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ISSN : 2093-5145(Print)
ISSN : 2288-0232(Online)
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures Vol.10 No.4 pp.8-15
DOI : https://doi.org/10.11004/kosacs.2019.10.4.008

Evaluation of Tensile Bonding Strength of the Concrete-BFRP Interface under Freezing-Thaw Cycling

YongJu Kwak1, WooYoung Jung2
1Master, Department of Civil Engineering, Gangneung WonJu National University, Gangneung, Korea
2Professor, Department of Civil Engineering, Gangneung WonJu National University, Gangneung, Korea

본 논문에 대한 토의를 2019년 09월 30일까지 학회로 보내주시면 2019년 10월호에 토론결과를 게재하겠습니다.



Corresponding author: Jung, WooYoung Department of Engineering, Gangneung-Wonju National University, 7 JukHun-gil, Gangneung, Korea Tel: +82-33-640-2421 Fax: +82-33-646-1391, E-mail: woojung@gwnu.ac.kr
June 7, 2019 July 1, 2019 July 25, 2019

Abstract


In recent years, there has been a growing interest in the domestic society concerned with the stability of structures due to various causes, and various studies are underway to repair and reinforce the structures. Korea is characterized by four distinct seasons, and especially in winter and spring. Such weather causes freezing and thawing action on reinforced concrete structures, which may cause performance deterioration and may threaten the stability of the structure. As a method of repairing and reinforcing the structure, there is a general method of reinforcing a plate or sheet by using FRP (Fiber Reinforced Polymer) as carbon fiber or glass fiber. However, research has shown that it is rather expensive and fiberglass is harmful to the human body. Therefore, in this study, the adhesion performance and fracture pattern of BFRP - concrete were compared and analyzed under the condition of deterioration of concrete caused by freeze - thaw effect by using environment - friendly and heat - resistant basalt fiber. The adhesion strength was evaluated by freezing and thaw cycles (0, 100, 200, 300) and concrete compressive strength (24 MPa, 30 MPa) using the same fiber and resin impregnated BFRP. Case 1 (Attaching first and freeze-thawing) and Case2 (freeze-thawing first). Case 1 and Case 2 showed concrete failure, Case 2 exhibited a decrease in bond strength as compared to Case 1, and as the freeze-thaw cycle progressed, the performance of the concrete interface deteriorated and the bond strength decreased by an average of about 25%.



동결융해에 따른 콘크리트-BFRP 경계면의 인발 부착강도 평가

곽 용주1, 정 우영2
1강릉원주대학교 토목공학과 공학석사
2강릉원주대학교 토목공학과 교수

초록


최근에 국내에는 다양한 원인에 의한 구조물의 안정성을 우려하는 사회적인 관심이 생겼으며 이에 따른 구조물의 보 수·보강에 다양한 연구가 진행되고 있다. 우리나라는 4계절이 뚜렷하며 특히 겨울과 봄에는 일교차가 심하게 발생하는 특징이 있다. 이러한 날씨는 철근콘크리트 구조물에게 동결융해작용을 발생시켜 성능저하의 원인이 되며 구조물의 안정성을 위협할 수 있다. 현재 구조물 보수·보강 방법으로는 탄소섬유나 유리섬유로 FRP(Fiber Reinforced Polymer)를 활용하여 Plate나 Sheet 형태의 부착 보강하는 방법이 일반화 되어있다. 하지만 다소 고가이며 유리섬유는 인체에 유해하다는 연구결과가 있다. 때문에 본 연구 에서는 친환경적이고 내열성이 우수한 현무암섬유(Basalt Fiber)를 활용하여 동결융해 작용에 의한 콘크리트의 성능저하를 조건 으로 BFRP-콘크리트의 부착성능 및 파괴패턴을 비교 분석하였다. 동결융해시험에 따른 부착강도평가는 동일한 섬유와 수지가 함침된 BFRP를 활용하여 동결융해Cycle(0, 100, 200, 300)과 콘크리트 압축강도(24MPa, 30MPa)를 변수로 부착성능을 평가하였으 며 Case1(선 부착 후 동결융해)과 Case2(선 동결융해 후 부착)로 나누어 진행하였다. Case1과 2 모두 콘크리트 파괴의 형태를 보 였으며 Case2의 경우 Case1에 비하여 부착강도가 감소됨을 나타내었고 동결융해 Cycle이 진행될수록 콘크리트 계면의 성능은 저하되고 부착강도는 평균 약 25%정도 감소하는 것을 확인하였다.



