허광희
(Gwang-Hee Heo)
1
송기창
(Ki-Chang Song)
2
박종건
(Jong-Gun Park)
3*
한윤정
(Yoon-Jung Han)
3
임채영
(Cae-Young Lim)
4
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키워드
탄소섬유(CF), 탄소섬유 보강시멘트 복합재료(CFRC), 플로우 값, 휨 강도, 내충격성 시험
Key words
Carbon fiber(CF), Carbon fiber reinforced cement composites(CFRC), Flow value, Flexural strength, Impact resistance test
1. 서 론
탄소섬유(Carbon Fiber, CF)란 적어도 92% 이상의 탄소원 소로 이루어진 섬유를 칭하는 것으로, 제조방법 및 원료에 따 라 PAN계,
피치계 및 레이온계로 대별할 수 있으며, 섬유길이 에 따라 단섬유와 장섬유로 구분된다. 개발초기에는 경제적 부담 증가로 건설재료로서의 활용에 다소
어려움이 있었으나 탄소섬유의 기계적 특성과 화학적 안정성 등 역학적 성질이 높아 콘크리트나 모르타르의 보강재로 국내외에서 많은 주목 을 받고 있다(Lee et al., 1994; Reda et al., 2001; Wang et al., 2017; Lu et al., 2018). 특히, 탄소섬유는 높은 인장강도 및 인 장탄성률을 가진 21세기형의 첨단 복합재료로서 용도는 우주 항공, 조선, 자동차 및 레저산업의 재료뿐만
아니라 토목, 건 축 분야에서 콘크리트 구조물의 내진보강 및 CNG 탱크 등의 구조재료로서 다양한 산업분야에서도 적용되어 왔으며, 그 이용 분야가
점차 증대되고 있는 유망한 신소재이다(Chen et al., 1996; Boulfiza et al., 2000; Oh et al., 2018).
최근, 탄소섬유를 혼입한 탄소섬유 보강시멘트 복합재료 (Carbon Fiber Reinforced Cement Composites: CFRC)의 개발
을 위한 연구와 노력이 행하여지고 있으며, 탄소섬유는 시멘 트 복합재료로서 휨 강도를 향상시키는데 사용되고 있다. 그 리고 충격하중에 의한 국부적인
파괴를 억제하기 위하여 섬 유를 혼입함으로써 휨 인성 및 충격에 대한 저항성을 향상시 키는 시멘트 복합재료에 관한 많은 연구가 진행되고 있다 (Min et al., 2011; 2018; Heo et al., 2019).
또한, 각종 보강용 섬유로서 단섬유인 강, 유리, PVA, 아라 미드, 아크릴, PE, PP 등을 사용하여 제조된 시멘트 복합재료 는 높은 휨⋅인장강도,
인성증대, 변형능력 및 에너지 흡수능 력을 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 균열을 제어함으로서 각종 열화 인자의 침투를 억제할 수 있는 장점이 제시되어
있다(Li et al., 2001; Wang et al., 2001; Son et al., 2017).
한편, 주요 건설재료 중 하나인 콘크리트나 모르타르는 다 른 건설재료에 비해 요구되는 역학적 성능이 우수하고 내구 성이 높은 건설재료이지만 휨 및
인장강도가 압축강도 대비 1/10 정도 수준이며, 휨 및 인장하중 작용하에 있어서 초기 균 열이 발생한 이후 응력이 급격히 저하하는 취성적 성질을
가 지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 각종 섬유를 혼입하 여 취성적인 성질을 개선한 섬유보강 시멘트 복합재료가 주 를 이루고 있으며, 이에
관한 연구가 북미, 유럽, 일본 등의 선 진국을 중심으로 활발히 진행되어 왔다(Chung et al., 2005; Choi et al., 2015). 국내의 경우 콘크리트나 모르타르 분야에 서 보강재로서 다양한 섬유를 사용한 시멘트 복합재료가 검 토되었지만, 탄소섬유를 이용한 시멘트 복합재료에
대한 연 구검토한 사례는 다소 미진한 실정이다.
