폴리프로필렌 섬유와 지오그리드 보강재를 이용한 확장형 노반의 강도 향상에 관한 실험적 연구

Jul 10, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 6685(2022) 이 기사 인용

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인프라의 급속한 발전으로 인해 종종 느슨한 노반이 발생하고 건설 활동을 수행하기가 어려워지고 있습니다. 팽창성 노반의 팽창-수축 거동을 제어하기 위해 다양한 대응 방법이 개발되었습니다. 폴리프로필렌 섬유와 지오그리드로 보강하여 확장된 노반을 기계적 안정화하는 것이 지속 가능합니다. 지오그리드와 폴리프로필렌 섬유는 광대한 지반과 기초를 개별적으로 강화하기 위해 광범위하게 사용되었습니다. 폴리프로필렌 섬유 보강재는 보강된 확장형 노반의 인장 강도 용량을 향상시켰으며, 여기서 지오그리드 보강재는 포장 파손을 줄이는 신속한 기계적 안정화 기술입니다. 본 연구에서는 폴리프로필렌 섬유와 지오그리드 보강재의 결합 효과를 평가하여 포장 노반을 안정화시켰습니다. 확장형 노반, 폴리프로필렌 섬유, 3축 지오그리드, 2축 지오그리드의 경계면에서의 기계적 상호작용을 평가하기 위해 UCS(Unconfined Compressive Strength) 및 대형 직접 전단 상자 시험과 같은 다양한 기계적 강도 시험을 수행했습니다. 길이 12mm의 폴리프로필렌 섬유를 0.25%, 0.5%, 1.0% 비율로 사용하였으며, 중간깊이에는 단일 지오그리드층을 사용하였다. 결과는 이축/삼축 지오그리드 및 폴리프로필렌 섬유 층으로 강화된 노반의 전단 강도가 177% 증가함을 보여줍니다. 또한 다양한 조합으로 지오그리드와 폴리프로필렌 섬유를 포함시키면 확장 노반의 무제한 압축 강도가 3.8~139.6% 범위로 증가한 것으로 관찰되었습니다. 복합보강공법은 확장형 노반의 특성을 개선하기 위한 효과적인 처리방법을 보여준다.

확장형 노반은 수분 함량의 변화에 ​​따라 부피가 변하는 특성을 가지고 있습니다. 이러한 부피 변화는 확장형 하위 등급의 팽창-수축 거동으로 알려져 있으며, 따라서 확장형 하위 등급은 팽창-수축 하위 등급으로도 알려져 있습니다1,2,3,4. 도로의 포장 손상은 노상층5,6,7의 광대한 토양이 미치는 영향 중 하나입니다. 건조한 상태에서 확장된 노반은 수축 균열을 일으키며, 이는 포장 시스템을 통해 전파되어 포장 표면의 경우 종방향, 횡방향 및 피로 균열과 바퀴 자국을 발생시킵니다8. 또한 구조물은 소성이 높은 점토 하위 등급에 건설될 때 하위 등급이 습윤 및 건조 주기를 겪기 때문에 비교적 광범위한 손상을 입습니다. 따라서, 이러한 팽창성 세립 노반의 특성은 균열, 조난 및 대부분의 손상을 초래하는 가장 중요한 원인 중 하나입니다9.

광대한 노반은 대부분 중부와 서부에 위치하며 인도 지리적 영역의 15~20% 이상을 차지합니다10,11. 팽창성 노반은 약한 노상으로도 알려져 있는데, 그 이유는 상향 팽창 압력이 팽창성 노반의 수분 함량을 증가시켜 고장을 일으키기 때문입니다. 광범위한 하위 등급 엔지니어링 특성은 여러 강화 방법을 사용하여 개선됩니다. 확장형 노반의 팽윤-수축 거동을 제어하기 위한 다양한 대응 방법이 개발되었습니다12,13,14,15,16,17,18,19. 지오그리드 강화는 약한 노반의 엔지니어링 특성을 개선하기 위해 널리 사용되는 또 다른 방법입니다. 지오그리드는 기계적 안정화24,25,26,27를 통해 기초의 엔지니어링 특성을 향상시킵니다. 토목합성 강화된 확장 노반 거동을 이해하기 위해 여러 연구가 수행되었습니다. 지오그리드를 사용하면 반사 균열을 줄이고 노반 재료를 강화하여 포장 구조의 수명이 향상됩니다33,34,35,36,37,38. Jahandari et al.39에 의해 수행된 연구는 지오그리드 강화 확장형 노반의 장기 성능을 제시하고 석회 처리된 확장형 노반을 강화하기 위한 지오그리드의 지속 가능한 사용을 보여주었습니다. 마찬가지로, Chenari 등40은 강화된 확장형 노반의 순환 인터페이스 거동을 개선하기 위해 지오그리드와 EPS(expanded polystyrene)의 결합 효과를 연구했습니다. 토목섬유 강화 확장형 노반의 장기 성능 분석은 Roodi와 Zornberg24에 의해 연구되었으며 이 방법이 비용 효율적이고 지속 가능하다는 것을 보여줍니다.