철근 콘크리트

Reinforced concrete
철근 콘크리트
Talbruecke-Bruenn 2005-08-04.jpg
한 무거운 것, 철근 콘크리트 기둥에 콘크리트의 철근에 프레임을 장소에 캐스팅되었다 전에 봅니다.
재료형복합 재료
기계적 특성
인장 강도 (σt)콘크리트보다 강해

철근 콘크리트(RC), 또한 콘크리트의 비교적 낮은 인장 인성을 위한 보강의 개입은 더 높은 인장 강도 또는 연성을 갖는 것에 의해서 충분히 보완된다 철근 시멘트 콘크리트(주고쿠)과 철근 콘크리트는 복합 재료라고 불렀다.아니지만 반드시, 쇠창살(콘크리트 보강용 강철봉)과 보통 수동적으로 콘크리트를 콘크리트가 설정되기 전에 내포되어 있다는 것은 철근 보통이다.그러나 post-tensioning 또한 기술 콘크리트를 보강하기로 취직하고 있다.의 양으로 연간 사용되는, 그것이 하나의 가장 일반적인 공사 원재료의.[1][2]정확하게 설계된 부식 엔지니어링 용어에서 콘크리트의 염기성의 부식은 철강 철근에 보호해 준다.[3]

묘사

철근 배근 체계는 일반적으로 허용할 수 없는 균열 및/또는 구조적 고장을 야기할 수 있는 콘크리트의 특정 영역에서 인장 응력에 저항하도록 설계된다.현대식 철근콘크리트는 철근과 함께 강철, 폴리머 또는 대체 복합 재료로 만들어진 다양한 보강재를 포함할 수 있다.또, 가공하중을 받는 최종 구조물의 거동을 개선하기 위해 철근콘크리트를 영구 응력(압축 콘크리트, 장력 보강)해도 좋다.미국에서는 이것을 하는 가장 일반적인 방법이 프리텐션과 포스트텐션으로 알려져 있다.

견고하고 연성적이며 내구성이 뛰어난 구조의 경우 철근은 적어도 다음과 같은 특성을 가져야 한다.

  • 높은 상대 강도
  • 인장 변형률의 높은 공차
  • pH, 수분 및 유사인자에 관계없이 콘크리트와의 결합성이 우수함
  • 온도 변화에 따른 과도한 스트레스(팽창 또는 수축 등)가 발생하지 않는 열 호환성.
  • 예를 들어 부식이나 지속 응력에 관계없이 콘크리트 환경에서의 내구성.

역사

엑스포 58을 위해 브뤼셀에 건설된 필립스관은 철근 콘크리트를 사용하여 새로운 모습을 구현하였다

러시아 스베르들롭스크주 네비얀스크 마을에 있는 네비얀스크의 사탑은 철근 콘크리트를 [citation needed]사용한 최초의 건축물이다.그것은 1721년에서 1725년 [4]사이에 사업가 아킨피 데미도프의 명령에 의해 지어졌다.

프랑수아 코그네는 철 강화 콘크리트를 건물 [5]구조물을 건설하는 기술로 사용했습니다.1853년, 코그네는 파리 [5]교외의 72번지 샤를 미셸에 4층짜리 집인 최초의 철제 철근 콘크리트 구조물을 지었다.Coignet의 철근콘크리트에 대한 설명은 그가 콘크리트에 힘을 실어주기 위한 것이 아니라 일체식 건축의 벽이 [6]무너지지 않도록 하기 위한 것이라는 것을 암시한다.브루클린에 있는 피펜 빌딩은 그의 기술을 증명한다.1854년에 영국인 건축가인 윌리엄 B.윌킨슨은 자신이 짓고 있던 2층 주택의 콘크리트 지붕과 바닥을 보강했다.보강재에 대한 그의 위치는 전임자와 달리 인장 [7][8][9]응력에 대한 지식이 있었음을 보여주었다.

