Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection Vol. 23, No. 2, March 2019, pp.51-59 https://doi.org/10.11112/jksmi.2019.23.2.51 pissn 2234-6937 eissn 2287-6979 급속알칼리환경하에서의비닐에스터 /FRP 보강근의재료성능저하특성에관한실험적연구 오홍섭 1 *, 김영환 2, 장낙섭 2 An Experimental Study on the Degradations of Material Properties of Vinylester/FRP Reinforcing Bars under Accelerated Alkaline Condition Hongseob Oh 1 *, Younghwan Kim 2, Naksup Jang 2 Abstract: There is increasingly more research focusing on the application of FRP reinforcing bars as an alternative material for steel reinforcing bars, but most such research look at short term behavior of FRP reinforced structures. In this study, the microscopic analysis and tensile behavior of Basalt and Glass FRP bars under freezing-thawing and alkaline conditions were experimentally evaluated. After 100 cycles of the freezing and thawing, the tensile strength and elastic modulus of FRP bars decreased by about 5%. In the case of microstructure of FRP bars during the initial 20 days, no significant damages of FRP bar sections were found under 20 alkaline solution; however, the specimens immersed in 60 alkaline solution were found to experience resin dissolution, fiber damage and the separation of the resin-fiber interface. In the alkaline environment, the strength decrease of about 10% occurred in the environment at 20 for 100 days, but the tensile strength of FRPs exposed for 500 days decreased by 50%. At temperature of 40 and 60, an abrupt decrease in the strength was observed at 50 and 100 days. Especially, the tensile strength decrease of Basalt fiber Reinforced Polymer bars showed more severe degradation due to the damage caused by dissolution of resin matrix and fiber swelling in alkaline solution. Therefore, in order to improve the long-term performance of the surface braided FRPr reinforcing bars, surface treatment is required to ensure alkali resistance. Keywords: Alkaline conditions, Fiber Reinforced Polymer, Freezing-thawing, Long-term performance, Tensile strength 1. 서론 2000년대이후콘크리트구조물에 FRP보강근을적용하기위한많은연구들이진행되고있으며, 국외에서는철근부식의위험이높은구조물을중심으로적용사례가증가하고있다 (ACI, 2003; CSA S807, 2010; Kim et al., 2014). 