따라서, 본 연구는 탄소섬유의 혼입률 및 섬유길이 변화에 따른 탄소섬유 보강시멘트 복합재료의 역학적 특성과 휨 거 동을 분석하였으며, 또한 자연 낙하시험에
의한 모르타르 시 편에 대한 내충격성을 측정하여 비교, 검토하였다.
2. 실험계획 및 방법
2.1 실험계획
본 연구의 실험계획은 Table 1과 같다. 먼저, 배합조건으로 보통 모르타르의 목표 압축강도는 재령 28일에서 약 35 MPa 인 W/C 47.8%로 계획하였으며, 목표 플로우는
190±10 mm가 되도록 배합설계 하였다. 또한 탄소섬유의 혼입률을 0.5%, 1.0%, 2.0% 및 3.0%의 4수준과 탄소섬유의 길이가 6 mm와
12 mm의 변수로 실험을 계획하였다. 실험사항으로 굳지 않 은 모르타르는 플로우 및 단위용적질량 측정하였으며, 굳은 모르타르는 압축강도와 휨 강도를
측정토록 계획하였다. 또 한 모르타르 시편의 내충격성을 검토하고자 실험계획을 수립 하였다.
2.2 재료 및 배합
2.2.1 시멘트
시멘트는 S사 제품의 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)를 사용 하였으며, 비중은 3.13이고 분말도는 3,860 ㎠/g 이다. 시멘트 의 물리적 특성은
Table 2와 같다.
Table 2
Physical properties of ordinary portland cement
2.2.2 표준사
본 연구는 강원도 강릉시 주문진읍에서 생산된 표준사를 KS L ISO 679에서 규정하는 98% 이상의 이산화규소(SiO2) 가 함유되어 있는 표준사를
사용하였다. 표면건조포화상태 잔골재의 비중과 흡수율은 각각 2.65와 0.1%이었으며, 표준 사의 물리적 특성은 Table 3과 같다.
Table 3
Physical properties of standard sand
2.2.3 탄소섬유
본 연구에 사용된 아크릴로니트릴을 주성분으로 하는 고강 도 PAN(polyacrylonni-trile)계 탄소섬유는 일본의 T사에서 제 조한 것으로
인장강도가 4,900 MPa, 인장탄성률은 230 GPa 이 다. 탄소섬유의 길이는 6 mm와 12 mm로서 균일한 섬유길이를 확보하기 위해 국내
A사의 절단 섬유업체에서 장섬유를 절단 하였다. 탄소섬유는 833 이상의 매우 높은 종횡비(aspect ratio) 를 갖고 있다. PAN계 탄소
단섬유에 대한 공급원사의 물리적 특성은 Table 4와 같으며, Photo 1은 본 연구에 사용된 PAN계 탄소섬유의 원사 롤 및 절단형상을 나타낸 것이다.
Table 4
Physical properties of short carbon fibers
Photo 1
Shapes of carbon fibers used in this experiment
2.2.4 혼화제
혼화제는 탄소섬유의 유동성 확보를 위해 국내 D사 제품의 폴리카르복실산계로서, 액상이고 비중이 1.04, pH 5.0±1.5인 연황색의 고성능 AE감수제를
사용하였다. 혼화제의 물리적 특성은 Table 5와 같다.
