:: Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures ::
Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 2093-5145(Print)
ISSN : 2288-0232(Online)
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures Vol.7 No.4 pp.1-10
DOI : https://doi.org/10.11004/kosacs.2016.7.4.001

An Experimental Study on the Flexural Capacity of RC Slabs Strengthened with Textile Reinforced Mortar(TRM)

Kyu-San Jung1, Sang-Hoon Han2, Ki-Nam Hong3, Won-Jun Ko4, Yong-In Cho5
1Postdoctoral Researcher, Structural Engineering Research Institute, KICT, Gyeonggi-Do, Korea
2Professor, School of Civil Engineering, Chungbuk National University, Chungcheongbuk-Do, Korea
3Associate Professor, School of Civil Engineering, Chungbuk National University, Chungcheongbuk-Do, Korea
4President, Wooam Construction, Inc, Incheon, Korea
5Ph.D. candidate, School of Civil Engineering, Chumgbuk National University, Chungcheongbuk-Do, Korea
Corresponding author: Han, Sang-Hoon, School of Civil Engineering, Chungbuk National University, 1 Chungdae-ro, Cheongju, Chungbuk 362-763, Korea. +82-43-261-2404, +82-43-275-2377, shhan@cbnu.ac.kr
August 25, 2016 October 5, 2016 October 7, 2016

Abstract

Flexural capacity of a Textile Reinforced Mortar(TRM) was investigated by an experimental study. The test program was accomplished on reinforced concrete(RC) slabs consisted of concrete(average compressive strength of 22.23 MPa) and rebar(strength class of SD400). RC slab had 450 mm and 150 mm in size and 2,600 mm in clear span. Strengthening was accomplished by applying carbon-fiber mesh in layers of mortar. Control slab(unstrengthened) and six slabs strengthened with TRM were fabricated to confirm the reinforcing performance in this study. Test variables considered amount of reinforcement and use of anchorage. As a results, it was validated that the flexural capacity of slabs strengthened with TRM increased from 159.9% to 285.2% according to the amount of TRM compared with unstrengthened slab. Experimental results indicated that there are increase in ductility as well as load carrying and deformation capacities when using multiple layers of textile.


TRM으로 보강된 RC 슬래브의 휨 성능에 관한 실험적 연구

정 규산1, 한 상훈2, 홍 기남3, 고 원준4, 조 용인5
1한국건설기술연구원 구조융합연구소 박사후연구원
2충북대학교 토목공학부 교수
3충북대학교 토목공학부 부교수
4(주)우암건설 대표이사
5충북대학교 토목공학부 박사과정

초록


    1.서 론

    철근콘크리트(Reinforced Concrete; RC) 구조물을 보강 하기 위하여 시트, 플레이트, 그리고 스트립과 같은 형태의 FRP 보강재가 널리 사용되고 있다(Kim, Y.H. and Kim, H.S., 2012, Lee, Y.G. et al., 2013). 최근에는 직물 형태로 짜인 FRP 보강재와 시멘트계 모르타르로 구성된 Textile Reinforced Mortar(TRM)이 새로운 보강 재료가 개발되었다(D’Ambrisi, 2011). 그리고 RC 구조 물 보강에 TRM을 적용하기 위한 연구가 진행되어 오 고 있다(Elsanadedy, 2013). 소수의 연구자들에 의한 연 구결과들로부터 TRM은 외부 부착(Externally Bonded Reinforcement) 방법과 표면 매립(Near Surface Mounted) 방법과 같은 기존의 FRP 보강 방법에 비해 다양한 장점을 가지는 것으로 발표되고 있다 (Papanicolaou, 2008).

    기존의 FRP 보강 방법의 문제를 해결할 수 있는 TRM 보강 방법의 장점은 다음 3 가지로 요약될 수 있다; (1) 기존 접착제로 주로 사용되던 수지계 에폭 시를 모르타르로 대체함으로써 습윤 환경이나 저온의 환경에서도 시공이 가능하다(D’Ambrisi, 2013a; Loreto, 2013). (2) 유리 전이 온도가 높은 무기질 재 료로 FRP 보강재의 피복 두께를 확보함으로써 자외 선과 화재에 의한 손상에 대해 안전성을 확보할 수 있다(Ombres, 2015). (3) 시공성 증대로 인한 넓은 면 에 대한 보강의 적용성이 뛰어나다(Schladitz, 2012). TRM 보강 방법은 기존의 FRP 보강 방법에 비하여 뚜렷이 구별되는 장점에도 불구하고 보강 성능에 영 향을 미치는 인자들을 조사하기 위한 실험적 연구와 보강 성능을 평가하고 예측하기 위한 해석적 연구들 이 부족한 실정이다(D’Ambrisi, 2013b).

