๊น์ฃผ์ฑ
(Ju-Sung Kim)
1iD
์ ์๋ฏธ
(Su-Mi Jeong)
2iD
๊นํธ์ง
(Ho-Jin Kim)
2iD
๊น์์ง
(Young-Jin Kim)
3iD
๋ฐ์ ๊ท
(Sun-Gyu Park)
4โ iD
-
๋ชฉ์๋ํ๊ต ๊ฑด์ถํ๊ณผ ๋ํ์์
(Graduate Student, Department of Architecture, Mokwon University, Daejeon 35349, Rep.
of Korea)
-
๋ชฉ์๋ํ๊ต ๊ฑด์ถํ๊ณผ ๋ํ์์
(Graduate Student, Department of Architecture, Mokwon University, Daejeon 35349, Rep.
of Korea)
-
ํ๊ตญ์ฝํฌ๋ฆฌํธํํ ๊ณตํ์ฐ๊ตฌ์ ์ฐ๊ตฌ์์ฅ
(Research Director, Research Center, Korea Concrete Institute, Seoul 06130, Rep. of
Korea)
-
๋ชฉ์๋ํ๊ต ๊ฑด์ถํ๋ถ ๊ต์
(Professor, Department of Architecture, Mokwon University, Daejeon 35349, Rep. of Korea)
Copyright ยฉ Korea Concrete Institute(KCI)
ํค์๋
์ดํ์ฒ ๊ทผ, ์ฒ ๊ทผ๋ถ์, ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ๊ทผ, ํ์์ฌ์ ๋ณด๊ฐ๊ทผ, ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋
Key words
deformed bar, corrosion, FRP, CFRP, bond strength
1. ์ ๋ก
๊ฑด์ค์ฐ์
๋ถ์ผ์ ์์ด์ ์ฒ ๊ทผ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๊ตฌ์กฐ๋ ์ฒ ๊ทผ๊ณผ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ถ์ฐฉ๋ ฅ์ด ์ฐ์ํ๊ณ , ๊ฒฝ์ ์ฑ์ด ๋ฐ์ด๋ ๊ฐ์ฅ ๋ง์ด ์ฌ์ฉ๋๋ ๊ตฌ์กฐํ์์ด๋ค(Ahn et al. 2005). ์ฒ ๊ทผ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๊ฑด์กฐ์์ถ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ๋ค์ํ ํ๊ฒฝ์์ธ์ ์ํ์ฌ ํ๋ฉด์ ๊ท ์ด์ด ๋ฐ์ํ๊ณ , ๊ท ์ด์ ํตํด ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ด๋ถ๋ก ์ดํ์์ธ์ด ์นจํฌํ์ฌ
์ฒ ๊ทผ์ ๋ถ์์ด ์ด์ง๋๋ ๋ฌธ์ ์ ์ ๊ฐ์ง๊ณ ์๋ค(Choi et al. 2008). ์ด๋ฌํ ๋ฌธ์ ์ ์ ํด๊ฒฐํ๊ธฐ ์ํด ์ ํ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ดํ์ฒ ๊ทผ ํ๋ฉด์ ์ํญ์ ์ฝํ
, ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ํผ๋ณต๋๊ป ์ฆ๊ฐ ๋ฑ ๋ง์ ๋ฐฉ์์ด ์ ์๋์ด์๋ค(Okelo and Yuan 2005). ๊ทธ๋ฌ๋ ์ ์๋ ์ฒ ๊ทผ ํ๋ฉด์ ์ํญ์ ์ฝํ
์ด ๊นจ์ง๋ ํ์์ผ๋ก ์ธํด ์๊ณต ์ ์ด๋ ค์์ด ์์์ผ๋ฉฐ, ํ์๋ ํผ๋ณต๋๊ป ์ฆ๊ฐ๋ก ํ์ค์ด ์ฆ๊ฐํ๋ ๋ฌธ์ ์ ์ ๊ฐ์ง๊ณ
์๋ค. ์ต๊ทผ์ ์ฒ ๊ทผ๋ถ์ ๋ฌธ์ ๋ฅผ ํด๊ฒฐํ๊ธฐ ์ํ ๋ฐฉ์์ผ๋ก FRP(fiber reinforced polymer)๋ฅผ ์ดํ์ฒ ๊ทผ ๋์ฒด์ ๋ก ์ฌ์ฉํ๋ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์งํ๋์ด์๋ค(Kim et al. 2008).
