마이크로 역학에 의하여 설계된 고인성 섬유복합 모르타르의 개발

Abstract

최근 들어 높은 연성을 갖는 고인성 섬유복합재료에 대한 관심이 크게 증가하고 있으며, 특히 ECC로 알려진 고인성 섬유복합 모르타르가 국내에 소개되면서 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다[1]. 이 재료는 모르타르에 2%이내의 합성섬유를 혼입함으로써 콘크리트의 수십, 수백 배에 달하는 인장변형률 경화거동을 보이는 고인성 섬유복합 모르타르로서 미시간대학의 Li 등[2]이 제안한 마이크로 역학(micromechanics)을 이론적인 배경으로 하고 있다. 특히 2종류의 취성적인 재료(모르타르, 합성섬유)로 구성된 섬유복합 모르타르(또는 콘크리트)에 높은 연성을 부여하기 위해서는 역학적 구성요인인 섬유(fiber), 모르타르 매트릭스(mortar matrix), 그리고 섬유와 매트릭스 사이의 경계면(interface) 특성을 파악하고 이를 이용하는 방법이 효과적이기 때문에 이에 관련한 연구를 선행한 바 있다[3]. 기존의 연구[4]에 의하여 국내에서 상용 중인 재료를 이용한 고인성 섬유복합 모르타르의 기본 배합이 이미 결정되었는데, 이 연구에서는 고로슬래그 미분말을 혼입하여 특히 강도 측면에서 보다 개선된 재료를 개발함에 목적이 있다. 이 목적을 달성하기 위하여 잠재수경성을 갖고 있는 혼화재료인 고로슬래그 미분말을 도입하였으며, 이를 갖고서 제조된 모르타르 매트릭스의 파괴역학(fracture mechanics)적 특성과 섬유-모르타르 경계면의 마이크로 역학적 특성은 선행된 연구[3]에 의하여 파악되었다. 따라서 이 연구에서는 선행 연구에서 밝혀진 모르타르의 역학적 특성과 섬유-매트릭스 경계면의 마이크로 역학적 특성을 기초로 하고 마이크로 역학과 안정상태 균열이론(steady-state cracking theory)에 의거하여 1축인장 하에서 인장변형률 경화거동을 나타내는 고인성 섬유복합 모르타르를 개발하였다.