콘크리트내부철근은부동태피막에의해부식이발생하지않으나, 사용연한증가와환경인자변화에의한염화물침투와탄산화반응등에의해철근부식이가속화되게된다. 이에반하여 FRP 는기본적으로부식이발생하지않기때문에동결융해및염해환경하에서구조물의수명을증가시킬수있는장점이있다 (ACI, 2003; CSA S806, 2012). 또한전기절연성을갖는섬유보강재의경우에는전류의흐름이발생하지않아야하는다양한분야에서활용이가능하다. 1 종신회원, 경남과학기술대학교토목공학과교수 2 정회원, 경남과학기술대학교토목공학과대학원 *Corresponding author: opera69@ksmi.or.kr Department of Civil Engineering, Gyeongnam National University of Science and Technology, Jinju, 52725, Rep. of Korea 본논문에대한토의를 2019 년 3 월 1 일까지학회로보내주시면 2019 년 5 월호에토론결과를게재하겠습니다. 고속철도의경우, 열차간의충돌을방지하기위해선로구간내에 1개의열차만이들어가는 1500m 내외의폐색구간을궤도회로를통해확보하도록하고있다. 이때궤도상의신호교란및누설전류로전류량이감소할경우구간내의차량유무를확인할수없기때문에궤도시공시신호교란과전류누설을제어하기위해철근배근시절연작업을실시하고있다. 따라서절연이필요한철근대신절연섬유보강근을사용한다면추가절연작업과구조물노후화에따른부식위험성을낮출수있기때문에수명주기동안안전성과경제성을높일수있을것이다. 다양한섬유중유리섬유 (Glass fiber) 와현무암섬유 (Basalt fiber) 의경우충분한강도와절연성을확보하고있다 (Ali et al. 2019; Benmokrane et al., 2015a; Lu et al., 2015). 유리섬유는우수한경제성으로오래전부터가장많이사용되고있으나, 상대적으로인장강도와피로저항성이낮은단점이있다. 현무암섬유는절연성능뿐만아니라내열성, 내화학성, 내마모성이우수하여다양한분야에서사용되고있다. 최근에는비닐에스터수지를사용하고제작공정등을단순화하여 GFRP 보강근의단가가동일직경의철근에거의근접하였으며, 고가인 BFRP도 2.5배정도로서충분한경제성을확보하 Copyright C 2019 by The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0)which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 51
기시작하였다. GFRP와 BFRP는보강근제작시사용되는수지와섬유의종류, 성형방법, 경화온도등에따라복합재료로서의역학적성질과내구성능은크게차이를갖게된다. 따라서구조물로활용하기위해서는각각의 FRP 보강근에대하여역학적성능을충분히검증할필요가있다 (ACI 2003; 2015, CSA S806, 2012; Benmokrane et al., 2015a, 2017). FRP 보강근을철도궤도등에적용시고려할환경조건은동결융해와알칼리환경이며, 특히알칼리환경은 FRP에사용되는수지의성능저하원인이될수있기때문에주의가필요하다.(Benmokrane et al., 2015b; Kim et al 2014; Lu et al., 2015; Wang et al.,2016) 경화된콘크리트내부에수분이많지않은경우, 알칼리이온이이동하지않아내부 FRP에알칼리손상을발생할위험이낮으나, 경화전상태나균열등에의해수분이내부로침투하여알칼리이온이이동할수있게되면 FRP 손상을유발할수있다. 따라서본연구에서는국내조건에서발생할수있는온도조건으로국내대기환경과차량주행시의열을고려하여알칼리온도를 20 에서최대 60 까지로하였으며, 동결융해는대기조건에서최저 20 까지로가정하여 FRP 보강근의인장강도특성을분석하고자하였다. Robert et al.(2009) 의연구에서는알칼리환경하의 FRP의손상의경우, 온도 50 까지는선형적으로증가하고 60 이상에서는지수적으로증가하는것으로제시하고있으며, 많은연구들에서알칼리최대온도를 60 로적용하고있다. 또한경화단계인초기 20일까지의알칼리환경하에서의 FRP 열화정도를미세구조분석을통하여분석하고자하였다. 2. 