    최근 수행된 TRM과 관련된 국·내외 연구들을 살펴 보면 다음과 같다. Ombres(2011)는 Polypara-phenylen e benzobisoxazole(PBO) 섬유로 만들어진 Textile을 사 용하여 RC 보의 내부 철근량과 PBO 섬유의 보강량 에 따른 휨 실험을 수행했다. TRM으로 보강된 보들 은 압축부 콘크리트의 파괴나 중앙 휨 균열에 의한 박리에 의해 파괴되었다. 실험 결과를 통해 PBO 섬 유를 사용한 TRM의 휨 보강 성능을 분석하였고 ACI Committee 440(2002)에 의한 예측과 Lu model(2007), Said and Wu model(2008)을 적용한 예측의 결과들을 서로 비교하였다.

    Babaeidarabad 등(2014)은 PBO 섬유로 만들어진 Textile의 보강 겹 수(0, 1, and 4)와 RC 보의 콘크리 트 강도(L:29.1 MPa, H:42.9 MPa)를 변수로써 휨 실 험을 수행했다. TRM으로 휨 보강된 보들은 압축부 콘크리트의 파괴나 TRM의 박리 혹은 모르타르 내에 서 Textile의 슬립에 의한 파괴와 같은 다양한 파괴 형태를 보고하였다. 그리고 ACI Committee 549(2013) 에서 제안한 예측 모델에 의한 결과를 실험 결과와 비교하여 ACI 549(2013) 기준의 정확성을 평가하였 다.

    Jung 등(2015)은 CFRP와 GFRP로 이루어진 Textile 을 사용하여 보강재의 섬유량과 보강 겹 수에 따른 휨 실험을 수행했다. TRM으로 휨 보강된 보들은 중 앙 휨 균열에 의한 박리 파괴를 나타냈다. 또한 TRM 으로 보강된 보의 최대 하중은 섬유량의 증가와 보강 겹 수의 증가에 따라 증가되었으며 무 보강된 보에 비하여 최대 2 배에 이르는 휨 성능의 향상이 확인되 었다. 그리고 Teng 등(2003)에 의한 부착 강도 모델에 기반한 TRM의 부착 강도 모델을 제시하였다.

    기존 연구자들에 의해 실시된 실험을 통해서 TRM 으로 휨 보강된 보의 파괴는 주로 계면 박리 파괴가 지배적임을 확인할 수 있다. 즉, TRM에서 접착제로 사용되는 모르타르는 기존의 EBR이나 NSM에서 사 용되는 접착제인 수지계 에폭시에 비하여 부착성능이 부족하기 때문에 기존의 연구들에서 수행된 단면의 형상비(높이/폭)가 1.67~1.76에 해당하는 전형적인 직사각형 형태의 단면을 가진 보에서는 부착력의 문 제로 인하여 TRM의 박리에 의한 파괴가 발생되었다. 따라서 부착성능이 떨어지는 TRM은 부착 면적을 충 분히 확보할 수 있는 슬래브 구조물에 대한 휨 보강 에 적합하다고 판단하였고 TRM의 박리에 의한 파괴 를 방지하기 위하여 다음과 같은 노력들을 연구에 포 함하였다; (1) 보강면의 표면 처리(그라인딩), (2) 숏크 리트 장비를 활용한 타설, 그리고 (3) 정착장치의 활 용. TRM으로 휨 보강된 RC 슬래브의 4점 휨 실험에 의한 파괴 형태와 보강 성능 등을 분석하고 그 결과 를 본 논문에 보고하고자 한다.

    2.실험 계획 및 방법

    2.1.실험 변수

    실험 변수로써 TRM의 보강 겹 수와 정착장치의 사용 유·무가 고려되었다. Table 1에 실험 변수에 따른 실 험체 명을 나타냈다. TRM으로 보강되지 않은 실험체 는 F-Control로 명명하였으며 TRM으로 보강된 실험 체는 실험 변수에 따라 4개의 숫자 혹은 문자로 명명 하였다. 첫 번째 문자는 휨 실험을 의미하는 ‘F’(Flexure)로 명명하였고 두 번째 문자는 보강 섬유 의 종류를 나타내는 ‘C’(Carbon)로 명명하였다. 세 번 째와 네 번째 문자는 각각 TRM의 보강 겹 수(1, 2, 그리고 3)와 정착장치의 사용 유·무(N 혹은 A)를 나 타낸다.