19세기 프랑스 정원사인 조셉 모니에(Joseph Monier)는 구조용, 조립식 및 철근 콘크리트 개발의 선구자였으며, 내구성이 강한 [10]화분을 만드는 데 사용할 수 있는 기존 재료에 불만을 가지고 있었다.그는 철망과 모르타르 껍질을 혼합하여 콘크리트 화분을 보강하는 특허를 받았다.1877년, 모니어는 격자 모양으로 놓인 철봉을 사용하여 콘크리트 기둥과 거더를 보강하는 더 진보된 기술에 대한 특허를 받았습니다.모니에 씨는 콘크리트 보강이 내부 응집력을 향상시킨다는 사실을 알고 있었지만 철근 [11]보강에 의해 콘크리트의 인장 강도가 얼마나 향상됐는지조차 알 수 없었다.

1870년대 이전에는 콘크리트 건축의 사용이 로마 제국으로 거슬러 올라가 19세기 초에 다시 도입되었지만, 아직 증명된 과학 기술은 아니었다.Thaddeus Hyatt는 건축자재로 철과 결합된 Portland-Cent-Concrete를 사용한 일부 실험의 설명이라는 제목의 보고서를 발표했으며, 이 보고서에서 지붕, 바닥 및 보행 표면 제작 시 금속의 경제성과 화재에 대한 보안에 대한 언급을 통해 보강된 거동에 대한 자신의 실험을 보고했습니다.구체적인.그의 업적은 실증되고 연구된 과학으로서 콘크리트 구조의 진화에 큰 역할을 했다.하얏트의 연구가 없었다면 기술의 [6][12]진보에 더 위험한 시행착오 방법이 의존했을 것이다.

영국 태생의 엔지니어인 어니스트 L. 랜섬은 19세기 말 철근 콘크리트 기술의 초기 발명가였다.Ransome은 지난 50년 동안 개발된 철근 콘크리트에 대한 지식을 이용하여 초기 철근 콘크리트 발명가들의 거의 모든 스타일과 기술을 개선했습니다.랜섬의 핵심 혁신은 철근을 비틀어 [13]콘크리트와의 결합을 개선하는 것이었습니다.그의 콘크리트 건축물로 인해 점점 더 유명해진 랜섬은 [14]북미 최초의 철근 콘크리트 다리 두 개를 건설할 수 있었다.그의 다리들 중 하나는 여전히 뉴욕 이스트 엔드의 쉘터 섬에 세워져 있고, 미국에 건설된 최초의 콘크리트 건물들 중 하나는 1876년에 윌리엄 워드가 설계한 개인 주택이었다.그 집은 특별히 내화성을 갖도록 설계되었다.

G. A. Ways는 독일의 토목 기사이자 철과 강철 콘크리트 건설의 선구자였다.1879년 웨이스는 모니어의 특허에 대한 독일 권리를 사들였고 1884년 그의 회사인 웨이스와 프레이태그는 처음으로 강화 콘크리트를 상업적으로 사용했다.1890년대까지 웨이스와 그의 회사는 모니어의 강화 시스템을 발전시키는데 크게 기여했고, 그것을 잘 발달된 과학 [11]기술로 확립했습니다.

철근 콘크리트로 만들어진 최초의 고층 건물 중 하나는 [9]1904년에 지어진 신시내티에 있는 16층짜리 잉걸스 빌딩이었다.

남캘리포니아의 첫 번째 철근 콘크리트 건물은 [15][16]1905년에 지어진 로스앤젤레스 시내에 있는 러플린 별관이었다.1906년에는 템플 오디토리엄과 8층짜리 헤이워드 [17][18]호텔 등 로스앤젤레스 시내 철근콘크리트 건물에 대해 16건의 건축허가가 발급된 것으로 알려졌다.