    National Research Foundation of Korea
    NRF-2017R1A2B3008623

    1. 서 론

    철근콘크리트 구조물은 가장 대표적인 건설재료로서 경제적이고 뛰어난 시공성을 가지고 있기에 전 세계 적으로 많은 건설현장에서 사용되고 있다. 하지만 콘크리트 구조물은 시간이 지남에 따라 다양하고 직 접적인 외부요인으로 인한 노후화 및 내구성 저하가 진행된다. 대표적으로 콘크리트의 열화와 계절별 일 교차에 의한 동결융해, 각종 외부환경에 의한 균열 등 콘크리트의 성능을 저하할 수 있는 요인은 우리 주변에서 다양하게 존재한다.

    국내의 경우 1970년대 이후 급격하게 건축 및 토 목구조물들이 건설되었으며 현재까지도 이때 시공된 건설구조물들이 많은 비용과 노력에 의하여 적절히 유지되고 있다. 하지만 최근에 급격히 증가하고 있 는 기후 온난화에 따른 자연재해의 급증은 구조물 노후화로 인한 성능저하에 대비하자는 많은 사회적 관심을 불러일으키고 있다. 노후구조물의 보강방법 으로는 다양한 유지관리 방법이 있으며 그중 저 중 량 고강도 보강재를 콘크리트 외부에 부착하여 보강 하는 방법이 시공성을 고려하여 많은 비중을 차지하 고 있다. 과거에는 이들 외부보강공법으로 보강효과 가 뛰어나고 시공성이 우수한 강판을 사용하였으나 현재에는 비강도, 비강성이 높고 역학적 성능이 우 수한 섬유강화 복합재료(Fiber Reinforced Polymer, 이 하 FRP)가 Sheet 또는 Plate의 형태로 제작되어 교량 및 지하구조물의 보강재로 활발히 활용되고 있다. FRP 보강재는 유리 또는 탄소섬유와 수지를 함침하 여 플레이트의 형태로 제작하며 구조물 형상에 제약 받지 않고 제작, 보강할 수 있다는 장점이 있으나 적용 초기에 친환경적이지 못하고 온도에 취약하며 경제성이 다소 낮다는 우려가 발생하기도 하였으나 제조기술의 개선과 대량생산에 의한 초기 단가 감소 등으로 현재는 많은 부분에서 응용되어 신기술로 개 발되고 있다.

    본 연구에서는 기존에 개발된 유리 및 탄소섬유 와 비교 시 내열성이 우수하고 친환경적인 섬유로 알려져 있는 현무암섬유(Basalt Fiber)를 활용, 환경적 인 측면에서 다소 문제점을 안고 있는 유리섬유를 대체한 새로운 보강소재로의 구조적 적용에 따른 성 능을 검토하고자 한다. 이를 위하여 현무암 섬유를 활용한 외부부착 보강 시 두 가지 시나리오를 고려 하여 보강된 콘크리트-BFRP 계면에서 발생하는 초 기 및 장기거동 부착강도를 조사하였다. 첫째는 외 부 BFRP 보강재가 부착된 콘크리트 시험체에 대하 여 각각 동결융해 사이클 증가에 따른 부착성능 평 가를 수행하였으며(Case 1) 두 번째는 보강되지 않은 콘크리트 시험체에 대하여 선 동결융해 적용 후 BFRP를 노후화된 콘크리트 계면에 외부 부착하여 인발 부착강도에 대한 실험적 평가를 각각 수행하였 다(Case 2).

    2. 실험 개요 및 방법

    2.1 실험 개요

    본 연구에서는 동결융해 사이클 증가에 의한 콘크리 트-BFRP 계면에서 발생되는 부착강도 평가를 위하 여 두 가지 경우에 대하여 각각 시험체를 제작, 인 발에 대한 부착성능평가를 수행하였다. 인발 부착강 도평가는 ASTM D7522/D7522M 실험기준에 따라 수 행되었으며 동일하게 제작된 콘크리트 시험체에 대 하여 사전 제작된 BFRP Plate를 사전 또는 후부착하 여 각각 진행하였다. 주요 실험변수로는 동결융해 Cycle과 콘크리트 시험체의 설계강도를 고려하였으 며 최종적으로 동결융해 사이클 증가에 따른 콘크리 트-BFRP 계면 부착파괴 패턴을 비교, 분석하였다.

