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ISSN : 2093-5145(Print)
ISSN : 2288-0232(Online)
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures Vol.9 No.1 pp.62-71
DOI : https://doi.org/10.11004/kosacs.2018.9.1.062

A Study on the Mechanical Properties of Para-aramid Fiber-Reinforced Concrete using Environment-Friendly Recycled Coarse Aggregates

Heon-Seok Lee1, Seung-Ki Kim1, Hyung-Joo Lee1, Elyorjon Azimov2, Woo-Suk Kim3
1Ph.D Student, Department of Architecture Engineering, Kumoh National Institute of Technology, Gumi, Korea
2Master Student, Department of Architecture Engineering, Kumoh National Institute of Technology, Gumi, Korea
3Professor, School of Architecture, Kumoh National Institute of Technology, Gumi, Korea
Corresponding author: Kim, Woo-Suk School of Architecture, Kumoh National Institute of Technology, 61 Daehak-ro, Gumi, Gyungbuk 39177, Korea +82-10-5187-1626, +82-54-478-7609, kimw@kumoh.ac.kr
February 15, 2018 March 21, 2018 March 22, 2018

Abstract


Recently, redevelopment and reconstruction projects have caused problems such as depletion of natural aggregates, and the use of recycled aggregate is being reevaluated as an optimal alternative. Therefore, in this study, the mechanical and deformation characteristics of Environment-Friendly Recycled Coarse Aggregate (here after, EFRCA) concrete reinforced with para-aramid fiber with high strength and high elasticity are examined. The experimental main parameters were EFRCA replacement ratio (0, 30 and 50%) and para-aramid fiber volume fraction (0, 0.75 and 1.0%). Experimental results show that the EFRCA concrete has lower compressive strength than plain concrete. However, compared with the natural aggregate, the EFRCA concrete, which exhibited low material properties, showed almost the same performance as plain concrete, such as increased flexural strength and improved ductility by incorporating para-aramid fibers. Through the experiment, it is considered that the most suitable para-aramid volume fraction is 0.75%. Based on these results, the experimental results related to the performance degradation of EFRCA concrete containing para-aramid fibers are secured and basic data for determining the reuse possibility and reinforcement method of structures are presented.



파라계 아라미드섬유 보강 환경친화형 순환골재 콘크리트의 역학적 특성에 관한 연구

이 헌석1, 김 승기1, 이 형주1, 아 지모프 엘리욧2, 김 우석3
1금오공과대학교 건축공학과 박사과정
2금오공과대학교 건축공학과 석사과정
3금오공과대학교 건축학부 조교수

초록


    National Research Foundation of Korea
    2017R1D1A3B032986

    1. 서 론

    최근 도시환경정비로 인한 재개발, 재건축 사업의 과 정에서 필연적으로 발생되는 건설폐기물의 발생량이 급증하고 있는 실정이며, 이 가운데 폐콘크리트는 건 설폐기물 전체 발생량의 약 70% 정도를 차지하고 있 다. 천연골재의 고갈 등으로 극심한 제약을 받고 있 는 상황에서 자원 절약 및 폐기물의 재활용 노력이 다양하게 전개됨과 동시에 폐콘크리트를 파쇄하여 만든 환 경친화형 순환굵은골재(Environment-Friendly Recycled Coarse Aggregates, 이하 EFRCA)의 사용은 최적의 대안으로 재평가되고 있다. 2006년에는 순환골재 품 질기준과 부합하기 위하여 “KS F 2573(콘크리트용 순환골재)”가 개정되는 등 순환골재를 적극적으로 활 용하기 위한 사회적 기반도 마련되었다. 이러한 상황 에서 EFRCA의 필요성은 현저히 증가하고 있기에 재활용 방안에 관한 시급한 연구가 필요하다.

