목 차1. 콘크리트 균열조사1.1 균열조사의 목적1.2 균열조사 종류1.3 균열발생 원인의 조사 및 시험1.4 보수?보강 여부 결정2. 콘크리트 균열의 발생원인 및 유형2.1 콘크리트균열의 발생원인2.2 경화전 콘크리트의 균열2.3 경화중인 콘크리트의 균열2.4 경화후 콘크리트의 균열2.5 시공조건에 의한 균열2.6 설계조건에 의한 균열3. 구조물 보수?보강공법 현황 및 문제점 분석3.1 보수?보강재료3.2 보수공법3.3 보강공법4.국?내외 현장사례조사5. 결과보고6. 참고문헌Ⅰ. 콘크리트 균열조사1.1 균열조사의 목적구조물의 안전성과 사용성 그리고 유지성을 확보하기 위한 선행조사로서 자료, 시공, 환경 및 구소성능 미흡으로 인한 원인을 밝혀내어 유지관리 대책 및 보수?보강을 위한 기초자료 제공에 있다.1.2 균열조사 종류1.2.1 표준균열조사일반균열 조사는 콘크리트 구조물의 외관 검사에 있어서 복잡한 시험이나 장기간의 검토를 필요로 하지 않는 빠질 수 없는 기초조사이고 구조물의 하자나 거동을 감지하기 위한 1차적 조사행위를 말한다.1) 균열현상의 조사 : 패턴, 폭, 길이, 관통의 유무, 이물질 층진의 유무2) 균열주변의 조사 : 표면건조상태, 오염상태, 박리, 박락 등3) 균열경과의 조사 : 발생 또는 발전시기, 성장과정 등4) 균열정도의 조사 : 누수, 백화, 철근의 녹발생, 부재의 처짐 및 미관의 손상정도5) 균열정도의 경화시간 : 균열의 발생 또는 진행여부조사6) 설계도서류의 조사 : 설계도, 구조계산서 등7) 시공기록 조사 : 사용재료, 배합, 타설, 양생방법, 공정, 관리시설, DATA, 지반의 상황, 사용거푸집의 종류 환경조건 등8) 구조물의 사용환경상태 조사 : 사용할때의 하중조건, 건습조건의 변화, 입지조건 등과 그들의 경과시간1.2.2 정밀 균열조사정밀 균열조사는 표준조사의 범위에서는 원인추정, 보수?보강의 여부 및 보수?보강 방법이 결정되지 않는 경우에 실시한다. 정밀조사는 일반적인 조사 및 기술자의 판단을 위한 조사로 나눌 수 있다.(1rength)만에 관심을 갖고 있었으며, 사용성(serviceability), 내구성(durability) 등에는 전혀 관심을 갖지 않았다는 것이다. 즉 시공시에만 문제가 일어나지 않으면 족하였고, 내구연한에는 관심이 없어 재료개발 등에는 관심이 없었다. 또 사용재료가 저강도 (콘크리트와 철근)일 때는 강도만 만족하면 대부분 사용성(처짐이나 균열)에는 전혀 문제가 없었으나 최근에 상대적으로 고강도 재료를 사용함으로써 이러한 사용성의 문제가 대두되었다. 또한 저강도의 콘크리트 사용으로 인한 구조물의 내구성에 많은 문제를 나타내고 있다.둘째, 콘크리트 재ㅛ성질에 대한 무지이다. 콘크리트의 재료적 특성에 대한 이해는 없이 시방서에 따라 설계하고 시공함으로서 나타났다. 시방서나 규준은 최소한의 규정이며, 모든 상세한 내용은 포함할 수 없으므로 각 경우에 따라 해당 담당 기술자가 판단하여 처리할 사항이 많은데 그 판단력은 콘크리트에 대한 지식을 필요로 한다.셋째, 시공의 저급함이다. 우리나라의 시공정도는 시공자 자체만의 문제뿐만 아니라 감리 감독 체제도 문제가 크다고 볼 수 있다. 구조적 결함을 갖는 균열의 대부분은 철근 위치의 부정확성, 철근 이음 위치 및 이음 길이의 미확보, 타설시 가수에 의한 콘크리트의 강도의 저하 등이다. 이러한 문제는 물론 시공하는 전문지식의 한계 등을 고려할 때 기술감독자가 철저히 도면을 이해하고 감독하는 것이 최선의 길이라고 본다.대 분 류중 분 류소 분 류원 인구조외력하 중영구하중장기하중단기하중동적하중? 설계하중 이내의 영구하중·장기하중? 설계하중을 초과한 영구하중·장기하중? 설계하중 이내의 동적하중·단기하중? 설계하중을 초과한 동적하중·단기하중구조설계? 콘크리트 단면·철근량 부족지진조건? 구조물의 부동침하, 동상재 료사용재료시 멘 트? 시멘트의 이상응결, 시멘트의 수화열, 시멘트의 이상팽창콘크리트골 재? 골재에 섞여 있는 흙, 저 품질의 골재, 반응성 골재시 공콘크리트비 비 기운 반다 지 기다 짐양 생이어치기? 혼화재료의 불균일한 분산는 한, 이미 발생한 균열은 완전히 복구될 수 없으나 사용하는데 지장이 없도록 보수 및 보강을 하여야 한다. 이때 균열을 발생시키는 원인을 조사하여 적합한 보수 및 보강을 하여야 하고, 이후 재발하지 않도록 하여야 한다.(1) 탄성화에 의한 균열(Carbonation Shrinkage Crack)콘트리트 내부의 공극은 Ca(OH)2로 보화되어 있어 콘크리트를 강알칼리성(PH≥12.6)으로 유리시킨다. 그러나 대기중의 CO2가 공극을 통하여 콘크리트 속으로 침투하면 공극내의 Ca(OH)2와 결합하여 다음과 같은 화학반응을 한다.Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 +2H2O화학반응후 생성되는 H2O가 콘크리트 표면에서 증발하면 콘크리트의 수축현상으로 인장응력이 발생되며 이것이 인장강도를 초과하면 표면균열이 생긴다.이런 Carbonation Shrinkage Crack에 대한 대책으로는 콘크리트속의 공극량을 줄이면 되는데 이를 위해서는 W/C비를 낮추어야 한다.(2) 건조수축 균열건조수축이란 굳지않은 콘크리트의 소성수축에서 콘크리트 내부의 수분이 모세관 작용으로 표면으로 상승하여 증발하는 것과는 달리 경화된 콘크리트 또는 시공중인 콘크리트 구조물에서 내부 수분이 공극을 통하여 표면으로 이동하여 대기중으로 증발하면서 나타나는 체적 감소현상을 말한다. 이런 과정을 `Diffusion'이라고 하고 이때 수분은 증기상태로 이동된다.이런 건조수축의 증기 Diffusion 계수는 아주 작으므로(∼10-10m2/s) 인장응력의 크기는 Creep에 의해서 감소된다.건조수축에 의한 콘크리트에서 발생되는 응력은 구속조건에 따라 구속된 인장응력이 발생되고 이 값이 인장강도를 넘어설 때 균열이 발생된다. 건조수축 균열을 억제하기 위해서는 배합시에 굵은 골재량을 증가시키고 단위수량을 감소시키거나, 대기가 건조한 경우에는 콘크리트 표면에 Sprinkler를 살수하는 방법을 취하기도 한다. 또한 수축조인트나 배력철근을 적절히 배치하여 제어할 수도 있고 건조수축 보상시멘트를 사용하여 제어할때문에 표면층의 콘크리트가 파열한다.이런 손상의 양상은 w/c 비가 높은 콘크리트의 동해와 비슷하다. 융빙ㆍ제설제는 콘크리트 공극수의 증기압을 감소시키므로 낮은 습도에서 콘크리트 공극은 수분으로 포화된다. 반대로 건조시에는 콘크리트로부터 수분증발량이 적어서 빙결할 수량이 많게 되며 동해를 입을 가능성이 커진다.(6) 철근부식에 의한 균열철근의 부식은 중성화된 콘크리트에서 나타나는 부식과 염화물 침투에 의해서 나타나는 부식의 두 종류가 있다. 철근이 부식하면 체적이 팽창되어 피복층 콘크리트에 압축력을 가해 콘크리트에 인장응력을 발생시키며 인장강도 이상이 되면 철근방향으로 균열이 발생하고 피복층 콘크리트가 깔때기 모양으로 파열한다. 억제 방법으로는 부식조건을 예방하거나, 즉 CO2 침투방지, 염화물에 보호하거나 부식 필수조건인 대기중의 산소가 침투하지 못하게 하고 전해질 역할을 하는 수분이 없도록 즉, 콘크리트를 건조상태로 유지시킨다.일반적인 콘크리트의 시공에 있어서 부식에 의한 균열 등을 막을 수 있는 방법은 흡수성이 낮은 콘크리트를 사용할 것과 콘크리트의 덮개를 늘리는 방법 등이 있다. 특히 열악한 환경에 노출되는 경우에는 추가적인 보호장치가 필요하게 된다. 예를 들면, 철근을 코팅하여 사용하든가 콘크리트의 표면을 추가로 덧씌우는 방법, 부식을 막는 혼화제를 사용하는 방법 등이 있다.2.5 시공조건에 의한 균열시공에 기인되는 균열은 철근?거푸집?양생?타설 불량 등의 시공불량에 의한 균열 및 시공하중에 의한 균열, 설비에 관계되는 균열로 대별할 수 있다. 모든 균열의 가장 큰 원인으로 작용하는 이러한 시공결함에 의한 균열을 제어하기 위하여 각 항별로 국외의 시방서에서는 세부적으로 규정하고 있으나, 국내에서의 규정은 아직 미흡한 실정이다.2.5.1 시공불량으로 인한 균열경화된 콘크리트의 품질을 좌우하는 여러 가지의 요소중 가장 큰 요소는 시공상태에 있는 굳지 않은 콘크리트의 성질이라 할 것이다 .콘크리트의 운반, 비빔, 펌프에 의한 압송, 타설, 양생의 전 공정에리폴리머, 폴리머 등을 도포해서 침투시킨 후, 중합 등의 조작에 의해 콘크리트와 폴리머를 일체화함으로써 콘크리트 표층부에 강도, 수밀성,시장능력, 내구성 등이 높은 보호층을 형성, 보수, 강화하는 공법으로 콘크리트 제품의 제조에 이용되는 경우에는 폴리머함침콘크리트라고 부르고 있다. 함침재는 콘크리트에 대한 침투성이 매우 좋아야 하므로 콘크리트의 제품에는 저점도의 메틸메탈아크릴게이트 스틸렌 등을 이용해서 방사선중합법과 촉매를 가한 가열중합법을 취하고 있으나, 기존 구조물에는 이와같은 방법은 곤란하므,반응경화형의 에폭시수지, 폴리우레탄수지, 폴리에스텔수지등 저점도의 것이 이용된다. 또한 단수히 표면도포제로서 이용하는 경우에는 처지는 것을 막기 위해서 총전재를 적량첨가한 것이 이용된다.특징 분류종 류결 합 재혼화재료특 성용 도시 멘 트모 르 터방수 모르터세멘트+물시멘트 방수제방 수 성방 수 용수지첨가모 르 터세멘트+물시멘트용수지5%이상모 르 터단점개선방수용,바닥재용, 접착용, 보수용레진수지모 르 터에폭시모르터폴리에스텔모르터폴리우레탄모르터수 지(시멘트,물은사용하지않음)조기강도접착력우수,내약품성우수바닥재용보수용보강용3.2.2 에폭시수지모르터르 도포공법에폭시 수지모르터르 도포공법은 마감모르터르면에서의 균열 및 결합위 보수에 적용되며, 철근이 노출된 결합부위에도 적용된다. 