    2.2 사용 재료

    2.2.1 콘크리트

    본 연구에 사용된 콘크리트 시험체의 설계압축강도 는 각각 24MPa, 30MPa의 강도로 크게 두 가지로 고 려하였으며 Table 1과 같이 배합설계를 수행하였다. 배합 시 시멘트는 1종 보통포클랜드 시멘트를 사용 하였으며 굵은 골재와 잔골재는 각각 2.74, 2.6의 비 중을 가지며 GMax는 25mm이다.

    콘크리트 시험체의 압축강도를 확인하기 위해 KS F 2405 콘크리트 압축강도 시험규격에 맞는 직 경 100mm, 높이 200mm의 공시체를 제작하여 인발 부착시험에 사용되는 시험체와 같이 항온 및 항습실 에서 24시간동안 건조 후 몰드를 탈형하여 재령 28 일 동안 수중에서 표준양생을 실시하였다. 또한 정확 한 수치측정을 위해 공시체 연마기를 활용하여 표면 처리를 하였으며 Fig. 12에서 보이는 바와 같이 선 형 거리차이를 측정하는 전기적 변환기인 LVDT(The linear variable differential transformer)를 공시체에 고 정하여 콘크리트의 압축강도를 평가하였다. 계측을 위하여 설치된 LVDT는 실린더 형태의 자석 코어가 튜브 중심을 따라 이동하면서 측정 대상의 위치 값 을 알려주게 설치되었으며 이때 각각의 센서로 변위 를 측정하여 하중재하 시 편심의 확인 및 제어가 가 능하도록 하였다.

    2.2.2 섬유 및 수지

    본 연구에서 사용된 섬유는 현무암섬유이며 친환경 적이고 역학적 성질이 우수함이 선행연구들에서(심 종성 등, 2004.7, 673-681p) 검증됨에 따라 토목·건설 구조물의 보강재로서 활용하기 위해 호주업체 Basalt Fiber Tech에서 Fig. 3과 같이 Plain Weave 형태의 섬 유를 구매하였다. Table 2는 본 연구에서 적용된 현 무암 섬유의 물성치 정보를 나타낸다.

    현무암 섬유와 함침 시 사용된 수지로는 Epoxy 수지를 활용하였으며 Table 3과 같은 상용제품으로 국도화학(주)에서 생산된 YD-128 제품을 구매하여 사 용하였다. 본 연구에서 적용된 보강 플레이트 제작을 위하여 Hand Lay-Up공법을 적용하여 실험용 BFRP 패널을 제작하였으며 동일한 조건의 실험을 위하여 동일한 패널에서 재단된 보강재를 콘크리트 시험체 에 적용하였다.

    2.2.3 부착용 접착제

    콘크리트와 BFRP 플레이트 계면 부착용 시험체를 제작 시 동일한 조건의 부착상태를 적용하기 위하여 계면 접착제 선정 시 다음 두 가지 조건을 우선적으 로 고려하였다. 첫째는 부착 시 콘크리트-FRP 보강 재는 완전 일체 거동시키기 위한 충분한 부착력이 확보 가능해야 하며 두 번째는 모든 시험체에 동일 한 계면 부착력을 제공할 수 있는 제조 가이드라인 이 명확히 설정되어져 있는 지 여부가 중요하게 고 려되었다. 이를 토대로 본 연구에서 사용된 계면 부 착제로는 LOCTITE 구조용 에폭시 본드가 선정되어 적용되었으며 부착시험 시 장비 적용을 위한 디스크 부착에는 DEVCON 에폭시 본드가 최종 사용되었다. 외부 보강재 부착 시 각 시험체마다 접착력과 중량 이 동일하게 도포하기 위하여 완전부착에 필요한 중 량 25g을 설정하여 계량컵을 통하여 전체적으로 동 일한 두께가 유지되도록 도포하였으며 부착 시 보강 재와 콘크리트 계면 내 슬립(Slip)이 발생하지 않도 록 클램프를 사용하여 시험체를 일체화하였다. Table 4는 각 접착에 사용된 접착제 본드에 대한 배합률에 대한 정보와 적용 시 고려된 시공조건을 나타낸다.