실험계획 2.1 FRP 보강근및인장실험섬유와수지로구성된 FRP 보강근은철근과같은방법으로인장실험을할수없기때문에다양한형태의시험방법이제시되어사용되고있다. ACI 440.3R-12(2012), 와 CSA S807(2010) 에서적용하고있는마찰식앵커방법과 ASTM(2012) 에서제시하고있는압착식앵커방법이많이사용되고있으며, 인장강도가높은긴장재의경우에는쐐기식및쐐기식 + 마찰식혼합앵커방법을적용하여인장강도를평가하고있다 (Grelle et al, 2012; Oh et al., 2015; Schmidt et al., 2012). 마찰식앵커는강관에그라우트를타설하여그라우트와보강근의부착으로고정하는방식으로 FRP 보강근에리브 (Rib) 가있는경우적합한방법이며, 압착식그립은홈이있는금속판에 FRP 보강근을삽입한후볼트조임에의해고정하는방식으로앵커를재사용할수있는장점이있으나, FRP 보강근 이리브를가지는경우에는외부파괴가먼저발생할수있는문제가있다. 쐐기형앵커는쐐기의형상에따라앵커끝단에서응력집중에의한 FRP 조기파괴가발생할수있다. 따라서본연구에서는외측에돌기가있는 FRP 보강근을사용하혔기때문에마찰형앵커를적용하여실험을수행하였다. Table 1에는각각구조용보강재로서요구되는일반적인 GFRP와 BFRP의성능범위를정리하였다. 최근 FRP 보강근에대한연구가국내에서도많이진행되고있으나, 상용화된제품이국내에는아직없고, 미국또는캐나다의제품은성능을충분히확보하고있으나, 비용측면에서불리하다. 본연구에서는 Fig. 1과같은형태의중국 N사의 GFRP와 BFRP를사용하였으며, Table 2에는제작사에서제시하고있는재료성능을정리하였다. 사용된 FRP보강근은압출성형 (pultrusion) 방식으로제작되었으며, 보강섬유의배향성과부착강도향상을위해나일론섬유를일정간격으로표면을감아 (braided) 성형하였으며, 외부에규사또는모래등을사용하여추가적으로부착성능을높이지는않았다. 섬유와수지의함유량은각각 72% 와 28% 로제작사에서제시하고있다 (Dai and He, 2017). Table 1 Typical material properties of GFRP and BFRP reinforcing bars Reinforcing Material Tensile Strength (MPa) Elastic Modulus (GPa) Strain at Break percent(%) Glass FRP 480-1,600 35-51 1.2-3.1 Basalt FRP 1,035-1,650 45-59 1.6-3.0 Table 2 Tensile properties of used FRP bars suggested by manufacture Reinforcing Material Glass FRP Basalt FRP diameter (mm) Tensile Strength (MPa) Elastic Modulus (GPa) 13 1049 >43 16 904 >45 13 1237 >46 16 1299 >48 FRP 보강근인장시험시 CSA S806(2012) 과 ACI 440 Committee(2012) 에의하면앵커와앵커사이의측정길이를 14mm 이하는직경의 36배이상, 14mm~22mm는직경의 40 배이상되도록규정하고있기때문에앵커부는 Fig. 1과같이제작하였다. 앵커부의길이는 CSA S806(2012) 에서, ACI 440(2012) 에서는직경 13, 16mm GFRP에서는 380mm 이상으로규정하고있다. 따라서앵커부를포함하여전체시험체의길이는 13mm와 16mm 보강근의경우은각각 1,300mm과 1,450mm로제작하였다. 앵커는 CSA S806과동일하게두께 4.8mm에직경 42mm의강관을 52 한국구조물진단유지관리공학회논문집제 23 권제 2 호 (2019. 3)
적용하고, 앵커길이는 400mm로고정하였다. 그리고강관내부에 Fig. 1과같이 FRP 보강근을고정하고, 고성능그라우트로충진한후 Fig. 1(c) 와같이 3,000kN의엑츄에이터를사용하여 3mm/min의속도로인장실험을실시하였다. 기준시험편의인장강도및탄성계수결과는 Table 3에정리하였다. FRP 보강근의탄성계수는재료특성상전반적인변형을측정할수있도록익스텐소미터 (Extensometer) 를사용하거나처짐계를사용하여측정하는것이바람직하나손상상태에서의보강근의변형등을고려하여본연구에서는 6mm의전기저항식변형률게이지를보강근중앙과 1/3지점에부착하여변형률을직접측정하였다. 인장강도는 Table 2의제조사에서제시한강도보다는다소낮게측정되었으나, 표준편차등을고려할때신뢰성있는결과로판단되며, ACI 440 및 CSA S807 등에서제시하고품질기준조건은만족하였다. 탄성계수는 Benmokrane et al.