KR20150142416A - 강섬유 및 pva섬유 보강 콘크리트 조성물 및 그 제조방법과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법 - Google Patents

강섬유 및 pva섬유 보강 콘크리트 조성물 및 그 제조방법과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트 9~20 중량%; 물 5~10 중량%; 잔골재 30~35 중량%; 굵은골재 30~44.6 중량%; 순환굵은골재 7~17 중량%; 고로슬래그 미분말 4~7 중량%; 전체 체적부가 100일 경우, PVA(Poly Vinyl Alcohol)섬유 0.1~0.5 체적부; 강섬유 0.3~1.7 체적부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물 및 그 제조방법과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법을 제시함으로써, 무게를 경량화함과 더불어, 콘크리트의 건조 또는 동결에 의해 수축 시 발생되는 인장응력 및 균열을 억제하며, 강성을 증가시키고, 인성의 증가와 충격, 마모, 피로에 대한 저항성과 내구성을 증대시켜 구조물의 안정성 및 내구성을 향상시킴과 더불어, 적용범위를 확대하여 사용성을 향상시키도록 한다.

Description

강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물 및 그 제조방법과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법{REINFORCING METAL FIBER AND PVA FIBER CONCRETE AND MANUFACTUARING METHOD THEREOF, REPAIR PROCESS OF PAVEMENT USING THE SAME THING}
본 발명은 토목, 건설 기술분야에 관한 것으로서, 상세하게는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물 및 그 제조방법과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법에 관한 것이다.
제철분야에 있어서, 용광로에서 철광석으로부터 선철을 만드는 공정에서는 고로슬래그가 부산물로서 다량 발생한다.
또한, 건설분야에 있어서, 건축물의 해체로 인해 발생하는 폐콘크리트의 양은 지속적으로 증가하고 있다.
특히, 1970년대 이후 고도성장 시기에 건설된 많은 공동주택과 업무용 건물 등이 노후화되기 시작하여 현재 재건축 및 재개발 단계에 이르렀으며, 도시개발의 가속화와 재개발 사업의 급속한 팽창으로 인해 건설부산물은 급격히 증가할 것으로 예상된다.
따라서, 노후 건축물의 해체 시 발생할 막대한 양의 건설 부산물을 폐기하는 것은 국가적 낭비가 될 것으로 판단된다.
국립환경 과학원의 2008년도 전국 건설폐기물 발생 및 처리 현황에 의하여 전체 건설부산물 중, 폐콘크리트의 비중은 68.5%로 가장 많은 비율을 차지하고 있다.
대부분의 폐콘크리트는 재자원화로 인하여 순환골재로 생산된다.
하지만, 이러한 순환골재는 도로포장용 보조재나 도로 굴착 후 뒷채움재로 사용되고 있는 실정이며, 순환골재를 구조물에 재활용한 실적은 거의 미비한 상황이다.
한편, 매년 급격하게 증가하는 건설폐기물을 처리하기 위하여 여러 가지 연구와 방법들이 개발되는 추세이다.
최근 국내에서는 폐콘크리트에서 생산된 순환골재의 재활용에 대해 많은 연구결과가 보고되고 있고, 정부에서도 이러한 사회적인 문제를 인식하고 1999년에 콘크리트용 순환골재의 품질규격인 "KS F 2573 콘크리트용 순환골재"를 제정하였다.
이후, 2003년 12월에 "건설폐기물 등 재활용 촉진에 관한 법률안"을 제정하여 천연골재 대체 자원으로 활용 가능한 순환골재 생산을 유도하고 일정규모 이상의 공사에 대하여 순환골재 사용을 의무화 하고 있다.
하지만, 순환 굵은골재를 사용한 콘크리트는 보통콘크리트에 비해 불순물이 포함될 가능성이 크며, 골재 표면에 시멘트 페이스트가 부착되어 있어 골재 자체가 높은 흡수율을 가지게 되는 등 밀도, 마모감량 등의 물리적 특성이 저하되어 배합시 단위수량이 많이 소요된다는 문제점이 있다.
이로 인하여 강도특성과 탄성계수가 낮아지고, 건조수축 및 크리프가 증대된다.