Table 5
Physical properties of superplasticizer
2.2.5 배합 및 혼합
시멘트 모르타르의 배합은 모든 물시멘트비(W/C)를 47.8%로 고정하였으며, 보통 모르타르의 목표 플로우는 190± 10 mm로 하였다. 탄소섬유의
길이가 6 mm와 12 mm인 2종류 와 섬유혼입률을 각각 0.5%, 1.0%, 2.0% 및 3.0%의 4개의 수 준으로 다양한 변화를 주어 배합비율을
정하였다. 이때 시멘 트와 잔골재의 비율(C:S)은 1:2의 비율로 선정하였다. 실험변 수에 따른 모르타르의 배합설계는 Table 6과 같다. 또한 믹싱 방법은 먼저 시멘트와 잔골재를 투입하고 건비빔으로 90초 동안 혼합하였다. 섬유의 뭉침현상(fiber ball)방지 및 분산성
을 확보하기 위해 탄소섬유를 투입하여 60초 동안 추가 믹싱 하였다. 이후 배합수와 혼화제를 투입하고 즉시 90초 동안 혼 합하고, 30초간 정지
후 붙은 모르타르를 제거하고 마지막으 로 다시 혼합기를 작동시켜 60초 동안 혼합하였다. 믹싱하는 총 시간은 5분 정도 소요되었다.
Table 6
Mix proportions of mortar
2.3 실험방법
2.3.1 플로우 및 단위용적질량
시멘트 모르타르의 흐름성능을 평가하기 위해서 플로우 시 험은 KS L 5111에서 규정하는 플로우 테이블을 이용하여 KS L 5105에 준하여 측정하였으며,
단위용적질량 시험은 KS F 2409 규정에 준하여 실시하였다.
2.3.2 강도 시험방법
시멘트 모르타르의 압축 및 휨 강도 시험을 수행하기 위해 모르타르 공시체를 제작하여, 모두 재령 28일에서의 강도를 측정하였다. 압축강도 시험은 50×50×50
mm 정육면체 몰드 를 이용하여 각각 3개씩 제작하였으며, KS L 5105 규정에 준 하여 측정하였다. 또한 휨 강도 시험은 3점 재하를 기반으로
실시하였으며, 이때 공시체 높이의 3배로 순지간은 150 mm, 높이 50 mm 이다. 중앙점 재하법에 의한 휨강도는 식 (1)과 같이 구하였다.
여기서, fr는 휨강도(MPa), P는 최대하중(N), L은 지점간 거 리(mm), b는 시편의 폭(mm), h는 시편의 높이(mm)이다.
압축 및 휨 시험을 위하여 100 kN 용량의 만능시험기 (Universal Testing Machine, UTM)를 사용하였으며, 모든 공 시체에
가력속도는 3 kN/min의 일정한 속도로 가력하였다. Photo 2는 본 실험에 사용된 장비와 시편의 설치모습을 나타 낸 것이다.
Photo 2
Compressive and flexural strength test
2.3.3 내충격성 시험방법
내충격성 시험은 KS F 2221(건축용 보드류의 충격 시험방 법)과 KS F 4041(시멘트계 자기 수평 모르타르)에 준하여 실 시하였다. 시험장치를
제작한 후 모래 위 전체면 지지방법으 로 수평으로 놓고, 시편 표면의 거의 중앙의 연직 위에서 구형 추 1,000 g의 쇠 구슬로 크기가 400×300×30
mm의 모르타르 시편에 낙하 높이 90 cm에서 자연 낙하시킨 후 초기균열이 발 생한 횟수와 시편이 최종 파괴될 때까지의 횟수를 측정하였 다. 또한
모르타르 시편에 대한 충격면(전면, 배면)의 파괴양 상을 육안으로 관찰하였다. Photo 3은 내충격성 시험을 위한 모르타르 시편의 설치모습을 나타낸 것이다.
Photo 3
View of setup for impact resistance test
2.3.4 시편제작 및 각 단계별 시험흐름
내충격성 시험을 위한 시편의 크기는 400×300 mm의 직사 각형이고 두께는 30 mm로 일정하게 하여 각각의 탄소섬유의 길이와 혼입률을 변화시켜
시편을 제작하였다. 시편 제작 후 플라스틱 시트로 덮어 상온에서 2일간 보관하고 성형체를 몰 드에서 꺼내고 탈형하고, 시험일까지 재령 28일 동안
기건상 태에서 양생하였다. Photo 4는 내충격성 시험용 모르타르 시 편의 모식도 및 양생모습을 나타낸 것이다. 한편 Photo 5는 탄 소섬유를 혼입한 CFRC의 시험수행을 위한 각 단계별 주요 시 험절차 및 진행 과정을 나타낸 것이다.
