Composites Research

The Korean Society for Composite Materials (한국복합재료학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Fluorescence Characteristic Analysis for Fiber Detection in Sectional Image of Fiber Reinforced Cementitious Composite

섬유 보강 시멘트계 복합재료의 단면 이미지에서 섬유 검출을 위한 섬유 형광 특성 분석

  • 이방연 (University of Michigan 토목공학과) ;
  • 박준형 (충남대학교 토목공학과) ;
  • 김윤용 (충남대학교 토목공학과)
  • Published : 2010.06.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

It is important to detect fibers in the sectional image of fiber reinforced cementitious composites (FRCC), since the fiber distribution is a crucial factor to predict or evaluate the mechanical performance of FRCC. In this paper, we investigated the fluorescence characteristics of Polyvinyl Alcohol (PVA) fibers, Polyethylene Terephthalate (PET) fibers, Polyethylene (PE) fibers, and Polypropylene (PP) fibers used in Engineered Cementitious Composites (ECC), which is a special kind of FRCC that incorporates synthetic fibers and exhibits extremely ductile behavior in uniaxial tension, to detect each fiber according to its type. Furthermore, optimum excitation and emission wavelengths were proposed on the basis of maximum difference of Relative Fluorescence Intensity (RFI) between two types of fibers used in the hybrid ECC. Optimum threshold values to discriminate two types of fibers using statistical tools were also proposed. Finally, images of four types of fibers obtained using a fluorescence microscope are compared.

섬유 보강 시멘트계 복합재료의 성능 예측 및 평가에 있어서 중요한 영향을 미치는 섬유 분포 특성을 정량적으로 평가하기 위해서는 복합재료의 단면 이미지에서 섬유를 정확히 검출하여야 한다. 이 논문은 형광원리를 이용하여 합성섬유를 매트릭스로부터 개별적으로 검출하기 위한 기초 연구로써 섬유 보강 시멘트계 복합재료 중의 하나인 ECC에 일반적으로 사용되는 PVA 섬유, PET 섬유, PE 섬유, 그리고 PP 섬유의 형광특성을 분석하였다. 또한 하이브리드 된 경우 합성섬유들 간의 상대 형광 광도값의 차이를 비교하여 종류별로 구분하기 위한 최적의 파장대를 선정하였으며, 그 파장대에서 두 분류대상을 구별할 수 있는 최적의 경계값을 통계적 방법을 이용하여 산출하였다. 또한 형광 현미경을 이용하여 각 섬유를 촬영하여 상대적인 밝기값을 비교하였다.

Keywords

References

  1. Kim Y.Y., Fischer G., Lim Y.M., and Li V.C., "Mechanical Performance of Sprayed Engineered Cementitious Composite Using Wet-mix Shotcreting process for Repair Applications," ACI Materials Journal, Vol. 101, No. 1, 2004, pp. 42-49.
  2. 홍건호, 김기수, 한복규, "건설분야의 섬유강화 시멘트 복합 신재료," 한국복합재료학회지, 제19권 제1호, 2006, pp, 43-48.
  3. 이행기, 김봉래, "원형섬유강화 복합재료의 탄소성 거동 및 점진적 손상," 대한토목학회 논문집, 제28권 제1A호, 2008, pp. 115-123.
  4. 김윤용, "시멘트계 모르타르 매트릭스를 활용한 섬유복합재료 ECC(Engineered Cementitious Compioste) 의 설계와 시공 성능," 한국복합재료학회지, 제20권 제2호, 2007, pp. 21-26
  5. Lee B.Y., Kim Y.Y., and Kim J.K., Fiber Bridging Characteristics of PVA-ECC Evaluated Based on the Sectional Image Analysis, Proceedings of ICCES'09, Phuket, Thailand, 2009, pp. 642-647.
  6. 김윤용, 이방연, 김진근, "PVA-ECC 단면 이미지의 섬유 분류 및 검출 기법," 한국콘크리트학회 논문집, 제20권 제4호, 2008, pp. 513-522.
  7. Wei Sun, Huisu Chen, Xin Luo, Hongpin Qian, "The effect of hybrid fibers and expansive agent on the shrinkage and permeability of high-performance concrete," Cement and Concrete Research, Vol. 31, No. 4, 2001, pp. 595-601. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(00)00479-8
  8. Shaikh Faiz Uddin Ahmed, Mohamed Maalej, and P.Paramasivam, "Analytical Model for Tensile Strain Hardening and Multiple Cracking Behavior of Hybrid Fiber-Engineered Cementitious Composites," Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 19, No. 7, 2007, pp. 527-539 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2007)19:7(527)
  9. Alva Peled, Barzin Mobasher, Zvi Cohen, "Mechanical properties of hybrid fabrics in pultruded cement composites," Cement and Concrete Composites, Vol. 31, No. 9, 2009, pp. 647-657. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2009.06.002
  10. Torigoe, S., Horikoshi, T., and Ogawa, A., "Study on evaluation method for PVA fiber distribution in engineered cementitious composite," Journal of Advanced Concrete Technology, Vol. 1, No. 3, 2003, pp. 265-268. https://doi.org/10.3151/jact.1.265
  11. Lee, R.Y., Kim, J.K., Kim, J.S. and Kim, Y.Y., "Quantitative Evaluation Techniquc of PVA (Polyvinyl Alcohol) Fiber Dispersion in Engineered Cementitious Composites," Cement and Concrete Composites, Vol. 31, No. 6, 2009, pp. 408-417. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2009.04.002
  12. Kim M.S., Chen, Y.R., and Mehl P.M., Hyperspectral reflectance and fluorescence imaging system for food quality and safety," Transactions of the ASAE, Vol. 44, No. 3, 2001 pp.721-729.
  13. 조병관, 김문성, "도계육 표면 내장 잔유물 오염 검사를 위한 형광 조사 및 방사 파장대 선정에 관한 연구," 바이오시스템공학, 제33권 제2호, 2008, pp. 136-141.