    2.2.사용 재료

    철근콘크리트 슬래브 제작에는 SD400 등급의 D10 이형철근이 인장철근으로써 사용되었다. 사용된 철근 의 역학적 특성을 확인하기 위하여 최대용량 2000 kN의 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 ASTM A370(2013)에 따른 직접 인장 실험을 수행하 였다. 실험 결과에 의해 확인된 사용 철근의 역학적 특성을 Table 2에 나타내었다.

    실험체는 레디믹스트 콘크리트를 사용하여 제작하 였고 사용된 콘크리트의 배합표를 Table 3에 제시하 였다. 압축강도를 측정하기 위하여 타설과 동시에 ASTM C39/C39M(2013)에 준하여 Φ100×200 mm 원 주형 공시체를 제작하였다. 재령 28일에 2,000 kN 용 량의 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 압 축 실험을 수행하였고 22.23 MPa의 평균 압축 강도 를 발현한 것으로 나타났다.

    철근콘크리트 슬래브를 휨 보강하기 위해 사용된 TRM은 Textile과 모르타르로 구성되어 있고 각 재료 의 형상을 Fig. 1(a)(b)에 각각 제시하였다.

    Textile은 CFRP 섬유(날실:Warp)와 GFRP 섬유(씨 실:Weft)로 구성되었고 CFRP 섬유와 GFRP 섬유의 간격은 각각 17 mm와 33 mm이다. CFRP 섬유는 슬 래브의 길이 방향에 대해서 배치되어 인장력을 받게 된다. Textile의 폭 1 m에 대하여 58.5 개의 CFRP 스 트립(Strip)이 배치되었고 1개의 CFRP 스트립의 단면 적은 1.8 mm2 이다. 1 개 스트립에 대한 원사 (Filament)의 수는 48,000 가닥이고 Textile의 단위 폭 당 CFRP 섬유의 공칭 두께는 0.0107 mm이다. 제조 사에 의해 제공된 Textile의 사용된 CFRP 섬유와 GFRP 섬유의 역학적 특성을 Table 4에 제시하였다. 주 보강재료인 CFRP 섬유의 탄성계수는 240 GPa이 고 극한인장강도는 4,300 MPa이다.

    FRP 보강재의 부착을 위해 사용되는 모르타르는 마이크로 시멘트, 3 mm 이하의 잔골재, 폴리프로필렌 (Polypropylene) 섬유 등으로 구성된다. 모르타르의 역 학적 특성을 확인하기 위하여 ASTM C109/C109M (2013)에 의한 50 mm 크기의 정육면체 시편이 제작 되었고 재령 28일에서 압축 실험을 수행하였다. Table 5는 실험 결과에 의한 모르타르의 탄성계수와 압축강 도를 나타낸 것이다.

    Fig. 2는 실험에 사용된 정착장치의 모습을 나타낸 것이다. 정착장치는 길이 450 mm, 폭 50 mm, 그리고 두께 12 mm의 알루미늄으로 제작되었다. 정착장치에 는 일정한 간격으로 직경 15 mm 홀(Hole)이 천공되 었다.

    2.3.실험체 제작

    Fig. 3은 실험체의 단면 제원 및 철근 배근을 나타낸 것이다. 실험체의 단면은 폭 450 mm, 높이 150 mm 이고 순 경간은 2,600 mm이다. 인장 철근으로 SD400 등급의 D10 철근 4가닥(As=285.2 mm2)이 등 간격으 로 배근되었고 슬래브의 단부에서 정착을 위해 인장 철근은 갈고리 형태로 절곡 되어 사용되었다. 인장 철 근 하단의 피복 콘크리트의 두께는 30 mm이고 슬래 브의 유효 높이는 120 mm이다. 슬래브의 전단 경간 은 1,000 mm로써 전단 경간 비(a/d)는 8.33이고 순 경간은 슬래브 유효 높이의 약 21.67배로써 전형적 인 휨 파괴가 예상되어 전단 철근을 배근하지 않았다.