    이를 해결하기 위해 국내⋅외에서 순환골재를 사 용한 콘크리트의 구조적 성능을 보완하기 위한 여러 가지 보강재료 및 제조 방법이 개발되어왔는데 본 연구에서는 최근에 새로이 검토되고 있는 재료로써 인장강도 및 내열성이 우수하며 고강도 및 고탄성의 특징을 갖는 파라계 아라미드(Para-aramid)섬유를 적용하였을 때, 순환골재 콘크리트의 역학적 특성과 변형특성을 검토하고자 한다. 이를 위해 폐콘크리트 를 파쇄하여 얻은 ERFCA를 활용하여 EFRCA의 치 환율(0, 30, 50%) 및 PA섬유 혼입률(0, 0.75, 1.0%) 을 주요 변수로 한 콘크리트 공시체를 제작하여 재 료실험(압축강도, 쪼갬인장강도 및 휨강도 실험)을 수 행하였다. 실험결과 분석을 통해 파라계 아라미드섬 유 보강 순환골재 콘크리트의 성능저하 관련 실험결 과를 확보 및 건설폐기물의 재사용 가능성 및 보강 방법을 결정하기 위한 기초적 자료를 제시하고 이 분야의 연구 활성화를 통해 EFRCA의 재활용을 촉 진시키는 것을 목표로 한다.

    2. 기존 실험연구 고찰

    2.1 순환굵은골재 치환율에 따른 콘크리트의 강도 특성

    천연골재와 비교하여 낮은 재료적 특성을 갖고 있는 순환굵은골재의 구조적 성능을 향상시키기 위해서 기 본적으로 순환굵은골재를 사용한 콘크리트의 역학적 특성 및 변형특성을 규명하는 것이 중요하며 필수적 이라 할 수 있다.

    순환골재 콘크리트에 대한 기존연구결과들을 비 교하여 Table 1에 나타내었다. 기존의 실험연구(① Kim et al., 2012; ② Kim et al., 2014; ③ Yang et al., 2016)의 결과를 살펴보면 설계기준 압축강도 30∼ 40MPa 수준의 콘크리트를 대상으로 순환굵은골재를 사용하였을 때, 전체적으로 순환굵은골재 치환율이 높아짐에 따라 강도의 저하를 나타내었다.

    순환굵은골재 각 치환율에 따른 압축강도의 저하 를 살펴보면 30% 치환 시 5∼8%, 50% 치환 시 10∼ 14%, 100% 치환 시 20% 내외로 압축강도가 저하되 는 것으로 판단된다. 쪼갬인장강도에 대해서는 순환 굵은골재 치환율 30%인 경우 2∼10%, 치환율 50% 인 경우 6∼15%, 치환율 100%인 경우 20% 내외로 인장강도가 저하되는 것으로 판단된다. 다만 ① Kim et al (2012)의 실험결과에서는 30% 치환 시 35.5%, 50% 치환 시 50%의 강도저하를 나타내었는데, 이는 실험환경 및 외부 변수로 인한 오차로 판단된다. 또 한, 휨강도 실험에서의 결과를 종합해보면 순환굵은 골재 30% 치환 시 2∼14%, 50% 이상 치환 시 10∼ 20%의 휨강도 저하가 나타나는 것으로 판단된다.

    2.2 순환굵은골재 콘크리트에 대한 섬유보강 효과

    국내외에서 콘크리트의 구조적 성능을 보완하기 위해 다양한 섬유보강 방법이 연구되어왔다. 그 중 특히 강섬유와 PVA섬유가 일반적으로 사용되며 순환굵은 골재 콘크리트에 적용 시 보강 효과에 대해 알아보 고자 한다.