따라서, 앞서 설명한 제철분야의 부산물인 고로슬래그와 건설산업에서 발생하는 폐콘크리트의 순환 굵은골재를 이용하되, 위의 문제점을 해결할 수 있는 콘크리트의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 무게를 경량화함과 더불어, 콘크리트의 건조 또는 동결에 의해 수축 시 발생되는 인장응력 및 균열을 억제하며, 강성을 증가시키고, 인성의 증가와 충격, 마모, 피로에 대한 저항성과 내구성을 증대시켜 구조물의 안정성 및 내구성을 향상시킴과 더불어, 적용범위를 확대하여 사용성을 향상시킨 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물 및 그 제조방법과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 시멘트 9~20 중량%; 물 5~10 중량%; 잔골재 30~35 중량%; 굵은골재 30~44.6 중량%; 순환굵은골재 7~17 중량%; 고로슬래그 미분말 4~7 중량%; 전체 체적부가 100일 경우, PVA(Poly Vinyl Alcohol)섬유 0.1~0.5 체적부; 강섬유 0.3~1.7 체적부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물을 제시한다.
상기 물-시멘트 비는 40~45인 것이 바람직하다.
상기 잔골재율은 40~44인 것이 바람직하다.
상기 굵은골재는 입자가 다각형인 것이 바람직하다.
상기 굵은골재 및 순환 굵은골재는 직경이 25mm 이하인 것이 바람직하다.
상기 순환 굵은골재는 치환율이 1~50 중량%인 것이 바람직하다.
상기 순환 굵은골재는 흡수율이 3% 이하인 것이 바람직하다.
상기 고로슬래그 미분말은 이산화규소(SiO2) 30~40 중량%; 산화알루미늄(Al2O3) 10~15 중량%; 삼산화황(SO3) 0.5~1.5 중량%; 산화마그네슘(MgO) 4~4.5 중량%; 산화칼슘(CaO) 40~48 중량%; 산화망간(MnO) 0.1~0.5 중량%; 산화철(Fe2O3) 0.01~0.2 중량%; 이산화티타늄(TiO2) 0.5~ 1 중량%; 알칼리(Na2O, K2O) 0.2~0.6 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물을 함께 제시한다.
상기 고로슬래그 미분말은 분말도가 3500~4500cm2/g인 것이 바람직하다.
상기 강섬유는 단면이 원형이며, 양단이 갈고리(Hook)형의 구조인 것이 바람직하다.
상기 강섬유는 형상비(L/D)가 62~65인 것이 바람직하다.
상기 강섬유는 항복강도가 220~250MPa인 것이 바람직하다.
상기 강섬유는 인장강도가 320~360MPa인 것이 바람직하다.
상기 강섬유는 탄성계수가 150~200GPa인 것이 바람직하다.
상기 PVA섬유는 직경(Diameter)이 36~42μm인 것이 바람직하다.
상기 PVA섬유는 길이(Length)가 10~14mm인 것이 바람직하다.
상기 PVA섬유는 공칭강도(Nominal strength)가 1600~1640Mpa인 것이 바람직하다.
상기 PVA섬유는 신장률(Elongation)이 5~7%인 것이 바람직하다.
상기 PVA섬유는 유제함유량(Oiling agent content)이 0.6~1%인 것이 바람직하다.
상기 PVA섬유는 영 계수(Young's modulus)가 36~40GPa인 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물을 이용한 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트의 제조방법으로서, 상기 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 순환굵은골재 및 고로슬래그 미분말을 혼합하는 혼합단계; 상기 혼합한 상기 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 순환굵은골재 및 고로슬래그 미분말과 물을 혼합하여 건비빔 콘크리트를 형성하는 건비빔단계; 상기 건비빔 콘크리트와 상기 강섬유 및 PVA섬유와 고성능 감수제를 혼합하여 유동화 콘크리트를 형성하는 유동화 콘크리트 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트의 제조방법을 함께 제시한다.