ํ์ง๋ง ๊ธฐ์กด ์ฐ๊ตฌ์ ์ํ๋ฉด FRP๋ ๋ฎ์ ํ์ฑ๊ณ์์ ๋ฌธ์ ์ ์ ๊ฐ์ง๊ณ ์๋ค. ์ด๋ฌํ ๋ฌธ์ ์ ์ ๋ณด์ํ CFRP(carbon fiber reinforced
plastics)๋ ๋์ ํ์ฑ๊ณ์๋ฅผ ๊ฐ์ง๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ๊ฐ๋ฒผ์ด ๋ฌด๊ฒ๋ก ์๊ณต ์ ์ ๋ฆฌํ๋ค. ๋ํ, ๋ด์์ฑ๊ณผ ๋ดํํ์ฑ์ด ๋ฐ์ด๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ดํ์ฒ ๊ทผ์ ๋จ์ ์ผ๋ก
์ง๋ชฉ๋๋ ์ฒ ๊ทผ๋ถ์ ๋ฌธ์ ์ ํด๊ฒฐ์ฑ
์ผ๋ก ์ ์๋๊ณ ์๋ค(Kim et al. 2021).
ํํธ, ์ฒ ๊ทผ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๊ตฌ์กฐ์์ ์ฒ ๊ทผ๊ณผ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ถ์ฐฉ๋ ฅ์ ๊ตฌ์กฐ๋ด๋ ฅ์ ๊ฐ์ฅ ์ค์ํ ์์์ด๋ฉฐ, ๋ถ์ฐฉ๋ ฅ์ด ์ ํ๋ ๊ฒฝ์ฐ ์ฒ ๊ทผ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ์น๋ช
์ ์ธ ๋ฌธ์ ๊ฐ
๋ ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ํ์ฌ๊น์ง์ CFRP ์ฐ๊ตฌ์ ์์ด, CFRP์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ๊ดํ ์ฐ๊ตฌ๋ ๋ฏธ๋นํ ์ค์ ์ด๋ค. CFRP๋ฅผ ์ฒ ๊ทผ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์
์ฌ์ฉํ๊ธฐ ์ํด์๋ CFRP์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ถ์ฐฉ์ฑ๋ฅ์ ๋ํ ๋ฐ์ดํฐ๊ฐ ์ถฉ๋ถํ ํ๋ณด๋์ด์ผ ํ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ํ์ง์ ๋ฐ๋ฅธ CFRP์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๋ฅผ
ํ์ธํ๊ธฐ ์ํ ์คํ์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ค์ํ์๋ค. ์ฆ, ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น๋ฅผ 40 %, 50 %, 60 %๋ก ์ค์ ํ๊ณ , CFRP์ ์ง๊ฒฝ์ 10, 12,
16 mm๋ก ์ค์ ํ์์ผ๋ฉฐ, ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๊ฐ๋ ์์ค๋ณ CFRP ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๋ฅผ ํ์
ํ๊ธฐ ์ํ ์คํ์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ค์ํ์๋ค.
2. ์คํ๊ณํ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์ ์คํ๊ณํ์ Table 1์ ๋ํ๋ธ ๋ฐ์ ๊ฐ๋ค. ์ฆ, ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๊ฐ๋์์ค์ ๋ฐ๋ผ CFRP์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๋ฅผ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น 40 %, 50 %, 60 %๋ก
์ค์ ํ์๋ค. Fig. 1์ ๋ํ๋ธ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ๋ฌปํ๊ธธ์ด์ธ CFRP ์ง๊ฒฝ์ 4๋ฐฐ(4$d_{b}$)๋ฅผ ์ ์ธํ ๋ถ๋ถ์ PEํผ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋น๋ถ์ฐฉ๋ฉด์ ํ์ฑํ์ฌ ์คํ์ ์งํํ์๋ค.
