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고분자복합재의 토목공사 이용

전문가 제언: ○ 플라스틱 계통의 복합재료는 고분자 매트릭스에 보강섬유를 혼합한 것으로 보강섬유로는 아라미드 섬유, 탄소섬유, 유리섬유가 대표적이다. 이들은 모두 고분자 재료의 탄성률과 크리프에 대한 저항성을 높여주며 내식성이 우수하여 콘크리트로의 응용에 기대가 크다. 그러나 철근에 비하면 플라스틱의 크리프 및 균열 저항성은 떨어진다.

○ 탄소섬유는 항공기산업, 스포츠, 레저산업에서 토목, 건설 산업까지 다양한 산업분야에서 사용되고 있다. 탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴(PAN) 탄소섬유를 주체로 하지만 피치, 레이온을 출발물질로 한 것도 있다.

○ 탄소섬유의 표면은 비극성이고 결정성이 높아 매트릭스 수지와의 젖음성이 나쁘고 따라서 계면접착력이 낮고 기계적 강도가 좋지 않을 수 있다. 고성능복합재료는 화학적 결합과 물리적 상호작용(반데르발스 힘, 수소결합)이 요구된다. 이를 위한 탄소섬유의 표면처리법으로는 플라스마, 전기화학적 산화법, 습식처리법, 열처리법이 있다.

○ 탄소섬유를 γ선 조사 후 KMnO4/H2SO4의 산화환원을 이용하여 탄소섬유 표면에 라디칼을 형성하고 아크릴산을 그래프트 중합하여 표면에 극성기를 부여하면 매트릭스로서 에폭시 수지와의 계면접착력이 향상한다(European Polymer Journal 44, 2008, 494–503).

○ 토목공학 구조물의 라이프사이클 성능 평가법은 Marcov의 통계적 수법과 Bayesian의 수학적 수법이 있다(Composites, Part B, 38, 2007, 236~246).

○ Sho-Bond 건설주식회사(http://www.sho-bond.co.jp/html/23-3-bk.html)의 CFRP 접착공법은 기설의 철근콘크리트 교각에 탄소섬유 직물을 에폭시 수지로 함침시키면서 적층하여 구조물과 접착 일체화하여 교각을 보강하는 공법을 개발하였다. 이 공법은 앵커가 불요하고 구체를 손상시킬 우려가 없다. 또 탄소섬유 사이에 에어 빼기용 틈새가 있어 수지의 함침 시에 기포 및 부풀음의 발생이 억제된다.

저자: Sandeep S. Pendhari, Tarun Kant, Yogesh M. Desai
자료유형: 학술정보