1906년 롱비치에 있는 빅스비 호텔이 일부 붕괴되면서 공사 중 인부 10명이 사망했다.그 사건은 구체적인 건축 관행과 건물 검사에 대한 정밀 조사를 촉발시켰다.이 구조물은 중공 점토 타일 리브 바닥재와 중공 점토 타일 인필 벽이 있는 철근 콘크리트 골조로 지어졌다.이러한 관행에 대해 전문가들은 강하게 의문을 제기했고 바닥과 벽, [19]골조 등에 철근 콘크리트를 사용한 "순수한" 콘크리트 시공에 대한 권고가 이루어졌다.

1904년 4월, 철근 콘크리트의 미적 사용을 개척한 미국인 건축가이자 엔지니어인 줄리아 모건은 샌프란시스코 만 건너편에 위치한 밀스 [20]칼리지의 72피트(22m) 높이의 종탑인 엘 캄파닐이라는 그녀의 첫 철근 콘크리트 구조물을 완성했다.2년 후, 엘 캄파닐은 1906년 샌프란시스코 지진에서 아무런 [21]피해 없이 살아남았고, 이것은 그녀의 명성을 쌓고 그녀의 [22]다작 경력을 시작하는 데 도움을 주었다.1906년 지진은 건축자재로 철근 콘크리트에 대한 대중의 초기 저항도 변화시켰는데, 철근 콘크리트는 둔감하다는 지적을 받아왔다.1908년, 샌프란시스코 감독위원회는 [23]강화 콘크리트를 더 폭넓게 사용할 수 있도록 도시의 건축 규정을 변경했다.

1906년, 전미 시멘트 사용자 협회(NACU)는 표준 No[24].1과 1910년 [25]철근 콘크리트 사용에 관한 표준 건축 규정을 발표했다.

건설에 사용

공사 중인 사그라다 파밀리아 지붕 철근(2009년)

슬래브, 벽, 대들보, 기둥, 기초, 프레임 등을 포함한 다양한 유형의 구조물 및 구조물의 구성요소가 철근 콘크리트를 사용하여 건설될 수 있습니다.

철근콘크리트는 프리캐스트 콘크리트 또는 현장타설 콘크리트로 분류할 수 있다.

최적의 건물 구조를 만들기 위해서는 가장 효율적인 바닥 시스템을 설계하고 구현하는 것이 중요합니다.바닥 시스템 설계의 작은 변경은 재료 비용, 시공 일정, 극한 강도, 운영 비용, 점유 수준 및 건물의 최종 사용에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

철근이 없다면 콘크리트 재료로 현대적인 구조물을 건설하는 것은 불가능할 것이다.

행동

자재

다음 항목도 참조하십시오.콘크리트, 시멘트, 시공골재 및 철근

콘크리트는 거친(석재 또는 벽돌 조각) 골재와 미세한(일반적으로 모래 및/또는 쇄석) 골재와 바인더 재료(일반적으로 포틀랜드 시멘트) 및 물을 혼합한 것입니다.시멘트가 소량의 물과 혼합되면 수화되어 미세한 불투명 결정 격자가 형성되어 골재를 단단한 형태로 [26][27]캡슐화 및 고정합니다.콘크리트 제조에 사용되는 골재는 유기불순물, 실트, 점토, 갈탄 등 유해물질이 없어야 한다.일반적인 콘크리트 혼합물은 압축 응력(약 4,000psi(28MPa))에 대한 높은 저항성을 갖지만, 상당한 장력(예: 굽힘으로 인한)은 미세한 강체 격자를 파괴하여 콘크리트 균열 및 분리를 초래합니다.따라서 일반적인 비보강 콘크리트를 잘 지지하여 장력이 발생하는 것을 방지해야 한다.

강철과 같이 장력이 높은 재료를 콘크리트 안에 넣으면 복합 재료인 철근 콘크리트는 압축뿐만 아니라 굽힘 및 기타 직접 인장 작용에 저항합니다.콘크리트가 압축과 보강에 저항하는 "리바"는 건설업계의 거의 모든 형태와 크기로 만들 수 있습니다.

주요 특징

철근 콘크리트에는 다음과 같은 세 가지 물리적 특성이 있습니다.