    Table 1의 기존연구(⑤ Kim et al., 2014; ⑥ Shin et al., 2015) 결과, 순환굵은골재를 30% 치환한 콘크리트에 강섬유 0.75% 혼입 시 압축강도 4∼8%, 쪼갬인장강도 10∼17%, 휨강도 9∼12%의 증진 효과를 볼 수 있었으며, 강섬유 혼입률 1.0%인 경우 압축강도 6∼7%, 쪼갬인장강도 12∼20%, 휨강도 10∼13%의 증진 되는 것으로 나타났다. 다만, 실험결과(⑤ Kim et al., 2014)에서 강섬유 혼입률 0.75% 및 1.0%의 압축강도 비교시 1.0%에서 오히려 압축강도가 저하 하는 것으로 나타났으며, 전체적으로 강섬유 혼입률 0.75%와 1.0%의 보강효과는 큰 차이가 없는 것으로 판단된다.

    기존연구(④ Shin et al., 2013)의 실험결과에서도 강섬유 혼입에 따른 강도의 증가 양상은 비슷하게 나타났지만, 다소 큰 폭으로 증가하는 경향을 보였다. 강섬유와 PVA섬유를 함께 혼입한 경우 PVA섬유의 혼입률 증가에 따른 강도의 영향은 강도의 증진 효 과를 보이기도 하지만 오히려 강도의 저하를 일으키는 경우도 발생하였기 때문에 PVA섬유 자체만을 기준으 로 보강 효과를 판별하기에는 부족하다고 판단된다.

    기존연구 분석결과 순환굵은골재 사용에 따른 강 도저하 문제를 강섬유 및 PVA섬유로 보강함으로써 동등 이상의 강도 증진 효과를 얻을 수 있는 것으로 사료되며 이를 바탕으로 최적의 변수를 설정하여 실 험연구를 수행하였다.

    3. 실 험

    3.1 실험계획

    파라계 아라미드섬유 보강 순환굵은골재 콘크리트의 역학적 특성을 실험적으로 규명하기 위하여 순환굵은 골재 치환율(0, 30, 50%) 및 아라미드섬유 혼입률(0, 0.75, 1.0%)를 주요 변수로 설정하여 공시체를 제작하 여 실험하였다. 공시체 일람은 Table 2에 나타내었다.

    3.2 사용재료 및 재료특성

    1) 시멘트

    실험에 사용된 시멘트는 국내 S사에서 생산된 1종 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 시멘트의 성질 은 Table 3과 같다.

    2) 골재

    실험에 사용된 잔골재는 낙동강 하천사로 조립율 2.17의 것을 사용하였고, 천연굵은골재는 깬자갈로 최 대치수는 11㎜, 순환굵은골재는 폐콘크리트를 파쇄하 여 생산된 것으로 KS F 2573 「콘크리트용 순환골재」 에서 규정하는 품질기준에 적합한 흡수율 3% 이하를 만족시키는 인천 I사의 구조용 순환굵은골재를 사용 하였으며, 최대치수는 19㎜이다. Fig. 1은 실험에 사 용된 천연굵은골재와 순환굵은골재를 각각 나타내었 으며, 골재의 물리적 성질은 Table 4에 나타내었다.

    3) 파라계 아라미드섬유

    일반적으로 파라계 아라미드(p-Aramid)는 아미드결 합(-NHCO-)이 벤젠고리의 파라(para) 위치에 결합 한 poly-para-phenylene-terephthalamide를 말하며 인장강도, 강인성 및 내열성이 뛰어나며 고강도⋅고 탄성률을 갖고 있다.

    휨강도 및 인장강도의 향상을 위하여 Fig. 2와 같 은 형태의 강도저하율 30% 이하의 Bundle형 Dipped Chopped Fiber를 사용하였다. 실험에 사용한 아라미 드섬유의 물리적 성질은 Table 5에 나타내었다.

    3.3 배합설계

    본 연구에서 콘크리트는 W/C ratio 50%, 설계기준 압축강도 24MPa을 목표로 Table 6에 나타낸 바와 같이 배합하였으며, 콘크리트 압축강도 및 쪼갬인장 강도 시험용 공시체는 ∅100×200㎜의 원주형 공시체 를 제작하였고, 휨강도 측정을 위한 공시체는 100×100×400㎜의 각형 공시체를 제작하였다. 모든 공시체는 타설 24시간 후 탈형하고, 강도실험 하루 전까지 수중양생시켰다. 타설된 콘크리트의 초기강도 특성 및 슬럼프값은 Table 7에 나타내었다.