    2.3 시험체 설계 및 제작

    본 연구에 사용된 부착강도 시험체의 형상은 Fig. 4 와 같이 콘크리트 휨 강도시험 시 적용되는 시험체 의 형상과 동일하게 제작하였으며 Table 5와 같이 8 개의 계면 부착용 시험체가 제작되어 각각의 실험에 사용되었다. 외부 부착용 BFRP 플레이트의 경우 Hand-layup 제작 시 Fiber의 함침률은 약 40% 정도로 조사되었으며 제작 시 고려된 주요 재료변수 및 제 원은 Table 6과 같다. Fig. 56은 콘크리트 시험체 내 외부 BFRP 보강재 부착을 위한 그라인딩 작업과 부착본드 도포에 대한 모식도 및 부착시험체 제작을 위한 개념도를 설명하였다.

    2.4 시험 방법

    본 연구는 BFRP와 콘크리트 계면의 인발 부착성능 의 초기 및 장기성능을 평가하기 위한 시험이며 성 능평가를 위한 시험조건은 다음과 같이 고려하였다. 콘크리트 구조물의 내구성능 저하 조건인 동결융해 상태를 적용하기 위해서 KS F 2456(급속 동결융해에 대한 콘크리트의 저항 시험방법)규정에 따라 각각 100 Cycle, 200Cycle, 300Cycle으로 동결융해 사이클을 적 용하였다. KS F 2456 (급속 동결융해에 대한 콘크리 트의 저항 시험방법) 시험규정의 경우, 크게 두 가지 방법으로 적용 가능하다. 수중 급속 동결융해 시험방 법(방법 A)과 기중 급속 동결 후 수중 융해 시험방법 (방법 B)이 있으며 본 연구에서는 본 연구에 사용된 시험장비의 가동 방법과 용량을 고려하여 기중 급속 동결 후 수중 융해 시험방법인 방법 B를 사용하였 다. 동결융해 1Cycle은 공시체 중심부의 온도를 원칙 으로 하며 원칙적으로 4℃에서 -18℃로 떨어지고 -1 8℃에서 4℃로 상승을 반복하는 것으로 하였다. Fig. 7은 동결융해 장비 및 장비 내부 사진을 나타내었다.

    본 실험의 주요 변수로는 콘크리트 강도 및 BFRP 부착조건을 고려하였다. 시험체 제작 시 고려 된 콘크리트 강도는 24MPa, 30MPa 이며 앞에서 설 명한 바와 같이 외부부착 시나리오를 고려하여 첫째 는 콘크리트와 BFRP를 외부 부착시킨 후 동결융해 사이클을 증가하여 부착성능 저하를 조사하는 방법 (Case1)과 둘째로 BFRP 플레이트를 외부 부착시키기 전 콘크리트 모체의 동결융해를 통하여 콘크리트 부 착면 노후화를 선행한 후 외부 BFRP 보강재를 부착 하여 부착성능을 평가하는 방법(Case2)으로 나누어 실험을 수행하였다.

    부착강도 평가 시 진행순서로는 우선적으로 디스 크가 붙여질 곳을 마킹하여 지름 50mm 코어드릴로 1~2cm 깊이의 ①코어드릴링 작업을 하며 ②디스크 를 부착용 본드를 활용하여 완전 부착시키고 ③ 부 착 강도시험기기 Proceq DY-216 장비를 사용하여 콘 크리트-BFRP 계면의 인발 부착강도 시험을 수행하 고 이를 통하여 부착강도와 파괴패턴을 비교·분석하 였다. Fig. 8은 본 연구에 적용된 인발 부착강도 실 험평가의 순서와 모식도를 나타내었다.