한 번에 두껍게 바를수 있다. 시공순서는 그림과 같다.(1) 에폭시수지 시일공법이 방법은 모르터를 표면의 균열폭이 0.2mm 정도 미만의 균열부위의 표면을 시일하는 경우에 적용한다. 정지성 균열인 경우에는 퍼티상의 엑폭시수지를 활동성 균열에는 유연성 에폭시수지를 사용한다.3.2.3 주입공법주입공법은 균열에 수지계 또는 시멘트게의 재료를 주입하여 방수성, 내구성을 향상시키는 공법으로, 마감재가 콘크리트 구체로부터 들떠 있는 경우에도 적용할 수 있다. 이 공법을 적용함에 있어서는, 시공시기에 맞는 가사시간 및 균열폭에 대응한 점도의 재료를 선정하는 것이 중요하다. 에폭시수지를 진행성 균열의 보수에 사용하는 요하다.
1. 서론인장시험은 재료강도에 관한 기초적인 자료를 얻을 목적으로 수행되는 공업시험 중에서 가장 기본적인 시험으로, 보통 환봉이나 판 등의 평행부를 갖는 시험편을 축방향으로 인장하중을 가해 하중과 변형을 측정한다. 보통 이로부터 측정할 수 있는 값은 연성재료와 취성재료가 다르며, 연성재료에서는 주로 인장강도, 항복점, 연신율 및 단면수축률이고 취성재료에서는 인장강도와 연신율이다.연성재료, 특히 강에서는 항복점이 인장강도 보다도 오히려 중요한 경우가 있다. 어떠한 재료이든지 연신율은 큰 것이 바람직하나, 취성재료에서는 그 갑이 매우 작고 실용상 그다지 의미를 갖지 못하므로 연신율의 측정은 드물다. 인장강도로서 측정되는 값은 시험편의 형상이나 치수에 따라 다를 수가 있으므로 특별한 경우(연구용) 외에는 규정에 따라야 하며 그 시험방법은 KS B 0802에, 시험편에 관해서는 KS B 0801에 각각 명시되어 있다. 인장시험에 의해 측정될 수 있는 재료의 기계적 성질로서는 앞에서 언급한 것 외에 비례한도, 탄성한도, 탄성계수, 전파단력과 Poisson 비 등도 포함된다. 또 인장시험에 의해 구해지는 재료의 강도는 횡단면에 수직으로 작용하는 응력에 대한 시료의 강도 값으로, notch나 그 외의 원인으로 분포가 일정하지 않은 응력을 받는 경우의 항복점이나 파단강도는 재료가 항복이나 파괴에 따른 역학적 조건과 인장시험의 결과를 고려하여 대략 추정한다. 그리고 압축하중이나 반복하중에 대한 재료의 강도도 인장강도에 대한 비율로서 간주되는 예가 많다.구조물에 인장력이 작용하면 일축적인 경우보다는 오히려 다축적인 경우가 많지만 시험방법이 간단하고 변형거동이나 결과의 해석이 용이한 일축 인장시험이 통상적이다. 그리고 시험편은 제품 또는 재료의 일부로부터 제작되거나 제품 그대로의 상태가 될 수 있다. 시험편이 작으면 작은 용량의 시험기가 좋고, 제품이라면 실물을 실험하든지 실물에 가까운 것이 실제 강도에 가깝다. 위에서 작은 시험편으로부터 얻은 강도는 큰 원재료의 값을 대표하지 못함을 유념해야 한다.인장시험은 측정하고자 하는 재료(시편)에 인장하중을 서서히(정적으로) 가하여 하중의 크기에 따르는 신장량과의 관계를 얻어, 이것으로 응력-변형률선도를 작성하여 해당재료의 성질을 평가하게 된다.인장시험기는 섬유계에서 흔히 쓰이는 소용량의 것과, 토목계의 콘크리트시험에 쓰는 인장시험기둥 이외에는 대부분 굽힘과 압축시험도 같이 할 수 있는 만능시험기(universal testing machine)가 사용되고 있다.2. 실험목적인장시험은 측정하고자 하는 재료(시편)을 시험기에 고정하고 인장하중을 서서히 가하여 하중의 크기에 따르는 신장량과의 관계를 얻어 이것으로 응력-변형률 선도를 작성하여 해당재료의 성질을 평가하고 재료의 파단점 까지에 대한 항복점, 비례한도, 최대인장강도를 파악한다. 그리고 인장 시험기의 원리와 구조를 이해하고, 조작방법과 시험 능력을 기른다.3. 기본이론모든 과학분야의 공통적인 것은 극히 간단한 상태에서 이루어진 실험경과로부터 일반적인 상태에 적응할 수 있는 이론을 전개하고자 하는 노력일 것이다. 여기서 생각할 수 있는 가장 간단한 하중상태는 비교적 가느다란 부재를 축에 평행한 방향으로 인장 하는 경우일 것이며 이것이 바로 인장시험이다.인장시험의 목적은 앞에서도 언급한 바와 같이 정량적인 응력-변형률의 관계를 얻는데 있으며, 이 관계와 힘의 평형조건 및 기하학적 조건을 이용하면 더 복잡한 형태의 현상에 대한, 실험치와 잘 맞는 이론적 결과를 얻게 된다.이 실험은 시편을 인장하면서 하중에 따르는 축방향의 신장과 횡방향의 수축을 측정하게되나 시편이 굵을수록 큰 하중에 견디고 갈수록 많은 신장량을 얻게 되므로 하중을 단면적으로 나눈 응력(stress)과, 신장량을 원래 길이로 나눈 변형률(strain)로 환산하여 나타낸다.