이 프로젝트의 목적은 교통 구조물에서 부착 앵커 시스템의 사용에 있어서 표준 시험 방법과 시방서, 설계 지침서와 시방서, 그리고 품질 보증 지침서와 공사 시방서를 개발하여 제안하는 것임. 이러한 시험, 시방서 및 지침서의 개발은 여러 다른 적용처 및 환경에서 지속 하중 하에서 이러한 시스템의 지속 하중 성능을 결정하고 예측하며 검증하기 위한 일련의 실험의 결과에서 얻어질 수 있음.

이 프로젝트는 여러 단계로 나누어짐: 문헌 검토, 실험 프로그램, 그리고 AASHTO 표준과 시방서의 개발. 다음에서는 이 보고서에 대한 요약을 제공함.

문헌 검토는 부착 앵커에 대한 현재 최신 기술을 연구하였음. 콘크리트에서 부착 앵커의 거동과 단기 및 지속 하중의 강도에 영향을 미칠 수 있는 많은 인자들에 대해 광범위한 논의가 이루어졌음. 부착 앵커의 시험, 설계, 시공 및 검사에 대한 기존의 표준과 시방서도 포함되었음.

부착 앵커의 장기 하중 성능에 영향을 미칠 수 있는 것으로 파악된 여러 인자들에 대한 우선순위가 매겨졌고, 최우선 순위의 인자들이 이 프로젝트에서 연구되었음. International Code Council Evaluation Service(ICC-ES)의 AC 308의 수용 기준에 맞는 3가지의 부착 앵커 시스템에 대한 민감도를 평가하기 위해 화씨 110도(섭씨 43도)에서 수행된 테스트와 함께 응력 대비 파괴까지의 시간(stress versus time-to-failure, SvTTF) 접근방법이 사용되었음. 실험에서의 응력 대비 파괴까지의 시간에 대한 상관관계는 단기 시험에서 나온 강도의 감소분에서 파생된 예측 상관관계와 비교되었음. 

연구된 다양한 인자들 가운데, 서비스 온도의 상승(화씨 120도(섭씨 49도) 이상)과 제조업체의 최소 양생 시간만이, 완전히 양생된 부착제의 단기 테스트에 의해 예측된 것보다 지속 하중 성능에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났음. 서비스 수명기간 중 상당 부분 동안 화씨 120도 이상의 온도에 노출된 지속 하중 하에서 앵커가 미국 콘크리트 연구소(American Concrete Institute, ACI) 355.4조 8.5항에 있는 온도 분류 B에 따라 시험하고 평가하는 것이 제안됨. 추가로, 지속 하중 하에서 부착 앵커는 하중 재하 이전에 제조업체의 최소 제안 양생 시간을 넘어서서 추가적인 24시간을 양생하도록 하는 것이 제안됨.

콘크리트에서 장기 앵커 인발시험과의 상관관계의 존재를 연구하기 위해 부착제만을 대상으로 다양한 시험 - 시간-온도 중첩, 시간-응렵 중첩, 그리고 도그본(dogbone) 인장 시험 - 이 수행되었음. 이 연구에서 부착제에 대해 어떠한 일관적인 상관관계도 발견되지 않았음.

초기의 콘크리트 강도가 부착 앵커의 부착강도에 미치는 영향에 대해서도 시험이 수행되었음. 연구된 3가지의 부착제에 있어서, 한 제품(비닐 에스터)은 14일차 보다 오래된 콘크리트에서 어떤 유의한 부착강도의 증가를 보이지 않았고, 나머지 두 제품(에폭시)은 7일차 보다 오래된 콘크리트에서 어떤 유의한 부착강도의 증가를 보이지 않았음.