    콘크리트-FRP 계면에 대한 부착성능을 조사하기 위한 표준화된 시험방법으로는 인발에 의한 계면 부 착강도 조사와 전단에 의한 계면 부착강도 조사로 나 누어 수행할 수 있는데 본 연구에서는 ASTM D7522/ D7522M에서 제시하는 Pull-off 강도시험 기준에 따라 콘크리트-BFRP 계면에 대한 인발 부착강도 시험을 진행하였다. 실험에 따른 결과 값의 신뢰성을 확보 하기 위하여 각각의 시험체에 대하여 총 5개의 인발 부착성능 시험이 가능하도록 시험용 디스크를 부착 하였다. 시험결과들은 앞에서 언급한 바와 같이 부 착 시나리오에 따라 Case1과 Case2로 나누어 각각의 Case에 대하여 부착강도를 측정, 분석하였으며 인발 시험 이후 파괴면의 파괴패턴을 분석하였다.

    파괴패턴은 Fig. 9와 같이 나타났으며 시험기준에 명시된 가장 빈번하게 발생하는 총 7가지의 형상을 기준으로 각각의 파괴패턴 유형을 판단하였다. 먼저, Mode A는 디스크와 BFRP 사이의 부착미흡으로 인 해 발생한 파괴모드로 부착강도를 평가하기에 부적 절한 파괴패턴으로 분석되었다. Mode C와E는 BFRP 와 부착면/콘크리트 계면에서 발생한 파괴모드로 부 착제의 낮은 물성치 또는 시공불량으로 인해 발생하 는 경우, 불완전한 경화 또는 콘크리트 계면의 열화 로 인한 성능저하 등으로 발생하는 파괴패턴으로 볼 수 있다. Mode G는 콘크리트 시험체에서 콘크리트 표면의 파손에 의하여 발생하는 파괴모드이다.

    3. 인발 부착성능 평가

    동결융해 사이클 증가에 따른 콘크리트-BFRP 계면 의 부착성능 저하에 대한 평가는 동일한 섬유와 수 지가 함침된 BFRP를 활용하여 동결융해 사이클(0, 100, 200, 300 Cycle)의 증가와 콘크리트 설계 압축 강도(24MPa, 30MPa), BFRP 부착시나리오(Case1, 2) 를 변수로 인발 부착강도 평가를 통하여 분석하였 다. 성능평가 시 비교기준으로는 동결융해를 진행하 지 않은 시험체(OPC)를 대상으로 동결융해 Cycle 증 가에 따라 각각의 시험체에서 도출된 부착강도와 파 괴패턴의 변화를 측정하여 비교하였다.

    3.1 인발 부착강도

    콘크리트 외부에 BFRP를 부착 후 동결융해 사이클 을 증가하여 콘크리트-BFRP 계면 부착시험(Case 1) 시험체의 경우, 설계 강도 24MPa 시험체에서는 동결 융해 사이클이 100 Cycle 진행되었을 때 부착강도가 비교적 더 크게 측정될 정도로 동결융해에 대한 영 향성이 미미하다고 판단되었다. 그러나 동결융해가 200 Cycle로 증가한 이후 부착강도의 저감의 크기는 작으나 상대적으로 점차 감소되는 경향을 확인되었 다. 설계 강도 30MPa 시험체의 경우 24MPa의 시험 체 결과와 비교 시 부착강도 크기의 감소폭이 상대 적으로 큰 것을 확인하였다. 전체적인 부착강도 변 화 패턴을 고려할 때 두 가지 경우 모두 동결융해에 의한 영향성이 존재하였으나 인발 부착강도의 크기 측면에서는 그 값이 크지 않았으며 이는 실제 FRP 를 콘크리트 외부에 부착 후 동결융해를 진행하였을 때 콘크리트-FRP 계면의 부착 성능저하에 직접적인 영향은 주지 못할 것으로 판단된다.

