해석을 수행하였다. UHPFRC의 인장 및 압축 영역에서의 구성방정식은 공시체 시험을 기반으로 하였고, 체적 대비 강섬유 혼입률이 각각 1.0%, 1.5% 및 2.0%에 대해 해석을 수행하였다. UHPFRC를 위한 3차원 8 node hexahedron brick model과 1차원 embedded steel element를 기반으로 모델링하였다. UHPFRC 박스거더 단면에서 하부플랜지에 14개, 24개, 32개의 15.2mm 강연선을 모델링하여 실험결과와 비교하였다. 하중과 변위관계, 선형거동에서 비선형거동으로 변하는 시점에서 하중 및 중립축 변화 과정이 실험결과와 비교해 볼 때 정확하게 산출되었다. 따라서, 압축 및 인장구역에서 구성방정식을 반영한 재료적 비선형해석, UHPFRC 분절형 박스의 기하학적 비선형 해석이 유효함을 알 수 있다.

It is a well known that concrete is strong for compression and weak for tension. For reinforcing the weakness and improving the performance about concrete, various methods are used. Fiber reinforced concrete that is one of them has been investigated in this study. The function of fiber in concrete is to improve the stress strain relation and toughness, crack control. It’s applied from normal strength concrete to ultra-high performance concrete. But it is essential to disperse fiber uniformly and to prevent aggregation of fiber in concrete, in order that fiber reinforced concrete show the sufficient performance. The various properties of fiber affect the essential properties, for instance, length and diameter of fiber, source, etc. So, this study evaluated the ultra-high performance concrete with mixed in composite fiber.

Since 1990’s, many researches about ultra high performance concrete have been conducted. Compare to conventional concrete, it shows significantly high compressive and tensile strength so that leads to reduce the self weight of structures. However, the use of slender member may meet the buckling failure that is not common phenomenon in concrete structures so far. Most design codes have not suggested any provisions for buckling limit states and very few of researches have been conducted for buckling of concrete girders. In this study, a number of finite element analysis were carried out to investigate the buckling behavior of UHPC I-shaped girders.

This study investigates the flexural shear strength of ultra high performance concrete I-girder. The effect of aspect ratio on the flexural - shear strength of UHPC was analyzed using finite element analysis. The UHPC I-type girder was modeled using 3D shell elements and analyzed using geometric and material nonlinear analysis. The boundary condition is simple support condition and a displacement load is applied to the center of the upper flange. The results shows that shear strength decreased as the aspect ratio increased and the bending-shear failure of UHPC I-girder does not occur even at larger moment than ordinary concrete due to the cross-linking action of steel fiber.

UHPC(Ultra High Performance Concrete) is used widely with its remarkable performance, such as strength, ductility and durability. Since the fibers in the UHPC can control the tensile crack, the punching shear capacity of UHPC is higher than that of the conventional concrete. In this paper, seven slabs with different thickness and fiber volume ratio were tested. The ultimate punching shear strength was increased with the fiber volume ratio up to 1%. The shear capacity of specimens with the fiber content 1% and 1.5% do not have big differences. The thicker slab has higher punching shear strength and lower deformation capacity. The critical sections of punching shear failure were similar regardless of the fiber volume ratio, but it were larger in thicker slab.

Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) has a outstanding tensile hardening behaviour after a crack develops, which gives ductility to structures. Existing shear strength model for fiber reinforced concrete is entirely based on crack opening behavior(mode I) which comes from flexural-shear failure, not considering shear-slip behavior(mode II). To find out the mode I and mode II behavior on a crack in UHPFRC simultaneously, maximum shear strength of cracked UHPFRC is investigated from twenty-four push-off test results. The shear stress on a crack is derived as variable of initial crack width and fiber volume ratio. Test results show that shear slippage is proportional to crack opening, which leads to relationship between shear transfer strength and crack width. Based on the test results a hypothesis is proposed for the physical mechanics of shear transfer in UHPFRC by tensile hardening behavior in stead of aggregate interlocking in reinforced concrete. Shear transfer strength based on tensile hardening behavior in UHPFRC is suggested and this suggestion was verified by comparing direct tensile test results and push-off test results.

본 연구에서는 단일강섬유와 하이브리드강섬유로 보강된 UHPC의 휨강도 및 연성을 평가하기 위해 세 개의 휨파괴형 보에 대한 4점 가력 실험을 수행하였다. 실험 결과 단일섬유로 보강된 UHPC보다 하이브리드 섬유로 보강된 UHPC가 강도 및 연성 모든 측면에서 더 우수한 구조성능을 보유한 것으로 나타났다. 설계시의 안전성에 대해 평가하기 위하여, K-UHPC 구조설계지침에서 제공하는 방법에 따라 실험 체의 강도와 연성을 평가해본 결과 현재의 재료모델은 강도에 대해서는 보수적으로 평가할 수 있으나 연성에 대해서는 과대평가하는 것으로 나타났다.

이 연구에서는 최근 개발된 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPSFRC)의 압축연화 거동을 실험을 통해 측정하였다. 압축 연화곡선을 안정적으로 측정하기 위해 실험체의 횡 방향 변형을 제어하여 실험을 수행하였다. 실험에 사용한 UHPFRC의 배 합은 모두 세 가지(M1, M2, M3)이며, 평균 압축강도는 각각 순서대로 131.0, 161.6, 171.5 MPa로 측정되었다. 압축강도와 섬유함유량에 따라 압축연화곡선의 거동이 다르게 나타났다.