섬유 보강 콘크리트

3. 섬유의 종류 및 특징

섬유 보강 콘크리트에 사용되는 섬유는 크게 강섬유, 합성 섬유, 천연 섬유 등으로 분류할 수 있다.

• 강섬유: 철 (강철)을 깎거나 늘여서 제조한다.
• 합성 섬유: 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀 섬유, 비닐론 섬유 등 비교적 강도, 탄성률이 높다.
• 기타: 유리 섬유^[10], 폴리에스터^[11]

• 연속 섬유 보강 콘크리트: 직물이나 시트 형태로 성형된 연속 섬유를 콘크리트 부재 표면에 부착한다. 목표 보강 방향과 섬유 방향을 일치시켜야 하며, 직물이나 시트의 밀도 변경, 매수 증감으로 보강 정도를 조절한다. 에폭시계 접착제를 사용한다.
• 단섬유 보강 콘크리트: 섬유 방향이 균일해지기 어려워 전 방향 보강이 가능하며, 특정 방향 보강이 불충분한 용도에 효과적이다. 특정 방향 응력에 대한 보강 효율은 연속 섬유보다 낮다. 첨가량은 목적에 따라 다르며, 최대 3% (부피) 정도가 상한이다. 단섬유 혼입량이 증가하면 굳지 않은 콘크리트의 유동성이 저하되기 때문이다. (유리 섬유 보강 시멘트, 화장 슬레이트 등은 예외)

3. 1. 강섬유

4. 섬유 보강 콘크리트의 장점

섬유 보강 콘크리트는 콘크리트의 인장 강도, 휨 강도, 연성, 내충격성, 내마모성, 균열 저항성 등을 향상시킨다.^[4][5][6] 철근 보강 콘크리트에 비해 시공성, 경제성, 내구성이 우수하며, 특히 균열 발생 후에도 인장력을 지지하여 구조물의 안전성을 확보한다.

일부 섬유는 콘크리트의 압축 강도를 감소시키기도 하지만,^[7] 강섬유 또는 매크로 합성 섬유는 특정 상황에서 철근을 완전히 대체할 수 있어, 시공 비용 및 시간을 절감하고, 부식 문제를 해결할 수 있다.

고강도 콘크리트에 합성 섬유를 혼입하면 화재 시 폭렬 현상을 방지할 수 있다. 천연 섬유 또는 재활용 섬유를 사용하면 환경 부하를 줄일 수 있다.^[14][15][25]

섬유 종류별 장점은 다음과 같다.

강철 섬유와 고분자 섬유를 혼합하여 사용하면 각 섬유의 장점을 모두 얻을 수 있다.

5. 섬유 보강 콘크리트의 제조 방법

섬유 보강 콘크리트의 제조 방법은 다양하다.

6. 섬유 보강 콘크리트의 활용 분야

섬유 보강 콘크리트는 교량, 터널 등 토목 구조물과 기둥, 보, 슬래브, 벽체, 내진벽 등 건축 구조물 뿐만 아니라 포장, 암거, 모르타르 벽, 커튼월, 토간, 슬레이트, 법면 보호 콘크리트, 콘크리트 폭렬 방지 등 다양한 용도로 사용된다. 한국에서는 도로 포장, 농수로, 옹벽 등에도 활용되고 있다.

6. 1. 토목 구조물

7. 관련 표준

섬유 보강 콘크리트 관련 국제 표준은 다음과 같다.^[1]

7. 1. 국제 표준

7. 2. 한국 표준

8. 최근 연구 동향

고성능 섬유 보강 콘크리트(HPFRC)는 일반 콘크리트보다 훨씬 높은 연성을 가지며, 변형 경화 특성을 통해 높은 하중에서도 균열 폭을 작게 유지한다.^[20] HPFRC는 균열 제어 능력이 뛰어나 교량 상판 등 구조물에 적용 시 균열 발생을 줄이고 내구성을 향상시킨다.^[22]

천연 섬유 및 재활용 섬유를 활용한 연구도 활발히 진행 중이다. 이러한 섬유들은 친환경적이고 경제적이지만, 시멘트 매트릭스 내에서 분해되는 문제가 있어 이를 해결하기 위한 연구가 필요하다.^[23][24][25] 재활용 카펫 섬유^[26]나 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 섬유^[27] 등 재활용 재료를 활용하는 연구도 진행되고 있다.

