섬유 강화 콘크리트

Fiber-reinforced concrete

섬유강화콘크리트 또는 섬유강화콘크리트(FRC)는 구조 건전성을 높이는 섬유성 재료를 함유한 콘크리트이다.균등하게 분포되어 랜덤으로 방향이 지정된 짧은 이산 섬유를 포함합니다.섬유에는 강철 섬유, 유리 섬유, 합성 섬유 및 천연 섬유가 포함되며, 각 섬유는 콘크리트에 다양한 특성을 부여합니다.또한 섬유강화 콘크리트의 특성은 콘크리트, 섬유재료, 형상, 분포, 방향 및 밀도에 따라 변화한다.

역사적 관점

섬유질을 보강재로 사용한다는 개념은 새로운 것이 아닙니다.섬유는 예로부터 보강재로 사용되어 왔다.역사적으로 말털은 절구에, 짚은 진흙벽돌에 사용되었습니다.1900년대에는 석면 섬유가 콘크리트에 사용되었습니다.1950년대에 복합재료의 개념이 생겨나면서 섬유 강화 콘크리트가 관심사 중 하나였다.석면과 관련된 건강상의 위험이 발견되면 콘크리트와 다른 건축 자재에서 대체 물질을 찾을 필요가 있었다.1960년대까지 콘크리트에는 강철, 유리(GFRC) 및 합성 섬유(폴리프로필렌 등)가 사용되었습니다.새로운 섬유 강화 콘크리트에 대한 연구는 [1]오늘날에도 계속되고 있다.

섬유는 보통 콘크리트에서 플라스틱 수축으로 인한 균열을 제어하고 수축을 건조시키기 위해 사용됩니다.또한 콘크리트의 투과성을 감소시켜 물의 유출을 감소시킨다.일부 유형의 섬유는 콘크리트에서 충격, 마모 및 내파괴성이 더 높습니다.특정 상황에서는 더 큰 강철 또는 합성 섬유가 철근 또는 강철을 완전히 대체할 수 있습니다.철근 대신 거의 모든 터널 라이닝이 섬유로 보강되는 터널 세그먼트와 같은 지하 건설 산업에서 섬유 강화 콘크리트는 거의 완전히 철근을 대체했습니다.실제로 일부 섬유는 [2]실제로 콘크리트의 압축 강도를 감소시킵니다.

콘크리트 혼합물에 첨가되는 섬유량은 복합체(콘크리트 및 섬유)의 총 부피의 백분율로 표현되며, 이를 "부피율"(Vf)이라고 한다.V의f 범위는 일반적으로 0.1~3%입니다.석면비(l/d)는 섬유길이(l)를 직경(d)으로 나누어 산출한다.비원형 단면을 가진 섬유는 석면비 계산에 등가 직경을 사용한다.섬유 탄성률이 매트릭스(콘크리트 바인더 또는 모르타르 바인더)보다 높을 경우 재료의 인장 강도를 높여 하중을 운반하는 데 도움이 됩니다.일반적으로 파이버의 석면비를 증가시키면 매트릭스의 휨 강도 및 인성이 분할됩니다.길이가 길수록 콘크리트 내부의 매트릭스가 개선되고 직경이 작을수록 섬유 수가 증가합니다.각 파이버 스트랜드가 유효하도록 하기 위해 최대 애그리게이트 크기보다 긴 파이버를 사용하는 것이 좋습니다.일반 콘크리트는 콘크리트의 35-45%인 19mm 등가 직경 골재를 함유하고 있으며, 20mm 이상의 섬유가 더 효과적입니다.그러나 너무 길고 처리 시 적절하게 처리되지 않은 섬유는 혼합물에 "볼링"되어 작업성 문제를 일으키는 경향이 있습니다.

콘크리트의 장기 내구성을 위해 섬유를 첨가한다.유리 및 폴리에스테르를[4] 콘크리트 및 각종 첨가제 및 콘크리트 표면처리의 알칼리 상태에서 분해한다.

