아라미드섬유의 표면개질에 의한 시멘트 복합재료의 강도특성 및 내충격성능의 향상효과

남정수,유재철,김규용,김홍섭,전중규 한국구조물진단유지관리공학회 2015 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.19 No.1

The purpose of this study is to evaluate the effect of improvement on the impact resistance and strength properties of cementcomposites by surface modification of aramid fiber. For aramid fiber reinforced cement composites, therefore, dispersion capabilityand the bonding efficiency between the fibers and the cement composite material need to be improved. It is possible by modifyingsurface properties to hydrophobic, it is considered that oiling agent ratio of 1.2 % and improvement of performance is in need tobe investigated. In this study, short aramid fibers were mixed by different fiber length and oiling agent ratio. And improvementof strength properties and impact resistance performance of hybrid cement composites were evaluated under the influence of steelfiber. As a result, strength properties of aramid fiber reinforced cement composites are different by mixing ratio of fiber, oilingagent ratio and length of fiber. In case of cement composites which have same volume fraction and fiber length, tensile strengthand flexural strength were improved with increase of the emulsions throughput of the fiber surface. The results of evaluation onthe static strength properties had effects on impact resistance performance by high-velocity impact. And it was observed that thescabbing of rear was suppressed with increase of the oiling agent ratio 본 연구의 목적은 아라미드섬유의 표면개질에 의한 시멘트 복합재료의 강도특성 및 내충격성능의 향상효과를 평가하는 것이다. 단섬유형태의 아라미드섬유를 섬유길이와 섬유의 표면유제처리율을 달리하여 시멘트 복합재료에 혼입하였다. 아라미드섬유보강 시멘트 복합재료의 강도특성은 섬유의 혼입율, 섬유의 표면유제처리율, 섬유의 길이에 따라 다르게 나타났으며, 특히, 동일한 섬유혼입율 및 섬유길이에 대한 인장강도 및 휨강도는 섬유의 표면유제처리율을 증가시킨 시험체가 향상되는 경향을 확인하였다. 이러한 정적 강도특성 결과는 고속비상체의 충돌에 의한 내충격성능에도 영향을 미쳤으며, 아라미드섬유의 표면유제처리율이 증가함에 따라 배면박리가 억제되는 것을 알 수있었다. 하지만, 아라미드섬유를 섬유보강 시멘트 복합재료용 보강재로 활용하기 위해서는 섬유와 시멘트 복합재료간의 분산능력 및 부착효율을 향상시켜야 할 것으로 판단된다. 이는 아라미드섬유의 표면특성을 소수성으로 개질하는 것에 의해 가능할 것으로 사료되며, 1.2 % 이상의 표면유제처리율 및 성능개선에 대해서는 추가적인 검토가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 아라미드섬유와 후크형 강섬유를 하이브리드 한 시험체의 경우, 강도특성 및 내충격성능의 향상효과는 강섬유의 기여도가 높은 것으로 나타났다.

강체 및 중공 비상체 충돌에 대한 프리스트레스 콘크리트 패널 유한요소해석

강현구 ( Kang Thomas Hyun-koo ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.1

콘크리트 패널의 내충격성 연구는 19세기부터 진행되어왔다. 하지만 대부분의 연구는 철근콘크리트 혹은 섬유보강콘크리트에 초점이 맞추어져 있으며, 프리스트레스 콘크리트의 내충격성능에 대한 연구는 미비하다. 서울대 고성능구조공학연구실에서는 프리스트레스 콘크리트 패널을 모델링하여 강체 및 중공 비상체를 충돌시키는 비선형 유한요소해석을 진행하였다. 다양한 긴장력 조건에 따른 콘크리트 패널의 파괴 형상, 충격력, 속력, 잔류 에너지 등을 측정하여 분석하였다. 해석 결과 긴장력이 증가할수록 콘크리트 패널의 관통에 대한 내충격성능이 향상되는 경향이 나타났다. 또한 중공 비상체는 자체적으로 소산되는 에너지량이 강체 비상체와 비교하여 상당히 많아, 결과적으로 콘크리트 패널의 국부 파괴가 줄어들었다.