최근에는 3D 프린팅 기술과 섬유 보강 콘크리트를 융합하여 복잡한 형상의 건축 부재를 생산하는 기술 개발도 이루어지고 있다.

참조

_[1] 논문 A review of recent research on the use of cellulosic fibres, their fibre fabric reinforced cementitious, geo-polymer and polymer composites in civil engineering https://doi.org/10.1[...] 2016-05
_[2] 논문 The capacity of GFRP anchors in concrete and masonry structures https://www.scienced[...] 2023-01-01
_[3] URL https://www.mdpi.com[...]
_[4] 논문 Experimental study of bond behaviour between concrete and FRP bars using a pull-out test https://www.scienced[...] 2009-12-01
_[5] 논문 Investigation of bond in concrete member with fibre reinforced polymer (FRP) bars https://www.scienced[...] 1998-12-01
_[6] 논문 Numerical calibration of bond law for GFRP bars embedded in steel fibre-reinforced self-compacting concrete https://www.scienced[...] 2013-07-01
_[7] 웹사이트 PP Fibres {{!}} India {{!}} XETEX INDUSTRIES PRIVATE LIMITED https://www.xetex.in[...]
_[8] 논문 Degradation Mechanism of the Wood-Cell Wall Surface in a Cement Environment Measured by Atomic Force Microscopy https://ascelibrary.[...] 2023-07
_[9] 논문 Effects of Thermal Aging on the Adhesion Forces of Biopolymers of Wood Cell Walls https://pubs.acs.org[...] 2022-04-11
_[10] 문서 ASTM C1116/C1116M - 06
_[11] 논문 Mechanical Properties of Recycled PET Fibers in Concrete https://www.scielo.b[...] 2020-09-16
_[12] 웹사이트 News - Fibres add much needed protection to prestigious tunnelling projects http://www.adfil.co.[...] 2007-09-27
_[13] 간행물 Fire Protection of Concrete Tunnel Linings http://adfil.co.uk/m[...] 2020-09-16
_[14] 서적 The Resource Principle https://doi.org/10.1[...] Springer 2024-04-10
_[15] 논문 A review of coir fibre and coir fibre reinforced cement-based composite materials (2000–2021) https://www.scienced[...] 2022-03-01
_[16] 논문 Effects of Thermal Aging on the Adhesion Forces of Biopolymers of Wood Cell Walls https://pubs.acs.org[...] 2022-04-11
_[17] 논문 Degradation Mechanism of the Wood-Cell Wall Surface in a Cement Environment Measured by Atomic Force Microscopy https://ascelibrary.[...] 2023-07
_[18] Evaluation report Evaluation report http://www.core-cons[...]
_[19] 웹사이트 Home {{!}} Building Design + Construction https://www.bdcnetwo[...]
_[20] citation Effects of Fiber Combination on the Fracture Resistance of Hybrid Reinforced Concrete https://link.springe[...] Springer
_[21] citation Field Demonstration of Durable Link Slabs for Jointless Bridge Decks Based on Strain-Hardening Cementitious Composites – Phase 3: Shrinkage Control http://www.michigan.[...] Michigan Department of Transportation 2008-01-28
_[22] citation ACI 544.3R-93: Guide for Specifying, Proportioning, Mixing, Placing, and Finishing Steel Fiber Reinforced Concrete American Concrete Institute
_[23] 논문 A review of coir fibre and coir fibre reinforced cement-based composite materials (2000–2021) https://www.scienced[...] 2022-03-01
_[24] 논문 Application of natural fibres in cement concrete: A critical review https://www.scienced[...] 2023-06-01
_[25] 논문 Degradation Mechanism of the Wood-Cell Wall Surface in a Cement Environment Measured by Atomic Force Microscopy https://ascelibrary.[...] 2023-07
_[26] 논문 Concrete Reinforcement with Recycled Fibers 2000-11
_[27] 논문 Development of recycled PET fiber and its application as concrete-reinforcing fiber 2007-07
_[28] 논문 A review of recent research on the use of cellulosic fibres, their fibre fabric reinforced cementitious, geo-polymer and polymer composites in civil engineering https://doi.org/10.1[...] 2016-05
_[29] 논문 The capacity of GFRP anchors in concrete and masonry structures https://www.scienced[...] 2023-01-01
_[30] URL https://www.mdpi.com[...]