Table 1 Experimental plan
Factors
|
Levels
|
W/C (%)
|
40, 50, 60
|
3
|
Bar type
|
CFRP (10, 12, 16 mm)
|
3
|
Curing condition
|
Temperature 20ยฑ2 ยฐC
|
1
|
Aggregate type
|
River sand
Crushed gravel
|
2
|
Test item
|
Compressive strength (28d)
Bond strength (28d)
|
2
|
Fig. 1 CFRP bar bond strength test specimen
2.1 ์ฌ์ฉ์ฌ๋ฃ
๋ณธ ์คํ์์ ์ฌ์ฉํ ๊ท์ฌ์ฝํ
CFRP๋ Fig. 2์ ๋ํ๋ธ ๋ฐ์ ๊ฐ์ โGโ์ฌ์์ ๊ฐ๋ฐํ ์ง๊ฒฝ 10, 12, 16 mm๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ๋ฌผ๋ฆฌ์ ์ฑ์ง์ Table 2์ ๋ํ๋ธ ๋ฐ์ ๊ฐ๋ค. ์๋ฉํธ๋ โHโ์ฌ์ 1์ข
๋ณดํต ํฌํ๋๋ ์๋ฉํธ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, Table 3์ ๋ํ๋ธ ๋ฌผ๋ฆฌ์ ์ฑ์ง์ ๊ฐ์ง๊ณ ์๋ค. ์๊ณจ์ฌ์ ๊ฒฝ์ฐ โEโ์ฌ์ ๊ฐ๋ชจ๋๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, Table 4์ ๋ํ๋ธ ๋ฌผ๋ฆฌ์ ์ฑ์ง์ ๊ฐ์ง๊ณ ์๋ค. ๊ตต์๊ณจ์ฌ๋ ์ต๋์น์ 20 mm์ ์์์ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ๋ฌผ๋ฆฌ์ ์ฑ์ง์ Table 5์ ๊ฐ๋ค.
Table 2 Physical properties of CFRP
Diameter
(mm)
|
Fiber
|
Tensile strength (MPa)
|
Elastic modulus
(GPa)
|
10
|
High strength carbon fiber
|
2,300
|
130
|
12
|
16
|
Table 3 Physical properties of cement
Specific
gravity
|
Blaine
(ใ /g)
|
Setting time
(h:m)
|
Compressive strength (MPa)
|
Initial
|
Final
|
3d
|
7d
|
28d
|
3.14
|
3,750
|
4:30
|
6:20
|
36.9
|
49.1
|
60.6
|
Table 4 Physical properties of sand
Type
|
Density
(g/ใค)
|
Fineness
modulus
|
Absorption
(%)
|
River
sand
|
2.56
|
2.57
|
0.94
|
Table 5 Physical properties of gravel
Type
|
Density
(g/ใค)
|
Fineness
modulus
|
Absorption
(%)
|
Crushed
gravel
|
2.63
|
7.531
|
0.8
|
2.2 ์คํ๋ฐฉ๋ฒ
๋ณธ ์คํ์ ์ฌ์ฉ๋ ์ํ์ฒด ์ ์์ Table 6์ ๋ํ๋ธ ๋ฐฐํฉํ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ ์ํ์๋ค. ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์ํ์ฒด๋ ASTM C 234 (1991)์ ์๊ฑฐํ์ฌ Fig. 3์ ๋ํ๋ธ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ๋ด๊ฒฝ 150ร150ร 150 ใฃ์ ๋ชฐ๋๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ ์ํ์๋ค. ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ณด๊ฐ๊ทผ์ ์์ง๋๊ฐ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ํฐ ์ํฅ์ ์ฃผ๊ธฐ ๋๋ฌธ์
๋ณด๊ฐ๊ทผ์ ์์ง๋๋ฅผ ์ ์งํ๋ ๊ฒ์ด ์ํ์ฒด ์ ์ ์ ์ค์ํ ์์ธ์ด๋ค. ๊ธฐ์กด ์ํ์ฒด๋ฅผ ์ ์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ณด๊ฐ๊ทผ์ ์์ง์ผ๋ก ์ธ์์ ์ ์ํ์์ผ๋, ์์ง๋๋ฅผ ์ ์งํ๊ธฐ์
์ ํฉํ์ง ์๋ค๊ณ ํ๋จํ์ฌ, ๋ณด๊ฐ๊ทผ์ ์ํ์ผ๋ก ์ฝ์
ํ์ฌ ์ ์ํ์๋ค. ์ ์ํ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์ํ์ฒด์ ์์ถ๊ฐ๋ ๊ณต์์ฒด๋ 28์ผ๊ฐ ์์ค์์ ํ์๋ค.
๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์คํ์ Fig. 4์ ๋ํ๋ธ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ASTM C 234 (1991)์ ์๊ฑฐํ์ฌ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์คํ์ ์งํํ์๋ค. ์ง๊ทธ์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์ํ์ฒด๋ฅผ ์ํ์ผ๋ก ๋ง์ถฐ ๊ฑฐ์น ํ, ํ์ค์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ CFRP ์ฌ์ด์ ๋ฏธ๋๋ฆผ์ ํ์ธํ๊ธฐ
์ํด ์์ชฝ ํ๋จ์ LVDT๋ฅผ ์ค์นํ์๋ค. CFRP์ ๊นจ์ง์ ๋ฐฉ์งํ๊ธฐ ์ํด Clamping jaw์ ์ถฉ๋ถํ ๋ฌผ๋ฆผ๊ธธ์ด๋ฅผ ํ๋ณดํ์ฌ ์คํ์ ์งํํ์๋ค. ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋
์คํ์ ์ต๋ํ์ค์ด 300ํค์ ์ฑ๋ฅ์ ๊ฐ์ง UTM(universal test machine)์ ์ฌ์ฉํ์ฌ 0.01 mm/sec์ ์๋๋ก ๊ฐ๋ ฅํ์ฌ ์งํํ์๋ค.
๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์คํ์์ ์ธก์ ๋๋ ํ์ค์ UTM์ ๋ก๋์
์ ๋ฐ์ดํฐ ๋ก๊ทธ์ ์ฐ๊ฒฐํ์ฌ 1์ด๋ง๋ค 1ํ์ฉ ์ธก์ ํ ๋ฐ์ดํฐ๋ฅผ ์์งํ์๋ค.
Table 6 Mix proportion of concrete
W/C
(%)
|
Air
(%)
|
S/a
(%)
|
W
(kg/m3)
|
Unit weight (kg/m3)
|
Unit volume (l/m3)
|
C
|
S
|
G
|
C
|
S
|
G
|
40
|
5
|
46
|
175
|
438
|
743
|
910
|
139
|
293
|
344
|
50
|
5
|
46
|
175
|
350
|
776
|
950
|
111
|
305
|
359
|
60
|
5
|
46
|
175
|
299
|
797
|
977
|
93
|
314
|
369
|
Fig. 3 Bond strength mold of CFRP bar
Fig. 4 Test equipment and methods
3. ์คํ๊ฒฐ๊ณผ
3.1 ์์ถ๊ฐ๋
๋ณธ ์คํ์์ ์ค์ํ ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น๋ณ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ฌ๋ น 28์ผ์ ํ์ฒด ๊ฐ๊ฐ์ ์์ถ๊ฐ๋๋ Table 7์ ๋ํ๋ธ ๊ฒ๊ณผ ๊ฐ์ผ๋ฉฐ, ํ๊ท ์์ถ๊ฐ๋๋ Fig. 5์ ๋ํ๋ธ ๋ฐ์ ๊ฐ๋ค. ์์ถ๊ฐ๋ ๊ณต์์ฒด์ ํ๊ดดํ์์ Fig. 6๊ณผ ๊ฐ๋ค. ์คํ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น 40 %๋ 32.4 MPa, 50 %๋ 23.2 MPa, 60 %๋ 20.1 MPa์ ๊ฐ๋๋ฐํ์ ๋ํ๋๋ค. ์ด๋ ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น๊ฐ
๋ฎ์์๋ก ์๋ฉํธ๋์ด ์ฆ๊ฐํ์ฌ ๊ฐ๋์ฆ์ง์ ์ํฅ์ ์ฃผ๋ ์ํ๋ฌผ์ด ์์ฑ๋์ด ๋ํ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
Table 7 Results of concrete compressive strength (MPa)
W/C (%)
|
Number of specimens
|
1
|
2
|
3
|
40
|
33.8
|
32.2
|
31.3
|
50
|
24.3
|
23.6
|
21.8
|
60
|
21.1
|
20.1
|
19.2
|
Fig. 5 Results of concrete compressive strength (MPa)
Fig. 6 Fracture shape of concrete
3.2 ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋
๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์คํ์ ์์ชฝ ํ๋จ์ ์ค์นํ LVDT ๋ณ์๊ณ์ ๊ฐ์ด 15 mm๊ฐ ๋ ๋๊น์ง ์งํํ์์ผ๋ฉฐ, ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์คํ ์ค ์ต๋ ํ์ค์ ๋๋ฌํ์์ ๋ ํ๊ท ๋ถ์ฐฉ์๋ ฅ์
๊ตฌํ์๋ค. ๋ณธ ์คํ์์ CFRP๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ ์ํ 3๊ฐ์ ์ํ์ฒด์ ํ๊ท ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๋ ์ (1)์ ํ์ฉํ์ฌ ๊ณ์ฐํ์๋ค. ์ (1)์์ $u$๋ ํ๊ท ๋ถ์ฐฉ์๋ ฅ, $p$๋ ์ํ์ฒด์ ๊ฐํด์ง ์ต๋ ํ์ค์ด๋ฉฐ, $d_{b}$๋ ๋ณด๊ฐ๊ทผ์ ์ง๋ฆ, $l_{d}$๋ ๋ณด๊ฐ๊ทผ์ ๋ฌปํ๊ธธ์ด(4$d_{b}$)๋ฅผ
์๋ฏธํ๋ค.