이 프로젝트는 또한 콘크리트에서 부착 앵커와 관련하여 AASHTO를 위하여 표준과 시방서를 개발하여 제안하였음. 다음의 표준과 시방서가 개발되었음:

- AASHTO의 교통 재료 및 표본추출과 시험방법에 대한 표준 시방서(Standard Specifications for Transportation Materials and Methods of Sampling and Testing)에 포함될 시험 방법과 시방서, 재료 시방서와 의견

- 설계 지침서

- AASHTO의 LRFD 교량 설계 시방서(LRFD Bridge Design Specifications)에 포함될 설계 시방서와 의견

- 품질 보증 지침서

- AASHTO의 LRFD 교량 건설 시방서(LRFD Bridge Construction Specifications)에 포함될 공사 시방서와 의견

시험 및 재료 시방서는 ACI 355.5에서 발견된 광범위한 시험 프로그램을 참고하였음. 인장 하중에서 부착 앵커에 대한 설계 규정은 주어지 제한사항 하에서 AASHTO를 위해 개발되었음. 이러한 제한사항을 벗어나는 경우에 대해서, 설계자는 ACI 318-11을 참고하면 됨. 공사 시방서는 기존의 AASHTO LRFD 교량 건설 시방서의 29절 "내재된 앵커(Embedment Anchors)"에 포함되도록 작성되었음. 품질 보증 지침서는 부착 앵커의 설치에 대한 시공 및 검사 인원을 대상으로 작성되었음.

이 연구 프로젝트의 목적은 다음과 같음:

- 다양한 인자들(예를 들어, 부착제의 타입, 설치 상태 및 서비스 상태)이 부착 앵커(adhesive anchor)의 지속 하중 성능에 미치는 영향을 연구함.

- 교통 구조물에서 부착 앵커의 사용에 있어 AASHTO에 시험 방법, 재료 시방서, 설계 지침서, 설계 시방서, 품질 관리 지침서 및 공사 시방서를 제안함.

이 장은 콘크리트에서 부착 앵커의 거동과 설계에 대한 배경을 간략히 개관함으로써 시작함. 이 장은 부착 앵커에 대한 문헌 검토로 결론짓는데, 다음과 같이 구성됨:

- 부착 강도에 영향을 미치는 인자

- 부착 앵커 시스템과 관련된 시험 방법과 재료 시방서

- 부착 앵커 시스템과 관련된 설계 지침서와 설계 시방서

- 부착 앵커 시스템과 관련된 품질 보증 지침서와 공사 시방서

대부분의 기준에 포함된 부착 앵커에 대한 거동 모델과 설계 절차는 지난 20년간 개발되어 온 것임. 단일 부착 앵커의 거동에 대한 상세한 정보는 Cook et al. (1998)에서 제시됨. 군집 및 주변 효과(group and edge effects)는 Eligehausen et al. (2006)에서 제공됨. 

Cook et al. (1994), Cook et al. (1996), 그리고 Cook and Konz (2001)에서 언급된 것처럼, 부착 앵커의 성능에는 많은 인자들이 영향을 미침. 아래에서는 이러한 인자들에 대한 목록이 제시되는데, 이러한 인자의 대부분은 ICC-ES AC 308 (2008), ACI 355.4 (2011), 그리고 EOTA ETAG 001 Part 5 (2002)에 포함되어 있음.

서비스 중의 인자들:

- 온도 상승: 구조물의 생애 동안의 온도의 변동과 온도 상승의 지속이 미치는 영향

- 온도 하강: 온도 하강과 관련된 취성(brittleness)

- 서비스 중의 습도: 앵커의 생애 동안 부착 앵커는 건조, 습윤 및 잠김 상태에 영향을 받음.

- 동결-해빙: 동결-해빙 주기의 크기와 빈도

부착제 관련 인자들:

- 부착제의 타입: 에폭시-메르캅탄(epoxy-mercaptan), 에폭시-아민(epoxy-amine), 비닐에스터(vinylester), 폴리에스터(polyester) 또는 하이브리드

- 배합 노력: 설치 전에 얼마나 잘 구성물질이 배합되는가

- 처음 하중이 적재될 때의 부착제 양생 시간: 24시간, 7일, 28일, 또는 더 긴 시간

- 부착 선의 두께: 앵커와 천공 면 사이에 얼마만큼의 공간이 있는가

- 접착제의 섬유 함량: 부착제에서 채움재의 타입과 비율

- 화학적 저항성: 알칼리도, 이산화황, 그리고 다른 물질

설치 인자들:

- 천공의 방향: 아래쪽, 수평, 윗쪽

- 천공: 로타리 해머(rotary hammer), 코아 드릴(core drill) 등

- 천공 청소: 청소, 부분적 청소, 제조업체의 지시에 따른 청소

- 설치 시의 습도: 건조, 습윤, 잠김 등

- 설치 온도: 콘크리트 동결 온도 이하, 접착제 동결 온도 이하, 또는 사전 가열

- 천공의 깊이: 앵커의 깊이는 부착강도뿐만 아니라 파괴의 타입에도 영향을 미칠 수 있음.