    2.4.실험체 보강

    28일의 양생기간을 거친 모든 RC 슬래브는 Fig. 4와 같은 방법에 의해서 휨 보강되었다. 실험체의 하면을 보강하기 위하여 실험체는 180° 거꾸로 놓였고 Fig. 4(a)에 나타낸 것과 같이 지지점(Support) 안쪽에 대해 서 TRM 보강이 이루어졌다. 정착장치를 고려하지 않 은 실험체는 Fig. 4(e)~(g)의 과정이 생략되었다. 여 러 겹의 TRM으로 보강이 이루어진 실험체는 Fig. 4(b)~(d)의 과정이 반복되었다. TRM 1 겹의 보강 두 께는 약 5 mm이고 모든 실험체의 보강 두께를 일정 하게하기 위하여 마지막 단계(Fig. 4(h))에서 숏크리트 의 두께는 실험체의 TRM 적용 겹 수에 따라 5~15 mm 정도로 하였다. 따라서 모든 실험체에서 보강면 의 두께는 적용된 Textile의 수에 상관없이 약 20 mm 이었다. TRM으로 휨 보강된 실험체는 28일의 기건 양생 후에 휨 실험이 수행되었다.

    2.5.실험체 설치 및 계측 계획

    Fig. 5에 나타낸 것과 같이 ASTM C78/C78M(2016)에 의한 4점 휨 실험이 F-Control 실험체를 포함한 총 7 개의 실험체에 대해서 수행되었다. 하중은 슬래브의 중앙에서 300 mm 떨어진 두 곳에서 2.0 mm/min 비 의 변위제어에 의해 공급되었다. 슬래브의 중앙에서의 수직 처짐을 측정하기 위하여 2개의 LVDTs(Linear Variable Differential Transformers)가 설치되었다. 콘 크리트의 압축 변형률을 측정하기 위하여 슬래브의 상부 면에서 25 mm 떨어진 곳에 변형률 게이지 (Strain gage)를 부착하였고 인장 철근과 Textile의 인 장 변형률을 측정하기 위하여 슬래브의 중앙 단면에 서 각각 2 개의 변형률 게이지를 부착하였다. 모든 계 측 값은 매 초마다 데이터 로거(Data logger)를 통하 여 수집되었고 컴퓨터에 저장되었다. 그리고 실험 중 발생되는 균열의 진전과 특이사항을 육안을 통하여 관찰하고 기록하였다.

    3.실험 결과 및 분석

    3.1.실험 결과의 요약

    Table 6에 휨 실험에 의한 결과를 나타냈다. 보강되지 않은 F-Control 실험체의 최대하중은 약 33.16 kN이 었고 이때의 변위는 69.51 mm이었다. TRM으로 보강 된 슬래브의 최대하중은 F-Control 실험체의 최대하중 에 비하여 약 159.89%~285.16% 향상되었다. FRP 보 강재인 Textile의 보강 겹 수의 증가에 따라 최대하중 이 약 60% 정도 증가되었고 정착장치 사용에 의한 최대하중의 차이는 미비했다.

    3.2.파괴형태의 비교

    Fig. 6은 전체 실험된 슬래브의 파괴 형태를 나타낸 것이다. F-Control 실험체의 파괴 형태는 인장 철근 항복 이후 압축 콘크리트 파괴로 인한 전형적인 휨 파괴를 나타냈다. TRM으로 보강된 실험체는 중앙 휨 균열 폭의 증가와 함께 압축부 콘크리트의 파괴로 인 한 휨-압축 파괴를 나타냈다. Fig. 7에 FC3N 실험체 의 실험 이후 TRM의 보강 계면을 나타낸 것과 같이, TRM과 콘크리트의 계면에서 박리는 관찰되지 않았고 보강된 실험체는 정착장치의 종류나 사용 여부에 관 계없이 각 실험체에 보강된 Textile의 겹 수에 따라 비슷한 양상의 파괴 형태를 나타냈다.

    3.3.하중-변위 곡선의 비교

    Fig. 8은 정착장치를 고려하지 않은 휨 보강된 슬래브 의 하중-변위 관계를 나타낸 것이다. 무 보강된 실험 체인 F-Control의 최대하중은 33.16 kN이었고 Textile 의 보강 겹 수의 증가에 따라 FC1N, FC2N, 그리고 FC3N 실험체의 최대하중은 각각 약 53.02 kN, 77.4 kN, 그리고 94.56 kN이었다. 보강 겹 수의 증가에 따 라 보강 실험체의 최대하중은 기준 실험체 최대하중 의 약 60%씩 증가되는 경향을 나타냈다. 보강량이 가 장 큰 FC3N 실험체의 최대하중은 무 보강된 F-Control 실험체 최대하중의 약 3배에 달했다. 그 밖 에도 보강량의 증가에 따라 초기 균열 이후 강성이 증가하는 것이 확인되었고 인장 철근 항복 이후의 기 울기에서도 보강량의 증가에 따라 기울기가 큰 것으 로 나타났다.