상기 고성능 감수제는 상기 건비빔 콘크리트의 중량 대비, 0.5~1.5 중량%;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 혼합단계는 25~35초 동안 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 건비빔단계는 50~70초 동안 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 유동화 콘크리트 형성단계는 130~170초 동안 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법으로서, 콘크리트 또는 아스팔트 구조물의 보수부위를 청소하는 청소단계; 상기 청소한 보수부위에 상기 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물을 타설하는 타설단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법을 함께 제시한다.
상기 구조물의 보수부위는 보(10) 또는 보(10) 및 기둥(20)의 접합부(30)인 것이 바람직하다.
본 발명은 무게를 경량화함과 더불어, 콘크리트의 건조 또는 동결에 의해 수축 시 발생되는 인장응력 및 균열을 억제하며, 강성을 증가시키고, 인성의 증가와 충격, 마모, 피로에 대한 저항성과 내구성을 증대시켜 구조물의 안정성 및 내구성을 향상시킴과 더불어, 적용범위를 확대하여 사용성을 향상시킨 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물 및 그 제조방법과 이를 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법을 제시한다.
도 1 이하는 본 발명에 의한 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물의 실시예를 도시한 것으로서,
도 1은 콘크리트 내의 강섬유의 미세균열 작용을 나타낸 모식도.
도 2는 PVA섬유 보강 콘크리트의 균열분산효과와 균열폭을 도시한 이미지.
도 3은 강섬유의 형상을 도시한 단면도 및 평면도.
도 4는 본 발명의 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트의 제조방법을 도시한 공정도.
도 5는 본 발명의 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트를 이용한 구조물의 보수공법 시 적용예.
도 6은 도 5의 확대 단면도.
도 7은 PVA섬유의 종류를 나타낸 이미지.
도 8은 일반 시멘트계 재료 및 PVA섬유를 혼입한 복합재료의 응력-변형율 곡선을 나타낸 그래프.
도 9는 보통 콘크리트 및 PVA섬유를 혼입한 보강 콘크리트의 응력-변형율 곡선과 균열폭의 변화를 나타낸 그래프.
도 10은 보통 콘크리트의 휨 실험결과를 나타낸 이미지.
도 11은 본 발명의 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트의 휨 실험결과를 나타낸 이미지.
이하, 첨부표를 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명에서 제시하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물은 시멘트 9~20 중량%; 물 5~10 중량%; 잔골재 30~35 중량%; 굵은골재 30~44.6 중량%; 순환굵은골재 7~17 중량%; 고로슬래그 미분말 4~7 중량%; 전체 체적부가 100일 경우, PVA(Poly Vinyl Alcohol)섬유 0.1~0.5 체적부; 강섬유 0.3~1.7 체적부;를 더 포함하는 것이 특징이다.
표 1은 위의 성분 배합비를 나타낸 것이다.
Figure pat00001
즉, 본 발명에서 제시하는 콘크리트 조성물은 위의 구성성분 및 배합비에 따라 제조됨으로써 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 폐콘크리트에서 발생하는 순환 굵은골재 및 제철산업의 용광로에서 발생하는 부산물인 고로슬래그가 콘크리트 조성물로 재활용됨으로써, 친환경적이고 경제적이라는 장점이 있다.
둘째, 강섬유가 혼입됨으로써, 콘크리트의 건조나 동결에 의해 수축 시 발생되는 인장응력 및 균열이 억제되고, 인성의 증가와 충격, 마모, 피로에 대한 저항성과 내구성이 증대되는 등 성능이 뛰어나다는 장점이 있다.
또한, PVA섬유가 혼입됨에 따라 균열 분산효과를 통해 강성을 증가시키는 효과가 있다.
따라서, 이러한 콘크리트 조성물을 이용하여 구조물을 신설 또는 보수할 경우 구조물의 구조적 안정성 및 내구성이 향상되고, 장기적 수명을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
셋째, PVA섬유가 혼입됨에 따라 종래의 보통 콘크리트 대비 무게가 1/2 정도로 경량화(약 1.0∼1.5 kg/m3, 보통 콘크리트: 약 2.0∼2.5 kg/m3)되는 장점이 있다.
