개념 한 쪽
콘크리트에 힘을 보태는 보강재료에는 철근과 PC강선, 그리고 강섬유가 있다. 강섬유는 규격이 정한 인장강도 기준을 넘어야 하고, 강봉은 탄성계수와 늘어난 길이로 가해진 힘을 구한다. 열처리 방법과 혼화재료의 품질 기준도 함께 구분한다.
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출제기준 단원 「철근 및 PC강선」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 강섬유 인장강도 기준값 가리기 | 1 | 규격이 정한 강섬유 평균 인장강도 최소값을 고르기 |
| 강봉 인장력 계산 | 1 | 늘어난 길이와 탄성계수로 가해진 힘을 환산하기 |
| 강섬유 역할 구분 | 1 | 강섬유가 높이는 강도와 압축강도 영향을 가려내기 |
강섬유는 콘크리트에 섞어 균열이 생겼을 때 균열이 퍼지는 것을 막는 보강재다. 강섬유의 품질은 KS F 2564 규격으로 관리한다. 규격은 강섬유의 인장강도 기준값을 정해 두고, 이 값을 넘어야 성능 요구사항을 충족한다고 본다.
강섬유의 주된 역할은 인장강도와 휨강도, 인성을 높이는 것이다. 강섬유를 넣으면 균열 후의 거동이 개선되어 충격을 견디는 능력이 커진다. 반면 압축강도는 시멘트 페이스트의 강도나 골재의 품질에 더 크게 영향을 받으므로, 강섬유 혼입률이 압축강도를 크게 좌우한다고 보기는 어렵다.
강섬유의 혼입률은 콘크리트 용적에 대한 백분율로 표시하고, 섬유의 길이는 굵은 골재의 최대 치수보다 충분히 길게 잡는다. 품질 검사에서는 일정량마다 시료를 추출해 인장강도를 시험하고, 표면에 유해한 녹이 있는 섬유는 사용하지 않는다.
강봉에 인장력을 가하면 늘어난다. 늘어난 길이는 원래 길이와 변형률의 곱으로 구하고, 변형률에 탄성계수를 곱하면 응력이 된다. 응력에 단면적을 곱하면 가해진 인장력이 나온다. 길이 300mm, 직경 20mm, 탄성계수 2.0×10⁵N/mm²인 강봉이 2.34×10⁻¹mm 늘어난 경우를 이 순서로 계산한다.
강의 열처리 방법도 구분해야 한다. 뜨임은 담금질로 딱딱해진 강에 인성을 주는 처리이고, 담금질은 오스테나이트 영역까지 가열한 뒤 급랭해 경도를 높이는 처리다. 불림은 가열 후 공기 중에서 냉각해 조직을 균일하게 만드는 처리다. 블루잉은 표면에 산화 피막을 형성해 부식을 막고 외관을 아름답게 하는 표면 처리 공정이므로, 고온 가열 후 서냉하는 열처리와는 다르다.
혼화재료의 품질 규정도 수치로 갈린다. 플라이애시는 강열감량 기준을 두어 미연소 탄소 등을 제한하고, 고로슬래그 미분말은 염기도와 MgO 기준을 함께 본다. 방청제는 철근 부식을 막기 위한 혼화제로, 균열 자체를 메우는 재료가 아니다.
강섬유 문제는 인장강도 기준값을 바꾸거나, 강섬유의 역할을 압축강도 향상으로 뒤집어 함정을 만든다. 강섬유가 압축강도를 크게 좌우한다는 설명은 틀린 것으로 가려야 한다. 강봉 인장력 문제는 늘어난 길이와 탄성계수, 단면적을 순서대로 곱하는 계산으로 푼다. 열처리 문제는 블루잉을 고온 가열 후 서냉으로 설명하는 선지를 오답으로 잡는다.
콘크리트용 강섬유의 평균인장강도는 얼마 이상의 값을 가져야 하는가? (단, KS F 2564에 규정된 값)
정답 ② · KS F 2564에서 규정하는 콘크리트용 강섬유의 평균인장강도 기준값을 묻는 문제이다. KS F 2564 콘크리트용 강섬유 규격에 따르면 강섬유의 평균인장강도는 500 MPa 이상이어야 한다.
KS F 2564에 따르면 콘크리트용 강섬유의 평균 인장강도는 500 MPa 이상이어야 한다.
철근콘크리트에 이용되는 길이가 300mm이고 직경이 20mm인 강봉에 인장력을 가한 결과 2.34×10⁻¹mm가 신장되었다면 이 때 강봉에 가해진 인장력은 얼마인가? (단, 강봉의 탄성계수 = 2.0×10⁵N/mm²)
정답 ④ · 재료역학에서 훅의 법칙을 적용하여 인장력을 구할 수 있습니다. 변형률(ε)은 신장량(δ)을 원래 길이(L)로 나눈 값이므로 ε = 2.34×10^-1mm / 300mm = 0.00078 입니다.
표준편차 보정계수는 시험 횟수가 적을수록 크게 적용되며, 22회일 경우 1.06을 적용합니다.
강섬유보강콘크리트에 사용되는 강섬유에 관한 사항으로 올바르지 않은 것은?
정답 ③ · 강섬유보강콘크리트에 사용되는 강섬유에 관한 올바르지 않은 사항을 찾는 문제이다. 강섬유의 주된 역할은 인장강도와 휨강도 향상 및 균열 후 인성 개선이며, 압축강도에는 큰 영향을 미치지 않는다.
강섬유는 압축강도보다 인장강도·휨강도 향상에 주로 기여하므로 압축강도 좌우된다는 설명은 부적절하다.
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