콘크리트는 장력이 약하기 때문에 균열이 생깁니다. 수축은 응력을 생성합니다. 온도 변화는 응력을 생성합니다. 하중은 응력을 생성합니다. 섬유는 작은 균열을 연결하기 때문에 섬유가 도움이 됩니다. 섬유는 또한 혼합물 전체에 응력을 분산시킵니다. 이것이 콘크리트에 섬유를 첨가하는 주된 목적입니다.
섬유는 한 가지 제품만이 아닙니다. 섬유는 강철, 유리, 합성 섬유 또는 천연 섬유일 수 있습니다. ASTM은 섬유 유형별로 섬유 철근 콘크리트를 분류합니다.
섬유 강화 콘크리트(FRC)란 무엇인가요?
섬유 강화 콘크리트는 짧은 섬유가 혼합된 콘크리트를 말합니다. ASTM C1116에서는 섬유 강화 콘크리트를 재료가 균일하게 혼합된 상태로 구매자에게 납품되는 콘크리트로 정의합니다.
섬유는 “분산된 보강재”로 작동합니다. 철근은 “배치된 보강재”로 작동합니다. 섬유는 매트릭스의 모든 곳에 위치합니다. 철근은 특정 장력 영역에 위치합니다. 이러한 차이가 섬유가 균열 제어에 강한 반면 철근은 구조적 장력 용량에 강한 이유를 설명합니다.
목적 1: 초기 크랙 감소
초기 균열은 처음 몇 시간 내에 시작될 수 있습니다. 플라스틱 수축 균열은 표면이 너무 빨리 건조되면 발생할 수 있습니다. NRMCA의 지침에 따르면 플라스틱 수축 균열을 최소화하기 위해 합성 섬유(ASTM C1116)를 고려할 것을 권장합니다.
섬유는 플라스틱 침전 균열을 줄이는 데도 도움이 됩니다. NRMCA는 플라스틱 침전 균열 감소를 주요 용도로 꼽고 있습니다.
이러한 목적으로 폴리프로필렌 마이크로 파이버가 일반적으로 선택됩니다. 콘크리트 학회에서는 이러한 섬유가 혼합물의 균질성을 높이고 입자 이동을 안정화하며 블리드 워터 채널을 차단한다고 설명합니다. 이는 블리딩을 늦추고 플라스틱 침전을 줄이는 데 도움이 됩니다. 또한 필라멘트 네트워크는 표면이 빠르게 건조될 때 플라스틱 수축 균열을 줄이는 데 도움이 된다고 설명합니다.
목적 2: 균열 후 인성 향상
일반 콘크리트는 균열이 발생한 후 성능이 빠르게 저하될 수 있습니다. 섬유 콘크리트는 섬유의 종류와 사용량에 따라 첫 번째 균열 이후에도 하중을 계속 견딜 수 있습니다.
NRMCA는 합성 섬유를 사용하는 핵심 이유로 “더 큰 인성과 충격에 대한 저항력”을 꼽습니다.
NRMCA는 또한 섬유가 균열을 메우고 콘크리트를 단단히 고정하는 데 도움이 되며, 일반적인 극세사 사용량보다 더 많은 양을 사용하면 더 강력한 효과를 얻을 수 있다고 설명합니다.
이러한 목적에 부합합니다:
- 지게차 통행이 많은 산업용 슬라브
- 포장 및 하드스탠드
- 취급 중 부서지는 프리캐스트 유닛
목적 3: 일부 슬래브에 2차 수축 및 온도 보강 제공
일부 프로젝트에서는 비구조적 수축 또는 온도 보강을 위한 대체 시스템으로 섬유를 사용합니다. NRMCA는 문서와 함께 이러한 용도를 유효한 목적으로 나열하고 있습니다.
또한 NRMCA는 제품이 ASTM C1609 잔류 굴곡 강도 결과와 같은 문서로 뒷받침되는 경화 콘크리트 기준을 충족하는 경우 합성 섬유가 2차 보강재 역할을 할 수 있다고 명시하고 있습니다.
이러한 목적은 현수 부재의 구조적 굴곡 능력이 아닌 수축 균열이 주요 위험인 지상 슬래브에서 흔히 사용됩니다.
목적 4: 까다로운 타설에서 배치 안정성 향상
섬유는 새 콘크리트의 내부 지지력과 응집력을 향상시킬 수 있습니다. NRMCA는 이를 가파른 경사, 숏크리트 및 슬립폼 배치용 콘크리트 등의 주요 용도로 제시하고 있습니다.
이 이점은 실용적입니다. 승무원들은 종종 서로 잘 붙는 혼합물을 볼 수 있습니다. 이는 살포 콘크리트의 슬러핑을 줄이는 데 도움이 됩니다. 또한 콘크리트 학회는 폴리프로필렌 섬유가 초기 특성을 개선하고 슬러핑과 리바운드를 줄이기 위해 스프레이 콘크리트에 사용된다고 지적합니다.
목적 5: 내구성 및 표면 성능 향상
균열 제어는 균열 폭이 물의 유입을 제어하기 때문에 내구성을 지원합니다. 균열 패턴이 촘촘할수록 유체가 유입되는 경로를 줄일 수 있습니다.
섬유는 또한 표면 품질을 지원할 수 있습니다. 콘크리트 학회는 폴리프로필렌 섬유가 블리드와 분리를 줄여 표면 모르타르의 원래 물/시멘트 비율을 유지하는 데 도움이 된다고 지적합니다. 이 효과는 표면층의 개선과 더 높은 내마모성으로 연결됩니다.