Photo 4
Schematic diagram and curing process of mortar specimens
Photo 5
Test procedures and progress of CFRC by every stages
3. 실험결과 및 분석
3.1 굳지 않은 모르타르의 특성
3.1.1 유동성 변화
Fig. 1은 탄소섬유의 혼입률 및 섬유길이 변화에 따른 CFRC와 보통 모르타르의 흐름성능을 나타내었다. Fig. 1에 서 보는 바와 같이 보통 모르타르의 배합에서는 199 mm로 목 표 플로우 값 190±10 mm를 만족하였다. 탄소섬유의 길이별 플로우 값의 변화는
미소하지만, 탄소섬유의 혼입량이 증가 함에 따라 흐름성능이 상당히 감소하는 경향을 보이고 있었 다. 또한 탄소섬유를 혼입하였을 때 모르타르 내 작은
lump가 관찰되었으며, 워커빌리티가 급격히 감소함을 알 수 있었다. 이와 같은 결과는 탄소벽 빈 구조를 가지고 있기 때문에 혼합 수 일부 흡수로
인해 모르타르의 점성증가로 섬유의 뭉침현 상에 의한 것으로 보통 모르타르에 비해 플로우 값 감소를 나 타낸 것으로 판단된다.
Fig. 1
Flow test results of CFRC and plain mortar
Photo 6은 굳지 않은 보통 모르타르와 섬유혼입률 변화에 따른 유동 특성을 사진으로 나타낸 것이다. 건식 혼합 시 섬유 의 뭉침과 편재(偏在)가 일어나며 습식
혼합 시에도 원활한 분 산성(dispersibility)이 어렵게 하는 경향이 있을 뿐만 아니라 섬유혼입량이 증가함에 따라 각 섬유간 엉킴이 쉽게
발생하여 작업성(workability)에도 큰 영향을 주었다. 특히, 3% 혼입한 경우 섬유의 재료분리와 뭉침 현상이 심하게 발생한 것으로 편재로
인해 갈라져 모르타르의 형성이 어려운 상황이었다.
Photo 6
Ex perimental features of flow test due to various fiber contents
3.1.2 단위용적질량 변화
Fig. 2는 탄소섬유의 혼입률 및 섬유길이 변화에 따른 CFRC와 보통 모르타르의 단위용적질량을 나타내었다. Fig. 2 에서 보는 바와 같이 탄소섬유의 혼입량이 증가함에 따라 단 위용적질량은 다소 감소하는 경향을 보였으며, 탄소섬유길이 와 관계없이 보통 모르타르에
비해 단위용적질량이 모두 감 소하였다. 이와 같은 결과는 시멘트 밀도와 탄소섬유의 밀도 차이에 의한 것으로 밀도가 시멘트 보다 상대적으로 작은 탄
소섬유가 다량으로 혼입되어 단위용적질량이 감소한 것으로 사료된다. CRFC의 단위용적질량은 탄소섬유의 혼입량이 증 가함에 따라 약 4%씩 이상 감소시킬
수 있었으며, 보통 모르 타르의 16∼20% 정도 감소시킬 수 있었다.