  1. 콘크리트의 열팽창계수는 강철과 비슷하여 열팽창 또는 수축의 차이로 인한 큰 내부응력을 제거한다.
  2. 콘크리트 내의 시멘트 페이스트가 경화되면 강철의 표면 디테일과 일치하므로 서로 다른 재료 간에 응력이 효율적으로 전달될 수 있습니다.일반적으로 철근은 콘크리트와 강철 사이의 접착력 또는 응집력을 더욱 개선하기 위해 거칠게 다듬거나 골판지로 만듭니다.
  3. 경화 시멘트 페이스트에 포함된 알칼리 리저브(KOH, NaOH)와 포틀랜드라이트(수산화칼슘)에 의해 제공되는 알칼리 화학 환경은 강철 표면에 패시베이션 피막을 형성하여 중성 또는 산성 조건보다 부식에 훨씬 강합니다.시멘트 페이스트가 공기에 노출되어 운석수가 대기2 중 CO, 포틀랜드라이트 및 경화 시멘트 페이스트의 규산칼슘 하이드레이트(CSH)와 반응하여 점차 탄산이 되고 높은 pH가 13.5~12.5에서 8.5로 감소하면, 석회석(탄산칼슘)과 평형 상태의 물의 pH가 점차 감소하며, 강철이 된다.더 이상 소극적이지 않다.

경험적으로 볼 때 강재는 pH가 ~11 이상일 때 보호되지만 콘크리트가 탄산화되면 철의 특성 및 국소 물리화학 조건에 따라 10 이하에서 부식되기 시작한다.콘크리트 탄산화 및 염화물 침투는 콘크리트 철근의 기능 상실의 주요 원인 중 하나이다.

일반적인 철근 콘크리트에 필요한 강철의 상대적 단면적은 대개 매우 작으며 대부분의 보와 슬래브의 경우 1%에서 일부 기둥의 경우 6%까지 다양합니다.철근은 일반적으로 단면이 둥글고 직경이 다르다.철근 콘크리트 구조물에는 습기와 습도를 조절하기 위해 통풍 중공 코어 등의 설비가 있는 경우가 있습니다.

수직 철근 콘크리트 요소의 단면을 따른 콘크리트 강도 특성 분포가 [28]불균일하다.

철근과 콘크리트의 복합작용 메커니즘

철근 등 RC구조물의 철근은 하중을 받는 두 재료의 불연속, 미끄러짐 또는 분리를 방지하기 위해 주변 콘크리트와 동일한 변형 또는 변형을 겪어야 한다.복합 작용을 유지하려면 콘크리트와 강철 사이의 하중을 전달해야 합니다.철근의 인장응력을 길이에 따라 변화시키기 위해 직접응력이 콘크리트에서 철근 계면으로 전달된다.이 하중 전달은 접합(앵커리지)을 통해 이루어지며 강철-콘크리트 계면 근처에서 발생하는 연속 응력장으로 이상화된다.다음과 같이 이유는 두 다른 물질 구성 요소는 콘크리트와 쇠 함께 일할 수 있습니다.(2)콘크리트와 철의 열 팽창 계수다 그렇게 가까운(1.0×10−5 1.5×10−5하기 위해 콘크리트와 1.2×10−5 강철을 위하여)(1)보강은 콘크리트에, 공동으로 외부 하중 및 기형에 견딜 수 있다. 보세가 될 수 있다.그거열응력에 의한 두 부품의 접합 손상을 방지할 수 있다. (3) 콘크리트는 내장강재의 부식 및 고온유연화로부터 보호할 수 있다.

