개념 한 쪽
콘크리트의 강도는 하중의 방향과 시험 방법에 따라 여러 이름으로 나뉜다. 이 개념의 재료는 압축강도, 인장강도, 휨강도, 비틀림강도의 크기 관계와 시험 과정의 계산을 함께 다룬다. 휨강도는 콘크리트가 굽힘에 저항하는 강도로, 재료에서는 압축강도보다 작은 값으로 설명한다.
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출제기준 단원 「콘크리트의 휨강도 시험」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 크리프 현상 구분 | 1 | 일정 하중에서 시간 경과에 따른 변형 증가를 고르기 |
| 강도 크기 비교 | 1 | 콘크리트 강도 중 가장 큰 강도를 가리기 |
| 압축강도 계산 | 1 | 파괴하중과 단면적으로 압축강도를 계산하기 |
콘크리트는 압축에 강하고 인장에 약한 재료라고 한다. 그래서 콘크리트의 강도 중 가장 큰 값은 압축강도에 해당한다. 인장강도, 휨강도, 비틀림강도는 압축강도보다 작은 값을 가진다. 이 관계는 강도 종류를 비교하는 문항의 기본 판단 기준이 된다.
압축강도는 파괴하중을 단면적으로 나누어 계산한다. 단면적이 25cm²인 모르타르 공시체에 가해진 최대 파괴하중이 4500kg이라면, 4500을 25로 나누어 180kg/cm²를 구한다. 계산 문항에서는 파괴하중과 단면적의 단위를 확인하고 나눗셈을 적용한다.
인장강도는 직접 재기 어려워 쪼갬 인장강도 시험으로 간접 측정한다. 지름이 150mm이고 높이가 300mm인 공시체에 최대하중 147.9kN이 작용하면 T=2P/(πdl)에 값을 대입해 약 2.1MPa를 구한다. 같은 취지의 재료에는 0.637P/(DL) 공식을 적용해 162.6kN에서 약 2.3MPa를 구하는 예도 있다. 단위를 kN에서 N으로, mm에서 m로 바꾸는 과정이 계산의 핵심이 된다.
시험 전 공시체 치수와 재하 속도도 정해진 값으로 관리한다. 인장강도 시험에서는 공시체 지름을 0.1mm 정밀도로 두 곳 이상 측정해 평균값을 구한다. 하중 재하 속도는 인장응력도 증가율이 초당 0.06±0.04MPa가 되도록 한다. 압축강도 시험의 표준 공시체 지름은 100mm, 150mm, 200mm이며 125mm는 표준 지름에 해당하지 않는다.
일정 하중이 계속 작용하면 시간이 지나면서 변형이 커지는 현상이 있다. 이 현상을 크리프라고 한다. 포아송비는 세로 변형과 가로 변형의 비율을 나타내는 값이고, 연성과 취성은 파단 전 변형량과 관련된 성질이다. 크리프는 시간 경과에 따른 변형 증가라는 점에서 이들과 구분한다.
콘크리트 강도 문항은 강도 종류의 크기 관계를 뒤집어 출제한다. 휨강도나 인장강도가 압축강도보다 크다고 하면 재료의 설명과 어긋난다. 압축강도 계산에서는 4500kg을 25cm²로 나눈 180kg/cm²를 확인하고, 160kg/cm²나 170kg/cm²처럼 다른 값을 고르지 않는다. 쪼갬 인장강도 계산에서는 2P/(πdl) 또는 0.637P/(DL) 공식과 단위 변환을 함께 적용한다. 크리프 문항은 시간 경과와 변형 증가라는 두 조건을 모두 만족하는지를 본다.
재료에 일정하중이 작용하면 시간의 경과와 함께 변형이 증가하는데 이러한 현상을 무엇이라 하는가?
정답 ② · 문항은 일정한 하중이 작용할 때 시간이 경과함에 따라 변형이 증가하는 현상의 명칭을 묻고 있다. 시간이 지남에 따라 점차 변형이 커지는 현상은 크리프(creep)로 정의되며 장기간 하중이나 고온 조건에서 구조물 성능에 큰 영향을 미친다.
일정 하중 하에서 시간이 지남에 따라 변형이 서서히 증가하는 현상을 크리프(creep)라고 한다.
콘크리트의 강도 중에서 가장 큰 값을 갖는 것은?
정답 ② · 문항은 콘크리트의 여러 강도 중에서 가장 큰 값을 가지는 것을 묻고 있다. 콘크리트는 압축에 강하고 인장에 약한 재료 특성을 가지므로 압축강도가 모든 다른 강도보다 크게 나타난다.
콘크리트는 압축에 강하고 인장에 약한 재료이므로, 압축강도가 인장강도, 휨강도, 비틀림강도보다 가장 큰 값을 갖는다.
단면적이 25cm²인 모르타르 시험체의 최대 파괴하중이 4500kg일 때 압축강도는?
정답 ③ · 압축강도는 파괴하중을 단면적으로 나누어 계산합니다. 주어진 파괴하중 4500kg을 단면적 25cm2로 나누면, 4500 ÷ 25 = 180이 됩니다.
압축강도는 '파괴하중을 단면적으로 나눈 값'으로 계산하며, 4500kg을 25cm²로 나누면 180kg/cm²가 됩니다.
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