(특수 콘크리트) 섬유보강콘크리트. 콘크리트 공학. 건축재료. 콘크리트 리포트

소개글

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목차

 개 요

 재료의 특성 - 섬유와 매트릭스의 특성

 섬유보강 콘크리트의 파괴거동

 섬유보강 콘크리트의 생산방법

 강섬유보강 콘크리트(SFRC)

 유리섬유보강 콘크리트(GRC, GRFC)

 탄소섬유보강 콘크리트(CFRC)

 아라미드섬유보강 콘크리트(AFRC)

 비닐론섬유보강 시멘트 복합체(VFRC)

 폴리프로필렌 섬유보강 콘크리트(PFRC)

 섬유보강 콘크리트의 과제 및 전망

 참고자료

본문내용

나타내어 산 및 알칼리에 대한 저항성이 크다.
이외에도 mono-filament섬유의 특성을 살펴보면, 단섬유상으로 했을 때 시멘트 페이스트에서 소수 표면은 믹싱 중 fiber-ball 형성을 방지하고, 결정이 가연성이기 때문에 화재발생시 콘크리트는 다공질로 변한다. 또한 섬유의 탄성계수가 낮기 때문에 시멘트 매트릭스의 균열발생 후 섬유는 큰 변형을 일으키고, 고탄성 섬유에 비해 균열구속이 작기 때문에 표면에 요철과 같은 가공을 하여 부착성능을 크게 개선한다. 또 최근 개발된 mono-filament는 인장탄성계수가 크고 섬유 굵기 방향의 수축이 거의 없으며, 섬유 표면이 특수한 형상을 하고 있어 표면적이 매우 크고 인장강도가 큰 특징을 가지고 있다. 따라서 시멘트 및 콘크리트 중에서의 밀실성 및 분산성이 개선되고, 무수히 가는 섬유상을 가지고 있어 본질적인 앵커효과를 나타내기 때문에 섬유와 매트릭스와의 부착이 양호하다.
한편, 영국에서 개발된 RETIFLEX는 새로운 net상 폴리프로필렌섬유로서, 치수안정성, 밀실성이 양호하고 경량 다공질이므로 작업성이 우수하며 격자를 이용해 보강 방향에 바르게 매입할 수 있다. 또 우수한 기계적 성질과 물에 대한 저항성, 내구성 및 내화학적 안정성이 우수해 건축·토목재료의 사용에 적절하고 길이 1,000~2,000m, 폭 1~1.4m로 자유롭게 변화시킬 수 있고 NETCEM 박판제조 등에 적합하다.
2. 폴리프로필렌 섬유보강 콘크리트의 특성
1) 압축 특성
PFRC의 압축강도는 lf=20㎜ 에서는 전체적으로 보통 모르타르에 비해 증가하지만 lf=25~30㎜의 경우는 섬유혼입률이 증가하면 감소하는 경향이 있으며 또 lf=40㎜에서는 Vf=3%까지는 거의 일정하지만 그 이후에는 감소한다.
2) 인장강도 및 휨강도
일반적으로 PFRC의 인장강도는 섬유혼입량이 증가하면 증가하고 특히 lf=25㎜ 이하의 단섬유의 경우 Vf가 증가하면 단섬유의 배향의 영향으로 강도가 크게 변동한다. PFRC는 Vf=2%까지는 균열발생하중이 크지만 균열발생하중 이후는 하중이 그다지 증가하지 않고 섬유의 인발로 변형만이 증가되며 Vf=3% 이상에서는 균열발생하중은 작지만 균열구속효과가 크게 나타나 하중과 변형이 현저히 증가한다. 이는 Vf=2%의 경우 섬유가 시멘트 매트릭스에 양호하게 부착하여 미세균열의 진전을 억제하는 효과가 크기 때문에 미세균열의 발생하중을 향상시키기 때문이다.
한편 PFRC의 휨강도는 인장강도와 마찬가지로 Vf=1%에서 lf=25㎜ 이하는 섬유보강에 대한 유효성이 관찰되고 40㎜ 이상의 경우 섬유혼입률이 증가하면 휨강도도 현저히 증가한다.
3) 내구성 및 내화성