(2017) 연구와같이변형률 0.001~0.003사이의할선탄성계수를산정하는 ASTM(2012) 방법과인장강도의 25%~50% 사이의응력에서의탄성계수를사용하는 CSA S806(2012) 로판정하였으며, 제조사기준과 ACI 등의기준을통과하는것으로나타났다. 처짐계를사용한 Benmokrane et al.(2017) 의연구에서는초기변형과측정구간이짧은 ASCE 방법이일정응력수준이상에서의변형을평가하는 CSA 방법보다편차가큰것으로분석되었으나, 국부변형을중심으로평가한본연구에서는초기탄성계수인 ASTM(2012) 방법이 CSA(2012) 방법과비교하여탄성계수가높고편차가작게분석되어측정방법에따라차이가발생하는것으로나타났다. (a) Anchorage detailing (b) BFRP and GFRP bars (c) Test setup Fig. 1 FRP Bar, test setup and anchorage detailing Table 3 Tensile test results of reference specimens BFRP GFRP Diameter(mm) 13 16 13 16 Tensile Strength (MPa) Average±S.D. Elastic Modulus (GPa) Average±S.D. ASCE CSA S807 54.3 52.2±2.3 50.5±62.0 972.1 53.8 1051.4 1067.2±103.9 49.5 53.8 1178.1 52.8 43.3 1140.5 46.3 36.6 1127.3 49.4 35.8 1130.7±6.5 48.3±1.7 1127.7 49.1 45.9 1127.5 39.4±5.6 928.0 51.8 47.9 955.9 49.1 43.2 920.7 927.9±29.6 54.7 51.8±2.6 48.4 49.0±5.4 906.8 54.1 56.59 875.1 49.3 847.9 794.4 49.1 55.6 808.0±28.9 49.6±7.9 812.5 57.6 48.7 49.4±5.8 781.1 41.9 44.1 J. Korea Inst. Struct. Maint. Insp. 53
2.2 환경노출조건 FRP 보강근은보강근의미세손상유무에따라알칼리와동결융해환경하에서성능저하가발생할수있다. 다수의연구들에의하면콘크리트내부의수분이낮은상태에서는알칼리이온의이동이정지되어 FRP보강근의손상이거의없는것으로연구되고있으나, 알칼리이온이이동가능한콘크리트경화전단계또는외부로부터알칼리가침투하는경우에는열화현상이진행될수있다 (Benmokrane et al., 2015; Wu et al., 2015). 본연구에는알칼리저항성을실험적으로평가하기위하여강알칼리환경에 FRP 보강근을노출시켰다. FRP 보강근을콘크리트와유사한알칼리용액에침지시켜 50일, 100일및 500일 )(200일침지 +300일노출 ) 에서의인장강도변화정도를실험적으로평가하였으며, 환경노출조건은 Table 4에정리하였다. 콘크리트내부의알칼리환경은 ph12.5~13.0이고, Ca(OH)2, Na(OH), K(OH) 등으로구성되므로아래와같은조합으로 ph 12.6의알칼리용액을혼합하여보강근을침지하였다 (Benmokrane et al., 2015a, b). 0.16%Ca(OH₂)+1%Na(OH)+1.4%K(OH) (1) Table 4 Environmental exposure condition for FRP reinforing bar Exposed Condition Temperature Duration Remarks (day) in air in air, 20 - Reference alkaline solution (ph 12.6) freezingthawing 20, 40, 60-20 ~23 considering to ASTM D7792 50 G or BFRPϕ-50-A-20(40, 60) 100 G or BFRPϕ-100-A-20(40, 60) 500 G or BFRPϕ-500-A-20(40, 60) (200+300) 50 G or BFRPϕ-50-F 100 G or BFRPϕ-100-F 온도에의한손상은크게수화열, 공용중의기후변화등이있다. 이중초기수화열은시멘트종류및강도등에따라 50 70 까지상승할수있기때문에알칼리용액에서의온도변수는각각 20, 40 과 60 으로설정하였다. Benmokrane et al.(2002,2015a ) 의연구에서비닐에스터수지는알칼리용액에충분한저항성을갖고있다고제시하고있으나, Chen et al.