대부분의 기계나 구조물은 탄성한계 이내의 변형 즉 외력을 제거하면 변형이 완전히 제거되는 상태를 요구하지만 때에 따라서는 안전밸브(safety valve)나 자동차의 bumper와 같이 사고 시에는 소성적 변형(영구변형)을 일으켜서 충격을 완화해야할 목적을 달성해야할 때도 있다. 따라서 재료의 파단점까지에 대한 응력 - 변형율 관계가 필연적으로 규명되어야 한다.연강에 대한 인장시험상태를 살펴보자. 시편을 인장시험기에 걸고 축방향으로 하중을 가하면 그림의 OA와 같이 직선 부분이 생기면서 탄성한계 B에 이르게 된다. 이 탄성 한계 내에서 가했던 하중을 제거하면 신장율은 0이 되어 원상태로 복구된다. A점은 비례한계(proportional limit)라 하고 응력에 대한 변형율이 일정한 비율로 변하는 범위이며 앞에서 논한 바와 같이 대부분의 기계나 구조물은 이 부분에 속하는 외력한도에서 설계되어야 하므로 비례한계나 탄성한계의 모색이 필요하게 된다. 탄성한계 내에서는 Hooke's law가 성립되며, 이에 따르는 일정한 비를 영율(Young's modulus), 또는 탄성계수(modulus of elasticity)라고 부른다.지금 하중 P(㎏)가 단면적 Ao(㎤)에 작용하여 원래의 길이 l 가 △l 만큼의 변형을 일으킨다면 후크의 법칙(Hooke's law)에 의하여 공칭 응력 (nominal stress) σn 또는 σ는변형율가 되고 탄성계수 E는 다음과 같이 된다.탄성한계를 지나서 시편에 더 하중을 가하면 신장량이 더 빨리 증가하며, 선도는 곡선을 그리게 되고, C점에 도달하게 되면 하중을 더 가하지 않아도 시편은 신장이 계속되며, 재료가 소성체로 변한다. 항복(yielding)이라고 불리는 이 현상은 D점까지 계속되어 멈추게 되며, 항복을 시작하는 점을 상 항복점 (upper yielding point), 항복이 끝나는 점을 하 항복점(lower yielding point)라고 부른다. 항복은 재료 내부의 슬립(slip) 때문에 일어나는 소성 유동으로 인하여 내부 전위가 생기는데 따르는 현상이고, 이때 하중을 완전히 제거하여도 원상으로는 회복되지 않고 영구 변형이 생기게 된다. 하 항복점에서 재료는 변형경화(Strain hardening)를 일으키기 시작하여 탄성적인 성질을 다소 회복하고, 더 하중을 가하면 최대하중 E에 도달하고, 여기를 넘기면서 외력을 증가시키지 않아도 신장이 생겨 드디어는 급속한 국부수축을 일으키면서 F점에 이르러 파괴된다. 이 점에 대응하는 응력을 최대인장응력 또는 인장강도(tensile strength)라고 부른다. 파단점 F에서의 응력이 E점보다 작다는 것은 국부수축(necking현상) 이 일어났음에도 공칭응력으로 나타내었기 때문이며, 이를 줄어든 진단면적 Aa로 나누어 선도를 그리면 그림의 D-E’-F’와 같은 점선으로 나타날 것이다. 이를 실제응력(actual stress) σa라고 부르며 다음과 같이 쓸 수 있다.σm이처럼 전파단강도는 위 식으로 표현이 되나 일반적으로는 공칭응력에 의해서 표시하고 있다. 앞에서 논한바와 같이 외력이 제거되었을 때에 원형으로 되돌아갈 부재를 요구할 때에는 비례 한도나 탄성한계를 모색하면 되지만 이들을 구하는 문제가 그리 쉬운 것만은 아니다. 따라서 연강에서는 항복점을 대용으로 쓰는 것이 일반적인 경우이나, 연강이외의 금속재료들은 그림 4.2와 같은 곡선들을 그리게 되어, 그나마 항복점들을 식별하기 어렵다.따라서 0.2%의 영구 변형이 생기는 응력을 항복점으로 규정하고 0.2%의 변형율이 생기는 점에서 곡선의 직선 부에 평행선을 긋고 곡선과의 교점을 구하여 이것을 항복점으로 취한다.4. 실험방법1. 표준규격에 의하여 시편을 만든다.2. 시편의 평형 부에 표점거리를 정하여 making한 후, punch로 가볍게 표 점을 찍는다.3. 단면적을 산출하기 위한 직경이나 길이 및 폭을 측정한다.4. 시험기의 본체와 압력계가 정상적으로 작동하는가를 확인한다.
..PAGE:1백남준 미술관..PAGE:2☞ 기계설계 방향☞ 공조 . 환기설비☞ 위생설비☞ 소방설비☞ 에너지 절약 및 친환경 계획기본설계 방향..PAGE:3기계설계 방향☞쾌적한 환경유지전시실의 쾌적한 실내환경 확보전시품 및 소장품의 안전한 보존 및 관리각종 오염원의 발생을 최소화 할 수 있는 열원 계획☞건축물의 특성을 고려한 설비 계획전시관람시설의 간헐 및 부분부하 및 운전특성을 고려한 계획다수의 인원을 고려한 효과적인 공조/환기 계획장래증설 및 개보수를 고려한계획..PAGE:4☞안전성 확보를 위한 설비 계획안정적인 열원공급 가능한 시스템 선정, 비상시를 고려한 열원의 이중화 및 상호 백업계획효과적인 방재시스템 계획을 통한 인명 및 소장품 피해 최소화유지관리에 편리한 적용장비의 표준화☞에너지절약 및 경제적인 설비 계획주변의 자연환경을 최대한 이용하는 친환경 계획초기투자비 및 운전비 절감을 고려한 계획고효율기기의 적용을 통한 에너지 절감..PAGE:5..PAGE:6..PAGE:7공조 . 환기설비각 실별 부하특성에 대응이 빠른 최적의 공조방식 선정수장품 및 전시품의 안전적인 보조 및 관리를 위한 적정 환경조성 및 오염물질 제거충분한 자연환기도입 및 에너지절약적인 방식 선정..PAGE:8..PAGE:9..PAGE:10..PAGE:11위생설비..PAGE:12위생설비계획