강체 및 중공 비상체 충돌에 대한 프리스트레스 콘크리트 패널 유한요소해석

강현구 ( Kang Thomas Hyun-koo ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.1

콘크리트 패널의 내충격성 연구는 19세기부터 진행되어왔다. 하지만 대부분의 연구는 철근콘크리트 혹은 섬유보강콘크리트에 초점이 맞추어져 있으며, 프리스트레스 콘크리트의 내충격성능에 대한 연구는 미비하다. 서울대 고성능구조공학연구실에서는 프리스트레스 콘크리트 패널을 모델링하여 강체 및 중공 비상체를 충돌시키는 비선형 유한요소해석을 진행하였다. 다양한 긴장력 조건에 따른 콘크리트 패널의 파괴 형상, 충격력, 속력, 잔류 에너지 등을 측정하여 분석하였다. 해석 결과 긴장력이 증가할수록 콘크리트 패널의 관통에 대한 내충격성능이 향상되는 경향이 나타났다. 또한 중공 비상체는 자체적으로 소산되는 에너지량이 강체 비상체와 비교하여 상당히 많아, 결과적으로 콘크리트 패널의 국부 파괴가 줄어들었다.

반복충격을 받은 UHPC의 내충격성능 평가

정민승 ( Jeong Min-seung ),김규용 ( Kim Gyu-yong ),이상규 ( Lee Sang-kyu ),황의철 ( Hwang Eui-chul ),김경태 ( Kim Gyeong-tae ),남정수 ( Nam Jeong-soo ) 한국건축시공학회 2018 한국건축시공학회 학술발표대회 논문집 Vol.18 No.2

In this study, it evaluate the impact resistance of UHPC by repeated impact. smooth steel fiber and polyvinyl alcohol fiber were reinforced in UHPC respectively. Overall, the impact resistance of the specimens reinforced with 0.4vol.% PVA fiber was high, and the crater diameter was small in specimens using 13mm fiber. When 19 mm steel fiber is used, the fracture depth is small due to the increase of macro crack resistance compared with other specimens. On the other hand, in the case of the fracture area, it is considered that the use of the fiber of 13 mm causes an increase in the stress dispersion effect to occur small.

강체 및 중공 비상체 충돌에 대한 프리스트레스 콘크리트 패널 유한요소해석

강현구 ( Kang Thomas Hyun-koo ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.1

콘크리트 패널의 내충격성 연구는 19세기부터 진행되어왔다. 하지만 대부분의 연구는 철근콘크리트 혹은 섬유보강콘크리트에 초점이 맞추어져 있으며, 프리스트레스 콘크리트의 내충격성능에 대한 연구는 미비하다. 서울대 고성능구조공학연구실에서는 프리스트레스 콘크리트 패널을 모델링하여 강체 및 중공 비상체를 충돌시키는 비선형 유한요소해석을 진행하였다. 다양한 긴장력 조건에 따른 콘크리트 패널의 파괴 형상, 충격력, 속력, 잔류 에너지 등을 측정하여 분석하였다. 해석 결과 긴장력이 증가할수록 콘크리트 패널의 관통에 대한 내충격성능이 향상되는 경향이 나타났다. 또한 중공 비상체는 자체적으로 소산되는 에너지량이 강체 비상체와 비교하여 상당히 많아, 결과적으로 콘크리트 패널의 국부 파괴가 줄어들었다.

고온노출 온도 변화에 따른 고성능 슬러리 충전 강섬유보강 시멘트 복합체의 휨거동 특성

김승원,박철우 한국콘크리트학회 2019 콘크리트학회논문집 Vol.31 No.2

최근 충돌 및 폭발사고에 의한 위험성이 점차 높아지고 있으며, 국제정세의 변화 속에서 사고발생 가능성은 항상 존재한다. 이러한 충돌 및 폭발사고들에 의해 필연적으로 동반되는 화재 역시 증가하고 있는 추세이다. 이에 이 연구에서는 충격 또는 폭발과 같이 작용시간이 매우 짧은 극한하중에 대한 내충격성능 증대를 위하여 섬유의 고혼입이 가능한 슬러리 충전 강섬유보강 시멘트 복합체(Slurry Infiltrated Fiber Reinforced Cementitious Composite, SIFRCC)를 개발하였으며, 고온노출 온도 변화에 따른 휨성능 특성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 실험결과, 고온노출에 따른 슬러리 매트릭스의 강도 및 함유수분 손실로 인하여 노출온도 증가에 따라 휨강도가 저하하는 경향을 나타내었다. 반면, 시험체 인성에서는 고온노출에 따른 슬러리 매트릭스의 강도 저하가 섬유와 계면에서의 부착성능 저하로 섬유 파단이 아닌 뽑힘 현상을 통해 일정 수준의 고온노출에서는 에너지 흡수능력이 향상된 것을 확인할 수 있었다.

