1. 소개         
- 콘크리트는 건설용으로 다양하게 사용되는 자재임.
- 이 자재는 자유로운 형태와 모양으로 타설될 수 있는 능력을 가지고 있음.
- 콘크리트의 모든 기본적인 재료들은 천연적으로 얻을 수 있는 것들임.
- 그러나 콘크리트의 속성은 특별한 천연 또는 인공 재료를 추가하여 변경 될 수 있음.
- 콘크리트는 훌륭한 압축 강도, 내구성, 불 침투성, 비중 및 내화성 등과 같은 많은 유리한 속성을 가지고 있음.
- 그러나 콘크리트는 낮은 인장강도, 취성, 크랙에 대한 낮은 저항성, 낮은 충격강도, 무거운 중량 등과 같이 일부 단점들도 가지고 있음.
- 콘크리트의 이러한 단점을 최소화할 수 있는 일부 보수 방법들이 적용될 수 있음.
- 콘크리트 단점의 일부는 몰탈 골재와 접촉하는 표면에 생기는 작은 균열들 때문임.
- 이것을 극복하기 위해서 화이버가 콘크리트 재료 중 하나로 첨가될 수 있음.
- 시멘트 기반의 메트릭스에 화이버를 포함시키면 원치 않는 미세균열을 잡아주는 역할을 함.
- 하중을 받아 발생하는 균열의 발생을 예방하는 것은 시멘트 기반의 메트릭스의 정적, 동적 속성 개선의 결과를 낳을 수 있음.

- 폐기물은 처리 및 관리가 되어야 할 과제 중 하나이며, 주요 환경, 경제 및 사회 문제 중 하나임.
- 산업 활동은 상당량의 비 생분해성 고형 폐기물(non-biodegradable solid waste)과 관련이 있음.
- 모든 국가에서 플라스틱 PET(polyethelene teraphthelne)병에 미네랄 워터를 제공하는 것이 일반적임.

- PET병은 비 생분해성 속성이 있음.

- T. 오치 등은 톱니모양의 모노 필라멘트 화이버(섬유)의 압출장치를 개발 및 분석해서 이 화이버가 일반적인 콘크리트에 사용될 때 아무 문제가 없다는 것을 발견했음.
- PET 섬유 보강 콘크리트의 압축강도와  탄성계수(young’s modulus)는 일반 콘크리트 에 비하여 증가되었음.
- 폴리 프로필렌 섬유(polypropylene fibers)에 비해 인발시험(pullout test)의 결과는 만족스러웠음.
- PET 섬유는 고속도로 터널 라이닝 및 스프레이용으로 일본에서 사용된 적이 있음.
- 비 생분해성 물질 등의 고형 폐기물 처리에 집중했던 MS K. Ramadevi 와 MS R. Manju 두 사람은 모래와 같은 천연재료의 사용이 감소한다는 것을 알게 되었음.
- 두 사람은 조사에서 모래 0.5%, 1%, 2%, 4% 및 6% 양 만큼 PET병 섬유로 대체하였음.
- 폐 PET병은 수집된 후 유연한 섬유로 만들어지도록 파쇄, 가공하였음.
- M20급의 콘크리트가 실험용으로 채택되었음.
- 콘크리트 단위중량은 PET섬유보강콘크리트의 경우 감소한다는 것을 발견하게 되었음.
- 압축, 쪼갬 인장(split tensile) 및 휨강도는 섬유 2% 추가로 증가되었고, 이후 강도 감소가 일어나는 것이 관찰되었음.
- Venu Malagavelli 및 Rao P.N. 두 사람은 폴리에틸렌 테레프타레이트(미네랄 워터 병) 및 고밀도 폴리프로필렌(일회용 유리) 섬유의 작업성, 압축강도 및 콘크리트의 휨 피크부하를 연구하였음.
- 150mm 크기의 큐브와 740x740x50mm 크기의 시험용 판넬이 각각 압축 강도와 피크시 휨부하를 결정하기 위해 타설되었음.
- 슬럼프 및 다짐계수는 HDPP 섬유 1%와 PET 섬유 2%의 첨가로 증가된다는 것이 관찰되었음.
- 큐브 압축강도는 1%의 HDPP 섬유로 4.2%, 1%의 PET 섬유로 5.63%씩 증가되었음.
- 파괴되기 전의 휨하중도 Fernando Fraternali씨 등이 재생 PET 섬유보강 콘크리트와 폴리프로필렌 섬유보강 콘크리트에 대해 언급했던 두가지 섬유를 사용함으로서 증가되었음.
- 다른 강도를 가진 PET 섬유와 PP섬유 3가지 종류가 연구에 사용되었음. 
- 섬유 보강 콘크리트의 압축강도, 최초 균열강도, 연성 계수와 같이 열전도 및 기타 기계적 성질이 비 강화 콘크리트(unreinforced concrete - UNRC)와 비교되었음.
- 고강도 PET 섬유보강 콘크리트는 UNRC 및 PPFRC(polypropylene fiber-reinforced concrete)에 비해 압축강도와 휨강도를 크게 증가시켜 생산할 수 있다는 것이 관찰되었음.
- 열전도도 UNRC보다 감소하였음.
- Rafat Siddique씨 등은 밀도, 공기량, 시공연도, 압축강도, 쪼갬 인장강도, 탄성 계수, 충격 저항 투과성 및 내마모성 등과 같은 콘크리트의 응결전과 경화후의 콘크리트에 관한 재활용 플라스틱의 효과를 조사하였음.
- 일반 콘크리트 골재를 대체하는데 사용된 폐 플라스틱 골재는 압축강도, 쪼갬 인장강도는 감소하나, 균열 발생을 감소시키는데 큰 장점을 가진 콘크리트 인성을 발현하는 것으로 밝혀졌음. 
- 재활용 플라스틱은 매력적인 폐기 대안으로 포장 도로, 교량, 작업장, 댐 및 기타 많은 건설용 자재로 사용될 수 있음.
 