    콘크리트 모체의 동결융해에 따른 성능저하 후 콘크리트 외부에 FRP 부착을 통한 인발 부착성능평 가(Case 2) 시험의 경우, 전체적인 부착강도가 동결 융해 사이클이 증가할수록 Case 1 시험결과에 비하여 인발 부착강도의 크기는 대폭 감소되었다. 설계 강도 24MPa 콘크리트 시험체의 경우 1.70MPa, 1.58MPa, 1.57MPa로 전체적인 인발 부착강도는 동결융해 사이 클의 증가에 따라 감소하였지만 Case 1 시험 시 도 출된 패턴과는 달리 100 cycle의 동결융해가 진행된 경우 인발 부착강도가 급격히 감소하였으나 이후 200, 300 cycle의 경우 부착강도의 변화가 거의 나타 나지 않음을 확인하였다. 이는 동결융해 100Cycle 이 후 콘크리트 시험체 내 부착면 내에서의 동결융해에 의한 영향이 제대로 적용되지 않았거나 초기 성능감 소 후 성능저하에 대한 변화가 거의 나타나지 않았 음을 보여준 결과로 판단된다. 설계 강도 30MPa 콘 크리트 시험체의 경우 오히려 100 cycle에서 인발 부 착강도가 급격히 저감하였지만 이후 전체적인 부착 강도가 증가하는 등 부착강도의 변화가 거의 없음을 확인하였다.

    최종적으로 Case 1 시험과 Case 2 시험의 전체적 인 인발 부착강도 결과를 분석한 결과 인발 부착강도 의 경우 예상한 바와 같이 동결융해에 의한 콘크리트 표면의 내구성 저하가 동결융해에 의한 부착면의 성 능저하보다 부착강도의 크기에 큰 영향을 미치는 사 실을 알 수 있었고 그 결과는 24MPa 시험체의 경우 평균 30%의 부착성능이 감소하였으며 30MPa 시험체 의 경우 평균 20%의 부착성능이 동결융해 100 cycle을 넘어감에 따라 감소하는 것을 확인하였다. 동결융해 Cycle별, 각 Case별 인발 부착실험에 대한 부착성능 평가결과들은 Fig. 10 및 Table 7, 8에 나타내었다.

    3.2 부착 파괴패턴

    콘크리트 외부에 BFRP 부착 후 동결융해 사이클을 증가하여 콘크리트-BFRP 계면 부착시험(Case 1)의 경 우 Mode G의 파괴패턴이 대부분의 시험체에서 주로 나타났다. 이 파괴모드의 경우 앞에서 언급한 바와 같이 콘크리트가 파단 되면서 생기는 파괴패턴으로 외부 FRP 보강재를 선 부착 후 동결융해 시험을 수 행한 실험방법을 고려할 때 부착 후 동결융해에 의 한 부착면의 성능저하는 매우 미미하게 발생함을 알 수 있다. 이는 Case 1 시험의 경우 BFRP 플레이트가 붙여진 상태에서 동결융해 Cycle을 진행하여 BFRP 플레이트가 동결융해 진행 시 수분의 침투를 막아 콘크리트의 노후화의 진행을 지연시켰다고 판단할 수 있으며 이런 파괴유형의 경우 다른 파괴패턴과 비교하여 가장 큰 인발 부착응력이 나타내는 것 또 한 확인할 수 있다.

    콘크리트 부착면의 선 동결융해 후 외부 FRP 보강 재를 부착한 시험(Case 2)의 경우 콘크리트와 BFRP Plate의 계면 파괴인 Mode E 또는 F의 파괴패턴 경향 이 주로 실험을 통하여 나타났다. 이는 Case 2 시험 시 적용된 시험체의 경우 BFRP 플레이트가 부착되는 콘크리트 부착면이 동결융해 Cycle을 진행하여 노후 화된 상태에서 BFRP 플레이트가 부착됨으로써 콘크 리트 부착면의 성능이 동결융해 정도에 따라 각기 다 른 상태로 존재하므로 콘크리트의 성능이 저하된 상 태에서 보강재를 부착하면 인발 부착강도는 콘크리트 부착면의 상태에 따라 결정될 수 있음을 확인하였다.

    Fig. 1112은 동결융해에 따른 BFRP-콘크리트 인발 부착시험에서 도출된 각 시험체의 파괴형상을 보여준다. 각각의 시험에서 보여준 파괴형태들은 그 림에서 보이듯 Mode B, C, D를 제외한 다양한 형태 의 파괴패턴을 보여주고 있음을 알 수 있으며 부착 력이 현저히 낮게 측정된 시험결과에서는 Mode A와 같은 파괴패턴도 관찰되었다. 본 연구에서는 시험 결과의 신뢰성을 위해 실험결과 값이 현저히 차이나 는 실험결과의 경우 최종 분석결과에서 제외하였다.