고속 1 터널 라이닝에는 직경 18 및 32μm의 폴리프로필렌 섬유를 1kg/m3 이상 함유한 콘크리트가 포함되어 [5]있어 다음과 같은 이점이 있습니다.미세 직경의 폴리프로필렌 섬유를 추가하여 터널 라이닝에 보강을 제공할 뿐만 아니라 사고로 인한 화재 시 라이닝의 '폭렬' 및 파손을 방지합니다.[6]

혜택들

유리 섬유는 다음과 같은 특징이 있습니다.

  • 저비용으로 콘크리트 강도를 향상시킵니다.
  • 철근과 달리 모든 방향으로 인장 철근을 추가합니다.
  • 완성된 콘크리트 표면에 보이는 대로 장식적인 모양을 추가한다.

폴리프로필렌 및 나일론 섬유는 다음과 같은 특징이 있습니다.

  • 혼합 응집력 향상, 장거리 펌프 성능 향상
  • 동결 토우 저항성 향상
  • 심각한 화재 발생 시 폭발에 대한 내성을 개선합니다.
  • 충격 및 내마모성 향상
  • 경화 중 플라스틱 수축에 대한 저항성 향상
  • 구조 강도 향상
  • 철근 요구사항 감소
  • 연성 향상
  • 균열폭을 줄이고 균열폭을 촘촘하게 관리하여 내구성 향상

강섬유의 특징:

  • 구조 강도 향상
  • 철근 요구사항 감소
  • 균열폭을 줄이고 균열폭을 촘촘하게 관리하여 내구성 향상
  • 충격 및 내마모성 향상
  • 동결 토우 저항성 향상

강철과 고분자 섬유의 혼합은 두 제품의 장점을 결합하기 위해 건설 프로젝트에서 종종 사용됩니다. 강철 섬유가 제공하는 구조적 개선과 고분자 섬유가 제공하는 폭발성 폭렬 및 플라스틱 수축 개선의 내성을 제공합니다.

특정 상황에서는 강철 섬유 또는 매크로 합성 섬유가 철근 콘크리트 내의 기존 철근("레바")을 완전히 대체할 수 있습니다.이것은 산업용 바닥재에서 가장 흔하지만 다른 프리캐스팅 용도에서도 마찬가지입니다.통상, 이것들은 퍼포먼스 요건이 충족되고 있는 것을 확인하기 위해서, 실험실 테스트에 의해서 확인된다.콘크리트 내부에 최소량의 철근을 가할 수 있는 현지 설계 규정 요건도 충족되도록 주의해야 한다.강철 섬유로만 보강된 프리캐스트 라이닝 세그먼트를 사용하는 터널링 프로젝트가 증가하고 있습니다.

마이크로 철근은 ACI 318 [7]제14장에 따라 설계된 수직 벽체의 기존 철근을 대체하기 위해 최근 시험 및 승인되었다.

일부 개발

일반적인 건물 구성요소의 콘크리트 중 적어도 절반은 철근의 부식으로부터 보호하기 위해 사용된다.섬유만을 보강재로 하는 콘크리트는 콘크리트 절약을 도모할 수 있어 이에 따른 온실 효과를 얻을 수 있다.[8] FRC는 다양한 형태로 성형할 수 있어 설계자와 엔지니어의 유연성을 높일 수 있습니다.

고성능 FRC(HPFRC)는 변형 경화를 최대 수 %까지 견딜 수 있으며, 그 결과 일반 콘크리트 또는 표준 섬유 강화 콘크리트에 비해 최소 2단계 이상의 재료 연성이 발생한다고 주장합니다.[9] 또한 HPC는 독특한 균열 거동을 주장합니다.HPC는 탄성범위 이상으로 하중을 가했을 때 수 %의 인장변형률로 변형되어도 균열폭을 100μm 이하로 유지한다.HPFRC 및 미시간 교통부와의 필드 결과, 조기 [10]균열이 발생했습니다.


교량 갑판의 고성능 섬유 강화 콘크리트에 대한 최근 연구에서 섬유 추가가 잔류 강도 및 균열을 [11]제어하는 것으로 나타났습니다.FRC가 제어보다 수축이 많음에도 불구하고 FRC의 균열은 적고 좁았다.잔류 강도는 섬유 함량에 정비례합니다.