    Etxeberria et al (2007)에 따르면 낮은 물시멘트비와 혼합된 RCA 콘크리트는 RCA에 부착된 모르타르의 흡수율 증가 및 순환골재와 시멘트 페이스트 계면 사이의 새로운 ITZ(interfacial transition zone)가 형 성되면서 이에 따른 우수한 결합으로 인해 압축성능 을 향상시킨다는 연구결과를 보고하였다.

    초기 압축강도 실험결과에서 R30 series에 비해 서 R50 series의 강도가 더 큰 것으로 측정되었는데, 이는 Etxeberria et al (2007)의 연구결과에 기인한 것으로 판단된다.

    또한, R50-PAF0.75에 비해서 R50-PAF1.0의 7일 압축강도가 증가하였는데, 이는 사전 연구(Kim, Y. C et al, 2014Shin, J. L et al, 2015)의 실험결과 에서도 나타난 바 있으며, 천연골재에 비해 더 많은 공극을 가진 순환골재가 아라미드섬유를 혼입함으로 써 순환골재와 섬유간 Interaction에 의해 공극을 채 워줌으로써 강도가 발현되는 현상으로 판단된다. 이 러한 현상에 대해서는 차후 SEM 촬영 등을 통해 순 환골재의 미세구조를 규명할 필요가 있을 것으로 판 단된다.

    3.4 실험방법

    압축강도(KS F 2405) 및 쪼갬인장강도(KS F 2423) 실험은 980kN용량의 만능시험기(U.T.M)를 사용하여 측정하였고, 휨강도 실험은 KS F 2408에 따라 Fig. 3과 같이 반력벽에 설치된 프레임에 1000kN 용량의 Actuator를 설치하여 실험을 실시하였다. 재하방법은 Actuator에 설치된 로드셀(Load cell)을 사용하여 변 위를 지정하는 변위조절방식(Deflection control)에 의 해 3등분점 재하방법으로 가력하여 실험을 수행하였다.

    4. 실험결과 및 분석

    4.1 공시체 파괴형상

    공시체의 파괴형상을 살펴보면 전체적으로 모든 공시 체에서 순환굵은골재의 치환율이 높아짐에 따라 균열 이 다소 증가되는 경향을 나타내었다. 각 재료시험을 통한 공시체 파괴형상을 Fig. 4에 나타내었다.

    압축강도 실험의 경우 아라미드섬유를 혼입하지 않은 공시체의 파괴양상은 전체적으로 균열이 생김과 동시에 콘크리트 파편이 떨어져 나가는 등의 파괴형 태를 나타냈지만, 아라미드섬유를 혼입한 공시체의 경우 미세한 균열과 약간의 콘크리트 탈락 현상이 발견됐을 뿐 공시체의 형상이 온전히 남아 있는 것 을 확인할 수 있었다. 또한, 공시체 박리가 발생되는 시점에서의 변형률을 비교하여 Fig. 5에 나타내었다.

    아라미드섬유를 혼입하지 않은 공시체의 박리 시 변형률을 기준으로 순환골재 치환율 0%일 때, 박리 시 변형률이 아라미드섬유 혼입률 0.75%에서 39.2%, 1.0%에서 80.4% 증가하였고, 순환골재 치환율 30% 일 때, 박리 시 변형률이 아라미드섬유 혼입률 0.75% 에서 19.8%, 1.0%에서 36.4% 증가하였으며, 순환골 재 치환율 50%의 경우, 박리 시 변형률이 아라미드 섬유 혼입률 0.75%에서 12.4%, 1.0%에서 27.3% 증 가를 나타내었다.