폴리프로필렌은 내알칼리성 및 내산성이 우수하여 PFRC에서의 섬유표면은 성능저하현상은 거의 보이지 않고 건조수축에 의해 섬유가 약간 가늘어지는 경향이 있으나 우수한 내구성을 나타낸다. 또한 PFRC는 내화성에 다소 문제가 있으나 고온에서는 폴리머의 효과가 발휘되어 다수의 가는 골과 구멍이 형성되며 패널자체는 완전히 유지되는 것으로 보고되고 있다. 이외에도 PFRC는 보통 콘크리트에 비해 동결융해시 중량감소가 대단히 작고, 내동해성이 우수하며, 내충격성도 뛰어나다.
3. 폴리프로필렌 섬유보강 콘크리트의 적용
PFRC는 가연성이므로 내구성을 요하는 부재에는 적용이 어렵고, 저탄성이므로 보강효과를 크게 얻을 수 없어 그다지 많이 사용되지 않는 실정이다. 그러나 녹의 발생이 없고 내알칼리성, 내약품성이 우수하며 비중이 작아, 동일 섬유혼입률로 한 경우 섬유중량이 아주 작기 때문에 경제적이고 시공성도 우수한 특성을 가지고 있어, 활발한 연구 및 실용화가 이루어질 것으로 기대된다. PFRC의 적용 예로는, net상 필름섬유에 의한 NETCEM은 벽, 펜스의 파판, 내벽 및 물이 새는 곳의 시트 패널, 해중 파이프라인의 외측 등에 사용되고 있으며, 지진 및 우발적 충격에도 충분히 저항해 FRP판 및 CFRC판과 비교해 보다 안정되고 강해 지금까지 사용되지 않은 구조 분야에서의 사용도 가능할 것으로 기대된다.
섬유보강 콘크리트의 과제 및 전망
FRC는 균열에 대한 저항성, 인성 및 내충격성, 연성능력과 에너지 흡수 능력 등이 매우 우수하다는 점에서 종래 취성재료로서의 콘크리트 이미지를 크게 개선한 콘크리트공학상의 획기적인 진보라 하겠다. FRC의 개발단계는 현재 기초연구에서 실용화로 이행하는 단계이고 각 방면에서의 용도개발이 활발하게 추진되고 있는데, SFRC나 GRC는 이미 토목, 건축 분야에 폭넓게 사용되고 있고, 최근에는 CFRC나 AFRC 등의 개발 및 응용 등 FRC의 복합화 특성으로 보통 콘크리트와는 다른 획기적인 특성과 용도전개가 기대된다.
그러나 단섬유보강 FRC의 제조시 fiber-ball의 발생이 없고 섬유를 균등분산 시켜 부착강도를 증진시켜야 하며, 혼합 중 균등분산 시켰다 하더라도 타입, 다짐 중에 재료분리가 일어나거나 워커빌리티가 극히 악화되면 사용이 곤란하고, 또 경화 후 FRC의 성질이 예상한 각종 요구 성능을 충족하지 못하면 단섬유보강의 의미가 상실된다. 따라서 FRC의 생산 방식도 현장에서의 유입성형법의 기계화, 자동화와 함께 각종 공장 생산 방식의 기계화, 자동화가 이루어질 것으로 기대되며, 이에 적합한 배합 및 혼합기술 등의 연구개발이 요망되고 있다. 또한 현재 생산되고 있는 섬유 및 일부 필요한 재료 등이 고가이므로 cost-performance의 향상이 요망되고, FRC의 연구개발 및 용도 전개가 초기단계이므로 이에 대한 기술 축적과 함께 각종 시험법 및 설계기준의 확립이 시급한 실정이다.
참고자료
- 건축재료학 (정상진 외 8명, 기문당, 2002)
- 최신콘크리트공학 (한국콘크리트학회, 기문당, 2005)
- 최신콘크리트공학 (이용구 외 2명, 구미서관, 2006)
- 섬유보강콘크리트 (대한건축학회, 대한건축학회, 1997)
- 콘크리트 재료공학 (정재동, 보성각, 1998)
- 섬유재료학 (김수창 외 4명, 형설출판사, 2001)
- 공학도를 위한 신소재공학 (백영남 외 5명, 삼성북스, 2011)
- 건축재료 (대한건축학회, 기문당, 2011)

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