재활용 카펫 [12]폐기물의 환경 친화적인 사용으로 콘크리트에 있는 폐 카펫 섬유를 사용하여 일부 연구가 수행되었습니다.카펫은 일반적으로 2층의 백킹(일반적으로 폴리프로필렌 테이프 실을 사용한 직물)과 CaCO3 충전 스티렌 부타디엔 라텍스 고무(SBR) 및 얼굴 섬유(주로 나일론 6 및 나일론 66 텍스처 실)로 구성됩니다.이러한 나일론 및 폴리프로필렌 섬유는 콘크리트 보강에 사용할 수 있다.재활용 재료를 섬유로 사용하기 위한 다른 아이디어들이 생겨나고 있다:[13] 예를 들어 재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유.

표준

  • EN 14889-1:2006 – 콘크리트용 섬유.강철 섬유정의, 사양 및 적합성
  • EN 14845-1:2007 – 콘크리트 내 섬유 시험방법
  • ASTM A820-16 – 섬유강화 콘크리트 표준규격 (대체)
  • ASTM C1116/C1116M - 섬유강화 콘크리트 표준규격
  • ASTM C1018-97 – 섬유강화콘크리트의 휨인성 및 1차 균열강도 시험방법 (3점 하중을 받는 보 사용) (2006년 도안)
  • CSA A23.1-19 Annex U - 초고성능 콘크리트 (섬유보강 유무)
  • CSA S6-19, 8.1 - 초고성능 콘크리트 설계 가이드라인

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 건설 중인 섬유 콘크리트, 비텍 B., 스프링거 2021, 268페이지; ISBN 978-3-658-34480-1
  2. ^ "PP Fibres India XETEX INDUSTRIES PRIVATE LIMITED". Archived from the original on February 27, 2021.
  3. ^ ASTM C1116/C1116M - 06
  4. ^ 재생 PET 섬유의 역학적 특성 연구, 2012; 15(4) : 679-686
  5. ^ "News - Fibres add much needed protection to prestigious tunnelling projects". September 27, 2007. Archived from the original on September 27, 2007. Retrieved February 5, 2017.{{cite web}}: CS1 maint: bot: 원래 URL 상태를 알 수 없습니다(링크).
  6. ^ Rail Link Engineering, Peter Shuttleworth의 콘크리트 터널 라이닝 방화.영국
  7. ^ http://www.core-construction-products.com/pdfs/ACI-318-IBC-IRC-Evaluation-report-Helix-Steel-Micro-Rebar-Alternative-to-Steel-Rebar-Concrete-reinforcement-Vertical-Applications.pdf[베어 URL PDF]
  8. ^ "Home Building Design + Construction".
  9. ^ Bagher Shemirani, Alireza (July 9, 2021), Effects of Fiber Combination on the Fracture Resistance of Hybrid Reinforced Concrete, Springer
  10. ^ Li, V.; Yang, E.; Li, M. (January 28, 2008), Field Demonstration of Durable Link Slabs for Jointless Bridge Decks Based on Strain-Hardening Cementitious Composites – Phase 3: Shrinkage Control (PDF), Michigan Department of Transportation
  11. ^ ACI 544.3R-93: Guide for Specifying, Proportioning, Mixing, Placing, and Finishing Steel Fiber Reinforced Concrete, American Concrete Institute, 1998
  12. ^ Wang, Y.; Wu, HC.; Li, V. (November 2000). "Concrete Reinforcement with Recycled Fibers". Journal of Materials in Civil Engineering. 12 (4): 314–319. doi:10.1061/(ASCE)0899-1561(2000)12:4(314).
  13. ^ Ochia, T.; Okubob, S.; Fukuib, K. (July 2007). "Development of recycled PET fiber and its application as concrete-reinforcing fiber". Cement and Concrete Composites. 29 (6): 448–455. doi:10.1016/j.cemconcomp.2007.02.002.