이 연구는 다방향성 바잘트 섬유 시트로 보강한 철근콘크리트 보의 보강방법에 따른 전단거동을 실험을 통해 확인하 였다. 실험변수는 보강방법(무보강, 45도 90도 U형)과 보강겹수(0, 1 2겹)를 변수로 두었으며 전단강도실험결과 바잘트섬유시트 를 90도로 1겹 보강하였을 때 최대 11% 이상의 보강성능을 확인하였다. 또한, 유효변형률을 검토한 결과 섬유양이 증가함에 따 라 유효변형률이 감소함을 확인하였다.

이 연구는 바잘트 섬유시트로 전단보강한 철근콘크리트 보의 전단경간비에 따른 구조물의 구조적 거동을 실험을 통해 확인하였다. 철근콘크리트 보의 전단보강은 무보강, 45도, 90도, U형보강을 변수로 두었으며 전단경간비에 따른 실험결과 U형으로 보강하였을 때 철근콘크리트 보의 전단보강효과가 높음을 확인하였다.

In recent, fiber-reinforced composites have been widely used in many fields because of their excellent performance. In order to manufacture lightweight, high-performance, and inexpensive composites various laminated structures were designed. Six types of hybrid composites were fabricated with glass/basalt/aramid fibers by VARTM process. The effect of the laminated structure on the mechanical properties of composites was investigated through impact energy, tensile and bending strength. Compared to other conditions more higher impact energy was obtained when the aramid fibers were in the center position and more higher bending strength was obtained when the fibers are laminated in the order of increasing bending performance from top to bottom. The laminate structure did not affect tensile strength which mainly depends on the property of fibers.

현무암 섬유를 함유한 BFRP 시트와 복합섬유 패널로 보강한 정사각형 단면 철근콘크리트 기둥에 대한 반복하중 실험을 수행하여 지진 거동을 검토하였다. 30%가량의 상당한 수준의 축하중비 조건 하에서 전단 손상이 발생하였음에도 불구하고, 보강 실험체에서 변위연성도 및 에너지 소산능력의 증가를 확인하였다. 실험체의 파괴 모드는 휨-전단 고연성 파괴로 분류 되며, 철근콘크리트 구조물에서 자주 관찰되는 파괴 모드이다. 하지만 이러한 파괴에 이르는 정사각형 단면 철근콘크리트 기둥에 BFRP을 포함한 복합재료 보강이 미치는 영향에 대한 연구가 현재까지 광범위하게 이루어지지는 않았다. 복합재료로 보강한 철근콘크리트 기둥의 휨-전단 거동을 보다 깊이 이해하는데 본 연구의 결과가 기여할 것으로 기대한다.

복합재료의 구조물 활용에 있어 동적하중에 의한 재료성능에 대한 영향성은 빈번하게 발생할 수 있다. 이들 동적하중들 중 피로하중은 실제적으로 복합재료 구조 또는 부재의 손상이나 파괴를 야기하는 주요 원인이 된다. 본 연구의 일차적인 목표는 이들 복합재료의 휨 피로 성능을 조사할 수 있는 장비 개발이며 두 번째 목표로는 이들 장비를 활용, 바잘트 복합재료에 대한 휨-피로성능에 대한 초기 연구를 수행하는 것이다. 이를 위하여 진공압출공법을 활용, 평균 두께 4.0mm의 바잘트 섬유보강 플레이트를 제작하였다. 총 5개의 휨-피로 시편들이 제작되었으며 각 시편들은 반복응력 비 Smin/Smax = 1의 크기로 각 시편에 작용하였다. 이때 초기 응력레벨은 122.24MPa로 고려되었으며 재료의 파괴 한계상태를 국외자료를 토대로 초기 강 성 대비 20% 강성 감소로 고려하였다. 최종적으로 본 연구를 통하여 총 3단계 구간들에서 강성값의 감소 변화를 확인할 수 있었다. 첫 번째 구간에서는 대체적으로 높은 강성 감소가 시험체에서 발생하였으며 이후 두 번째 구간에서도 지속적인 강성값 감소가 확인되었다. 최종적으로 3단계 구간에서 복합재료 내 섬유 파단과 더불어 복합재료 전체에 대한 한계파괴상태에 도달하였다.

FRP 시트(Sheet)를 활용한 보강 공법은 제작 과정에서의 간편함과 시공의 용이성으로 현장에서 다수 적용되고 있으며, 기존 연구자들은 FRP 시트로 보강한 철근콘크리트의 휨강도를 예측하기 위한 연구를 진행하였다. 그러나 이는 주로 탄소 섬유와 유리 섬유에 한정되어 있었다. 이 연구에서는 바잘트 섬유시트의 역학적 성질을 파악하기 위하여 물성 시험을 수행하였으며, 바잘트 섬유시트로 보강한 철근콘크리트 보의 휨실험을 수행하였다. 휨실험 결과 보강량이 증가할수록 실험체의 내력이 증가하였다. 또한 휨파괴 및 시트 파단, 시트 부착 탈락, 시트 박리가 발생하였다.