- 연구결과, 섬유형태로 가공된 폐 PET 병은 콘크리트의 기계적 성질을 개선하는데 사용될 수 있다는 것이 명백해졌음.
- 재활용 과정을 거쳐 개발된 섬유는 원하는 모양과 규격으로 잘게 조각을 내야 하기 때문에 비용이 들 수 있음.
- 본 보고서는 시멘트 기반의 메트릭스 거동에 관한 PET 섬유의 여러 가지 분량에 따른 효과를 조사한 내용을 보고하고자 함.
- 콘크리트의 압축강도, 인장강도 및 휨강도를 논하고자 함.
- PET 섬유를 콘크리트에 혼입시키는 것은 건설 분야를 홍보할 수 있는 혁신적인 것임.

2. 실험 계획         
2.1 사용 재료
- 포틀랜드 포졸란 시멘트(Portland Pozzolana Cement - 플라이애쉬 기반)가 IS: 1489-1991(I부) 기준에 따라 본 실험에 사용되었음.
- 사용된 시멘트의 물리적 특성은 다음과 같다 : 입도(90번 체) 2.7%, 연도(Normal consistency) 32%, 초기 응결시간 210분, 최종 응결시간 330분, 사운드니스(Le-Chat.) 1.5mm, 28일 압축강도 50.7MPa. 

- 지역의 강에서 채취한 자연모래가 잔골재로 사용되었음.
- 모래는 비중 2.53, 흡수율 1.2%, 부피밀도 1718.52Kg/cu.m, 조립율 2.65, 실트 함량 0.61% 및 IS: 383-1970 기준에 따르는 특성을 가지고 있었음.
- 쇄석골재는 지역 채석장에서 채취되었음.
- 최대 골재규격은 20mm와 10mm이었고 IS: 383-1970 및 2386-1963(Part I, II 및 III) 시방에 따라 시험되었음
- 굵은 골재의 물리적 특성은 표 1과 같다.
  
(물) : 실험에 사용된 시료의 혼합과 양생에는 식용가능한 물이 사용되었음.