    쪼갬인장강도 실험의 경우 공시체가 최대하중을 받은 이후 아라미드섬유를 혼입하지 않은 공시체는 완전히 두 조각으로 분리되는 형태를 나타냈지만, 아 라미드섬유를 혼입한 공시체는 가력 방향으로 균열만 커졌을 뿐 공시체의 온전한 형태를 유지하고 있었다.

    휨강도 실험에서의 파괴형상은 아라미드섬유를 혼입하지 않은 공시체의 경우 최대하중 도달 이후 공시체의 중앙부 밑부분에서부터 하중점으로 균열이 커지면서 1/2로 취성파괴를 나타내었다. 그러나 아라 미드섬유를 혼입한 공시체의 경우 하중이 증가함에 따라 공시체 균열폭이 다소 증가되지만, 취성적 파괴 가 아닌 연성파괴가 유도되는 형상을 확인할 수 있 었다. 이는 균열이 발생했을 때, 공시체 내부에 혼입 된 아라미드섬유의 가교작용(bridge effect) 즉, 섬유 분리(fiber debonding), 섬유인발(fiber pullout), 섬유 파괴(fiber fracture) 등을 통해 연성파괴가 유도되는 것으로 판단되며 균열 발생시 아라미드섬유의 가교작 용을 나타내는 형상을 Fig. 6에 나타내었다.

    4.2 압축강도

    인성이란 재료가 파괴될 때까지의 에너지 흡수능력으 로써 응력-변형률 곡선의 면적으로 평가할 수 있다. 각 공시체의 아라미드섬유 혼입률에 따른 압축 인성 을 Fig. 7에 나타내었다.

    1) 아라미드섬유 혼입률에 따른 압축강도

    아라미드섬유 보강 EFRCA의 아라미드섬유 혼입률에 따른 압축강도 특성을 비교하여 Fig. 8에 나타내었다.

    그래프의 전체적인 형태를 살펴보면 아라미드섬 유의 혼입률이 증가함에 따라 압축강도가 감소하는 경향을 나타내었다. 하지만 아라미드섬유를 혼입함으 로써 취성적인 파괴형태에서 연성적인 파괴형태로 전 환되는 것을 확인할 수 있었고, 이는 아라미드섬유에 의해 연성능력이 향상된 것으로 판단된다.

    2) 순환골재 치환율에 따른 압축강도

    Fig. 9는 순환골재 치환율에 따른 공시체들의 압축강 도 특성을 비교하여 나타내었다.

    일반적으로 순환골재 치환율이 높아질수록 압축 강도가 감소한다는 점을 고려했을 때, 천연골재 공시 체와 순환골재로 치환한 공시체의 압축강도를 비교해 본 결과 커다란 차이점은 없었다. 아라미드섬유를 혼 입하지 않은 공시체의 경우에는 순환골재 치환율이높아질수록 하중의 크기가 줄어드는 양상을 보였다.

    하지만 섬유를 혼입한 경우에는 순환골재 치환율 50%인 공시체의 압축강도가 오히려 가장 높게 나타 났다. 이는 아라미드섬유를 혼입함으로써 순환골재의 구조적 성능을 완벽히 보완한 결과로 판단된다.

    4.3 쪼갬인장강도

    천연골재를 사용하여 제작한 공시체에 아라미드섬유 만 혼입한 경우와 순환골재를 30% 치환하여 제작한 공시체에 일반적으로 사용되는 강섬유를 아라미드섬 유와 함께 혼입한 경우 쪼갬인장강도에 미치는 영향 을 비교하여 Fig. 10에 나타내었으며, 각 공시체들의 변수는 Table 8과 같이 설정하였다.