넷째, 종래의 순환 굵은골재의 경우, 구조물에 적용된 실적은 거의 미비하며 도로포장용 보조재나 도로 굴착 후 뒷채움재로 사용되고 있는 실정이지만, 본 발명의 콘크리트 조성물은 이러한 종래의 한계를 극복하고, 일반 콘크리트보다 뛰어난 성능을 확보함으로써 구조물에 적용이 가능하여 사용범위가 넓다는 장점이 있다.
즉, 본 발명의 콘크리트 조성물은 구조물의 보(10) 및 보(10)와 기둥(20)의 접합부(30)에 분리 타설되어 구조물의 성능을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 강섬유와 PVA섬유는 본 발명의 콘크리트 조성물에서 다음과 같은 기능을 한다.
일반적인 콘크리트는 인장응력이 가해질 때 모체 내에 균열이 발생하게 된다.
본 발명의 콘크리트 조성물의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 균열이 강섬유에 의해 가지 균열현상(Branching), 평행균열현상(Parallel Running), 경로변경현상(Shifting) 등의 현상을 일으키며 보다 많은 파괴에너지가 소모된다.
즉, 강섬유가 콘크리트에 가해지는 인장응력을 위의 현상들을 통해 파괴시킴으로써, 균열을 방지하는 기능을 하는 것이다.
따라서, 이러한 강섬유 보강 콘크리트 조성물을 통해 구조물의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 콘크리트 조성물은 PVA섬유를 통해 마이크로역학을 이용하여 섬유보강 모르타르의 기본 구성요인 즉 섬유(fiber), 매트릭스(matrix), 섬유-매트릭스 경계면(interface)을 최적화한다.
또한, PVA섬유는 안정상태 균열이론을 바탕으로 재료가 1축인장 하에서 변형율 경화거동을 하도록 하는 기능을 한다.
즉, 외부로부터 하중을 받아 소성변형이 생긴 후 변형경화(strain hardening)가 시작되는데 이 때 재료는 변형에 대한 저항력이 증대되고, 강성이 증대되는 것이다.
도 2는 PVA섬유를 혼입한 보강 콘크리트의 균열분산효과와 미세한 균열폭을 도시한 이미지이다.
이러한 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물은 물-시멘트 비가 40~45이고, 잔골재율이 40~44인 것이 바람직하다.
굵은골재의 경우, 강도 발현에 유리하도록 입경이 작은 것이 사용되며, 입형은 골재와 시멘트 페이스와의 부착력 증대를 위해 둥근 골재보다는 다각형인 쇄석이 사용된다.
또한, 굵은골재 및 순환 굵은골재는 최대직경이 25mm인 쇄석이 사용되는 것이 바람직하다.
순환 굵은골재의 치환율이 1~50 중량%인 것이 바람직하며, 흡수율이 3% 이하인 것이 사용된다.
본 발명의 콘크리트 조성물에 혼입되는 고로슬래그 미분말은 이산화규소(SiO2) 30~40 중량%; 산화알루미늄(Al2O3) 10~15 중량%; 삼산화황(SO3) 0.5~1.5 중량%; 산화마그네슘(MgO) 4~4.5 중량%; 산화칼슘(CaO) 40~48 중량%; 산화망간(MnO) 0.1~0.5 중량%; 산화철(Fe2O3) 0.01~0.2 중량%; 이산화티타늄(TiO2) 0.5~ 1 중량%; 알칼리(Na2O, K2O) 0.2~0.6 중량%;를 포함하여 구성된다.
또한, 고로슬래그 미분말은 분말도가 3500~4500cm2/g인 것이 바람직하다.
본 발명의 강섬유 보강 콘크리트 조성물에 혼입되는 강섬유는 단면이 원형이며, 양단이 갈고리(Hook)형의 구조이며, 강섬유가 각각 분리된 것이 사용된다.
도 3은 본 발명에서 사용되는 강섬유의 형상을 도시한 것이다.
본 발명에서 사용되는 강섬유의 형상 및 크기, 물리적 특성의 경우는 다음과 같다.
즉, 강섬유의 형상비(L/D)는 62~65이고, 항복강도가 220~250MPa이며, 인장강도가 320~360MPa이고, 탄성계수가 150~200GPa인 것이 사용된다.