1. 서론인장시험은 재료강도에 관한 기초적인 자료를 얻을 목적으로 수행되는 공업시험 중에서 가장 기본적인 시험으로, 보통 환봉이나 판 등의 평행부를 갖는 시험편을 축방향으로 인장하중을 가해 하중과 변형을 측정한다. 보통 이로부터 측정할 수 있는 값은 연성재료와 취성재료가 다르며, 연성재료에서는 주로 인장강도, 항복점, 연신율 및 단면수축률이고 취성재료에서는 인장강도와 연신율이다.연성재료, 특히 강에서는 항복점이 인장강도 보다도 오히려 중요한 경우가 있다. 어떠한 재료이든지 연신율은 큰 것이 바람직하나, 취성재료에서는 그 갑이 매우 작고 실용상 그다지 의미를 갖지 못하므로 연신율의 측정은 드물다. 인장강도로서 측정되는 값은 시험편의 형상이나 치수에 따라 다를 수가 있으므로 특별한 경우(연구용) 외에는 규정에 따라야 하며 그 시험방법은 KS B 0802에, 시험편에 관해서는 KS B 0801에 각각 명시되어 있다. 인장시험에 의해 측정될 수 있는 재료의 기계적 성질로서는 앞에서 언급한 것 외에 비례한도, 탄성한도, 탄성계수, 전파단력과 Poisson 비 등도 포함된다. 또 인장시험에 의해 구해지는 재료의 강도는 횡단면에 수직으로 작용하는 응력에 대한 시료의 강도 값으로, notch나 그 외의 원인으로 분포가 일정하지 않은 응력을 받는 경우의 항복점이나 파단강도는 재료가 항복이나 파괴에 따른 역학적 조건과 인장시험의 결과를 고려하여 대략 추정한다. 그리고 압축하중이나 반복하중에 대한 재료의 강도도 인장강도에 대한 비율로서 간주되는 예가 많다.구조물에 인장력이 작용하면 일축적인 경우보다는 오히려 다축적인 경우가 많지만 시험방법이 간단하고 변형거동이나 결과의 해석이 용이한 일축 인장시험이 통상적이다. 그리고 시험편은 제품 또는 재료의 일부로부터 제작되거나 제품 그대로의 상태가 될 수 있다. 시험편이 작으면 작은 용량의 시험기가 좋고, 제품이라면 실물을 실험하든지 실물에 가까운 것이 실제 강도에 가깝다. 위에서 작은 시험편으로부터 얻은 강도는 큰 원재료의 값을 대표하지 못함을 유념해야 한다.인장시험은 측정하고자 하는 재료(시편)에 인장하중을 서서히(정적으로) 가하여 하중의 크기에 따르는 신장량과의 관계를 얻어, 이것으로 응력-변형률선도를 작성하여 해당재료의 성질을 평가하게 된다.인장시험기는 섬유계에서 흔히 쓰이는 소용량의 것과, 토목계의 콘크리트시험에 쓰는 인장시험기둥 이외에는 대부분 굽힘과 압축시험도 같이 할 수 있는 만능시험기(universal testing machine)가 사용되고 있다.2. 실험목적인장시험은 측정하고자 하는 재료(시편)을 시험기에 고정하고 인장하중을 서서히 가하여 하중의 크기에 따르는 신장량과의 관계를 얻어 이것으로 응력-변형률 선도를 작성하여 해당재료의 성질을 평가하고 재료의 파단점 까지에 대한 항복점, 비례한도, 최대인장강도를 파악한다. 그리고 인장 시험기의 원리와 구조를 이해하고, 조작방법과 시험 능력을 기른다.3. 기본이론모든 과학분야의 공통적인 것은 극히 간단한 상태에서 이루어진 실험경과로부터 일반적인 상태에 적응할 수 있는 이론을 전개하고자 하는 노력일 것이다. 여기서 생각할 수 있는 가장 간단한 하중상태는 비교적 가느다란 부재를 축에 평행한 방향으로 인장 하는 경우일 것이며 이것이 바로 인장시험이다.인장시험의 목적은 앞에서도 언급한 바와 같이 정량적인 응력-변형률의 관계를 얻는데 있으며, 이 관계와 힘의 평형조건 및 기하학적 조건을 이용하면 더 복잡한 형태의 현상에 대한, 실험치와 잘 맞는 이론적 결과를 얻게 된다.이 실험은 시편을 인장하면서 하중에 따르는 축방향의 신장과 횡방향의 수축을 측정하게되나 시편이 굵을수록 큰 하중에 견디고 갈수록 많은 신장량을 얻게 되므로 하중을 단면적으로 나눈 응력(stress)과, 신장량을 원래 길이로 나눈 변형률(strain)로 환산하여 나타낸다.대부분의 기계나 구조물은 탄성한계 이내의 변형 즉 외력을 제거하면 변형이 완전히 제거되는 상태를 요구하지만 때에 따라서는 안전밸브(safety valve)나 자동차의 bumper와 같이 사고 시에는 소성적 변형(영구변형)을 일으켜서 충격을 완화해야할 목적을 달성해야할 때도 있다. 