(2007) 은알칼리용액의배합에따라 20% 내외의강도저하현상을보고하였으며, 비닐에스터제조사들에따라약 50 이상온도에서는알칼리이온에대한저항력이낮아지는경우도있는것으로나타나고있다. 최근기후변화등에의해 FRP 보강근의동결융해저항성을확보할필요가있다. 따라서 20 의대기중에 FRP 보강 근을노출시켜 50cycle과 100cycle에서의인장강도를평가하였다. 실험방법은 ASTM D7792(2015) 와동일하게최저온도 20 와최고 23±2 으로설정하였으며, 동결과융해시간은콘크리트동결융해시험방법을모사하여각각 16시간, 8시간으로설정하여 50cycle, 100cycle 동안노출하였다. Table 4 에는 FRP 보강근의노출조건을정리하였다. 손상시험편은변수별로 5개의시험편을제작하였으며, 실험결과분석시에는측정된결과의평균강도및탄성계수를사용하였다. 변수별손상도에따라 2개시편만실험된 1개의변수를제외하고대체적으로 3~5개의실험결과를분석에사용하였으며, 결과분석시앵커부에서섬유가파단되거나슬립파괴가발생한시험편은제외하였다. 3. 미세구조분석 초기콘크리트경화단계에서의보강근변화를평가하기위하여알칼리용액침지전과 10일과 20일침지후미세구조를전계방사형주사현미경 (FE-SEM) 을이용하여수행하였다. 50일이후는알칼리와수지반응에의한가스로진공상태가유지되지못하여측정이불가능하였다. Fig. 2에는침지전상태와 20, 40 및 60 에서 20일침지후의 BFRP와 GFRP의미세단면을각각 2,000배와 500배확대하여정리하였다. 직경 10μm이하의다양한섬유가존재하는 BFRP에비하여 GFRP는평균 12μm내외의균질한직경을갖고있으며, BFRP 내부에서수지가완전히충진되지않아발생한미세공극을확인할수있다. 논문에제시하지는않았으나, 두보강근모두나이론으로감겨진 (braided) 측면의수지는다소거친표면을갖고있는것으로분석되었다. BFRP 보강근의경우 20 침지 10일에서는손상이발견되지않았으나, 40, 60 에서는보강근측면에서외부에감겨진나일론섬유와수지의계면에서손상이발생하여섬유와수지가노출되었다. 그리고 Fig. 2에나타낸것과같이알칼리노출 20일의경우 40 에서보강근을감싸는섬유와수지에손상이심하게발생하고일부수지가용해된것을확인할수있으며, 6 0 에서는일부섬유의손상도관찰되었다. GFRP의경우에는 20 10일침지의경우에는 BFRP와같이손상이발견되지않았으나, 40, 60 에서는일부외부수지의박락이관찰되었다. 그리고 20일노출된보강근에서는 40 의경우보강근을감싸고있는섬유가많이손상되어섬유가알칼리환경에더노출됨을알수있다. BFRP 보강근이알칼리환경에서손상이큰것으로분석되어 BFRP 적용시외부수지보강과수화열및온도에대한관리가같이수행되어야할것으로판단된다. 전체적으로고온의알칼리노출이후외측의나이론섬유계면에서외부수지의 54 한국구조물진단유지관리공학회논문집제 23 권제 2 호 (2019. 3)
Reference Temperature 20 Temperature 40 Temperature 60 (a) BFRP (b) GFRP Fig. 2 SEM images on the reference condition and immersed condition in alkaline solution for 20 days (2,000X and 500 X, respectively) 일차 손상이 발생하고, 알칼리 침투에 의해 내부섬유와 수지 계면이 파괴되는 것으로 판단되며, 특히 BFRP의 경우에는 현 무암성분의 부풀어짐으로 인해 손상이 가속화된 것으로 판단 된다. 4. 인장강도특성 Fig. 3과 4에는 각 변수별 대표 시험편의 응력-신장도 관계 를 정리하였다. BFRP의 경우, 13mm보다 16mm의 강도가 전체적으로 높게 산정된 반면 GFRP는 16mm의 강도가 다 소 낮게 측정되었다. 전체적으로 대기중의 동결융해시험편은 온도영향만을 받기 때문에 강도 저하현상이 크지 않은 것으 로 나타났으며, 기준시험체와 거의 유사한 탄성거동을 하는 것으로 분석되었다. 이에 반하여 알칼리 환경에 노출된 시험 편의 경우 노출기간보다 온도의 영향이 큰 것으로 분석되었 다. 20 의 알칼리 용액에 노출된 경우에는 100일 노출시까지 강도저하가 크지 않았으나, 500일 노출시 최대 50%정도까지 강도가 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 40 노출의 경우 에는 100일이후 급격한 강도 저하 현상이 발생하여 GFRP는 50%, BFRP는 20% 정도의 강도저하가 발생하였다. 특히 BFRP의 경우는 침지 200일 이후에 수지와 섬유의 손상으로 강도 측정이 불가능하였다. 60 노출시는 모든 시험편에서 50일 이후, 수지 손상과 섬유의 부풀음으로 인장강도측정이 불가능하였다. 알칼리 용액 50일 온도 40 와 60 노출변수 (50-A-40, 50-A-60)과 500일 노출의 경우에는 초기 이후 신장 J. Korea Inst. Struct. Maint. Insp. 55
