화상 이미지 기반 FEM 해석을 이용한 기포제 혼입 시멘트 페이스트의 역학 성능 평가

Abstract

콘크리트는 대표적인 불균질 재료이며 콘크리트의 역학적 특성은 다양한 요인들에 의해 영향을 받는다. 그 중 콘크리트 내부에 존재하는 공극은 콘크리트의 강도를 결정하는데 많은 영향을 주고 있기 때문에 공극의 분포 및 크기를 파악하는 연구는 매우 중요하며 그 방법으로 화상이미지를 이용한 연구가 대두되고 있다. 경량 기포 콘크리트는 현재 비구조용에 관한 연구만 진행되고 있기 때문에, 구조용으로 사용하기 위한 경량 기포 콘크리트의 역학적 특성을 평가하고 화상 이미지를 기반으로 FEM 해석을 이용한 검증에 관한 연구는 미비하다. 그러므로 기포제 혼입률에 따른 시멘트 페이스트를 제작하여 역학적 성능 평가를 실시하고 화상 이미지를 이용하여 FEM 해석을 실시하여 역학적 성능 비교 및 검증을 실시하였다. 본 연구에서 기포제 혼입률에 따른 공극 분포를 확인하기 위해 7수준으로 하였으며 추 후 구조용 경량 기포 콘크리트에 대한 연구를 진행하기 위해 물-결합재비를 20%로 하였다. 기포제 혼입률이 0.8%에서 단위 용적 질량이 최소가 되었으며 그 이상 혼입했을 시 기포 간의 상호 연결로 인한 깨짐 현상이 발생하여 단위 용적 질량이 증가하였다. 공극 분포에 따른 FEM 해석을 위해 화상분석기(HF-MA C01)를 이용하여 시멘트 페이스트 단면을 촬영하였고 이를 토대로 OOF(Object Oriented Finite elements)를 이용한 FEM 해석을 실시한 결과 실험 탄성계수와 해석 탄성계수가 일치하였다. Concrete is a representative heterogeneous material and mechanical properties of concrete are influenced by various factors. Due to the fact that pores in concrete affect determining compressive strength of concrete, studies which deal with distribution and magnitudes of pores are very important. That way, studies using picture imaging have been emerged. Studies on mechanical performance evaluation of structural lightweight foamed concrete and FEM analysis based on picture image are inadequate because lightweight foamed concrete has been researched for only non-structural. Therefore, in this study, cement paste with foaming agent to evaluate mechanical performance is made, FEM analysis with picture image is conducted and young's modulus of experiment and analysis are compared. In this study, dosage of foaming agent is determined 7 level to check pore distribution and water-binder ratio is determined 20% to progress research about structural light weight foamed concrete. Weight of unit volume is minimum at 0.8% of foaming agent dosage. However, weight of unit volume is increased over 0.8% of foaming agent dosage because of interconnection with independent pores. For FEM analysis, cement paste is photographed to use image analyzer(HF-MA C01). Consequently, the fact that Young's Modulus of experiment and FEM analysis are same is drawn by using OOF(Object Oriented Finite elements).