한편, 본 발명에서 사용되는 PVA섬유는 직경(Diameter)이 36~42μm이고, PVA섬유는 길이(Length)가 10~14mm인 것이 사용된다.
공칭강도(nominal strength)란, 강도설계법의 규정과 가정에 따라 계산된 부재 또는 단면의 강도이며, 강도감소계수를 적용하기 전의 강도를 의미하는데, 본 발명의 PVA섬유는 공칭강도(Nominal strength)가 1600~1640Mpa인 것이 바람직하다.
또한, PVA섬유의 신장률(Elongation)은 5~7%이며, 유제함유량(Oiling agent content)이 0.6~1%인 것이 사용되는 것이 바람직하다.
영 계수(Young's modulus)란, 탄성 계수의 하나로써, 탄성 범위 내에서 수직 응력도와 종변형도(縱變形度)는 정비례한다는 훅의 법칙에 있어서 비례 상수를 의미한다.
즉, 재료의 신장 또는 수축 변형에 대한 저항의 크기를 나타내는 것인데, 본 발명의 PVA섬유는 상기 영 계수가 36~40GPa인 것이 바람직하다
본 발명의 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물을 이용한 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트의 제조방법은 다음과 같은 공정으로 이루어진다(도 4).
먼저, 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 순환굵은골재 및 고로슬래그 미분말을 혼합하는 혼합단계가 이루어진다.
이 혼입단계는 약 25~35초 동안 이루어지는 것이 바람직하다.
혼합한 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 순환굵은골재 및 고로슬래그 미분말과 물을 혼합하여 건비빔 콘크리트를 형성하는 건비빔단계가 이루어진다.
이 건비빔 단계는 50~70초 동안 이루어지는 것이 바람직하다.
다음으로, 건비빔 콘크리트와 강섬유 및 PVA섬유와 고성능 감수제를 혼합하여 유동화 콘크리트를 형성하는 유동화 콘크리트 형성단계가 이루어진다.
위의 단계는 130~170초 동안 이루어지는 것이 바람직하며, 고성능 감수제는 건비빔 콘크리트의 중량 대비, 0.5~1.5 중량%를 혼입하는 것이 바람직하다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물은 보통 콘크리트와 비교하여 뛰어난 성능을 확보할 수 있으므로, 순환형 자원을 이용해 형성된 종래의 순환 콘크리트가 사용성에 한계가 있다는 단점을 극복할 수 있다.
따라서, 본 발명의 콘크리트 조성물을 이용하여 다음과 같이 콘크리트 구조물의 보수공법이 이루어질 수 있다(도 5,6).
먼저, 콘크리트 또는 아스팔트 구조물의 보수부위를 청소하는 청소단계가 이루어진다.
그리고 청소한 보수부위에 본 발명의 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물을 타설하는 것이다.
여기서, 보수부위 즉 본 발명의 콘크리트 조성물을 타설할 수 있는 영역은 구조물의 보(10) 또는 보(10) 및 기둥(20)의 접합부(30)가 될 수 있다.
즉, 본 발명의 콘크리트 조성물은 일반적으로 사용되는 콘크리트와 동일하게 구조물의 보수 작업 시 효과적으로 사용될 수 있으므로, 사용성 및 적용성이 뛰어나다는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 효과를 알아보기 위한 실험예에 관하여 설명한다.
표 2는 본 발명의 콘크리트 조성물의 성능검증 시험을 위해 사용한 실험변수들을 나타낸 것이다.
Figure pat00002
고로슬래그 미분말 30%와 순환 굵은골재 30%를 사전실험한 결과 적정 치환율로 선정하고, 콘크리트에 강섬유 및 PVA섬유를 혼입하였다.
표 3은 성능검증 시험에 사용한 콘크리트 조성물의 각 구성성분의 배합비를 중량%의 단위로 나타낸 것이고, 표 4는 상기 각 구성성분의 배합비를 kg/m3단위로 나타냈으며, 물-시멘트비, 잔골재율, 슬럼프, 단위수량, 순환골재 치환율 및 목표강도를 나타낸 것이다.
Figure pat00003
Figure pat00004
또한, 실험에 사용한 콘크리트의 설계기준강도(fck)는 27Mpa이며, 콘크리트의 배합표는 표 5에 나타낸 바와 같다.