Fig. 2
Unit weight test results of CFRC and plain mortar
3.2 굳은 모르타르의 특성
3.2.1 압축 및 휨 강도 특성
CFRC와 보통 모르타르에 대한 압축강도 및 흼강도의 시험 결과는 Table 7과 같다. Fig. 3은 탄소섬유의 혼입률 및 섬유길 이 변화에 따른 CFRC와 보통 모르타르의 압축강도에 미치는 영향을 나타내었다. 이러한 연구결과는 기존의 다른 연구자
들에 의해서도 보고되었다(Boulfiza, 2000 and Lee, 1994). 즉, 높은 혼입률은 섬유의 분산성 저하로 인해 뭉침현상이 발생 하여 압축강도 저하에 따른 큰 영향을 받는 것으로 검토된 바 있다. Fig. 3에서 보는 바와 같이 CFRC의 압축강도는 보통 모 르타르에 비해 탄소섬유의 혼입량이 증가함에 따라 점차 감 소하는 경향이 더 크게 나타났다. 본
실험결과로부터 탄소섬 유를 0.5% 혼입한 경우 보통 모르타르에 비해 압축강도가 3.3 ∼3.9 MPa 감소하는 것으로 나타났으며, 1.0% 혼입한
경우 6.6∼7.9 MPa 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 탄소섬유를 2.0% 혼입한 경우 보통 모르타르에 비해 압축강도가 9.4∼ 14.2 MPa
감소하는 것으로 나타났으며, 3.0% 혼입한 경우 17.2∼26.1 MPa 감소하는 것으로 나타났다. 즉, 압축강도는 0.5%와 1.0% 혼입한 경우
0.6∼1.3MPa 정도 감소하여 약간 편차가 발생하였다. 하지만 2%와 3.0% 혼입한 경우 4.8∼ 8.9MPa 정도 압축강도가 크게 감소함을
확인할 수 있었다. 특 히, 탄소섬유 혼입률이 2.0% 이상인 경우 시멘트 매트릭스 내 의 섬유가 균일하게 분산시키기가 어렵고 섬유끼리 엉키는 뭉침현상이
발생하며, 충분히 분산되지 않아 오히려 압축강 도가 급격히 감소하였다. 또한 탄소섬유 길이 6mm와 12mm 의 사용에 따른 압축강도는 0.5%와
1.0% 혼입한 경우 거의 비 슷하거나 약간 차이가 있음을 보였는데, 2.0%와 3.0% 혼입한 경우 약 16.1∼40.4% 크게 감소하는 것을 확인할
수 있었다. 섬유길이가 6mm인 경우 보다는 12mm의 사용이 더 크게 나 타내어 효율적이었다. 따라서 CFRC의 경우 워커빌리티를 최 대한 유지하면서
압축강도 확보 측면에서 0.5∼1.0%일 때 가 장 적정한 섬유혼입률인 것으로 판단된다. 높은 혼입률로 인 해 압축강도가 급격히 감소하는 경향을 보여
강도개선을 위 한 추가적인 연구가 필요한 것으로 사료된다.
Table 7
Results of mortar strength tests
Fig. 3
Relationship between compressive strengths of CFRC and plain mortar
Fig. 4는 탄소섬유의 혼입률 및 섬유길이 변화에 따른 CFRC 와 보통 모르타르의 휨 강도에 미치는 영향을 나타내었다. Fig. 4에서 보는 바와 같이 휨 강도는 섬유길이가 6 mm이고 3% 혼 입한 경우를 제외한 모든 종류에서 보통 모르타르에 비하여 같 거나 다소 높은 휨 강도를
발휘하는 것으로 나타났다. 특히 섬 유길이가 12 mm이고 2% 혼입한 경우 가장 우수한 휨 강도를 나타내었으며, 보통 모르타르에 비해 약 47%
높은 것으로 확 인되었다.
Fig. 4
Relationship between flexural strengths of CFRC and plain mortar
이와 같은 결과는 혼입된 섬유가 가교역할을 함으로서 균 열의 진전을 막아주고 응력의 재분배를 통해 휨 강도를 향상 시켰기 때문이라고 판단된다. 섬유혼입률이
2% 까지 섬유혼 입 시 휨 강도가 향상되었지만 그 이상 혼입 시에는 증가효과 가 그리 크지 않으며, 섬유길이가 6 mm이고 3% 혼입한 경우 높은
혼입률로 인해 분산성 및 마감 성능면에서 양호하지 못 하기 때문에 가장 낮은 휨 강도를 갖고 있음을 알 수 있었다. 또한 압축강도에 대한 휨 강도
비는 섬유혼입량 증가에 따라 섬유길이가 6 mm의 경우 1/11.2∼1/6.0과 섬유길이가 12 mm 의 경우 1/9.3∼1/6.1 정도로 되어 보통
모르타르의 경우 1/12.3 정도 보다 압축강도에 대한 휨 강도가 크게 증가하는 것으로 나타났다.