    실험결과 천연골재만을 사용한 Type 1 공시체의 평 균 쪼갬인장강도는 3.13MPa이고, 순환굵은골재를 30% 치환하고 강섬유 및 아라미드섬유를 혼입한 공 시체의 평균 쪼갬인장강도는 각각 4.8MPa, 6.15MPa 로서 순환골재를 30% 치환하여 사용하더라도 섬유 혼입률이 높아짐에 따라 쪼갬인장강도가 증진하는 것 을 확인할 수 있었다. Type 1-Type 3 및 Type 2-Type 3을 비교하여 살펴보면 Type 1-Type 3의 경우 아라미드섬유의 혼입률을 고정시키고 강섬유를 혼입함으로써 쪼갬인장강도가 3.02MPa 증가하였고, Type 2-Type 3의 경우 강섬유 혼입률을 고정시키고 아라미드섬유의 혼입률만 증가시켰을 때, 쪼갬인장강 도가 1.35MPa 증가하는 경향을 나타내었다. 강섬유 와 아라미드섬유를 동시에 혼입하여 사용하였는데, 이때 사용된 강섬유 혼입률에 비해 아라미드섬유 혼 입률이 낮음에도 불구하고 강섬유와 동등수준의 쪼갬 인장강도 증진 효과를 확인할 수 있었다. 또한, 모든 공시체들의 쪼갬인장강도 값이 압축강도의 1/10∼ 1/14 범위 안에 속하는 것을 확인할 수 있었다.

    4.4 휨강도

    1) 아라미드섬유 혼입률에 따른 휨강도

    EFRCA를 사용한 공시체의 아라미드섬유 혼입률에 따른 휨강도 특성을 비교하여 Fig. 11에 나타내었다.

    그래프의 전체적인 형태는 아라미드섬유 혼입 유 무에 따라 그 양상의 차이점을 확인할 수 있었다.

    순환골재 치환율이 동일한 경우 아라미드섬유의 혼입률이 높을수록 휨강도가 증가하는 것으로 나타났 다. 또한, 섬유를 혼입하지 않은 공시체의 경우 최대 하중을 받은 이후 취성적인 거동을 나타내었으나 섬 유를 혼입한 경우 최대하중을 받은 이후에도 연성적 인 거동을 나타내었으며, 섬유 혼입률이 높아짐에 따 라 상당한 처짐이 발생하며 연성능력이 더욱 향상되 는 것을 확인할 수 있었다. 이는 천연골재와 비교하 여 낮은 재료적 특성을 보였던 순환골재에 아라미드 섬유를 혼입함으로써 가교작용에 의해 휨강도 증진, 연성능력확보 및 섬유간의 응집작용을 통한 변위제어 효과에 기인한 것으로 판단된다.

    2) 순환골재 치환율에 따른 휨강도

    Fig. 12는 순환골재 치환율에 따른 공시체의 휨응력- 변위 곡선을 나타내었다.

    아라미드섬유를 혼입하지 않은 경우 모든 공시체에서 최대하중을 받은 이후 취성적인 거동을 나타내었다. 또한, 천연골재 공시체와 비교하여 순환굵은골재 치 환율 30%에서 7.1%, 치환율 50%에서 18.3% 강도의 저하를 나타내며 대체적으로 순환골재 치환율에 따른 휨강도의 차이는 뚜렷하게 나타나지 않았다. 하지만, 아라미드섬유를 혼입한 경우 순환굵은골재 치환율에 따른 휨응력 감소를 살펴보면 아라미드섬유 혼입률을 0.75%로 고정하였을 때, 순환굵은골재 치환율 30%에 서 22.3%, 치환율 50%에서 35.6%의 저하를 나타내 며 천연골재 공시체와 비교하여 치환율 30%에서 뚜 렷한 강도의 저하를 나타내지만, 치환율 30%와 50% 사이에서의 차이는 두드러지지 않는 것으로 나타났 다. 아라미드섬유 혼입률을 1.0%로 고정한 경우 또한 치환율 30%에서 28.4%, 치환율 50%에서 35%의 휨 응력 저하를 나타내며 비슷한 양상을 나타내었다.

