현재 철근콘크리트 분야에서 부재의 철근을 FRP 보강재로 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)는 특히 내화학성이 우수하여 보수 및 보강재로 큰 장점을 가지 며, RC 구조물의 보강재로 주로 사용되고 있다. CFRP 그리드의 경우 수지를 이용하여 섬유를 결합한 형 태를 가진다. 이러한 형태는 외부의 영향에 의해 수지 혹은 섬유의 손상으로 강도 저하가 발생할 수 있다. CFRP 그리드의 산성에 대한 저항성을 침지기간에 따른 인장강도 변화량 및 SEM과 무게 변화를 통해 확인하고자 한다. 따라서 Ph 농도 1~3의 강산성에 CFRP 그리드를 침지시키는 방식을 통해 내 화학 실험을 진행한다. 황산()을 이용하여 산성 용액을 제작한 후 실험을 진행하였다. 실험은 항온장치에서 60℃의 온도로 침지기간은 30, 60, 90, 180일로 한다. 그리드의 인장강도 변화를 확인하기 위하여 기간 별 시편의 수는 5개로 하며 침지시키지 않은 그리 드를 포함하여 총 25개의 시편을 실험한다. 인장실험을 통해 변형률 및 인장강도 변화를 확인한다. 그 리드의 섬유 및 수지의 변화 확인을 위해 실험진행 전 그리드의 무게를 측정 및 SEM(전자주사현미 경) 데이터 확보 후 실험을 진행한다. 기간별 침지된 그리드와 비교를 통해 기간별 섬유 및 수지의 영 향 정도를 확인한다. 본 연구에서는 산성이 CFRP 그리드에 미치는 영향을 조사하기 위해 인장강도, SEM, 무게 변화를 통해 연구하였으며, 이를 통해 산성의 영향을 받는 CFRP 그리드 부재의 안정성을 평가하고자 한다.

탄소섬유 강화 플라스틱 (Carbon fiber reinforced plastics, CFRP)은 고함량의 탄소섬유 (Carbon fiber, CF)와 고분자로 이루어진 복합재료로서, 뛰어난 기계적 성능으로 항공우주, 자동차, 토목 등 다 양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 하지만 사용량 증가에 따른 폐기물의 환경문제와 추출한 재활용 탄소섬유 (Recycled carbon fiber, rCF)의 적용 가능 분야의 한계로 인해 재활용이 제한적인 실정이 다. 본 연구에서는 rCF와 CF 혼입 시멘트계 전자파 복합재를 제작하여 그 성능을 비교 분석하기 위 한 실험을 수행하였다. 구성재료는 시멘트, 잔골재, 고성능 감수제를 사용하였으며, 비교 분석을 위해 CF와 rCF를 각각 6 mm, 12 mm 길이를 0.1, 0.3, 0.5, 1.0 wt.% 함량으로 사용하였다. 전자파 복합 재의 흡수 성능 향상을 위해 각각 다른 함량의 다층 구조를 형성하였으며, 전자파 투과를 낮은 함량에 서 높은 함량 방향이 되도록 측정을 진행하였다. 전자파 차폐성능은 재령 28일 이후 네트워크 분석기 를 사용하여 자유 공간에서 측정하였으며, C-band (4~8 GHz)와 X-band (8~12 GHz) 주파수 영역 에서의 반사율과 투과율을 각각 측정하였다.

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.

Along with the development of the automobile industry, the materials and processing technology of parts have also developed. In particular, various materials have been developed and applied to automobile bumpers, which are directly related to crash safety. In particular, the application of composite materials is expanding for weight reduction. In this study, a new composite material made of a mixture of carbon fiber and aramid fiber was developed and the possibility of application to an automobile bumper was reviewed, and significant results were obtained.

국내 건설현장에서 장스팬 구조물이 증가함에 따라 콘크리트와 강재를 조합한 충전형합성보의 적용이 증가하고 있 다. 충전형합성보는 경제적이며 시공성이 향상되고 콘크리트 축열효과에 따라 내화성도 우수하다. 충전형합성보 내부에 휨성능 을 향상시키기 위해 Re-bar로 보강하여 사용한다. 이는 콘크리트 균열에 의해 부식 되어 내력저하를 유발한다. CFRP Re-bar는 경량이며 내부식성이 우수하다. 그러나 임계온도가 250℃로 낮기 때문에 화재에 취약으로 적절한 내화피복재를 적용해야된다. 따라서 열전달해석을 통해 내부 CFRP Re-bar가 보강된 충전형합성보의 온도분포를 확인하였다. 온도 상승에 따른 휨내력을 산 정하여 피복두께를 제안하고자 한다. 해석결과 단면크기에 상관없이 콘크리트 피복두께 40mm와 뿜칠내화피복재 20mm를 적용 하면 표준화재에서 3시간 내화성능을 확보하는 것으로 평가되었다.