3.2.2 휨 응력과 변위 곡선
Fig. 5는 각각의 공시체 3개에 대해 탄소섬유의 혼입률 및 섬유길이 변화에 따른 CFRC와 보통 모르타르의 휨 응력과 변 위 곡선관계를 나타내었다. Fig.
5에서 보는 바와 같이 보통 모 르타르의 경우 휨 응력은 초기에 거의 일정하게 선형거동으 로 변위가 증가하다가 최대 휨 응력이 도달한 이후 변위 증가
없이 갑작스럽게 파괴되여 취성적인 거동을 뚜렷하게 나타내 었다. 반면 CFRC의 경우 섬유길이 및 혼입량이 증가함에 따 라 다른 특성을 보여 주었으나,
최대응력 이후 변위 곡선은 일 정 변위까지 유지하다가 하강 기울기가 완만하게 떨어지면서 변위가 증가하는 연성적인 거동을 보여 주었다. 이와 같은 결
과는 탄소섬유의 가교작용(bridging effect)으로 인해 균열발 생과 균열진전을 막아주고 섬유의 제어효과로 급격한 취성파 괴를 방지하기 때문으로
판단된다. 특히, 섬유길이가 12 mm 이고 2% 혼입한 경우 가장 우수한 휨 성능을 보였으며, 섬유 길이가 6 mm이고 3% 혼입한 경우에는 높은
혼입량으로 인해 섬유의 뭉침현상 등에 의해 오히려 휨 응력이 급격히 저하되 었다.
Fig. 5
Relationship between flexural stress-displacement curves of CFRC and plain mortar
3.3 내충격성 검토
탄소섬유의 혼입률 및 섬유길이 변화에 따른 CFRC 시편과 보통 모르타르 시편에 대한 전면과 배면의 균열 및 파괴양상 은 Table 8과 같다. 보통 모르타르 시편의 경우 수직 또는 사선 방향으로 갑작스런 미소균열의 발생과 동시에 취성적인 파괴 양상을 보이는 반면 CFRC 시편의
경우 수직 또는 사선 방향 으로 초기 균열의 성장과 진전현상을 보이는 것을 알 수 있는 데, 이는 외부로부터 전해지는 충격을 시편 내의 섬유가 인장
력을 발휘하여 충격에 대한 저항성이 증가한 것으로 검토되었 다. 섬유길이에 관계없이 섬유혼입률 2% 이상인 경우 시편에 수직 또는 방사형의 균열이
발생하였으며, 초기 균열발생 후 인장응력이 감소하지 않고 연성거동을 보이고 미세한 복수균 열(multiple micro cracking)을 생성하여
낙하횟수가 증가함에 따라 전면의 관통 또는 미소 박리와 함께 배면의 중앙부에 커 다란 박리⋅박락이 형성되면서 뚜렷한 파괴양상을 보였다.
Table 8
Observed failure pattern of specimens
Fig. 6은 탄소섬유의 혼입률 및 섬유길이 변화에 따른 CFRC 시편과 보통 모르타르 시편에 대한 초기 균열 및 완전 파괴까지의 낙하횟수를 나타내었다. 보통
모르타르 시편의 경우 초기 균열발생에서 완전파괴까지의 낙하횟수는 1∼2회 정도로 나타내어 시편 내에서 연성이 거의 작용하지 않는 것 으로 나타났다.
