갑각류 껍질 같은 층 구조는 시멘트가 휘어질 때 에너지를 더 흡수할까요?

상세 설명

이 실험실 연구는 섬유보강 시멘트 복합체의 에너지 흡수능력을 높이기 위해 갑각류 껍질 형상을 본뜬 생체모방 구조를 적용했다. 연구진은 표면 형상이 다른 3종류의 프리캐스트 패널과 시멘트 복합체로 적층형 휨실험체를 제작하고, 휨실험으로 휨거동과 에너지 흡수능력을 평가했다.

휨실험에 앞서 1축 인장 실험으로 적용 배합의 인장 거동을 평가했다. 평균 인장강도는 5.31 MPa, 평균 인장변형률은 3.89%였다.

휨실험에서 초기균열 휨강도는 Plain 실험체가 3.9 MPa, 적층형 실험체가 3.6~4.1 MPa로 유사했다. 모든 실험체의 최대 휨강도도 8.5~9.2 MPa 수준으로 비슷했으며, 최대 차이는 8%로 미미한 것으로 나타났다.

적층방식은 휨실험체의 변형능력을 높였으며, 에너지 흡수능력은 Plain 실험체의 최대 1.78배로 향상됐다. 특히 계면이 요철형인 Type-R 실험체와 계면이 물결형인 Type-W 실험체에서 에너지 흡수능력이 더욱 증가했다.

연구진은 패널의 굴곡진 계면이 접합면의 부착을 증진하면서 적절한 층간박리(delamination), 슬라이딩, 맞물림을 일으켰기 때문으로 판단했다. 이러한 과정이 반사균열의 발생은 억제하면서 많은 미세균열의 발생은 허용한 것으로 해석했다.