์ฌ๋ น 28์ผ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ๋ CFRP๋ก ์ ์ํ ๊ณต์์ฒด 3๊ฐ์ ํ๊ท ๊ฐ์ผ๋ก ๋ํ๋์ผ๋ฉฐ, Fig. 7์ ๋ํ๋ธ ๋ฐ์ ๊ฐ๋ค. ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น 40 %, 50 %, 60 %์ผ ๊ฒฝ์ฐ CFRP ์ง๊ฒฝ 10 mm์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๋ 5.51 MPa, 4.51 MPa,
5.06 MPa๋ก ๋ฐํ๋์์ผ๋ฉฐ, ์ง๊ฒฝ 12 mm์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๋ 13.67 MPa, 10.26 Mpa, 8.05 MPa, ์ง๊ฒฝ 16 mm๋ 13.85
MPa, 11.17 MPa, 9.24 MPa์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๊ฐ ๋ฐํ๋์๋ค. ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น๊ฐ ๋ฎ์์๋ก ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ CFRP ์ฌ์ด์ ๋ถ์ฐฉ๋ฉด์ ์ํ๋ฌผ์ด ๋ฐ์คํ๊ฒ
์์ฑ๋์ด ๋์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๊ฐ ๋ฐํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ํ์ง๋ง, Fig. 2์ ๋ํ๋ธ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด 12, 16 mm๋ ๋ณด๊ฐ๊ทผ ํ๋ฉด์ ๋์ ํ ๋ฆฌ๋ธ๊ฐ ๋๋ ทํ๊ฒ ์กด์ฌํ๋ ๋ฐ๋ฉด, 10 mm๋ ํ๋ฉด์ ๊ท์ฌ์ฝํ
๋ง ์กด์ฌํ ๋ฟ ๋์ ํ ๋ฆฌ๋ธ์
๋ชจ์์ด ๋๋ ทํ์ง ์์ ์ํํ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ๋ฐํํ์ง ๋ชปํ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
Fig. 7 Result of CFRP bond strength (MPa)
3.3 ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ๋ฏธ๋๋ฆผ์ ๊ด๊ณ
๋ณธ ์คํ์์ Slip of maximum bond strength๋ ์ต๋ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ผ ๋ ์ธก์ ๋ ์์ชฝ ํ๋จ์ ์ค์นํ LVDT ๋ณ์๊ณ์ ํ๊ท ๊ฐ์ ์ฌ์ฉํ์๋ค.
Table 8์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์คํ๋ฐ์ดํฐ๋ฅผ ์ ๋ฆฌํ ๊ฒ์ด๋ค. ์ํ์ฒด ๋ช
์ ํ๊ธฐ๋ฒ์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค.
CW_D#N
C : ์ํ์ฒด์ ์ฌ์ฉ๋ ๋ณด๊ฐ๊ทผ์ ์ข
๋ฅ
W : ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น
D : ์ํ์ฒด์ ์ฌ์ฉ๋ ๋ณด๊ฐ๊ทผ์ ์ง๋ฆ
N : ์ํ์ฒด์ ๊ฐ์
Fig. 8์ CFRP์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์คํ ์ ๊ณผ ํ์ ํ์์ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ฉฐ, ๊ทธ๋ฆผ์ ๋ํ๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์คํ์ ์ฌ์ฉํ CFRP์ ํ๋ฉด์ฝํ
์ด ๊นจ์ ธ ๋ด๋ถ์ ๋งค๋ํ
๋ถ๋ถ์ด ๋ณด์์ ํ์ธํ์๋ค.
