Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association (한국터널지하공간학회 논문집)

Korean Tunnelling and Underground Space Association (한국터널지하공간학회)
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Experimental study on pullout performance of structural fiber embedded in cement composites according to fineness modulus of fine aggregate

시멘트 복합체에 근입된 숏크리트용 구조 섬유의 잔골재 조립률에 따른 인발성능 비교

  • 최창순 (인하대학교 사회인프라공학과) ;
  • 이상돈 (한국도로공사 도로교통연구원) ;
  • 송기일 (인하대학교 사회인프라공학과)
  • Received : 2022.06.14
  • Accepted : 2022.06.29
  • Published : 2022.07.31
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Abstract

This research performed single fiber pull-out test to evaluate the effect between fineness modulus of cement composites and the fiber bond performance (bond strength and pull-out energy). A synthetic fiber (polypropylene) and a steel fiber (hooked ends type) were inserted in the middle of dog bone shape specimens which were designed with fine aggregates of F. M. 1.96, 2.69, 3.43. The experiment results showed bond strength and pullout energy of synthetic fiber are improved as fineness modulus of cement composites increases. It is considered that the frictional resistance between synthetic fiber and cement composite increases as fineness modulus of cement composite increases and consume more energy while pull out the fiber from cement composite. However bond performance of steel fiber which resist pull out by mechanical behavior is less effected on fineness modulus of cement composite. It is considered that the mechanical fixedness of hooked ends exerts a greater effect on the pullout resistance than the frictional resistance between the cement composite and the steel fiber so F. M. of fine aggregate has a relatively small effect on the pullout resistance with the steel fiber.

구조용 합성섬유는 작은 비중에 의한 반발률 감소, 지하수 및 해수에 의한 부식 발생의 우려가 없어 강섬유의 대체재로 구조용 합성섬유의 관심이 최근 높아지고 있다. 본 연구에서는 시멘트 복합체의 잔골재 조립률이 구조용 섬유의 인발강도 및 인발에너지에 미치는 영향을 평가하기 위한 실험연구를 수행하였다. 조립률 1.96, 2.69, 3.43인 잔골재로 시멘트 몰탈을 제작하였으며 구조용 합성섬유 1종(polypropylene), 강섬유 1종(hooked ends type)을 대상으로 단일섬유 dog bone shape 공시체를 제작하여 pull-out 실험을 수행하였다. 실험결과 구조용 합성섬유 공시체에서 시멘트 몰탈의 조립률이 증가할수록 인발강도 및 인발에너지가 증가함을 알 수 있었다. 구조용 합성섬유의 경우 시멘트 몰탈과 섬유 사이의 마찰력이 인발메커니즘의 중요인자로 시멘트 몰탈의 잔골재 조립률이 높아질수록 골재 입자가 크고 거칠어지며 섬유와 시멘트 몰탈 사이의 마찰력이 증가하여 섬유의 인발을 억제하기 때문으로 판단된다. 반면, 강섬유 공시체의 경우 시멘트 몰탈 조립률 증가에 따른 인발강도 및 인발에너지의 뚜렷한 경향성은 나타나지 않았다. 이는 강섬유 hooked ends 부분의 기계적 정착이 시멘트 복합체와 강섬유 사이의 마찰력과 비교하여 인발저항력에 미치는 영향이 더 크므로 시멘트 복합체의 잔골재 조립률 변화가 인발저항력에 상대적으로 적은 영향을 미치는 것으로 판단된다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 한국도로공사 도로교통연구원 "터널 주요 지보재의 성능 실험 및 지보특성 비교 수치해석" 과제에 의해 수행 되었으며 이에 감사드립니다.

References

  1. Guerrero, Z. (1999), Bond stress-slip mechanisms in high-performance fiber-reinforced cement composites, Ph.D. Thesis, University of Michigan, Ann Arbor, USA.
  2. Jeon, C.K., Jeon, J.K. (2011), "Properties of advanced synthetic fiber reinforced concrete for improvement of tunnel shotcrete performance", Journal of the Society of Disaster Information, Vol. 7, No. 1, pp. 43-50.
  3. KS F 2527 (2020), Aggregates for concrete, National Institute of Technology and Standards, Korea.
  4. KS L 5104 (2012), Testing method for tensile strength of hydraulic cement mortars, National Institute of Technology and Standards, Korea.
  5. Moon, K.S., Kim, S.J., Kim, Y.D., Min, B.H., Kim, S.H. (2019), "A study on evaluation of flexural toughness of synthetic fiber reinforced shotcrete", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 21, No. 3, pp. 433-452. https://doi.org/10.9711/KTAJ.2019.21.3.433
  6. Won, J.P., Lim, D.H., Park, C.G., Han, I.Y., Kim, B.L. (2002), "Optimum geometry factor of structural synthetic fibers", Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 14, No. 4, pp. 474-482. https://doi.org/10.4334/JKCI.2002.14.4.474
  7. Won, J.P., Park, C.G., Kim, Y.J., Lee, S.W. (2007a), "Pullout behavior of polyolefin synthetic fibers with hydrophilic surface treatment in cement matrix", KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research, Vol. 27, No. 3A, pp. 453-460.
  8. Won, J.P., Park, C.G., Kim, Y.J., Park, K.H. (2007b), "Bond properties of synthetic and steel single fiber in high strength cement based composites", KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research, Vol. 27, No. 4A, pp. 609-616.
  9. Yoon, J.H., Jeon, J.K., Jeon, C.K., Lee, S.C. (2012), "Experimental construction of polyamide fiber reinforced shotcrete technology", Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, Vol. 7, No. 2, pp. 78-83.
  10. Yun, H.D., Jeon, E., Lee, Y.S. (2006), "Effect of fluorination on pullout behavior of polypropylene fibers from cementitious matrix", Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, Vol. 22, No. 11, pp. 123-130.