따라서 재료의 파단점까지에 대한 응력 - 변형율 관계가 필연적으로 규명되어야 한다.연강에 대한 인장시험상태를 살펴보자. 시편을 인장시험기에 걸고 축방향으로 하중을 가하면 그림의 OA와 같이 직선 부분이 생기면서 탄성한계 B에 이르게 된다. 이 탄성 한계 내에서 가했던 하중을 제거하면 신장율은 0이 되어 원상태로 복구된다. A점은 비례한계(proportional limit)라 하고 응력에 대한 변형율이 일정한 비율로 변하는 범위이며 앞에서 논한 바와 같이 대부분의 기계나 구조물은 이 부분에 속하는 외력한도에서 설계되어야 하므로 비례한계나 탄성한계의 모색이 필요하게 된다. 탄성한계 내에서는 Hooke's law가 성립되며, 이에 따르는 일정한 비를 영율(Young's modulus), 또는 탄성계수(modulus of elasticity)라고 부른다.지금 하중 P(㎏)가 단면적 Ao(㎤)에 작용하여 원래의 길이 l 가 △l 만큼의 변형을 일으킨다면 후크의 법칙(Hooke's law)에 의하여 공칭 응력 (nominal stress) σn 또는 σ는변형율가 되고 탄성계수 E는 다음과 같이 된다.탄성한계를 지나서 시편에 더 하중을 가하면 신장량이 더 빨리 증가하며, 선도는 곡선을 그리게 되고, C점에 도달하게 되면 하중을 더 가하지 않아도 시편은 신장이 계속되며, 재료가 소성체로 변한다. 항복(yielding)이라고 불리는 이 현상은 D점까지 계속되어 멈추게 되며, 항복을 시작하는 점을 상 항복점 (upper yielding point), 항복이 끝나는 점을 하 항복점(lower yielding point)라고 부른다. 항복은 재료 내부의 슬립(slip) 때문에 일어나는 소성 유동으로 인하여 내부 전위가 생기는데 따르는 현상이고, 이때 하중을 완전히 제거하여도 원상으로는 회복되지 않고 영구 변형이 생기게 된다. 하 항복점에서 재료는 변형경화(Strain hardening)를 일으키기 시작하여 탄성적인 성질을 다소 회복하고, 더 하중을 가하면 최대하중 E에 도달하고, 여기를 넘기면서 외력을 증가시키지 않아도 신장이 생겨 드디어는 급속한 국부수축을 일으키면서 F점에 이르러 파괴된다. 이 점에 대응하는 응력을 최대인장응력 또는 인장강도(tensile strength)라고 부른다. 파단점 F에서의 응력이 E점보다 작다는 것은 국부수축(necking현상) 이 일어났음에도 공칭응력으로 나타내었기 때문이며, 이를 줄어든 진단면적 Aa로 나누어 선도를 그리면 그림의 D-E’-F’와 같은 점선으로 나타날 것이다. 이를 실제응력(actual stress) σa라고 부르며 다음과 같이 쓸 수 있다.σm이처럼 전파단강도는 위 식으로 표현이 되나 일반적으로는 공칭응력에 의해서 표시하고 있다. 앞에서 논한바와 같이 외력이 제거되었을 때에 원형으로 되돌아갈 부재를 요구할 때에는 비례 한도나 탄성한계를 모색하면 되지만 이들을 구하는 문제가 그리 쉬운 것만은 아니다. 따라서 연강에서는 항복점을 대용으로 쓰는 것이 일반적인 경우이나, 연강이외의 금속재료들은 그림 4.2와 같은 곡선들을 그리게 되어, 그나마 항복점들을 식별하기 어렵다.따라서 0.2%의 영구 변형이 생기는 응력을 항복점으로 규정하고 0.2%의 변형율이 생기는 점에서 곡선의 직선 부에 평행선을 긋고 곡선과의 교점을 구하여 이것을 항복점으로 취한다.4. 실험방법1. 표준규격에 의하여 시편을 만든다.2. 시편의 평형 부에 표점거리를 정하여 making한 후, punch로 가볍게 표 점을 찍는다.3. 단면적을 산출하기 위한 직경이나 길이 및 폭을 측정한다.4. 시험기의 본체와 압력계가 정상적으로 작동하는가를 확인한다.5. 시편이 파단된 후에 생긴 파면이 table을 손상시키지 않도록 table에 깔 개를 준비한다.
콘크리트의 압축 강도 시험(3조 콘크리트 압축강도 시험보고서)조원 : 3202(강채린), 3207(김일희)3209(김현호), 3210(박혜빈)1. 시험 목적1) 콘크리트의 압축 시험 방법에는 콘크리트로부터 절취한 코어(Core) 및 보의 강도시험방법, 보의 절편에 의한 콘크리트의 압축강도 시험 방법, 콘크리트의 압축강도 시험 방법 등이 있다. 콘크리트로부터 절취한 코어 및 보의 강도 시험 방법은 실제의 구조물에 사용한 콘크리트의 강도를 조사하는 경우에 사용되는 것이나 공시체를 절취하는 것이 복잡하고 반드시 만족한 결과가 얻어진다고는 볼 수 없기 때문에 일반적으로 잘 사용하지 않고 있다. 반면에 콘크리트의 압축강도시험방법은 간단하고 오차도 적으므로 널리 이용되고 있다.2) 콘크리트의 압축강도(Compressive Strength)는 콘크리트의 성질 및 시험 중 가장 중요한 것으로서 구조물의 안정성을 확보하고 또한 현장 콘크리트의 품질관리를 하는 데에 있어서도 필요 불가결한 것이다. 