    5. 결 론

    순환굵은골재를 사용한 파라계 아라미드섬유 보강 콘 크리트의 재료특성을 평가하기 위한 연구로서 순환골 재 치환율(0, 30, 50%) 및 파라계 아라미드섬유 혼입 률(0, 0.75, 1.0%)을 주요 변수로 한 재료실험(압축강 도, 쪼갬인장강도 및 휨강도 실험)을 실시하였으며, 실험결과를 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

    • 1) 공시체의 파괴형상을 살펴보면 전체적으로 순 환굵은골재 치환율이 높아짐에 따라 균열이 다소 증 가 되는 경향을 나타내었으며, 아라미드섬유를 혼입 하지 않은 공시체의 경우 압축강도 공시체는 파편이 떨어져 나가는 등의 취성파괴가 일어났고, 쪼갬인장 강도 및 휨강도 공시체는 취성파괴가 일어나며 두 조각으로 완전히 분리되는 형태를 나타내었다. 그러 나 아라미드섬유를 혼입한 공시체의 경우 모든 공시 체에서 미세균열과 약간의 콘크리트 탈락 현상이 발 견됐을 뿐 공시체의 형태를 온전히 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 균열발생시 공시체 내부에 혼입된 아라미드섬유의 가교작용으로 인한 균열발생 억제 효과로 연성파괴를 유도한 것으로 판단된다.

    • 2) 순환골재로 치환한 콘크리트의 압축강도는 천 연골재만을 사용한 콘크리트에 비해 다소 낮은 압축 강도를 나타내었으나 커다란 차이점은 없었다. 하지 만, PA섬유를 혼입함으로써 취성적인 거동에서 연성 적인 거동으로 전환되며 순환골재 치환율 50%인 공 시체에서의 압축강도가 오히려 가장 높게 측정되었 다. 이는 PA섬유를 혼입함으로써 순환골재의 구조적 성능을 완벽히 보완한 결과로 판단된다.

    • 3) 쪼갬인장강도 비교를 위한 실험결과, 순환골재 를 30% 치환하여 사용하더라도 섬유 혼입률이 높아 짐에 따라 쪼갬인장강도가 증진하는 것을 확인하였으 며, 특히 아라미드섬유를 사용함으로써 강섬유와 동 등수준의 쪼갬인장강도의 증진 효과를 확인할 수 있 었다. 또한, 쪼갬인장강도의 값이 압축강도의 1/10∼ 1/14 범위 안에 속하는 것을 확인할 수 있었다.

    • 4) 공시체의 휨강도를 비교한 결과, 순환골재 치 환율이 동일한 경우 아라미드섬유를 혼입함으로써 휨 강도가 증가함과 동시에 최대하중을 받은 이후 상당 한 처짐이 발생하며 연성능력이 더욱 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 천연골재와 비교하여 낮은 재료적 특성을 보였던 순환골재에 아라미드섬유를 혼 입함으로써 가교작용에 의한 휨강도 증진, 연성능력 확보 및 변위제어 효과에 기인한 것으로 판단된다. 또한, 순환골재 치환율 30%에서 뚜렷한 휨강도의 저 하를 나타내지만, 치환율 30%와 50% 사이에서 휨강 도의 차이는 두드러지지 않는 것으로 나타났다.

    • 5) 아라미드섬유 혼입률 0.75%와 1.0%의 구조적 성능 비교 시 큰 차이점이 없었기 때문에 경제성 면 에서 아라미드섬유 혼입률 0.75%가 가장 적합한 것 으로 판단된다. 다만, 향후 적정 순환골재 치환율 및 아라미드섬유 혼입율을 반영한 철근콘크리트 보의 전 단실험 및 휨 실험을 통해 구조부재로의 적용 및 실 용가능성의 검토가 필요하다고 판단된다.

    ACKNOWLEDGMENT

    본 연구는 한국연구재단의 이공분야기초연구사업(과 제번호: NRF-2017R1D1A3B032986)의 지원에 의하 여 수행되었으며 이에 감사드립니다.