    4. 결 론

    본 연구에서는 BFRP Plate 보강재 제작을 통하여 동 결융해에 의하여 성능이 저하된 콘크리트 구조물의 인발 부착강도와 부착성능 변화를 실험적으로 평가 하였다. 이를 위하여 동결융해 시 BFRP Plate 보강재 의 부착시기에 따라 동결융해 사이클 증가에 따른 인발 부착성능 크기를 조사하였으며 각 조건에 따라 콘크리트-BFRP 계면의 부착성능 저감 및 파괴패턴 을 분석하였다.

    실험결과, 외부 FRP 보강재 선 부착 후 동결융해 를 진행한 Case 1 시험의 경우 100 Cycle 까지는 동 결융해에 따른 피해나 영향성이 거의 없는 것으로 조사되었으며 200 Cycle 이상부터는 미미하지만 인 발 부착강도의 크기가 상대적으로 점점 감소하는 양 상이 나타났다.

    콘크리트 모체의 부착면을 동결융해 후 FRP 보 강재를 부착한 Case 2 시험의 경우 Case 1 시험과는 달리 전체적으로 콘크리트 부착면의 동결융해에 따 른 인발 부착강도가 감소하는 것을 확인하였다. 콘 크리트 압축강도 24MPa 시험체의 경우 Case 1 시험 과 비교할 때 평균 30%의 부착성능이 감소하는 것 을 확인하였고 콘크리트 압축강도 30MPa 시험체의 경우 Case 1 시험에 비하여 평균 20%의 인발 부착 성능이 감소하는 것을 확인하였다.

    최종적으로 콘크리트 모체 내 부착면의 동결융해 에 의한 노후화는 실제적으로 보강재 부착거동에 큰 영향을 미치는 것을 실험적으로 그 결과를 증명하였 으며 동결융해 Cycle이 진행될 경우 초기에 콘크리 트 계면의 성능이 저하되어 전체 Cycle의 인발 부착 강도의 약 25% 감소하는 것을 확인하였다. 이는 콘 크리트 구조물에 대하여 외부 FRP 보강재 부착 시 부착면의 콘크리트 상태에 따라 보강효과가 달라질 수 있음을 의미하며 이는 본 실험에서 나타난 계면 의 파괴패턴을 통하여 확인할 수 있었다.

    향후 보다 더 신뢰성 있는 데이터 확보 및 결과 분석을 위하여 동결융해 Cycle 수를 증가하여 후속 연구를 진행할 필요가 있으며 콘크리트의 균열 유무 에 따라 그 결과는 매우 달라질 것으로 판단된다.

    감사의 글

    본 연구는 2017년도 정부(과학기술정보통신부)의 재 원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임 (NRF-2017R1A2B3008623).

    Figure

    KOSACS-10-4-8_F1.gif
    LVDT
    KOSACS-10-4-8_F2.gif
    Compressive Strength Test
    KOSACS-10-4-8_F3.gif
    Basalt Fiber Plain Weave
    KOSACS-10-4-8_F4.gif
    Concrete Specimen Shape
    KOSACS-10-4-8_F5.gif
    BFRP-Concrete Bonding
    KOSACS-10-4-8_F6.gif
    Bond Strength Test Diagram
    KOSACS-10-4-8_F7.gif
    Freezing-Thawing Testing Equipment
    KOSACS-10-4-8_F8.gif
    Pull Off Test
    KOSACS-10-4-8_F9.gif
    Pull-Off Test Fracture Shape
    KOSACS-10-4-8_F10.gif
    Results for Freezing-Thawing
    KOSACS-10-4-8_F11.gif
    Results for Freezing-Thawing Fracture Shape
    KOSACS-10-4-8_F12.gif
    Results for Freezing-Thawing Fracture Shape

    Table

    Concrete Mix Design Table
    Basalt Fiber Plain Weave
    YD-128 Epoxy Resin
    Epoxy Bond Information
    Concrete Specimen Information
    BFRP Plate Information
    Results for Freezing-Thawing Cace 1
    Results for Freezing-Thawing Case 2

    Reference

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