이러한 목적에 부합합니다:
- 창고 바닥
- 경사로 및 적재함
- 마모 또는 잦은 청소에 노출된 석판
목적 6: 고밀도 콘크리트의 화재 시 폭발성 파편 위험 감소
고밀도 콘크리트는 화재 시 무너질 수 있습니다. 습기가 수증기로 변합니다. 증기압은 빠르게 증가할 수 있습니다. 폴리프로필렌 섬유는 특정 설계에서 이러한 위험을 줄이기 위해 널리 사용됩니다.
동료 검토 리뷰에 따르면 섬유가 녹으면 모공이 형성된다는 일반적인 메커니즘이 설명되어 있습니다. 투과성이 증가합니다. 증기가 빠져나갈 수 있습니다. 증기압이 떨어집니다. 스팔링 위험이 감소합니다.
이러한 목적은 터널 사양과 화재 노출이 설계 기준의 일부인 고성능 혼합물에서 흔히 볼 수 있습니다.
사용하지 말아야 할 섬유
섬유 콘크리트는 구조 설계의 지름길이 아닙니다. NRMCA에 따르면 합성 섬유는 모멘트 저항 또는 구조용 강철 보강재를 대체하는 용도로 사용해서는 안 됩니다. NRMCA는 또한 구조적 압축 또는 굴곡 강도를 높이기 위해 섬유를 사용해서는 안 된다고 명시하고 있습니다.
파이버도 자동으로 허용되지 않습니다:
- 더 큰 조인트 간격
- 더 얇은 슬래브 온 그레이드
- 축소된 열 NRMCA는 이를 “사용하지 않음” 기대치로 나열합니다.
올바른 광섬유 용도 및 유형을 선택하는 방법
간단한 결정은 한 가지 질문에서 시작됩니다. 어떤 문제를 줄이고 싶으신가요?
초기 표면 균열이 문제인 경우
마이크로 합성 섬유는 일반적으로 적합합니다. ACI는 마이크로 합성 섬유를 직경 0.3mm 이하의 섬유(또는 이에 상응하는 섬유)로 정의합니다.
인성 및 크랙 후 성능에 문제가 있는 경우
매크로 합성 섬유 또는 강철 섬유가 일반적으로 더 잘 맞습니다. ACI는 매크로 합성 섬유를 0.3mm 이상으로 정의합니다.
고밀도 콘크리트에서 화재가 발생할 위험이 있는 경우
폴리프로필렌 극세사는 특히 터널에서 이 역할에 널리 사용됩니다.
구매자는 작업성 관리에 대한 계획도 세워야 합니다. 콘크리트 학회는 섬유가 증점제처럼 작용하기 때문에 섬유가 슬럼프를 줄일 수 있다고 경고합니다.
사양 및 승인을 지원하는 표준
깨끗한 구매 사양이 필요하다면 ASTM C1116부터 시작하세요. ASTM은 재료가 균일하게 혼합되어 납품된 섬유 강화 콘크리트를 대상으로 한다고 명시하고 있습니다. 또한 섬유 유형(강철, 유리, 합성, 천연)에 따라 섬유 콘크리트를 분류합니다.
균열 후 성능이 목적이라면 “섬유 추가”만이 아니라 성능 목표를 지정해야 합니다. NRMCA는 2차 보강재로 사용되는 섬유에 대해 ASTM C1609와 같은 잔류 굴곡 강도 테스트를 사용한 문서화를 권장합니다.
전문가 안내
목적과 광케이블 유형이 일치해야 광케이블 프로젝트가 성공할 수 있습니다.
실용적인 워크플로우가 잘 작동합니다:
- 소유자는 초기 균열, 관절 손상, 충격, 화재 위험과 같은 문제점을 정의합니다.
- 엔지니어는 균열 제어만, 2차 보강, 균열 후 용량 등 역할을 선택합니다.
- 팀은 마이크로와 매크로 등 섬유 유형을 선택한 다음 공급업체 데이터와 실험을 통해 용량을 설정합니다. ACI는 마이크로 및 매크로 합성 섬유에 대한 부피별 일반적인 투여량 범위를 제공합니다.
- 계약업체가 혼합과 경화를 제어합니다. 섬유는 위험을 줄이지만 경화는 여전히 수축 스트레스를 제어합니다.
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에코크리트파이버™는 일반적인 지침을 먼저 제공한 다음 제품을 매칭하여 이 프로세스를 지원합니다:
- 플라스틱 수축 및 침하 균열 제어를 위한 마이크로 섬유
- 인성 및 균열 후 관리 목표를 위한 매크로 합성 섬유
- ASTM C1116 공급 언어에 맞춘 문서 지원 및 필요한 경우 성능 데이터 제공
관련 제품
- 폴리프로필렌 극세사 (모노필라멘트 / 피브릴)
- 폴리프로필렌 매크로 합성 섬유
- 시멘트 기반 복합재용 PVA 파이버
- GRC 시스템용 AR 유리 섬유
결론
콘크리트에 섬유를 첨가하는 목적은 분명합니다. 섬유는 조기 균열, 특히 플라스틱 수축과 플라스틱 침하를 제어합니다.
섬유 유형과 용량이 균열 후 거동을 목표로 할 때 섬유는 인성과 내충격성을 향상시킵니다.
문서가 성능을 뒷받침하는 경우 일부 슬래브 애플리케이션에서는 파이버가 보조 보강재 역할을 할 수 있습니다.
화재에 노출된 고밀도 콘크리트에서 폴리프로필렌 섬유는 용융 후 투과성을 높여 파편 위험을 줄일 수 있습니다.
좋은 사양은 목적부터 시작됩니다. 올바른 섬유 선택, 제어된 혼합, 그리고 체계적인 경화 과정을 통해 좋은 결과를 얻을 수 있습니다.