콘크리트 내 앵커리지(본드):사양 코드

실제 결합 응력은 장력 영역에 고정된 막대의 길이를 따라 다르기 때문에 현재의 국제 규격 코드는 결합 응력보다는 개발 길이의 개념을 사용한다.본드 파손에 대한 안전의 주요 요건은 강철이 항복 응력을 발생시키는 데 필요한 지점 이상으로 철근 길이를 충분히 연장하는 것이며 이 길이는 적어도 개발 길이와 같아야 한다.그러나 실제 사용 가능한 길이가 완전한 개발에 적합하지 않은 경우 톱니바퀴, 후크 또는 기계식 엔드 플레이트와 같은 특수 앵커리지를 제공해야 합니다.스플라이스 구역에서 응력의 연속성을 유지하기 위해 두 인접 막대 사이에 스플라이스(중첩)가 제공된 코드에 언급된 랩 스플라이스 길이에 동일한 개념이 적용된다.

방청 대책

습하고 추운 기후에서는 도로, 교량, 주차 구조물 및 제빙염에 노출될 수 있는 기타 구조물용 철근 콘크리트는 코팅되지 않은, 저탄소/크롬(마이크로 복합체), 에폭시 코팅된, 용융 아연도금 또는 스테인리스강 철근과 같은 내식성 철근을 사용하는 것이 유리할 수 있다.우수한 설계와 잘 선택되는 콘크리트 혼합물은 많은 응용 분야에 추가적인 보호를 제공합니다.코팅되지 않은 저탄소/크롬 철근은 코팅되지 않아 표준 탄소강 철근과 유사하며, 강 미세구조에는 높은 내식성이 내재되어 있다.매끄럽고 어두운 숯 마감의 독특한 ASTM 지정 밀 마킹으로 식별할 수 있습니다.에폭시 피복 철근은 에폭시 피복의 연두색으로 쉽게 식별할 수 있다.용융 아연도금 철근은 노출 길이에 따라 밝은 회색 또는 칙칙한 회색일 수 있으며 스테인리스 철근은 탄소강 철근과 쉽게 구별되는 전형적인 흰색 금속 광택을 나타낸다.ASTM 표준규격 A1035/A1035M 저탄소, 크롬, 철근 콘크리트용 표준규격, A767 용융아연도금 철근용 표준규격, A775 에폭시 피복 철근용 표준규격 및 철근용 표준규격n 콘크리트 보강용 스테인리스 바.

철근을 보호하는 또 다른 보다 저렴한 방법은 철근에 [29]인산아연을 코팅하는 것입니다.인산아연은 시멘트 기공수에 존재하는 칼슘 양이온 및 하이드록실 음이온과 천천히 반응하여 안정된 하이드록시아파타이트층을 형성한다.

침투성 실란트는 일반적으로 경화 후 일정 시간 후에 도포해야 합니다.밀봉제에는 페인트, 플라스틱 발포체, 필름 및 알루미늄 호일, 타르로 밀봉된 펠트 또는 직물 매트, 노반 봉지에 사용되는 벤토나이트 점토 층이 포함됩니다.

콘크리트를 타설하기 전에 물 혼합물에 아질산칼슘[Ca2(2NO)]과 같은 부식 억제제를 첨가할 수도 있다.일반적으로 철근의 부식을 방지하기 위해 시멘트 중량에 대한 [Ca(NO2)]2의 1~2 중량%가 필요하다.아질산 음이온은 부식된 강철 표면에 존재하는 용해성 및 이동성 철 이온(Fe2+)을 산화시켜 불용성 수산화철(Fe(OH)3로 침전시키는 약한 산화제입니다.이로 인해 양극 산화 부위에서 강철의 패시베이션이 발생합니다.아질산염은 2가 철의 덜 강력한 산화제인 질산염보다 훨씬 더 활성적인 부식 억제제입니다.

보의 보강 및 용어

주차 차고 슬라브에 통합된 두 개의 교차 보로 보강강과 배선, 접속 배선함 및 그 아래 차고 레벨의 오버헤드 조명을 설치하는 데 필요한 기타 전기 구성 요소를 포함합니다.
웨일즈 카디프 만 인근 새 도로의 일부에 설치된 마지막 빔의 짧은 동영상

빔은 굽힘 모멘트에서 구부러져 곡률이 작아집니다.곡률의 외측면(텐션면)에서는 콘크리트가 인장응력을 받는 반면, 내측면(압축면)에서는 압축응력을 받는다.