Table 8 Bond strength and slip of CFRP
Specimen
name
|
Ultimate state
|
Bond strength
(MPa)
|
Slip at maximum bond strength
(mm)
|
Load
(kN)
|
C40_10#1
|
4.80
|
2.78
|
6.03
|
C40_10#2
|
6.79
|
6.98
|
8.53
|
C40_10#3
|
4.95
|
4.49
|
6.21
|
C40_12#1
|
12.90
|
4.65
|
23.33
|
C40_12#2
|
14.74
|
4.73
|
26.66
|
C40_12#3
|
13.38
|
4.21
|
25.10
|
C40_16#1
|
14.77
|
5.28
|
47.49
|
C40_16#2
|
13.18
|
4.38
|
42.38
|
C40_16#3
|
13.59
|
4.96
|
43.70
|
C50_10#1
|
4.68
|
3.07
|
5.87
|
C50_10#2
|
4.06
|
2.45
|
5.10
|
C50_10#3
|
4.80
|
1.92
|
6.03
|
C50_12#1
|
10.40
|
3.40
|
18.81
|
C50_12#2
|
10.31
|
3.52
|
18.65
|
C50_12#3
|
10.08
|
3.21
|
18.23
|
C50_16#1
|
10.62
|
5.12
|
34.15
|
C50_16#2
|
11.67
|
5.05
|
37.53
|
C50_16#3
|
11.22
|
4.81
|
36.06
|
C60_10#1
|
5.06
|
3.35
|
6.36
|
C60_10#2
|
4.98
|
3.62
|
6.25
|
C60_10#3
|
5.14
|
4.11
|
6.46
|
C60_12#1
|
7.80
|
3.97
|
14.11
|
C60_12#2
|
8.10
|
4.54
|
14.65
|
C60_12#3
|
8.24
|
3.74
|
14.90
|
C60_16#1
|
9.14
|
3.32
|
29.39
|
C60_16#2
|
9.25
|
3.74
|
29.74
|
C60_16#3
|
9.33
|
4.89
|
30.00
|
C=CFRP
|
Fig. 9๋ ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น 40 %์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ CFRP์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ๋ฏธ๋๋ฆผ์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ฉฐ, Fig. 10์ ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น 50 %์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ CFRP์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ๋ฏธ๋๋ฆผ์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค. Fig. 11์ ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น 60 %์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ CFRP์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ๋ฏธ๋๋ฆผ์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค. ์ฌ๋ฆฝ์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋์ผํ๊ฒ ์ง๊ฒฝ 10 mm๋ง ๋ค๋ฅธ
๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ณด์์ผ๋ฉฐ, ๋๋ ทํ์ง ๋ชปํ ๋ฆฌ๋ธ์ ์ํฅ์ผ๋ก ์ธํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ชจ๋ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์ํ์ฒด๊ฐ ์ฝ 3~5 mm ์์ค์ ๋ฏธ๋๋ฆผ์์ ์ต๋ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๋ฅผ ๋ํ๋ด๋
๊ฒ์ ์ ์ ์์๋ค. ์ง๊ฒฝ 10 mm์ ๊ฒฝ์ฐ ์๋ฅํ์ค ๊ตฌ๊ฐ์์ ํ์ค์ด ์ ์ง๋๋ ๊ฑฐ๋์ ๋ณด์์ผ๋ฉฐ, ์ง๊ฒฝ 12 mm์ 16 mm์ ๊ฒฝ์ฐ ์๋ฅํ์ค ๊ตฌ๊ฐ์์
ํ์ค์ด ๊ฐ์ํ๋ ๊ฑฐ๋์ ๋ณด์๋ค. ์ด๋ ์ง๊ฒฝ 12 mm์ 16 mm์ ๊ฒฝ์ฐ ํ๋ฉด์ ๋๋ ทํ๊ฒ ํ์ฑ๋์ด์๋ ๋ฆฌ๋ธ๊ฐ ๊นจ์ ธ ๋ด๋ถ์ ๋งค๋ํ ๋ณด๊ฐ๊ทผ์ด ๋์ ์๋ฅํ์ค์ด
์ ์ ๊ฐ์ํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ฉฐ, ์ง๊ฒฝ 10 mm์ ๊ฒฝ์ฐ ํ๋ฉด์ ๋ฆฌ๋ธ๊ฐ ๋๋ ทํ์ง ์์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ฆฌ๋ธ๊ฐ ๊นจ์ ธ๋ ํฐ ์ฐจ์ด ์์ด ์๋ฅํ์ค์ด ์ ์ง๋์๊ธฐ
๋๋ฌธ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
Fig. 8 Fracture shape of 12 mm CFRP bar
Fig. 9 W/C 40 test result of bond strength and slip
