시멘트계 복합재료가 개발되었습니다. 고인성 콘크리트(High Toughness Concrete)라 함은 섬유보강 콘크리트의 기본 원리를 발전시켜서 높은 연성과 인성(에너지 흡수능력)을 갖도록 개량된 섬유의 사용과 혼합비율 등을 조절한 것으로써 다음에 소개하는 3가지 종류(SIFCON, SIMCON, ECC)에 대해 알아보겠습니다.
SIFCON(Slurry Infiltrated Fibered Concrete)
SIFCON(Slurry Infiltrated Fibered Concrete)은 거푸집 속에 섬유 뭉치 (bulk fibers)를 넣고 유동성의 슬러리 모르타르(fluid mortar slurry)를 주입하여 만드는 것입니다. 이것은 시공(타설) 중 워커빌리티 문제를 야기하지 않도록 많은 양의 섬유(5~15%)가 필요한 기술입니다. 적절한 채움효과를 얻기 위해 슬러리는 매우 묽게 되어야 합니다. 이 슬러리는 다른 섬유보강콘크리트에 비해 물/시멘트비가 크게 증가합니다. 특별한 타설기법이 적용되어야 하는 문제가 있고, 직접인 장강도(direct tensile strength)가 낮으므로 섬유는 비표면적이 높은 것(high length-diameter ratio)을 사용해야만 합니다. 또한 섬유혼입에 사용된 방법은 직교하는 것부터 일방향의 것까지 재료의 이방성 (anisotropic)을 야기하게 됩니다. 이러한 비정상적인 구조 특성은 재료의 역학적 성능에 반영되고, 이러한 재료적 이방성 때문에 구조부재의 특성도 방향성을 띄게 됩니다. SIFCON으로 만든 보의 경우 매우 높은 휨강도를 갖는 반면, 전단력 또는 집중하중에 대하여는 낮은 성능을 보이게 됩니다. 일축 방향(섬유의 방향축)의 인장 시험에서는 낮은 강도의 매트릭스에 긴 섬유를 다량(5~15%)으로 사용함에 따라 균열이 분산되는 경향을 보이면서 매우 연성적 거동을 나타냅니다. 그러나 섬유 혼입률이 높은 것에 비해서 강도는 크게 향상되지 않습니다. 이처럼 SIFCON의 역학적 특성이 제한적이므로 실무적 적용 범위에도 한계가 있으며 시공비용 측면에서도 경제성이 떨어지는 기술입니다. 적용 가능성이 있는 사용처로는 충격하중 및 피로하중에 대한 내구성이 중요시되는 포장용 재료 또는 균열 손상된 포장도로의 보수 용도와 접합이 자유로운 슬래브 또는 손상된 슬래브의 보수 용도로 사용될 수 있습니다. 강진 지역에서는 철근콘크리트 기둥과 같은 모재에 SIFCON을 덧씌우는 형식으로 내진성능 향상을 위해 사용할 수 있는 것으로 전망되고 있습니다.
SIMCON(Slurry Infiltrated Mat Concrete)
SIMCON(Slurry Infiltrated Mat Concrete) 은 비교적 긴 섬유로 필터 모양의 강섬유 매트를 만들고 여기에 그라우트를 주입하는 것으로서 휨강도가 매우 큰 재료입니다. SIFCON과 동일한 수준의 휨강도 및 에너지 흡수능력(인성)을 얻는데 필요한 섬유의 양은 절반 이하로도 충분합니다. SIFCON에 14% 섬유를 혼입 한 것과 SIMCON에 5.7%의 섬유를 혼입 한 것의 휨강도가 동일한 수준으로 나타났습니다. 흡수능력인 인성면에서도 SIMCON이 더 양호합니다.
ECC(Engineered Cementitious Composites)
ECC(Engineered Cementitious Composites)는 길이가 20 mm 이내로 비교적 짧고 직경도 0.05mm 이하로 매우 가느다란 합성섬유(synthetic fibers)를 혼입 한 시멘트계 복합재료입니다. 이것의 압축강도는 통상 70 MPa를 넘지 않습니다. 인장강도는 동일한 압축강도 수준의 섬유보강하지 않은 콘크리트보다 10%이 상 증가하지 않으나, 직접 인장(direct tension)에서는 균열의 분산 (multicracking)과 변형율 경화(strain hardening) 현상을 나타내며 매우 큰 연성을 보입니다. 반복하중 환경의 철근 배근된 기둥의 부재실험에서도 ECC 기둥은 RC 기둥에서 응력집중된 균열의 성장 및 철근과의 부착할 열파괴를 일으키는 것과 달리 동일한 최종 변위 수준에 이르기까지 균열의 분산과 변형을 경화 현상으로 연성적인 거동이 유지되는 것을 알 수 있습니다. 이러한 특성을 얻기 위해 합성섬유는 비중이 낮고(1.5 이하) 탄성계수가 큰 (40 GPa) 것을 사용해야 합니다. ECC에 사용되는 합성섬유들은 PVA(Polyvinyl Alcohol), PE(Polyethylene) 등의 섬유가 있으며, 비표면적이 매우 큰 것으로 하고, 워커빌리티가 문제가 되는 경우의 최대 혼입량은 2% 이내로 사용하는 것이 좋습니다.