최근 경주, 포항에 연이은 지진 발생으로 인하여 내진설계에 관심이 높아지고 있다. 다가구주택 필로티기둥은 수직 비정형 시스템으로 상,하부층의 강성 차이로 인하여 지진 발생 시 막대한 피해가 예상되기 때문에 다가구주택 필로티기둥의 내 진보강이 필요하다. 그러나 민간 소유인 다가구주택의 경우 막대한 비용과 시간으로 인하여 보강이 어려운 실정이다. 이에 따 라, 복합섬유패널로 에폭시 접착제 미사용으로 건식시공이 가능한 전단보강공법을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 복합섬유패 널 보강 유무에 따른 내진보강공법의 전단내력을 실험을 통하여 검증하였고, 에폭시를 사용하지 않아 일체화 거동을 하지는 않 지만 복합섬유패널의 영향으로 전단내력은 1.46∼1.49배 증가하는 것으로 평가되었다. 따라서 다가구주택 필로티기둥의 내진보 강효과가 있을 것으로 판단된다.

국내 주요 사회기반시설의 70% 이상이 철근콘크리트 구조물로 구성되어 있다. 최근 다양한 사회적ㆍ환경적 변화로 인한 내하력 저하 및 노후화 진행이 발생됨에 따라 섬유강화 복합소재(FRP)를 활용한 유지보수 수요 및 비용이 급격히 증가되 고 있다. 이에 따라 보다 경제적이고 효율적으로 FRP 보강재를 활용함에 있어서 성능을 예측할 수 있는 방법이 요구된다. 본 연구에서는 CFRPㆍBFRP 복합재료를 실험 대상으로 선정하고 성능을 결정하는 주요 인자인 섬유/수지 함침률을 54.3%, 43.9%, 39% 3가지로 분류하여 성능을 평가하고 이를 활용하여 FRP의 성능을 예측할 수 있는 모델식을 개발하고자 하였다. 매개변수에 따른 성능평가 결과, 두 섬유 모두 함침률이 낮아질수록 재료성능 또한 감소되는 것이 확인되었으며, 특히 BFRP의 경우 39%의 함침률에서 감소폭이 CFRP 대비 더 큰 것으로 나타났다. 실험 결과와 기존의 예측 모델식과의 성능 비교를 통해 약 15%의 오 차가 나타나는 것을 확인하였으며, 이에 따른 보정계수를 산정하여 예측 모델식을 재정립하였다.

다가구주택 필로티기둥은 전이구조 형식으로 되어 있어 지진하중에 대하여 전단파괴가 발생하기 쉽다. 이에 따라 내 진설계기준은 강화되고 있지만 이전에 지어진 건축물의 경우 내진보강이 필요한 실정이다. 하지만 기존 습식 공법의 경우 시간 적, 경제적 부담이 크기 때문에 내진보강이 잘 이루어지지 않는다. 따라서 모서리앵글과 CN복합섬유패널을 활용하여 DIY 시공 이 가능한 전단보강공법을 제안하고자 하며 본 실험에서 CN복합섬유패널의 전단성능을 평가하고자 한다. 볼트 연단거리 및 앵 글의 재질을 변수로 설정하여 실험한 결과, 볼트 연단거리가 가까울수록 각형띠판 래티스기둥의 전단내력이 증진되는 것을 확 인하였으며 슬리브 볼트는 고장력 볼트에 비하여 현저히 내력이 저하되어 CN복합섬유패널을 평가하기가 어려웠다. 또한, 알루 미늄앵글은 강재앵글에 비하여 내력은 낮지만 연성능력이 좋은 것으로 평가되었고, 강재앵글은 상대적으로 강성이 크기 때문에 CN복합섬유패널에 주는 영향이 미미한 것을 확인하였다. 이를 실용화하기 위해서 구체적으로 앵글의 크기와 볼트 연단거리를 변수로 설정하여 실험을 수행해야 할 것으로 판단된다.

필로티 공간은 일반적인 건축부재와 달리 부재가 외기와 접해 있고 실내에서 발생 가능한 화재와 가연물의 종류 및 배치 등이 달라 다양한 화재의 위험으로부터 노출되어 있다. 필로티 구조는 기둥으로만 이루어진 사방이 트인 구조로 인해 화 재가 발생할 경우 화재피해를 입은 기둥은 강도 및 강성이 저감되고 부재의 저항성이 저하되므로 단시간 안에 온도가 상승하여 구조체에 영향을 미친다. 이러한 문제점이 발생한다면 건축물 파손으로 인해 피난로를 차단당하여 많은 인명피해가 일어날 것 으로 사료된다. 본 연구에서는 다가구주택의 필로티 공간에서 화재 발생으로 인해 철근콘크리트 기둥에 미치는 화재영향을 확 인하고자, 기둥 국부화재실험을 통해 보강재에 따른 RC 기둥의 온도분포 및 파괴양상을 검토하였다.

