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Feb 19, 2024

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날짜: 2023년 6월 30일 저자: S. Karlsson, M. Kozłowski, L. Grund, SAK Andersson, KCE Haller & K. Persson 출처: Construction and Building Materials, Volume 391, Elsevier DOI:

날짜: 2023년 6월 30일

저자: S. Karlsson, M. Kozłowski, L. Grund, SAK Andersson, KCE Haller 및 K. Persson

원천:건축 및 건축 자재, 391권, Elsevier

DOI:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131748

본 논문에서는 유리 강도의 비파괴 테스트 방법을 설명합니다. 2N, 5N 및 10N의 힘으로 비커스 마이크로압입 유도 균열을 사용하여 어닐링된 플로트 유리의 정사각형 10 x 10 cm2 샘플에 대기측 중앙에 제어된 결함을 가하고 압입되지 않은 기준과 비교했습니다. 비선형 음향파 방법을 사용하여 샘플을 비파괴적으로 테스트하여 결함 값을 얻었습니다. 결함 값의 평균은 로그-로그 관계에서 압입력과 선형적으로 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다. 샘플은 이후 등축 응력 상태를 허용하는 링-온-링 설정에서 테스트되었습니다. 압입으로 인한 균열은 45~110 MPa 범위의 실질적으로 현실적인 강도 값을 제공했습니다. 정규화된 결함 값의 함수로서 고장 스트레스에 대한 개별 샘플 값은 데이터의 약 절반이 95% 신뢰 한계 내에 있는 선형 추세를 보여줍니다. 요약하면, 이 연구는 유리 강도의 비파괴 테스트에 대한 초기 개념 증명을 제공합니다.

규산염 유리의 강도는 인장 하중을 받을 때 매우 높은 응력을 생성하는 균열 끝의 응력 집중에 의해 크게 제한됩니다[1], [2], [3]. 유리제품의 제조, 운송, 취급, 사용 과정에서 표면 균열, 흠집, 결함이 필연적으로 발생한다[4,5]. 이러한 표면 결함이 없으면 유리는 약 10GPa의 고유 강도를 갖게 되며[5],[6] 이는 다른 많은 재료를 훨씬 능가합니다[7]. 그러나 유리는 일반적으로 0.6~0.8 MPa.m½의 낮은 파괴인성(KIc)을 가지며[7], 이는 그림 1에서 예시할 수 있는 몇 배 이상의 크기에 걸쳐 있는 유리의 실제 강도로 이어집니다[8]. 습도와 같은 환경 조건도 유리 표면에 영향을 미쳐 소위 아임계 균열 성장 또는 응력 부식으로 인해 지속적인 하중 하에서 균열이 성장하여 정적 피로를 유발할 수 있습니다(그림 1) [9].

유리 강도의 상당한 변화로 인해 유리 제품[5], 특히 하중 지지 재료로 사용되는 유리의 경우 광범위한 안전 조치를 취해야 합니다[13]. 기존 플로트 유리의 파괴 강도 시험은 일반적으로 30~100MPa 사이의 강도 값을 제공하며[14], 이는 30~400μm 균열(KIc = 0.75MPa.m½)에 해당합니다. EN 16612(2019)에 따르면 단기 하중 어닐링 플로트 유리의 5% 취약 굽힘 강도(소위 특성값 Xc)는 45MPa, 즉 5초 이하이며, 장기간 동안에는 로드 기간에 대해 제안된 다양한 요인에 의해 낮아집니다. 창유리의 단열유리 유닛(IGU)에 사용하기 위해[15], 모서리가 연마된 어닐링된 플로트 유리의 설계 강도(EN 16612)는 돌풍(부하 지속 시간 5초 이하)에 대해 25MPa로 낮아지는 반면, 기존의 경우에는 IGU의 캐비티 압력 변화(부하 지속 시간 8시간)는 이를 14.5MPa로 낮춥니다(절단 가장자리 14.5 × 0.8 = 11.6MPa). 대부분의 경우 이로 인해 유리 강도가 과소평가되어 유리를 불필요하게 두껍게 사용하게 됩니다.

유리의 건축학적, 구조적 사용[16]이 증가하고 있습니다[17]. 선진국에서는 일반적으로 인간이 실내에서 시간의 80~90% 이상을 보내기 때문에 건축용 유리는 건물에 자연광이 들어오도록 하는 데 필수적입니다[18], [19]. 따라서 안전과 환경적 관점에서 유리 강도를 이해하는 것이 매우 중요하며 이는 현재 광범위한 파괴 실험 테스트 없이는 불가능합니다[20]. 반면, 유리의 비파괴 검사(NDT)는 지속 가능한 개발을 향한 자연스러운 경로이며[21], 이는 또한 미래 유리 산업에 상당한 영향을 미칠 가능성이 높습니다. 유리 강도에 대한 NDT의 몇 가지 가능한 응용 분야는 다음과 같습니다.