    또한 보고된 기존의 연구에서는 최대하중이 증가함 에 따라 최대하중에서의 변위가 감소되는 것으로 확 인되었지만 본 연구에서는 최대하중이 증가하여도 최 대하중에서의 변위가 감소되지 않는 것으로 확인되었 다. 기존의 연구 결과보다 향상된 휨 보강 성능을 나 타내는 것과 최대하중에서 변위가 감소되지 않는 이 유는 실험체의 폭이 증가되어 부착면이 넓어짐에 따 라 TRM이 계면에서 박리되지 않고 완전 부착 거동을 했기 때문으로 판단된다.

    Fig. 9는 두께 12 mm의 정착장치가 사용된 슬래브 의 하중-변위 관계를 나타낸 것이다. 적용된 Textile 의 양이 증가함에 따라 초기 균열 이후의 강성이 비 례적으로 증가했고 인장 철근 항복 이후의 기울기에 서도 적용된 Textile의 수에 따른 차이를 나타냈다. 보 강 겹 수에 따라 FC1A, FC2A, 그리고 FC3A 실험체 의 최대하중은 각각 55.08 kN, 76.58 kN, 그리고 92.96 kN이었고 무 보강된 F-Control 실험체 대비 최 대하중이 각각 66.10%, 130.94%, 그리고 180.34% 증 가됨으로써 큰 보강 효과를 나타냈다. 하지만 정착장 치를 사용하여도 휨 성능의 증가는 미비했다. 이러한 원인은 부착력 증가를 위해 폭이 넓은 슬래브 부재에 적용한 것, 보강면의 그라인딩과 습윤 상태 유지와 같 은 표면 처리를 한 것, 그리고 수 작업(미장)으로 이 루어지던 모르타르 타설을 숏크리트 장비를 사용한 것과 같은 다양한 노력의 결과로 판단된다. 따라서 높 이에 비해 폭이 작은 보에 대해 TRM을 적용한 이전 의 연구 결과들과 다르게 슬래브 형태와 같이 부착 면적이 충분히 확보된 경우의 구조물 보강에서는 표 면 처리와 숏크리트 작업만으로도 충분한 부착 성능 을 확보할 수 있어서 정착장치의 사용이 필요하지 않 을 것으로 판단된다. 하지만 계면 박리 파괴가 발생하 지 않는 충분한 부착 면적을 산정하기 위한 추가적인 연구가 필요하다.

    3.4.하중-변형률 관계의 비교

    Fig. 10은 정착장치를 사용하지 않은 실험체군(FC1N, FC2N, and FC3N)에 대한 Textile의 하중-변형률 곡 선을 나타낸 것이다. FC1N 실험체의 보강에 사용된 Textile에서 최대 약 13,000 με의 변형률이 측정되었 지만 CFRP로 만들어진 Textile의 파단 시 변형률인 17,500 με에는 미치지 못했다. TRM의 보강 겹 수가 증가함에 따라 동일 하중에서 Textile에 발생된 변형 률이 적었고 하중-변형률 곡선의 기울기가 점점 증가 하는 것을 확인할 수 있다. 이것은 적용된 TRM의 수 가 많아짐에 따라 보강 섬유의 양이 증가하여 동일 하중에서 보다 적은 변형 특성을 보이는 것으로 판단 된다.

    Fig. 11은 정착장치 사용에 여부에 따른 3겹의 TRM으로 휨 보강된 실험체의 Textile에서 계측된 변 형률을 비교한 것이다. FC3A의 경우, 정착장치 사용 에 의해 동일 하중에서 보다 높은 변형 수준을 나타 내는 것으로 확인되었고 FC3A 실험체에 사용된 Textile의 변형률은 파단 시의 변형률인 17,500 με를 초과했다. 실험 중에도 최대하중 도달 시까지 섬유가 찢기는 소리(‘툭’ or ‘틱‘)를 들을 수 있었다.