<그림 1 - PET병 섬유(AR-50)>
(유동화제) : 추가적인 시공연도를 얻기 위하여 유동화제(super plasticizer) AC-PLAST- BV-M4가 사용되었음.  이 재료는 염화물 함량 0.05% 미만의 콘크리트 유동화제이며  IS: 9103-1999 기준에 따르는 것임.  유동화제는 모든 혼합에 시멘트 중량의 0.6%가 첨가되었음.

(플라스틱 섬유) : 단일 브랜드의 폐 PET 미네랄 물병은 지역의 식당에서 수집되었음.  섬유는 병의 목부분과 바닥부분을 제거한 후 가공되었음.  섬유의 길이는 25mm, 폭은 1~2mm로 유지되었음.  폐 플라스틱 섬유의 종횡비(AR)는 35(AR-35) 및 50(AR-50)이었음.  플라스틱 섬유는 비중 1.34, 흡수율 0%의 것이 사용되었음.  본 실험에서는 그림 1에 나타낸 바와 같이 두 가지의 종횡비를 가진 섬유가 사용되었음.

3. 실험방법          
3.1 콘크리트 배합
- 각기 다른 구성비율의 재료를 시험 배합한 것을 기초로 최종 배합설계는 IS 10262 : 2009기준에 따른 M30급 콘크리트가 준비되었음.
- 콘크리트의 배합 비율 1 : 1.42 : 3.55와 물 시멘트 비율 0.48이 선택되었음.
- 플라스틱 섬유는 시멘트 중량의 0.0%, 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, 2.5%, 및 3.0%의 비율로 건비빔 콘크리트에 첨가되었음. 
- 시험 요구조건에 따라 각기 다른 시료가 타설되었음.
- 이 시료들은 28일 양생 후에 시험이 이루어졌음.
- 각 부문별로 세 가지 시료가 시험되었으며 평균값은 그래프 형태로 보고됨.

3.2 생콘크리트의 속성
- 생콘크리트의 시공연도는 슬럼프 콘 시험과 플라스틱 섬유의 각각의 비율에 대한 다짐계수를 활용하여 결정됨.                       
- 이들 시험은 모든 콘크리트의 배치(batch)별로 수행되었으며, 평균값이 보고됨.

3.3 시료 크기 및 시험
- 150x150x150mm 크기의 압축강도용 시료가 PET 섬유 비율별로 준비되었음. 
- 마찬가지로 지름 150mm x 높이 300mm의 인장강도 시료 및 크기 100x100x500mm의 휨강도 시료가 각각 준비되었음.
- 콘크리트가 채워진 몰드는 테이블 바이브레이터로 다짐이 이루어졌음.

- 압축강도 및 휨강도 시료는 IS 516-1959 기준에 따라 압축강도 시험기계와 유니버설 시험기계로 각각 시험이 이루어졌음.
- 휨강도 시험용 시료는 400mm 스팬의 2개 지점에 하중을 가하여 시험이 이루어졌음.
- 간접인장시험은 IS 5816-1970 기준에 따라 압축 시험기에 의해 인장강도 시료로 행하여졌음.

4. 실험결과          
- 섬유가 없는 일반 생콘크리트 및 경화된 일반콘크리트의 시험결과는 표에 나타냄.
- WPFRC(폐 PET병 섬유를 사용한 콘크리트)의 특성은 그래프 형태로 보고되었음.

4.1 시공연도 및 건조 밀도
- 표 2는 M30급 일반콘크리트의 시공연도(슬럼프 및 다짐계수(Compaction factor) 시험))와 건조 밀도에 대한 시험결과를 나타냄.
     

- 그림 3, 4는 생WPFRC의 거동을, 그림 4(右)는 WPFRC의 건조밀도를 나타냄.
      

4.2 경화된 콘크리트의 강도
- 표 3은 일반콘크리트 M30급의 압축강도, 인장강도 및 휨강도의 시험결과를 나타냄.
- 그림 5~7은 28일 양생 후 WPFRC의 거동을 나타냄.