이러한 압축강도시험의 시험목적을 대별하면 다음과 같다.① 임의의 배합이나 단위수량(單位水量)에 따른 콘크리트의 압축강도를 알고 정당한 허용응력도를 결정하여 소요강도의 콘크리트를 제조하는 데에 적합한 배합이나 단위수량을 정하기 위하여 행한다.② 콘크리트 재료(시멘트, 골재, 물, 혼합재 등)의 사용 적합여부를 조사하여 소요의 제성질(諸性質)을 갖는 콘크리트를 가장 경제적으로 제조할 수 있는 재료 및 재료량을 선정하기 위하여 행한다.③ 압축강도로부터 인장강도, 휨강도, 탄성계수, 내마모성(耐磨耗性) 등의 개략(槪略)값을 추정하기 위하여 행한다.④ 실제의 구조물에 시공된 콘크리트의 품질을 알고 구조설계에서 가정한 압축강도 및 기타의 성질을 갖고 있는가를 조사하기 위하여 행한다.⑤ 콘크리트의 품질을 관리하기 위하여 행한다.2. 공시체의 검사1) 공시체는 KS F 2403에 따라 제작한다.2) 지름을 0.1㎜, 높이를 1㎜까지 측정한다. 지름은 공시체 높이의 중앙에서 서로 직교하는 2방향에 대결과에 영향을 준다고 생각될 때는 시험을 하지 않거나 또는 그 내용을 기록한다.4) 공시체는 소정의 양생이 끝난 직후의 상태에서 시험을 할 수 있도록 한다.)5) 공시체 수는 3개 이상으로 한다. 이 3개 이상의 공시체는 2배치 이상의 콘크리트로 만든다.)3. 시험장치1) 압축시험기압축시험기는 KS B 5533의 6.(시험기의 등급)에 규정하는 1등급 이상의 것으로 한다. 또한 시험기의 최대 하중이 칭량의 1/5에서 칭량까지의 범위에서 사용한다. 동일 시험기에서 칭량을 가할 수 있는 경우는 각각의 칭량을 별개의 칭량으로 간주한다.2) 상하의 가압판상하의 가압판의 크기는 공시체의 지름 이상으로 하고 두께는 25㎜ 이상으로 한다. 가압판의 압축면은 연마 가공으로 하고 그 평면도)는 100㎜당 0.02㎜ 이내이며, 그 쇼어 경도는 70HS 이상으로 한다.3) 구면 시트위 가압판은 구면 시트를 가진 것으로 한다. 구면 시트는 가압판 표면 위에 그 중심을 가지며, 가압판의 회전각을 3°이상 얻을 수 있는 것으로 한다.4) 공시체 성형용 몰드(Mould)5) 다짐막대, 작은 삽(Hand Scoop)6) 캡핑(Capping)용 금속압판 또는 두께 6㎜이상의 판유리7) 흙손8) 콘크리트 믹서(Mixer)9) 슬럼프 및 공기량 측정기구10) 바이브레타(Vibrator), 캘리퍼스(Calipers))11) 공시체 집게(Grip)4. 시험방법1) 공시체의 지압면(支壓面, 상하 끝면) 및 상하의 가압판의 압축면을 청소하고. 공시체 아랫부분을 가압판 위에 올려놓는다.2) 공시체를 공시체 지름의 1% 이내의 오차에서 하중이 공시체의 단면 전체에 균일하게 가해지도록 접압장치를 사용하여 공시체의 중심축이 가압판의 중심과 일치하도록 놓는다.3) 가압판을 시료 위에 접촉(接觸)시킬 때는 손으로 가동부(可動部)를 조용히 회전시켜 고르게 접촉되도록 시험기의 가압판과 공시체의 끝면은 직접 밀착시키고 그 사이에 쿠션재를 넣어서는 안 된다.4) 하중은 공시체에 충격을 주지 않도록 똑같은 속도로 가하여㎟)가 되도록 한다.① 나선식 시험기에 있어서는 가압판이 매분 1.3㎜의 속도로 움직이게 하고, 수압식(水壓式) 시험기는 매초 1.5～3.5㎏f/㎠ 이내의 하중속도로 가하는 것을 표준으로 한다② 일반적으로 하중속도가 클수록 콘크리트 강도는 크다.5) 공시체가 파괴(破壞)되기 직전에 갑자기 항복(降伏)하므로 공시체가 급격한 변형을 시작한 후에는 시험기의 하중을 가하는 속도 조정장치(調整裝置)의 조정을 중지하고 하중을 계속 가한다.6) 하중은 공시체가 파괴될 때까지 가압하여 시험기가 나타내는 최대 하중 및 콘크리트의 파괴상태(破壞狀態)를 기록하여야 한다.7) 주의사항① 습윤양생 시료의 압축시험은 양생실에서 꺼낸 즉시 시험하여야 한다.② 습윤양생실에서 시료를 꺼내어 시험할 때까지 젖은 모포로 덮어서 습기를 보호하여야 하며, 시험은 반드시 습윤상태에서 하여야 한다.5. 계 산1) 공시체의 지름은 0.1㎜까지 측정한 다음 식에 따라 산출한다.: 공시체의 지름(㎜),: 3.2)에서 구한 2방향의 지름(㎜)2) 압축강도는 다음 식에 따라 산출한다.: 압축강도 M㎩(=N/㎟): 5.6)에서 구한 최대하중(N)6.콘크리트의 압축강도에 미치는 시험조건의 영향1) 콘크리트의 강도는 시험조건에 의해서 현저히 변동되므로 시험조건으로서 주로 다음 사항이 고려되어야 한다.① 콘크리트 재료의 품질 : 시멘트, 골재, 혼합용수의 품질에 의해서 강도가 변동된다.