최근 국내에서 토목 및 건축구조물의 노후화 및 성능저하에 따른 사회적인 우려가 발생하고 있다. 일반적으로 노후 구조물의 보수보강 방법으로는 외부 부착공법이 가장 많이 사용되고 있으며 시공 용이성을 위하여 GFRP나 CFRP Sheet나 Plate를 활용한 부착 보강방법이 활발히 적용되고 있다. 그러나 이들 방법은 온도에 취약하며 탄소섬유의 경우 경제성이 낮다는 우려가 발생한다. 본 연구에서는 친환경적이고 내열성이 상대적으로 우수한 현무암 섬유(BFRP)를 활용하여 온도변화 및 콘크리트 표면 내 균열발생에 따른 BFRP-콘크리트의 인장 부착성능 및 파괴 패턴을 실험적으로 평가하였다. 그 결과 구조물의 온도가 상승함에 따라 BFRP-콘크리트 계면의 부착성능은 약 30%정도 감소하는 것으로 나타났으며 내열성 수지를 사용한 보강재의 경우 일반 함침용 에폭시 수지보다 부착성능이 다소 우수한 것으로 평가되었다. 콘크리트 표면 내 균열 발생된 경우 균열의 폭이 증가함에 따라 부착 성능은 약 20%씩 감소하는 것으로 나타났다. 하지만 균열보수제로 보강 후 계면에서의 부착성능의 경우, 보강 전 대비 약 30% 정도의 개선효과를 나타내었다.

최근 국내 구조물들의 노후화가 진행됨에 따라 구조물 보강과 관련된 연구에 대한 관심이 높아지고 있다. FRP보강은 노후화가 진행되어 성능이 저하된 구조물을 보강하는데 사용되며 주로 유리섬유 및 탄소섬유를 사용한다. 그러나 이 두 가지의 섬유는 경제적으로나 환경적으로나 나쁜 점이 있다. 따라서 본 연구에서는 친환경적이고 내열성이 우수한 현무암 섬유를 구조 용 보강재로 제시하고자 하였다. 또한 본 연구에서는 현무암 섬유에 가장 적합한 수지를 찾기 위하여 에폭시, 폴리에스테르 및 비닐에스테르를 함침 하였다.그 결과, 에폭시 수지를 사용하였을 때 가장 높은 인장 강도 및 탄성계수를 보였으며 전단강도 및 전단탄성계수가 타 수지에 비하여 50%정도 높게 측정되었다. 현무암섬유와 탄소, 유리 섬유의 물성을 비교한 결과 인장강도는 CFRF의 약 60%정도이나 GFRP보다 30%정도 높게 나타내었다.

조합하중 작용 시 현무암섬유 강화 복합재료(BFRP) 플레이트의 좌굴거동에 대한 해석적 연구를 유한 요소법(FEM)을 통하여 평가하였다. 복합재료 플레이트 내에서 고려될 수 있는 경계 조건, 치수의 종횡비 및 하중 조건과 같은 다양한 매개변수에 대한 영향성을 연구하였다. BFRP의 역학적 성질은 국내에서 제작된 시편을 이용하여 인장 및 면내 전단 실험을 통하여 구하였다. 산정된 물성치를 토대로 고전적인 판 이론을 이용하여 대칭으로 적층된 판을 우선적으로 분석하였다. 그 결과 2축 및 전단에 대한 조합 하중의 경우, 종횡비가 0.5∼1.0 일 때 좌굴하중이 빠르게 감소한다는 것을 알 수 있었다. 이와 반대로, 종횡 비가 1.0∼2.5 일 때는 좌굴하중이 약간 감소하는 경향이 보였다. 또한, 기존 축 방향 하중의 평면 내 전단 하중을 조합하여 추가할 경우 플레이트 판 내의 좌굴하중 감소가 약 4% 정도로서 큰 영향을 미치지 못함을 알 수 있었다.

콘크리트 구조물은 시간이 지남에 따라 다양한 원인에 의해 성능이 저하된다. 국내 수많은 구조물들은 1970년대에 급속히 건설되어 현재 노후구조물로서 성능이 저하되어 이에 따른 안정성 문제에 관심과 우려가 발생하고 있다. 이에 따른 성능이 저하된 구조물에 대하여 FRP를 활용한 보강 공법은 구조적인 단점과 경제적인 단점 등 부정적인 요인이 존재하여 현재 새로운 건설소재 및 보강공법 개발의 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 우레탄계 코팅제를 적용하여 2mm이하 현무암 단섬유를 함침, 새로운 보강방법을 연구하였으며 이들 보강공법의 휨 성능개선에 대하여 실험을 통해 평가하였다.

In this paper, laboratory tensile tests were performed for the basalt, glass and carbon fiber reinforced polymer. Epoxy resin was used as the polymer for this composite material. The procedure of the experiment was based on the criteria specified in ASTM D3039 / 3039M. Moreover, a Universal Testing Machine (UTM) with 100 kN capacity was used in this experiment. Results of the performance of each composite material were analyzed. In case of fiber type, carbon fiber reinforced polymer showed the best performance; followed by basalt fiber and glass fiber reinforced polymer with the elastic modulus of 37.03 MPa and 33.10 MPa, respectively.

This study was evaluated compressive strength of fiber reinforcement mortar using basalt fiber as part of a basic study for development to fiber reinforcement mortar using basalt fiber. Results of assessment, influence of the compressive strength according to used superplasticizer (SP) has shown that without, in addition, compressive strength according to used viscosity agent (VA) is determined that the compression strength decreased due to the bubbling.

This study was evaluated fluidity properties on the performance of fiber dispersion of basalt fiber in mortar matrix as part of a basic study for development to fiber reinforcement mortar using basalt fiber. Results of assessment, fiber dispersion performance of of fiber reinforcement mortar using basalt fiber, showed that viscosity agent is more effective to improve the fluidity and fiber dispersion than superplasticizer.