Cu matrix composites reinforced with chopped carbon fiber (CF), which is cost effective and can be well dispersed, are fabricated using electroless plating and hot pressing, and the effects of content and alignment of CF on the thermal properties of CF/Cu composites are studied. Thermal conductivity of CF/Cu composite increases with CF content in the in-plane direction, but it decreases above 10% CF; this is due to reduction of thermal diffusivity related with phonon scattering by agglomeration of CF. The coefficient of thermal expansion decreases in the in-plane direction and increases in the through-plane direction as the CF content increases. This is because the coefficient of thermal expansion of the long axis of CF is smaller than that of the Cu matrix, and the coefficient of thermal expansion of its short axis is larger than that of the Cu matrix. The thermal conductivity is greatly influenced by the agglomeration of CF in the CF/Cu composite, whereas the coefficient of thermal expansion is more influenced by the alignment of CF than the aggregation of CF.

본 연구에서는 Aramid FRP와 모서리보강재로 구속한 엔지니어링플라스틱 보강을 통해 기둥의 횡구속 능력을 증대하여 콘크리트 피복 및 압괴 파괴를 지연시킴으로써 휨 항복 후 연성거동을 유도하여 기존 저층 필로티 건축물의 내진 성능을 확보하는 방법을 제시하고 저층 필로티 건축물의 내진취약요인을 분석하여 필요한 전단보강량을 산정, 제안공법의 목표전단보강을 설정하는 것을 목적으로 한다. 엔지니어링플라스틱을 활용한 기둥의 전단보강형상을 제안하고 필로티 구조의 내진취약요인 보강임계점 예측과 예제모델의 구조해석을 통해 제안공법의 목표전단보강량을 검증하였다. 구조해석 결과, 특별지진하중 적용 시, 휨-축력 내력 초과비율이 타 유형군에 비해 낮은 ST-A1(1축편심)을 기준으로 연면적 750m² 이하와 1축 편심 중심-강심편심율 18%이하에 해당될 경우에는 본 논문에서 제안하는 ‘고성능 복합섬유 패널 전단 보강법’을 적용할 수 있는 경계로 제한하고자 한다.

유리섬유 또는 바잘트섬유로 만들어진 고성능 복합섬유 패널은 고강도 보강재이지만, 구조보강을 위해 정사각형 또는 직사각형 구조물에 패널을 부착할 경우에 일체형 거동을 확보하기 위해 모서리 패널이 사용된다. 이러한 모서리 패널을 이용한 복합섬유 패널의 볼트 접합부를 통해 일체형 거동을 확인하기 위해 실험을 진행하였다. 실험변수로 연단거리 비, 측단거리 비, 볼트 배치 형태(엇모배치와 일렬배치) 및 전단면 수가 설정되었다. 강도평가에 대한 실험 결과, 볼트직경에 대한 연단거리비가 4이상 권장된다는 것을 확인하였고 이를 확보할 시 지압에 의한 파괴모드를 확인하였다. 또한, 볼트배치 2종류의 파괴하중은 값이 유사하였다.

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.

In this research, carbon nanotubes(CNT) and graphene nanoplates(GnP) are deposited on the surface of carbon fibers(CF) at once. Investigating the effect between CNT and GnP on increasing the interfacial and mechanical properties of carbon fiber reinforced epoxy composites(CFRP). The cross section of the CFRP composites indicates that the GnPs/CNTs hybrid coating exhibits significantly higher mechanical performance in all coating samples. The interlayer shear strength of the GnPs/CNT hybrid coated CFRP composite was 90% higher than that of the uncoated CF composite. The flexural and tensile strength of CFRP composites using GnPs /CNT hybrid coatings were improved by 52% and 70%, respectively, compared to uncoated CF.

FRP 보강이 RC 기둥의 내진성능에 미치는 효과를 평가하고자 다양한 실험 연구가 수행되어 왔다. 그 중 많은 연구가 휨지배를 받는 원형 단면 RC 기둥의 거동에 초점을 맞추었다. 단면 형태가 FRP 보강에 의한 구속효과에 영향을 주기 때문에, 단면 형태에 따라 보강효과 및 최종손상 양상이 다를 수 있다. 또한, 기존 RC 기둥 중 일부는 현재의 구조기준을 만족하지 못하는 설계로 인하여 취성적인 파괴 모드인 전단 파괴가 발생할 것으로 여겨진다. 이 두 가지 조건을 고려하여, 현무암 섬유를 함유한 FRP 시트와 복합섬유 패널로 보강한 정사각형 단면을 가진 짧은 RC 기둥의 전단 거동을 살펴보기 위하여 반복하중 실험을 수행하였다. 실험 결과에서 전체적인 전단 거동의 개선을 확인하였으며, 이러한 경향은 모서리 부분에서 심각한 손상이 발생할 때까지 유효하였다.