Fig. 3 Typical Strength and elongation relationship of BFRP bars subjected with environmental conditions Fig. 4 Typical Strength and elongation relationship of GFRP bars subjected with environmental conditions 량이비선형적으로증가하는것을확인할수있으며, 이는수지와사이의손상과일부섬유의단락에의한것으로판단된다. Fig. 5에는동결융해환경에서의평균인장강도와탄성계수의변화정도를도시하였다. 50cycle (50-F) 보다는 100cycle (100-F) 에서강도감소가발생하지않으며, 전체적으로강도감소율을 10% 미만으로동결에의한강도감소는크지않은것으로분석되었다. FRP 보강재의탄성계수는 Fig. 5(b) 에나타내었다. 무손상상태탄성계수는측정방법에따라차이가크지않은것으로분석되었으나, 동결융해노출이후에는 CSA에의한탄성계수가낮게산정되고, 편차가커지는것으로분석되었다. 이는강도 25~50% 의응력에서의변형을측정하는 CSA 탄성계수의특성상섬유의미세단락에의한보강 재의비선형특성에기인한것으로판단된다. Fig. 6과 7에는알칼리용액에서침지된경우의인장강도와 ASTM 방법에의한탄성계수의변화를도시하였다. 손상에의하여비선형적으로거동하는보강근에서는 CSA 방법의탄성계수가신뢰성이낮다고판단되어도시하지않았다. 온도 20 에서 50일경과시강도가약간감소한후 100일경과시에는약간회복되었다, 그러나 500일노출시에는 50% 정도의강도까지감소되는것으로분석되었다. 40 알칼리용액노출시에는 GFRP와 BFRP 모두침지 100일에서 50% 내외로급격하게강도가감소하는것으로나타났으며, 직경이큰시험편의강도감소가미소하나마작은것으로분석되었다. 노출 500일의경우 GFRP는약 20% 정도의강도를나타내는반면 BFRP는외부수지손상과현무암섬유의부풀어짐 56 한국구조물진단유지관리공학회논문집제 23 권제 2 호 (2019. 3)
(a) Tensile strength (b) Modulas of Elasticity Fig. 5 Tensile strength and elastic modulas of FRPs under freezing and thawing action Fig. 6 Tensile strength of FRPs under alkaline solution Fig. 7 Modulas of elasticity(astm) of FRPs under alkaline solution J. Korea Inst. Struct. Maint. Insp. 57
(swelling) 에의해강도측정이불가능하였다. 이와같은현상은 60 알칼리용액에서도비슷한결과는나타내었으며, 50 일경과후 20% 내외의강도로저하된후 GFRP와 BFRP 모두측정이불가능하였다. Sand coated BFRP와 GFRP 보강근의휨강도와계면전단강도를평가한 Benmokrane et al (2015) 의연구에서는비닐에스터수지를사용하였음에도 60 알칼리환경에서 200일까지 GFRP는 10% 내외, BFRP는 35% 정도의강도저하만을나타낸반면본연구에서사용된보강근은외부나이론섬유와수지사이의계면손상에의해큰폭의강도저하가발생하였다. 이는 open-die pultrusion 방식으로보강근제작시나일론을외부에감싸는 (braided) 공정에서외측수지계면에서미세손상이발생할수있고, 섬유내부공극이충분히제거되지못하였기때문인것으로판단된다. 이와같은알칼리용액에서의급격한강도저하는 braided 형태의보강근을적용한 Wu et al.(2014) 와 Lu et al.(2015) 등의연구에서도나타나며, 따라서보강근의리브또는돌기제작시수지의손상을억제하고, 저항성을높일수있는공정또는처리방법이필요한것으로판단된다. 보강근의탄성계수는인장강도와달리측정방법과산정방법에따라편차가크게발생하게된다. 