Figure pat00005
한편, 성능검증 실험에 사용한 굵은골재는 최대직경 25mm의 쇄석을 사용하였으며, 사용한 굵은골재의 물리적 성질은 표 6에 나타낸 바와 같다.
Figure pat00006
또한, 순환 굵은골재는 폐콘크리트를 파쇄하여 생산된 최대치수 25mm의 굵은골재를 사용하였다.
물리적 성질은 표 7에 나타낸 바와 같으며, KS F 2573 콘크리트용 순환골재에서 제한하고 있는 순환 굵은골재의 흡수율 3%이하를 만족하는 것을 사용하였다.
Figure pat00007
고로슬래그 미분말은 KS F 2563의 콘크리트용 고로슬래그 미분말 규정을 만족하는 것을 사용하였으며, 분말도는 4000cm2/g이고, 성분은 표 8에 나타낸 성분 배합비로 구성된 것을 사용하였다.
Figure pat00008
실험체 제작에 사용한 강섬유는 단면이 원형으로 양끝이 갈고리(Hook)형이며 치수가 Ф8×50mm인 것을 사용하였고, 형상 및 크기, 물리적 특성은 표 9에 나타낸 바와 같다.
Figure pat00009
PVA섬유는 도 7에 도시된 바와 같이 다양한 형상의 PVA섬유 중에서 실험체에 적합한 PVA섬유를 사용하기 위하여 예비실험을 실시하였다.
예비실험 결과 분산성, 시공성, 적합성을 고려한 PVA섬유 REC15를 선정하였으며, 사용한 PVA섬유의 물리적인 성질은 표 10에 나타낸 바와 같다.
Figure pat00010
위와 같이 제작한 각 실험체는 콘크리트 타설과 함께 공시체로 제작하여 압축강도 실험을 실시하였다.
압축강도 실험용 원주형 공시체는 Ф100×200mm 몰드를 사용하여 KS F 2405에 따라 몰드를 3개 층으로 나누어 각 층을 25회씩 봉다짐하여 제작하였다.
공시체는 제작 후 즉시 비닐을 덮어 수분 증발을 방지하였으며, 재령 28일까지 수중양생을 실시하였다.
그리고 1000kN용량의 U.T.M으로 일방향 압축강도 시험을 하였다.
표 11은 각각의 공시체의 콘크리트 압축강도 실험결과에 대한 평균값을 나타낸 것이고, 결과값의 단위는MPa이다.
Figure pat00011
표 11에 나타낸 바와 같이 각 공시체의 압축강도를 분석한 결과, PVA섬유가 혼입된 SPG-공시체들은 PVA섬유가 혼입되지 않은 SS-공시체보다 압축강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, PVA섬유와 함께 강섬유를 혼입한 SPGR-공시체들은 압축강도가 보다 더 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
그리고 PVA섬유를 혼입한 SP-공시체에 고로슬래그와 순환골재 치환율이 증가할수록 강도는 감소하는 양상을 보였지만, 순환 굵은골재 치환율이 30%까지는 설계기준강도를 충족시키는 것을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명의 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물은 강섬유 및 PVA섬유를 혼입함에 따라 종래의 콘크리트 조성물에 비하여 압축강도가 증가함과 아울러, 앞서 설명한 바와 같이 강섬유가 인장응력이 가해질때 이를 파괴시키는 기능을 함과 더불어, PVA섬유가 균열을 분산시키는 기능을 하므로, 구조물의 뛰어난 내구성 및 구조적 안정성을 확보할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 8은 일반 시멘트계 재료와 PVA섬유 복합재료의 응력-변형율 곡선을 나타낸 그래프이며, 도 9는 보통 콘크리트와 PVA섬유를 혼입한 보강 콘크리트의 응력-변형율 곡선과 변형율에 따른 균열 폭의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8,9의 그래프에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 콘크리트 조성물은 PVA섬유를 혼입함에 따라 응력이 가해질 때 균열을 분산시켜 균열이 미세하게 발생하도록 함으로써, 구조물의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
도 10은 보통 콘크리트의 휨 실험 시 파괴모드를 나타낸 것이며, 도 11은 본 발명의 콘크리트의 휨 실험 시 파괴모드를 나타낸 것이다.