Fig. 10 W/C 50 test result of bond strength and slip
Fig. 11 W/C 60 test result of bond strength and slip
๋ํ, Fig. 9์ ๋ํ๋ธ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น 40 %, ์ง๊ฒฝ 16 mm์ ๊ฒฝ์ฐ ์ต๋ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์ดํ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๊ฐ ๊ธ๊ฒฉํ ํ๋ฝ์ ๋ณด์ด๋ ๊ฒฝํฅ์ ํ์ธํ์๋ค. ์ด๋ ๋์
๊ฐ๋๋ก ์ธํด ๋ถ์ฐฉ์ ๋จ ์์ญ์ ์๋ ฅ์ง์ค์ด ๋ฐ์ํ์ฌ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ CFRP์ ๋ถ์ฐฉ๋ฉด์ด ๊นจ์ ธ ์๊ฐ์ ์ผ๋ก ๊ธ๊ฒฉํ ํ๋ฝ์ ๋ณด์์ผ๋ฉฐ, ์ดํ ์๊ฐ์ ์ผ๋ก ํ๋ฝํ๋ ํ์ค์ด
์์ํ๋ก ๋์์ค๋ฉด์ ๋ํ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ค๋ฅธ ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น์ ๊ฒฝ์ฐ ๋ฎ์ ๊ฐ๋๋ก ์ธํด ๋ถ์ฐฉ๋ฉด์ด ์์ํ ํ๊ดด๋์ด ๊ธ๊ฒฉํ ํ๋ฝ๊ตฌ๊ฐ์ด ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
๋ํ, ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น 40 %์ ๊ฒฝ์ฐ ์ง๊ฒฝ 10 mm์์ ์ฌ๋ฆฝ๊ณผ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ์ฐจ์ด๊ฐ ํฌ๊ฒ ๋ํ๋ ๊ฒ์ ์คํ์ ์ค์ฐจ๊ฐ ๋ฐ์ํ์ฌ ๋ํ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
3.4 ๋ณธ ์คํ๊ณผ ๊ธฐ์กด ์ดํ์ฒ ๊ทผ์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ๋น๊ต
์ ํ์ฐ๊ตฌ์ ๋น๊ต๋ฅผ ์ํด ์ ํ์ฐ๊ตฌ ์ค ๋ณธ ์คํ์ ์์ถ๊ฐ๋์ ๊ฐ์ฅ ๋น์ทํ ๋
ผ๋ฌธ์ ์ ํํ์๋ค. ์ ํ์ฐ๊ตฌ์์ ๋ํ๋ธ ์ง๊ฒฝ 13 mm ์ดํ์ฒ ๊ทผ๊ณผ ๋ณธ ์คํ์์
์ฌ์ฉํ ์ง๊ฒฝ 12 mm CFRP์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋น๊ตํ์๋ค(Lee et al. 2016). Fig. 12์ ๋ํ๋ธ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ์์ถ๊ฐ๋ ์ฝ 32 MPa ์์ค์ ๊ฒฝ์ฐ CFRP์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๊ฐ ์ดํ์ฒ ๊ทผ์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ๋นํด ์ฝ 33 % ๋ฎ๊ฒ ๋ฐํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค.
๋ํ, ์์ถ๊ฐ๋ 24 MPa ์์ค์ ๊ฒฝ์ฐ CFRP ๋ณด๊ฐ๊ทผ์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๊ฐ ์ดํ์ฒ ๊ทผ์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ๋นํด ์ฝ 21 % ๋ฎ๊ฒ ๋ฐํ๋๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค.
Fig. 12 Comparison of bond strength of CFRP with deformed bar
์ด๋ ์ดํ์ฒ ๊ทผ์ ๊ฒฝ์ฐ ํ๋ฉด์ ํ์ฑ๋์ด ์๋ ๋ง๋์ ๋ฆฌ๋ธ๊ฐ ๊นจ์ง์ง ์๋ ๋ฐ๋ฉด, ๋ณธ ์คํ์ ์ฌ์ฉํ CFRP๋ ํ๋ฉด์ ๊ท์ฌ์ฝํ
๊ณผ ๋ฆฌ๋ธ์ ํ๊ดด๋ก ์ธํด ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๊ฐ
๋ฎ๊ฒ ๋ฐํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ฌ์ฉํ CFRP๋ฅผ ์ฒ ๊ทผ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๊ตฌ์กฐ์ ์ฌ์ฉํ๊ธฐ ์ํด์๋ CFRP ํ๋ฉด์ ์ฝํ
๊ณผ ๋ฆฌ๋ธ์ ๊ดํ ์ถ๊ฐ์ ์ธ
์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ์ํ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
4. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ์คํ์ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๊ฐ๋ ๋ฐ ๋ณด๊ฐ๊ทผ ์ง๊ฒฝ์ ๋ฐ๋ฅธ CFRP์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ํน์ฑํ์
์ ์ํ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ์คํ์ ์งํํ์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ ๋ฒ์์์๋ ๋ค์๊ณผ
๊ฐ์ ๊ฒฐ๋ก ์ ์ป์๋ค.