고강도콘크리트에 대한 기존 내충격 성능평가식의 비상체 선단형상계수 유효성 평가 실험 연구

김상희,강현구,홍성걸 대한건축학회 2019 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.35 No.2

This study was conducted in order to validate the nose shape factors of projectile in existing impact formulas for high-strength concrete inthe event of collision with high-speed projectiles. In order to conduct the high-speed impact experiment, specified concrete strengths of 35,100, and 120 MPa were prepared and tested in collision with both conical and hemispherical projectiles. The results showed that themeasured penetration depth did not decrease linearly as concrete strength increased. Comparing the ratio penetration depth to the kineticenergy of the conical and hemispherical projectiles, the difference in the ratios for high strength concrete was observed to decline as concretestrength increased. However, in the modified NDRC and the Hughes formulas, the difference in the predicted penetration depth of the conicaland hemispherical projectiles was constant despite increasing concrete strength. The modified NDRC and Hughes formulas should be improvedupon so as to be applied to high strength concrete. 본  연구는 기존 내충격 성능평가식에서 제시하는 탄환형상계수가 고속충돌하중을 받는 고강도콘크리트에도 적용가능한지를 검증하기 위하여 수행되었다. 뾰족 형태와 반구형태 비상체에 의한 측정관입깊이 대비 운동에너지 값을 비교하면, 콘크리트 압축강도가 커짐에 따라 그 값의 차이가 줄어들었다.  기존 내충격 성능평가식은 콘크리트 압축강도가 증가할지라도 뾰족 형태와 반구형태 비상체에 의한 관입깊이 대비 운동에너지 값의 차이가 동일하였다. 따라서 기존 내충격 성능평가식을 고강도콘크리트에 적용하기 위해서는 개선이 필요하다고 판단된다.

비부착 포스트텐션 콘크리트의 저속 및 고속 충돌 실험

강현구 ( Kang Thomas H.-k. ),안성룡 ( Ahn Seong Ryong ) 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.26 No.2

프리스트레스는 하중 조건에 따라 강연선 및 텐던을 자유롭게 배치하여 콘크리트 부재의 구조적 성능을 효과적으로 증진시키는 공법으로 원자로 격납건물, 교량 등 다양한 기반시설에 필수적으로 사용되고 있다. 전 세계적으로 항공기 충돌 및 차량, 선박 충돌 등 사회기반시설에 대한 테러 및 사고로 인한 극한하중 발생 사례들이 보고되고 있으나, 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 충격 및 폭발하중에 대한 거동은 구속압력으로 인해 철근콘크리트와는 상이한 것으로 보고된다. 본 연구에서는 비부착 포스트텐션 콘크리트 패널을 제작하여 고속 및 저속 충돌하중에 대한 실험적 분석을 진행하였다.

고속 비상체의 충돌을 받은 섬유보강 모르타르의 내충격 성능 평가

김규용(Kim Gyu-Yong),남정수(Nam Jeong-Soo),미야우치 히로유키(Miyauchi Hiroyuki) 대한건축학회 2011 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.27 No.9

Recently, the damaged building and loss of life have been increasing by man-made disasters. In this study, the impact resistance performance of fiber reinforced concrete against high-velocity projectile was evaluated by using high pressure gas apparatus and AUTODYN. Plain mortar specimen was penetrated by steel projectile at 350 m/s and was fractured heavily at the backside. On the other hand, the PVA, PE and STF specimens reinforced with fiber have higher impact resistance than plain mortar, and were analyzed by Hughes equation. Finally, the impact resistance of specimens was calculated from viewpoint of fracture mode by AUTODYN and it was concluded that fiber reinforced concrete improve the impact resistance performance.

내충격폭발성능 증대를 위한 고성능 강섬유보강 복합체 적용

박철우(Park, Cheol Woo),박영준(Park, Young Jun),김성욱(Kim, Sung Wook),김승원(Kim, Seung Won) 대한토목학회 2017 대한토목학회 학술대회 Vol.2017 No.10