- 앵커의 직경: 앵커의 직경은 부착강도에 영향을 미칠 수 있음.

- 콘크리트의 타입: 포틀랜드 시멘트만, 포틀랜드 시멘트에 고로 슬래그, 플라이 애쉬 및 다른 첨가제를 첨가

- 콘크리트 강도: 낮은 압축강도, 높은 압축강도

- 조골재의 타입: 광물, 흡착 및 경화

- 콘크리트의 균열: 균열의 존재는 부착강도를 상당히 감소시킬 수 있음.

- 콘크리트 연령: 초기에 설치 및 하중 재하

- 앵커 시험: 비구속 단기 테스트의 결과에 의하면, 일련의 구속 시험에서 비구속 부착강도를 얻기 위한 ACI 355.4-11에서 비구속 부착강도의 구속 부착강도의 비율 0.75는 비구속 부착강도에 있어 상당한 과다 추정일 수 있음. 이 연구 프로젝트에서 3가지의 높은 부착강도 접착제에 대한 테스트에서는 0.37 - 0.53의 비율을 보였음.

- 지속 하중 민감도: 콘크리트에서 3가지의 부착 앵커 시스템의 지속 하중 성능을 평가하기 위해서 응력 대비 파괴까지의 시간(SvTTF) 접근방법이 사용되었음. 통제군(기본 인자)과 다양한 인자들에 대해 SvTTF 상관관계가 개발되었음. 각 인자에 대한 기본 상관관계가 개발되었는데, 이는 각 시간의 지점에서 강도의 감소가 단기 시험에서 얻어진 강도의 감소와 같다고 가정하였음. 이 프로젝트에서 테스트된 인자들에 있어서, 서비스 온도의 상승과 제조업체의 양생 시간만이 지속 하중 성능에 영향을 미치는 것으로 나타났음.

- 지속 하중 시험: 단기 시험은 지속 하중 시험에서만 얻어진 SvTTF 상관관계를 훨씬 상회하여 그래프로 나타났음. 단기 하중에 대한 예측된 파괴 응력 수준의 감소는 폴리머에 부과된 이중 요구사항에서 발생한 것처럼 보임. 하중의 크기는 폴리머로 하여금 하중을 앵커로 재분산하면서 플라스틱의 변형을 경험하게 하고, 하중의 지속성은 폴리머로 하여금 부착제 내부로 이동하게 함. 이러한 두 가지 작용이 동시에 일어나 지지력을 감소시킴.

지속 하중 시험으로부터 파괴에서의 변위는 단기 시험으로부터의 최대 파괴 변위보다 1.3 - 2.2배 컸음. 지속 하중 변위에 대한 현재의 ACI 355.4 추정방법은 단기 시험으로부터 파괴의 변위를 제한하는 쪽으로 추정함. 만약 SvTTF 접근방법이 채택된다면, 주어진 응력 수준에 대한 파괴까지의 시간에 대한 시험 분산(test scatter)의 영향을 최소화하기 위해 충분한 테스트가 요구되어야 함.

- 초기 평가: 초기(early-age) 콘크리트가 3가지의 접착제에 대한 단기 부착강도에 미치는 영향이 연구되었음. ACI 355.4는 부착 앵커 설치에 대해 콘크리트에 대해 최소 21일의 양생시간을 명시함. 3가지 접착제에 있어서 부착강도는 14일(접착제 A)과 7일(접착제 B와 C) 후에도 상당히 증가하지 않았음. 초기의 콘크리트에 존재하는 높은 수준의 내부 수분이 낮은 부착강도로 이어지는 것처럼 보임.