    Fig. 12는 정착장치를 사용하지 않은 Textile의 보 강 겹 수에 따른 FC1N, FC2N, 그리고 FC3N 실험체 의 인장 철근과 Textile의 하중-변형률 곡선을 나타낸 것이다. 세 개의 실험체 모두에서 인장 철근은 항복 변형률을 초과하는 변형률을 나타냈고 완전 소성 거 동을 나타냈다. 또한 Textile의 변형률은 인장 철근 항 복 시까지 동일한 거동을 나타냈고 인장 철근 항복 이후에도 하중과 함께 변형률이 증가하는 것으로 나 타났다. 이를 통하여 휨 보강에 사용된 Textile이 정착 장치의 사용 없이도 완전 부착 거동하는 것을 확인할 수 있었으며 인장 콘크리트 균열 이후부터 Textile의 보강 성능이 발휘되고 인장 철근 항복에 따른 Textile 로의 하중 전달이 이루어지는 것을 명확히 확인할 수 있다.

    Fig. 13은 FC3N과 FC3A 실험체의 인장 철근과 Textile의 하중-변형률 곡선을 나타낸 것이다. 정착장 치 사용에 따라 인장 철근은 큰 차이를 나타내지 않 았지만 Textile은 확연히 구분되는 큰 차이를 나타냈 다. FC3N의 경우에서 Textile의 변형률은 초기 균열 발생 시부터 인장 철근 항복 시까지 인장 철근과 유 사한 변형을 나타냈다. 그리고 인장 철근 항복 이후부 터 실험체의 파괴 시까지 하중이 증가하며 약 5,000 με까지 변형을 나타냈다. 하지만 정착장치를 사용한 FC3A의 경우, Textile의 변형률은 초기 균열 발생 직 후부터 급격한 변형률의 증가를 나타냈고 이후 인장 철근이 항복에 도달할 때쯤 변형률이 급격히 증가하 여 파단 시 변형률인 17,500 με에 도달했다. Textile의 여러 개의 스트립 중에서 변형률 게이지를 부착한 스 트립에서 섬유가 부분적으로 파단되어 더 이상 변형 률을 계측할 수 없었지만 전술한 바와 같이, Textile의 부분적인 파단과 함께 최대 하중에 도달했다. 이를 통 하여 정착장치를 사용한 경우에서 Textile에 보다 높 은 응력이 전달되는 것을 확인했으나 실험체의 최종 파괴 이전에 Textile이 부분적으로 파단됨에 따라서 부착 면적이 충분한 경우에는 정착장치를 사용하지 않는 것이 보다 안정적인 것으로 확인하였다.

    3.5.평균 균열 간격과 균열 개수의 비교

    Table 7은 각 실험체에 발생된 균열의 개수 및 계산 된 평균 균열 간격을 나타낸 것이고 Fig. 14는 각 실 험체 하면의 균열 형상을 나타낸 것이다. Textile이 1 겹, 2겹으로 증가함에 따라 균열의 수도 각각 약 2 배, 3배로 증가되는 것으로 확인되었다. 균열 개수의 증가에 따라 평균 균열 폭은 각각 1/2, 1/3씩 감소되 는 것으로 확인되었다. 하지만 3겹의 Textile을 보강한 경우에서 균열 개수의 증가나 평균 균열 간격의 감소 는 큰 차이가 없었다. 또한 정착장치 사용으로 인한 균열 형상의 변화도 미비했다. 이러한 균열 개수의 증 가와 평균 균열 간격의 감소의 원인으로는 Textile의 형상에 기인하는 것으로 판단된다. Textile은 주 보강 재료인 CFRP에 대해서 횡 방향으로 GFRP가 배치되 어 있다. 본 연구에서 GFRP의 사이의 간격은 33 mm 이었기 때문에 평균 균열 간격의 감소와 이에 따른 균열 개수의 증가에 영향을 미친 것으로 판단된다. 하 지만 GFRP 섬유 간격에 따른 보다 정확한 균열 형상 의 영향은 추가적인 실험을 통하여 규명될 필요가 있 다.

    4.결 론

    본 연구에서 수행된 실험으로부터 취득된 결과들을 정리하여 도출한 결론들은 다음과 같다.

    1. TRM으로 휨 보강된 슬래브의 최대하중은 보강 되지 않은 슬래브와 비교하여 적용된 TRM의 겹 수에 따라 159.89%에서 285.16%에 이르는 휨 성능의 증가 를 나타냈다. 또한 최대하중에서 슬래브의 처짐이 감 소되지 않고 압축부 콘크리트의 파괴에 따른 휨 파괴 를 나타냄으로써 TRM의 완전 부착 거동을 확인하였 다.