1) CFRP์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ๊ฒฐ๊ณผ, ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น 60 %, ์ง๊ฒฝ 10 mm๋ฅผ ์ ์ธํ๊ณ ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น๊ฐ ๋ฎ์์๋ก ๋์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๊ฐ ๋ฐํ๋์๋ค. ์ด๋ฌํ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ๋
๊ธฐ์กด ์ดํ์ฒ ๊ทผ ๋ฐ FRP๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ์ ์ฌํ ๊ฒฝํฅ์ธ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค.
2) ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ๋ฏธ๋๋ฆผ์ ๊ด๊ณ ๋ถ์๊ฒฐ๊ณผ, ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๊ฐ ๋๊ณ , ์ง๊ฒฝ์ด ํด์๋ก ๋ฏธ๋๋ฆผํ์์ด ๋ ๋ง์ด ๋ฐ์ํ๋ ๊ฒ์ ์ ์ ์์๋ค. ๋ค๋ง, ๋ฌผ-์๋ฉํธ๋น 40
%, ์ง๊ฒฝ 16 mm์ ๊ฒฝ์ฐ๋ ๋์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๋ก ์ธํด ์๋ ฅ์ง์ค ๋ฐ ์ทจ์ฑํ์์ด ๋ฐ์ํ์ฌ ๋ค๋ฅธ ๊ฒฝํฅ์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ๋ฏธ๋๋ฆผ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
3) ์ ํ์ฐ๊ตฌ์ ์ดํ์ฒ ๊ทผ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ๋น๊ตํ์ ๋, ์์ถ๊ฐ๋ 25 MPa ์์ค์ ๊ฒฝ์ฐ ์ฝ 79 %, 32 MPa ์์ค์ ๊ฒฝ์ฐ ์ฝ 67 % ์์ค์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๋ฅผ
๋ฐํํ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. ์ด๋ CFRP ํ๋ฉด์ ๊ท์ฌ์ฝํ
์ ๊นจ์ง์ผ๋ก ์ธํด ๋ง์ฐฐ๋ ฅ์ด ์ ํ๋์ด ๋ฎ์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋๊ฐ ๋ฐํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
๋ณธ ์คํ์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ํตํ์ฌ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ CFRP์ ๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ชจ๋ ์ค๋ช
ํ ์๋ ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ฉฐ, ์ถํ ๋ค์ํ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ฐฐํฉ์์ค๋ณ CFRP์
๋ถ์ฐฉ๊ฐ๋์ ๊ดํ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ง์์ ์ผ๋ก ํด์ผ ํ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
๊ฐ์ฌ์ ๊ธ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ๊ตญํ ๊ตํต๋ถ/๊ตญํ ๊ตํต๊ณผํ๊ธฐ์ ์งํฅ์์ ์ง์์ผ๋ก ์ํ๋์์(๊ณผ์ ๋ฒํธ RS-2021-KA163381).
References
Ahn, J. M., Han, B. S., Kim, C. S., Seo, D. W., and Shin, S. W. (2005) Effect of Concrete
Strength on Concrete Beams Reinforced with FRP Bar. Journal of the Architectural Institute
of Korea 25(1), 401-404. (In Korean)
ASTM C 234 (1991) Standard Test Method for Comparing Concretes on the Basis of the
Bond Developed with Reinforcing Steel. West Conshohocken, PA; ASTM International.
Choi, J. H., Kim, D. H., Kim, H. C., La, S. J., and Lee, Y. H. (2008) Experimental
Study on Bond Strength of CFRP Rebar in Concrete. Journal of the Architectural Institute
of Korea 24(11), 53-60. (In Korean)
Kim, M. K., Kim, S. J., Seo, J. K., Shin, I. G., Park, D. K., and Yi, C. K. (2021)
Torsional Strength of CFRP Material for Application of Ship Shaft System. Journal
of the Society of Naval Architects of Korea 58(6), 431-439. (In Korean)
Kim, T. Y., Lee, J. Y., Park, J. S., and Park, Y. H. (2008) Bond Failure Surface of
Glass Fiber Reinforced Polymer Bars. Journal of the Korea Concrete Institute 20(3)
383-391. (In Korean)
Lee, H. J., Suh, J. I., and Yoo, S. W. (2016) Bond Behavior of Concrete according
to Replacement Ratio of Fly Ash and Compressive Strength of Concrete. Journal of the
Korean Recycled Construction Resources Institute 4(1) 19-24. (In Korean)
Okelo, R., and Yuan, R. L. (2005) Bond Strength of Fiber Reinforced Polymer Rebars
in Normal Strength Concrete. Journal of Composites for Construction 9(3), 203-213.