특히알칼리침지후에보강근외형변화와섬유의미세단락등에의한비선형거동으로인하여 CSA S807에의한탄성계수산정은신뢰성이낮은것으로판단되어 Fig.8에는 ASTM 방법에의한탄성계수의변화만을도시하였다. 전반적으로노출시간증가에따라탄성계수감소를나타내었으나, 강도저하정도와같은크기의감소율을보이지는않았다. 또한 BFRP의경우에는 50일에서감소후 100일측정시인장강도와같이일부회복되는것으로나타났으나, GFRP의경우에는회복되는침지시간과비례하여감소하였다. 5. 결론 알칼리와동결융해환경에서의 GFRP와 BFRP 보강근의미세구조와인장거동변화를분석하였다. 동결융해에의한인장강도저하는크지않으나, 탄성계수는산정방법에따라편차가크게나타났다. FRP의초기변형을사용하는 ASTM 방법은강도변화정도와유사한변화를나타내었으나, 사용응력수준이상의변형률을사용하는 CSA S807의경우에는손상후편차가증가하고, 측정이어려워지는문제가있는것으로분석되었다. 초기미세구조변화의경우, 20 에서는손상이거의관찰되지않은반면 60 환경하에서 20일침지수준에서도섬유와수지의분리가관찰되었으며, 외측표면의수지가용해되는것을관찰할수있다. 특히 BFRP 보강근은섬유의부풀음 에의해추가손상이발생하는것으로관찰되었다. 이는상대적으로알칼리저항성이낮은비닐에스터수지가사용되고, 보강근제작시의외측수지손상에기인한것으로내구성확보를위해표면처리가필요한것으로판단된다. 알칼리환경에노출됨에따라표면수지과섬유의미세손상으로보강근의일체성이파괴되어인장거동시비선형거동을나타내게되고, 응력수준에따라추가적인탄성계수의저하가발생하게된다. 설계목적에따라사용성또는내구성설계시에는사용응력상태를평가하는 CSA S807에따른탄성계수로설계하는것이적절할수있으며, 강도설계시에는 ASTM 방법에의한탄성계수를사용하는것이적절한것으로판단된다. 20 의알칼리환경에서 500일경과시약 40~50% 정도의강도저하가발생하는것으로분석되었으나, 알칼리이온이동이가능한일반적인콘크리트경화상태의 50일이전에서는 10% 내외의강도저하후다시강도가회복되는것으로분석되었다. 40 이상의온도에서는강도저하가급격하게진행되고, BFRP 보강근의경우에는섬유의부풀어짐까지발생하는것으로분석되어고강도콘크리트와같이수화열이높게발생할위험이있는콘크리트등에서는사용시주의가필요할것으로판단된다. 감사의글 본연구는연구재단이공분야기초연구사업연구비 (2018 R1D1A1B07049278) 지원에수행되었으며, 이에감사드립니다. References 1. American Concrete Institute (2003). Guide for the Design and Construction of Concrete Reinforced with FRP Bars, ACI 440.1R-03, Farmington Hills, Michigan, USA. 2. American Concrete Institute (2012). Guide test methods for fiber-reinforced polymer, ACI 440.3R-12, Farmington Hills, Michigan, USA. 3. American Concrete Institute (2015). Guide for the design and construction of concrete reinforced with FRP bars, ACI 440.1R-15, Farmington Hills, Michigan, USA. 4. Ali, A. H., Mohamed, H. M., Benmokrane, B., ElSafty, A., & Chaallal, O. (2019). Durability performance and long-term prediction models of sand-coated basalt FRP bars. Composites Part B: Engineering, 157, 248-258.5. 5. ASTM Standard D7205 / D7205M-06 (2011). Standard test method for tensile properties of fiber reinforced polymer matrix composite bars. ASTM D7205 / D7205M-06, ASTM International, West Conshohocken, Philadelphia, Pa 19103. 58 한국구조물진단유지관리공학회논문집제 23 권제 2 호 (2019. 3)
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