② 콘크리트의 배합 : 골재입도, 시멘트 골재 혼합비율, 물시멘트비, 워커빌리티③ 시공방법 : 제조방법(콘크리트의 비빔방법 및 치어붓기방법), 양생방법(온도, 습도 등), 재령④ 공시체 형상 및 치수⑤ 동일 재료, 동일 배합으로 제작된 동일 형상, 치수의 공시체라도 재료 자체가 갖는 불균일성, 배합의 미묘한 변동, 취급방법의 인위적 차이 등에 의한 많은 원인에 의해서 강도의 변동이 생긴다.이러한 이유에 의해서 콘크리트의 압축강도시험을 실시할 경우 시험방법을 통일하지 않으면 강도 차이 및 변동이 커져 강도를 정확하게 비교할 수가 없다.2재령에 의해서 다르므로 압축강도에 미치는 이들 요인에 관해서 고찰해 보면 다음과 같다.① 공시체의 형상 및 치수의 영향시료의 형상 및 치수는 콘크리트의 강도에 상당한 영향을 주게 되므로, KS F 2405 콘크리트의 압축강도시험방법에서는 지름 15㎝, 높이 30㎝의 원주형 공시체를 표준으로 하고 있으며 이 이외의 공시체를 사용한 경우에는 이 공시체와 표준공시체와의 강도비를 알아 둘 필요가 있다.㉠ 원주형 공시체의 높이와 지름의 비표 . 공시체의 높이와 지름의 비와 압축강도와의 관계높이와 지름과의 비보정계수비 고2.001.00가 이 표에 표시한 값의 중간에 있는 경우 보정계수를 보간법으로 구한다.1.750.981.500.961.250.941.100.901.000.850.750.700.500.50공시체의 높이와 지름의 비가 크면 클수록 강도는 저하한다. 표준공시체의 높이와 지름의 비는 2이고 그때 압축강도를 100으로 한 경우, 높이와 지름의 비와 압축강도비의 관계를 [그림.1]에서 보면 알 수 있다. 따라서, 높이와 지름의 비가 2이하인 경우에는 [표.1]과 같은 보정계수를 사용하여 표준공시체의 경우로 환산할 수 있다. 코아(Core) 시험의 경우, 코아의 높이와 지름의 비가 2:1이 되지 않으므로 시료의 높이가 지름의 2배보다 작은 경우 시험시 구한 압축강도에다 [표.1]에 표시한 보정계수로서 지름의 2배 높이를 갖는 시료강도로 환산하여 적용하고 있다. 콘크리트에서 절취(切取)한 코아 및 보의 강도시험은 KS F 2422에 규정되어 있다.㉡ 원주공시체의 경우는 높이가 지름의 2배 이상이 되면 강도의 변화는 적으나 2배 이하의 경우에는 높이와 지름의 비가 작을수록 강도가 급격히 커진다. 한편 원주공시체와 각주공시체의 강도를 비교하면 높이와 지름 또는 폭의 비가 2인 경우에는 각주체가 약간 작은 강도를 나타낸다.그림 . 공시체 높이와 지름의 비와 압축강도비(재령 28일)② 원주형 공시체의 치수공시체의 치수는 콘크리트의 강도에 크게 영향을 미친다. 이 때문에 공시체 입방공시체를 표준공시체로 사용하고 있다. 구조물로부터 코어를 절취한 경우라든가 댐과 같은 매스콘크리트의 경우에는 그 지름이나 폭을 표준공시체로 통일할 수 없으므로 표준공시체와 그 치수의 공시체의 강도비를 알 필요가 있다. [표.2] 및 [그림.2]는 공시체의 지름 또는 폭과 압축강도의 관계를 표시한 것이다.콘크리트의 강도는 원주공시체를 사용한 경우에는 원주공시체 강도(Cylinder Strength)라 하고, 입방공시체를 사용한 경우는 입방공시체 강도(Cube Strength)로 구별하고 있다. [표.2]와 같이 입방체 공시체의 강도가 원주형 공시체의 강도에 비하여 큰 것으로 알려지고 있다. 공시체의 형상이 닮은꼴이면 일반적으로 치수가 적을수록 콘크리트의 압축강도는 커진다. 그러나 [그림.2] 및 [표.2]와 같이 공시체의 치수가와정도의 경우는 그 차이가 거의 없다. 그러므로 연구용 실험에서는 편리상의 공시체를 많이 사용하고 있다.그림 . 공시체의 치수와 콘크리트 압축강도의 관계표 . 공시체의 형상치수와 압축강도의 관계공시체의 형상공시체의 치수[㎝]의 원주공시체 강도의 비의 원주공시체 강도환산값원 주 체1.030.971.001.000.951.05입 방 체101.330.75151.250.80201.200.83301.110.90직 방 체15×15×450.951.0520×20×600.951.052) 양생방법 및 재령의 영향공시체의 재령은 1주, 4주 및 13주를 표준으로 하나 4주 시험이 많이 이용되고 있다. 또한 1주 시험은 4주 강도를 추정할 경우에 실시한다.압축강도의 증진은 양생방법에도 관련이 있으나 적당한 양생하에서는 그 강도는 단기재령에서 급격하게, 점차 완만하게 증진되며, 아주 장기에 걸쳐서 증가한다. 양생은 보통 온도 18~24℃의 수조, 습사 중 또는 포화습기 중에서 실시하여야 한다. 공중양생의 경우에는 수중양생의 경우에 비하여 강도의 증진이 현저하게 저하한다. 시험은 소정의 양생 직후에 젖은 상태에서 실시하여야 한다. 공시체가 건조하면 급속하게 압.
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