도 10 및 도 11을 비교하면 확인할 수 있듯이, 본 발명의 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트는 휨 응력에 대하여 저항력이 높으므로, 보통 콘크리트와 비교하여 내구성 및 구조적 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10 : 보 20 : 기둥
30 : 보 및 기둥의 접합부

Claims (27)

  1. 시멘트 9~20 중량%;
    물 5~10 중량%;
    잔골재 30~35 중량%;
    굵은골재 30~44.6 중량%;
    순환굵은골재 7~17 중량%;
    고로슬래그 미분말 4~7 중량%;
    전체 체적부가 100일 경우,
    PVA(Poly Vinyl Alcohol)섬유 0.1~0.5 체적부;
    강섬유 0.3~1.7 체적부;를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 물-시멘트 비는
    40~45인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 잔골재율은
    40~44인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 굵은골재는
    입자가 다각형인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 굵은골재 및 순환 굵은골재는
    직경이 25mm 이하인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 순환 굵은골재는
    치환율이 1~50 중량%인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 순환 굵은골재는
    흡수율이 3% 이하인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 고로슬래그 미분말은
    이산화규소(SiO2) 30~40 중량%;
    산화알루미늄(Al2O3) 10~15 중량%;
    삼산화황(SO3) 0.5~1.5 중량%;
    산화마그네슘(MgO) 4~4.5 중량%;
    산화칼슘(CaO) 40~48 중량%;
    산화망간(MnO) 0.1~0.5 중량%;
    산화철(Fe2O3) 0.01~0.2 중량%;
    이산화티타늄(TiO2) 0.5~ 1 중량%;
    알칼리(Na2O, K2O) 0.2~0.6 중량%;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 고로슬래그 미분말은
    분말도가 3500~4500cm2/g인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 강섬유는
    단면이 원형이며, 양단이 갈고리(Hook)형의 구조인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 강섬유는
    형상비(L/D)가 62~65인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 강섬유는
    항복강도가 220~250MPa인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 강섬유는
    인장강도가 320~360MPa인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  14. 상기 강섬유는
    탄성계수가
    150~200GPa인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 PVA섬유는
    직경(Diameter)이 36~42μm인 것을
    특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 PVA섬유는
    길이(Length)가 10~14mm인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 PVA섬유는
    공칭강도(Nominal strength)가 1600~1640Mpa인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 PVA섬유는
    신장률(Elongation)이 5~7%인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 PVA섬유는
    유제함유량(Oiling agent content)이 0.6~1%인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 PVA섬유는
    영 계수(Young's modulus)가 36~40GPa인 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물.
  21. 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항의 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물을 이용한 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트의 제조방법으로서,
    상기 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 순환굵은골재 및 고로슬래그 미분말을 혼합하는 혼합단계;
    상기 혼합한 상기 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 순환굵은골재 및 고로슬래그 미분말과 물을 혼합하여 건비빔 콘크리트를 형성하는 건비빔단계;
    상기 건비빔 콘크리트와 상기 강섬유 및 PVA섬유와 고성능 감수제를 혼합하여 유동화 콘크리트를 형성하는 유동화 콘크리트 형성단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트의 제조방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 고성능 감수제는
    상기 건비빔 콘크리트의 중량 대비, 0.5~1.5 중량%;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트의 제조방법.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 혼합단계는
    25~35초 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트의 제조방법.
  24. 제 21항에 있어서,
    상기 건비빔단계는
    50~70초 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트의 제조방법.
  25. 제 21항에 있어서,
    상기 유동화 콘크리트 형성단계는
    130~170초 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트의 제조방법.
  26. 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항의 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 보수공법으로서,
    콘크리트 또는 아스팔트 구조물의 보수부위를 청소하는 청소단계;
    상기 청소한 보수부위에 상기 강섬유 및 PVA섬유 보강 콘크리트 조성물을 타설하는 타설단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 구조물의 보수부위는
    보(10) 또는 보(10) 및 기둥(20)의 접합부(30)인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보수공법.
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