5. 결과 논의         
- 모든 시험들이 관련 표준에 따라 생 콘크리트와 경화 후 콘크리트에 대해 행하여졌음.
- 시험결과는 각 시료를 28일 양생한 후 시험하여 얻어졌음.
- 섬유보강 콘크리트의 시험결과는 일반콘크리트와 비교됨.

6. 시공연도          
6.1 슬럼프 및 다짐계수(Slump and Compaction Factor)
- 생콘크리트의 시공연도는 슬럼프 시험과 다짐계수로 측정되었음.
- 슬럼프 값과 다짐계수로부터 섬유함량이 증가할 때 시공연도가 감소하는 것이 관찰될 수 있음.

- 섬유함량이 0%인 M30급 콘크리트의 최대 슬럼프 값은 67mm로 관찰되었음.
- 슬럼프 값은 32mm(AR35), 22mm(AR50)로 감소하였음.

- 마찬가지로 섬유함량 0%인 M30급 콘크리트의 최대 다짐계수는 0.877로 관찰되었음.
- 다짐계수 값은 0.78(AR35) 및 0.723(AR50)으로 감소하였음.

7. 강도          
7-1 압축강도
- 기준 콘크리트의 압축강도는 41.19MPa 이었음.
- 콘크리트 내 섬유함량 1%인 경우에 압축강도는 42.96MPa(AR35 및 AR50)로 증가하였음.
- 그 이후에 압축강도는 31.70MPa(AR35) 및 33.19MPa(AR50)으로 감소했음.

7-2 쪼갬 인장강도
- 기준 콘크리트의 인장강도는 3.48MPa 이었음.
- 콘크리트 내 섬유함량 1%인 경우에 인장강도는 3.87MPa(AR35) 및 4.13MPa(AR50)로 증가하였음.
- 그 이후에 인장강도는 2.58MPa(AR35) 및 2.83MPa(AR50)으로 감소했음.

7-3 휨강도
- 기준 콘크리트의 휨강도는 4.99MPa 이었음.
- 콘크리트 내 섬유함량 1%인 경우에 휨강도는 5.71MPa(AR35) 및 6.00MPa(AR50)로 증가하였음.
- 그 이후에 휨강도는 3.89MPa(AR35) 및 4.17MPa(AR50)으로 감소했음.

8. 결론          
실험을 통하여 얻어진 결과를 기초로 내린 주요 결론은 다음과 같다.
- WPFRC의 시공연도에 영향을 준 것은 골재의 이동에 섬유가 저항을 주기 때문일 수 있음.  건조밀도도 감소되었으며 콘크리트 중량도 감소되었음.
- 섬유 함량 1%에서 압축강도, 쪼갬 인장강도와 휨강도의 최대 증가 비율은 종횡비율(aspect ratio) 35일 경우 섬유가 없는 기준콘크리트에 비하여 5.26%, 15.47% 및 17.32%였으며, 종횡비율(AR) 50일 경우 7.35%, 24.91% 및 24.105% 이었음.
- AR 50인 경우 강도가 더 높게 발현되는 것으로 시험결과를 통해 관찰할 수 있음.
- 일반콘크리트 시료가 극한강도에서 두 조각으로 갑자기 파괴되는 것에 반해 WPFRC 시료는 갑자기 파괴되지 않는 것으로 나타났음.(그림 8, 9 참조).
- WPFRC의 거동은 섬유가 포함되어 있기 때문에 연성이 발견되었음.
- 콘크리트 내에 플라스틱 섬유가 포함되어 있어서 상당한 강도 증진이 관찰되었음.
- 모든 종류의 강도 측정 결과 섬유함유량 1%인 경우가 최적의 강도를 발현하는 것으로 관찰되었음.
- 본 실험 조사로부터 폐 PET병 섬유를 혼합하여 만든 콘크리트 합성물이 일부 고형폐기물 문제를 해결하고 환경오염을 예방하는데 도움이 되는 저가의 재료인 것으로 나타났음.