    2. 정착장치의 사용 유·무에 따라 휨 실험을 수행 한 결과, 최대하중이나 슬래브의 강성에서 뚜렷한 차 이를 확인할 수 없었다. 따라서 여러 겹의 TRM으로 보강이 이루어진 경우라도 정착장치의 사용 없이 부 착 면적의 확보, 표면처리, 숏크리트에 의한 타설과 같은 노력만을 통해서도 충분한 보강 성능을 나타내 는 것으로 확인되었다.

    3. 실험된 슬래브의 보강면에서 균열 개수와 평균 균열 간격을 조사한 결과, TRM이 1겹, 2겹으로 보강 된 경우에서 균열 개수가 각각 2배, 3배 정도로 증가 되는 것으로 확인되었고 평균 균열 간격은 각각 1/2 배, 1/3배 정도로 감소되는 것으로 확인되었다. 이를 통해 TRM을 활용한 휨 보강은 RC 슬래브에 대한 보 강에서 응력 분배 효과가 우수함을 확인할 수 있었다. 하지만 3겹으로 보강된 경우에서 균열 개수의 증가와 평균 균열 간격의 감소는 미비했다.

    4. 이상의 결과들을 정리하여 기존의 연구 결과들 과 비교한 결과, TRM과 숏크리트를 활용한 보강 방 법은 본 실험에 사용된 RC 슬래브와 같이 부착 면적 이 충분히 확보된 구조물에 대한 휨 보강에서 보다 향상된 보강 성능을 나타내는 것으로 확인되었다. 향 후에는 본 실험 결과를 바탕으로 터널의 라이닝이나 슬래브와 같은 실 구조물에 대한 TRM의 보강 성능을 평가하기 위한 실험적 연구를 수행하고자 한다. 또한 TRM의 정확한 휨 강도를 예측하기 위한 수치 해석적 모델 개발과 관련된 다양한 연구를 수행하고자 한다.

    Figure

    KOSACS-7-4-1_F1.gif

    Components of TRM

    KOSACS-7-4-1_F2.gif

    Anchorage Made of Aluminum Bar

    KOSACS-7-4-1_F3.gif

    Geometry and Reinforcement Layout of Specimens

    KOSACS-7-4-1_F4.gif

    Reinforcing Process

    KOSACS-7-4-1_F5.gif

    Test Setup

    KOSACS-7-4-1_F6.gif

    Failure Modes for Total Specimens

    KOSACS-7-4-1_F7.gif

    Observation for Interface of FC3N Specimen

    KOSACS-7-4-1_F8.gif

    Load-Displacement Curves for Slabs Strengthened with TRM(without Anchorage)

    KOSACS-7-4-1_F9.gif

    Load-Displacement Curves for Slabs Strengthened with TRM(with Anchorage)

    KOSACS-7-4-1_F10.gif

    Load-Strain Curves for Slabs Strengthened with TRM(without Anchorage)

    KOSACS-7-4-1_F11.gif

    Load-Strain Curves for FC3N and FC3A Specimens

    KOSACS-7-4-1_F12.gif

    Load-Strain Curves for Tensile Rebar and Textile(FC1N, FC2N, and FC3N Specimens)

    KOSACS-7-4-1_F13.gif

    Load-Strain Curves for Tensile Rebar and Textile(FC3N and FC3A Specimens)

    KOSACS-7-4-1_F14.gif

    Crack Patten for Total Specimens

    Table

    Test Variables

    *FC1N㉮㉯㉰㉱
    ㉮ : Type of Strengthening(F:Flexure)
    ㉯ : Type of Reinforcing Fiber(C:Carbon)
    ㉰ : Number of Ply(1=1 ply, 2=2 plies, 3=3 plies)
    ㉱ : Use of Anchorage(N: None, A: Anchored)

