초저온에 노출된 초고성능 섬유보강 콘크리트의 역학적 성능 및 자기치유 성능 평가

Evaluation of Mechanical Property and Self-healing Capacity of Ultra-high-performance Fiber-reinforced Concrete Under the Cryogenic Condition

본 연구는 초저온 상태에서의 초고성능 섬유보강 콘크리트(ultra-high-performance fiber-reinforced concrete, UHPFRC)의 역학적 성능 및 자기치유 성능을 파악 및 개선하는 것을 목적으로 한다. 따라서 두 종류의 보강 섬유 유형(직선형 19.5 mm: MS, 비틀림형 30 mm: T)에 따른 초저온 노출 시와 노출 후에 발생하는 역학적 성능의 변화와 초저온 노출에 대한 저항성이 일반콘크리트(normal concrete, NC)와 비교분석 되었다. 또한 UHPFRC의 미세균열거동 특성에 따른 균열면 자기치유 성능 실험이 추가적으로 실행되었다. 실험 결과에 의하면 NC에 비해 UHPFRC의 역학적 성능이 상온, 초저온, 상온 회복 조건 모두에서 우수했으며, 초저온 노출 시 균열이 발생한 NC와 다르게 UHPFRC는 균열이 발생하지 않았다. 자기치유 성능의 경우 UHPFRC 시편에 대해 인위적인 미세균열 유발 후, 시편의 수중양생 과정 동안에 탄산칼슘(CaCO3)이 균열면 내에 형성되며 균열이 치유되는 과정이 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 통해 관측되었다.

Herein we investigate the mechanical and self-healing properties of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) at cryogenic temperatures. To this end, a comparative analysis was conducted on the effects of two types of reinforcing fibers, medium-length straight with a length of 19.5 mm and twisted fiber with a length of 30 mm, on the mechanical properties and resistance to cryogenic temperature. Then, the properties were compared with those of normal concrete (NC). In addition, the self-healing property of UHPFRC along with its micro-cracking behavior was examined. It was found that the UHPFRCs demonstrated better mechanical performance regardless of the temperature conditions: ambient, cryogenic, and recovered ambient temperatures. Furthermore, following exposure to cryogenic temperatures, no cracks were observed in the UHPFRC specimens, whereas several very tiny cracks were observed in the NC specimens. The self-healing process of UHPFRC by the formation of CaCO3 was observed by scanning electron microscopy.