    Figure

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    Shapes of coarse aggregate
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    Para-aramid fiber
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    Test set up
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    failure mode of specimens
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    Strain at delamination according to PAF volume fraction
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    Bridge effect of para-aramid fibers
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    Compressive toughness according to PAF volume fraction
    KOSACS-9-62_F8.gif
    Compressive strength according to PAF volume fraction
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    Compressive strength according to RCA replacement ratio
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    Splitting tensile strength of each type
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    Flexural strength according to PAF volume fraction
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    Flexural strength according to RCA replace ratio

    Table

    Summary of test results of previous researches for strength of concrete using recycled coarse aggregates reinforced with fiber.
    *1 : RCA Recycled coarse aggregate,
    *2 : SF - Steel fiber,
    *3 : PVA Polyvinyl alcohol
    The list of specimens
    Material properties of cement
    Material properties of aggregate
    Material properties of para-aramid fiber
    Mix design of concrete
    Initial strength properties of concrete
    The list of splitting tensile strength specimens

    Reference

    1. Kim, J. H., Baek, S. M., Kim, W. S., and Kwak, Y. K. (2012), “A Study on the Behavior of Reinforced Concrete Beam-Column Joints made with Recycled Aggregate under Cyclic Loading.” Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, 28(7), pp. 19-30.
    2. Kim, Y. C., Baek, S. M., Kim, W. S., Kang, H. K., and Kwak, Y. K. (2014), “An Experimental Study on Flexural Behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete Beams Using Recycled Coarse Aggregates.” Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, 30(3), pp. 39-48.
    3. Kim, W. S., and Kwak, Y. G. (2015), “A Case Study of the Performance Evaluation for Recycled Aggregate Concrete Strengtened with Advance Composite Fibers.” Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures, 6(2), pp. 31-39.
    4. Kim, W. S., Park, H. M., Kim, B. P., Baek, S. M., and Kwak, Y. K. (2014), “Experimental Study on the Flexural Strengthening Effect of Recycled Coarse Aggregate RC Beams Strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymers.” Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, 30(7), pp. 3-12.
    5. Kwon, M. H., Jung, W. Y., and Spacone, E. (2013), “Shape Design and Performance Evaluation of FRP Box-type Stiffener For the Application of RC Structure.” Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures, 4(1), pp. 40-46.
    6. Kwon, S. O., Bae, S. H., Lee, H. J., Kim, J. O., and Lee, J. C. (2015), “Workability and Strength Properties of Hybrid Fiber Reinforced Concrete Using Amorphous Steel Fiber and Organic Fiber.” Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures, 6(4), pp. 58-63.
    7. M.Etxeberria, E.Vázquez, A.Marí, and M.Barra. (2007), “Influence of amount of recycled coarse aggregates and production process on properties of recycled aggregate concrete.” Cement and Concrete Research, 37(5), pp. 735-742.
    8. Shin, J. L., Kim, W. S., Baek, S. M., Kang, Thomas H. K., and Kwak, Y. K. (2015), “Structural Performance Evaluation of Steel Fiber-Reinforced Concrete Beams with Recycled Coarse Aggregates.” Journal of the Korea Concrete Institute, 27(3), pp. 215-227.
    9. Shin, M. H., Jo, G. H., Kong, H. M., Kim, W. S., and Kwak, Y. K. (2013), “The Study on the Mechanical Properties of Recycled Concrete according to the Hybrid Fiber Volume Fraction.” The Regional Association of Architectural Institute of Korea, 2013(1), pp. 357-360.
    10. Shin, Y. S., Cho, C. H., Kim, D. S., and Kim, J. S. (2009), “A Study on the Mechanical Properties of Recycled Aggregate Concrete Mixed Steel Fiber.” Journal of the Korea Institute of Building Construction, 9(4), pp. 131-137
    11. Yang, I. H., and Jeong, J. Y. (2016), “Effect of Recycled Coarse Aggregate on Compressive Strength and Mechanical Properties of Concrete.” Journal of the Korea Concrete Institute, 28(1), pp. 105-113.