단일 강화 빔은 콘크리트 요소가 인장면 근처에서만 보강되고 인장강이라고 불리는 철근이 장력에 저항하도록 설계된 빔입니다.

이중강화빔은 인장보강 외에 콘크리트 요소를 압축면 부근에 보강하여 콘크리트가 압축에 저항하고 응력을 받는 단면이다.후자의 보강재를 압축강이라고 합니다.콘크리트 압축부위가 압축모멘트(양모멘트)에 저항하기에 불충분한 경우 건축가가 단면의 치수를 제한하면 추가 보강을 제공해야 한다.

언더보강이란 인장보강의 장력용량이 콘크리트와 압축강의 압축용량(인장면에서 언더보강)을 합친 것보다 작은 것을 말한다.철근콘크리트 요소가 휨모멘트를 증가시키면 인장강은 항복하지만 콘크리트는 최종파괴조건에 도달하지 않는다.인장강이 산출되고 늘어나면서 "강화 부족" 콘크리트도 연성 방식으로 산출되어 궁극적인 고장 전에 큰 변형과 경고를 나타냅니다.이 경우 강철의 항복 응력이 설계를 좌우합니다.

과강화빔은 인장강의 장력용량이 콘크리트와 압축강의 압축용량(인장면에서 과강화)을 합친 것보다 큰 빔이다.따라서 "과강화된 콘크리트" 빔은 압축부 콘크리트를 분쇄하여 장력부 강철이 산출되기 전에 파괴되며, 이는 고장이 즉시 발생하므로 고장 전에 어떠한 경고도 제공하지 않는다.

평형강화빔이란 빔에 가해지는 동일한 하중에서 압축부와 인장부가 항복부에 도달하는 빔이며 콘크리트는 파쇄되고 인장강은 동시에 항복한다.그러나 이 설계기준은 과도한 강화 콘크리트만큼 위험하다. 왜냐하면 인장강 수율의 동시에 콘크리트가 파쇄되기 때문에 장력파괴 [30]시 조난에 대한 경고는 거의 없기 때문이다.

철근 콘크리트 모멘트 전달 요소는 일반적으로 구조물의 사용자가 붕괴 임박 경고를 받을 수 있도록 충분히 보강되지 않도록 설계되어야 한다.

특징적인 강도는 시료의 5% 미만이 낮은 강도를 보이는 재료의 강도이다.

설계강도 또는 공칭강도는 재료안전계수를 포함한 재료의 강도이다.허용 응력 설계에서 안전 요인 값은 일반적으로 0.75에서 0.85 사이입니다.

극한 상태는 특정 확률을 갖는 이론적 고장 지점입니다.이는 인수하중 및 인수저항으로 명시되어 있다.

철근콘크리트 구조물은 통상 ACI-318, CEB, 유로코드2 등의 법규 또는 권고에 따라 설계된다.RC 구조 부재 설계에는 WSD, USD 또는 LRFD 방법이 사용된다.RC 부재의 분석 및 설계는 선형 또는 비선형 접근법을 사용하여 수행할 수 있습니다.안전 계수를 적용할 때, 건물 코드는 일반적으로 선형 접근법을 제안하지만, 일부 경우에는 비선형 접근법을 제안합니다.비선형 수치 시뮬레이션 및 계산의 예를 보려면 다음 [31][32]참조를 참조하십시오.

프리스트레스트 콘크리트

주요 기사 : 프리스트레스트 콘크리트

프리스트레스 콘크리트는 콘크리트 보의 내하력을 크게 높이는 기술이다.사용 시 인장력을 받는 보 바닥부의 철근은 콘크리트를 타설하기 전에 장력을 가한다.콘크리트가 굳으면 철근의 장력이 풀려 콘크리트에 압축력이 붙는다.하중을 가하면 철근이 더 많은 응력을 받고 콘크리트 내 압축력이 감소하지만 인장력이 되지는 않는다.콘크리트는 항상 압축되어 있기 때문에 균열이나 [33]고장의 위험이 적다.