    Mechanical Properties of Rebar

    Mixture Properties of Concrete

    (a)AE water-reducing admixture

    Mechanical Properties of Textile

    Mechanical Properties of Mortar

    Summary of Experimental Results

    Number of Crack and Average Space

    Reference

    1. D’Ambrisi A , Feo L , Focacci F (2013a) Experimental and Analytical Investigation on Bond Between Carbon-FRCM Materials and Masonry , Composites Part B: Engineering, Vol.46 ; pp.15-20
    2. D’Ambrisi A , Feo L , Focacci F (2013b) Experimental Analysis on Bond Between PBO-FRCM Strengthening Materials and Concrete , Composites B. Engineering, Vol.44 (1) ; pp.524-532
    3. D’Ambrisi A , Focacci F (2011) Flexural Strengthening of RC Beams with Cement-Based Composites , Journal of Composites for Construction, Vol.15 (5) ; pp.707-720
    4. ACI Committee 440 (2002) Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP System for Strengthening Concrete Structures, American Concrete Institute,
    5. ACI Committee 549 (2013) Design and Construction Guide of Externally Bonded FRCM System for Concrete and Masonry Repair and Strengthening, American Concrete Institute,
    6. ASTM A370 (2013) Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products, American Society for Testing and Materials (ASTM),
    7. ASTM C109/C109M (2013) Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars, American Society for Testing and Materials (ASTM),
    8. ASTM C39/C39M (2013) Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens, American Society for Testing and Materials (ASTM),
    9. ASTM C78/C78M (2016) Standard Test Method for Flexural Strength of Concrete(Using Simple Beam with Third. Point Loading), American Society for Testing and Materials (ASTM),
    10. Papanicolaou CG , Triantafillou TC , Papathanasiou M , Karlos K (2008) Textile Reinfoced Mortar (TRM) versus FRP as Strengthening Material of URM Walls , Out-of-Plane Cyclic Loading. Materials and Structures, Vol.41 (1) ; pp.143-157
    11. Schladitz F , Frenzel M , Ehlig D , Curbach M (2012) Bending Load Capacity of Reinforced Concrete Slabs Strengthened with Textile Reinforced Concrete , Engineering Structures, Vol.40 (1) ; pp.317-326
    12. Loreto G , Leardini L , Arboleda D , Nanni A (2013) Performance of RC Slab-Type Elements Strengthened with Fabric-Reinforced Cementitious-Matrix Composites , Journal of Composites for Construction, Vol.18 (3) ; pp.284-299
    13. Said H , Wu Z (2008) Evaluating and Proposing Models of Predicting IC Debonding Failure , Journal of Composite for Construction, Vol.12 (3) ; pp.284-299
    14. Elsanadedy HM , Almusallam TH , Alsayed SH , Al-Salloum YA (2013) Flexural Strengthening of RC Beams Using Textile Reinforced Mortar - Experimental and Numerical Study , Composite Structures, Vol.97 (1) ; pp.40-55
    15. Teng JG , Smith ST , Yao J , Chen JF (2003) Intermediate Crack-Induced Debonding in RC Beams and Slabs , Journal of Construction and Building Materials, Vol.17 (6-7) ; pp.447-462
    16. Jung KS , Hong KN , Han SH , Park JK , Kim JH (2015) Prediction of Flexural Capacity of RC Beams Strengthened in Flexure with FRP Fabric and Cementitious Matrix , International Journal of Polymer Science, Vol.2015Article ID 868541 http://dx.doi.org/10.1155/2015/868541
    17. Ombres L (2011) Flexural Analysis of Reinforced Concrete Beams Strengthened with a Cement Based High Strength Composite Material , Composite Structures, Vol.94 (1) ; pp.143-155
    18. Ombres L (2015) Analysis of the Bond Between Fabric Reinforced Cementitious Mortar (FRCM) Strengthening System and Concrete , Composites Part B. Engineering, Vol.69 ; pp.418-426
    19. Utui N , Kim H (2011) Analytical Studies for Predicting Behaviors of RC Beams Retrofitted with Hybrid FRPs , Journal of Korean Society for Advanced Composite Structures, Vol.2 (2) ; pp.1-6
    20. Babaeidarabad S , Loreto G , Nanni A (2014) Flexural Strengthening of RC Beams with an Externally Bonded Fabric Reinforced Cementitious Matrix , Journal of Composites for Construction, Vol.18 (5)
    21. Lu XZ , Teng JG , Ye LP , Jiang JJ (2007) Intermediate Crack Debonding in FRP-Strengthened RC Beams FE Analysis and Strength Model , Journal of Composites for Construction, Vol.11 (2) ; pp.161-174
    22. Lee YG , Kim SH , Lee KY , Yoon SJ (2013) The Flexural Strengthening Effect of I-Shape PFRP Member Using Carbon Fiber Sheet , Journal of Korean Society for Advanced Composite Structures, Vol.4 (2) ; pp.1-7