반면에 CFRC 시편은 섬유혼입량 증가에 따 라 낙하횟수는 상당히 증가되었으며, 섬유길이가 12 mm이고 2.0% 혼입한 경우 초기 균열 발생부터
완전파괴까지의 낙하 횟수가 66회로서, 초기 균열이 발생한 후에 섬유의 연성이 시 편에 작용하여 낙하횟수가 상당히 증가되었다. 이와 같은 결 과는
CFRC 시편은 섬유의 가교작용에 의해 시편에 전체적으 로 분산되어 초기 균열 발생부터 완전파괴까지 시기가 늦춰 진 것으로 판단된다. 또한 섬유길이가
6 mm인 시편의 내충격 성은 섬유길이가 12 mm인 시편의 내충격성 보다 낮은 것을 확인할 수 있었는데, 이는 섬유길이가 50% 감소함으로 인하
여 12mm 섬유에 비하여 섬유사이의 가교현상이 충분히 일어 날 수 없었기 때문으로 판단된다.
Fig. 6
Number of drop for specimens of CFRC and plain mortar
4. 결 론
본 연구는 탄소섬유의 혼입률 및 섬유길이 변화에 따른 탄소섬유 보강시멘트 복합재료의 역학적 특성과 휨 거동을 분석하였으며, 또한 모르타르 시편에 대한
내충격성을 비 교, 검토하였다. 본 연구를 통해 얻은 결과를 요약하면 다 음과 같다.
-
보통 모르타르의 목표 플로우 값은 만족하였으나, 탄소 섬유혼입 시 혼합 수 일부 흡수로 인해 보통 모르타르에 비해 상당히 감소하는 것으로 나타내어
탄소섬유 혼입 량 증가에 따른 유동성 확보대책이 요구된다. 또한 단위 용적질량은 탄소섬유의 변화에 따라 보통 모르타르의 16∼20% 정도 감소하는
것을 확인할 수 있었다.
-
CFRC의 압축강도는 보통 모르타르에 비해 다소 감소하 였으며, 탄소섬유 혼입량 증가에 따라 압축강도가 감소 하는 경향이 더 크게 나타내었다. 특히,
탄소섬유를 3% 이상 혼입하는 경우 압축강도가 급격하게 감소되었다. 반면 CFRC의 휨 강도는 보통 모르타르에 비해 47% 정 도 높게 측정되었으며,
섬유길이가 12 mm이고 2% 혼입 한 것이 가장 높은 휨 강도를 나타내었다.
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휨 응력과 변위 곡선에서 CFRC의 경우 보통 모르타르에 비해 최대 휨 응력을 얻었으며, 파괴에 도달할 때까지 길 어지고 변위도 크게 증가하였다.
이것은 탄소섬유를 혼 입하였을 때 시편 내에서 가교역할을 함으로서 모르타르 의 인성에 기여하였기 때문에 보통 모르타르 보다 휨 성 능이 향상된 것으로
판단된다.
-
내충격성 시험결과, 보통 모르타르의 시편은 완전파괴까 지의 낙하횟수가 2∼3회 정도 걸리는 반면 CFRC의 시편 은 혼입량 증가에 따라 다소 차이가
있지만, 섬유길이가 12 mm이고 2% 혼입한 경우 초기 균열 발생부터 완전파 괴까지 낙하횟수가 66회로 현저히 증가하는 것으로 나타 내 섬유에 의한
연성이 시편에 작용하여 외부 충격에 가 장 높은 저항성을 나타내었다. 따라서 보통 모르타르의 시편은 취성파괴의 거동을 보이는 반면 CFRC의 시편은
연성파괴의 거동을 보였다.
이러한 결과를 통하여 CFRC의 뭉침방지 및 유동성 확보를 위한 추가 연구가 요구되며, 탄소섬유와 시멘트 매트릭스 사 이의 계면특성과 CFRC의 역학적
특성에 관한 추가적인 검토 가 필요할 것으로 사료된다.
감사의 글
이 논문은 2018년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재 단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업 입니다.(No. NRF- 2018R1A6A1A03025542).
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