Strength and Crack-Damage Control Characteristics of Concrete Beams Layered with Strain-Hardening Cement Composites (SHCCs)

변형 경화형 시멘트 복합체로 단면 대체된 콘크리트 보의 강도 및 균열손상 제어 특성

This paper reports on the cracking mitigation and flexural behavior experimentally observed in concrete prisms layered with strain-hardening cement composites (SHCCs) which is micro-mechanically designed cement composite and exhibits pseudo tensile strain-hardening behavior accompanied by multiple cracking while using a moderate amount of fiber, typically less than 2 percent in term of fiber volume fraction. In this study, SHCC is reinforced with 1.3 percent polyvinyl alcohol (PVA) and 0.20 percent polyethylene (PE) in volume fraction. Tests were conducted using $100{\times}100{\times}400mm$ long prisms supported over a simply supported span of 350mm. The four point load was applied using MTS servo control machine. The thickness patched with SHCC is the main variable for this study. Experimental study shows that when subject to monotonic flexural loading, the SHCC layered repair system showed 2.7 - 4.2 times increased load carrying capacity, and mitigated cracking damage of concrete beams layered with SHCC compared with plain concrete beams.

본 연구에서는 취성적인 시멘트 복합체에 2%이내의 단섬유를 보강하여 균열하중이 이후에도 급격한 강도저하 없이 강재와 같은 변형경화 특성을 부여한 신개념의 건설재료인 변형 경화형 시멘트 복합체(SHCC)를 활용한 콘크리트 구조물의 균열제어성능 개선을 위한 방안을 모색하고자 한다. 본 연구에 활용된 SHCC는 물겹합재비 0.45의 시멘트 복합체에 1.3%의 PVA 섬유 및 0.2%의 PE 섬유를 보강하여 제조되었다. 단면 $100{\times}100mm$의 정사각형 단면을 갖는 무근 콘크리트 보와 인장측 하부면에서 30 및 50mm 두께의 콘크리트를 SHCC로 단면 대체한 보의 휨 및 균열진전 과정을 비교하여 본 연구에서 제조된 SHCC에 의한 균열제어성능을 평가하고자 하였다. 인장측 하부면을 SHCC로 대체한 콘크리트 보 실험체의 휨거동 특성 및 균열제어성능은 무근 콘크리트 보에 비하여 크게 개선되었다.