철근콘크리트의 일반적인 고장 모드

철근콘크리트는 강도가 불충분하여 기계적 고장 또는 내구성 저하로 인해 파손될 수 있다.부식 및 동결/토우 사이클은 잘못 설계되거나 시공된 철근콘크리트에 손상을 줄 수 있다.철근이 부식되면 산화생성물(녹)이 팽창하여 박리되기 쉬우며, 콘크리트에 균열이 생기고 철근이 콘크리트로부터 풀린다.내구성 문제를 일으키는 일반적인 메커니즘은 다음과 같습니다.

기계적 고장

콘크리트 단면의 균열은 예방이 거의 불가능하나 균열의 크기와 위치는 적절한 철근, 제어 이음매, 경화방법, 콘크리트 혼합설계를 통해 제한 및 제어할 수 있다.균열이 발생하면 수분이 침투하여 철근을 부식시킬 수 있습니다.이는 한계 상태 설계에서의 서비스 가능성 장애입니다.균열은 일반적으로 철근의 양이 부족하거나 너무 큰 거리에 철근이 떨어져 있기 때문에 발생합니다.콘크리트 균열은 과도한 하중을 가하거나 경화 중 초기 열수축 등의 내부효과에 의해 발생합니다.

붕괴로 이어지는 최종파괴는 압축응력이 강도를 초과했을 때 발생하는 콘크리트를 찌그러뜨리거나 굽힘응력 또는 전단응력이 철근의 강도를 초과했을 때 철근의 굴곡 또는 파손 또는 콘크리트와 [34]철근의 접합파괴에 의해 발생할 수 있다.

탄산화

철근이 부식되어 부풀어 오르는 콘크리트 벽면 균열녹은 금속보다 밀도가 낮기 때문에 형성되면서 팽창하여 벽의 장식 피복에 금이 갈 뿐만 아니라 구조용 콘크리트를 손상시킵니다.표면에서 물질이 부서지는 것을 스폴링이라고 합니다.
강철과 표면 사이의 콘크리트 층이 너무 얇아 외부 노출에 의한 부식을 동반하여 발생하는 폭팔의 상세도.
주요 기사: 탄산화

탄산화 또는 중화(中化)는 공기 중의 이산화탄소와 콘크리트 중의 수산화칼슘 및 수화칼슘 규산염 사이의 화학 반응입니다.

콘크리트 구조물을 설계할 때는 철근의 콘크리트 피복(물체 내 철근의 깊이)을 지정하는 것이 일반적입니다.최소 콘크리트 커버는 일반적으로 설계 또는 건축 법규에 의해 규제됩니다.철근이 지표면에 너무 가까울 경우 부식으로 인한 조기파괴가 발생할 수 있다.콘크리트 피복 두께는 피복 미터로 측정할 수 있습니다.단, 탄산콘크리트는 철근의 전기전위부식을 일으킬 수 있는 충분한 수분과 산소가 있는 경우에만 내구성 문제가 발생한다.

탄산화 구조의 시험방법 중 하나는 표면에 새로운 구멍을 뚫은 후 절단면을 페놀프탈레인 지시용액으로 처리하는 것이다.이 용액은 알칼리성 콘크리트에 닿으면 분홍색으로 변하여 탄산화 깊이를 알 수 있다.노출된 표면이 이미 탄산화되기 때문에 기존 구멍을 사용하는 것만으로는 충분하지 않습니다.

염화물

염화물은 충분히 높은 농도로 존재할 경우 매립 철근의 부식을 촉진할 수 있다.염화 음이온은 강철 보강재의 국부 부식(퍼팅 부식)과 일반 부식을 모두 유발합니다.따라서 콘크리트 혼합에는 민물 또는 음용수만을 사용해야 하며, 거칠고 미세한 골재에는 염화물을 함유할 수 있는 혼합물이 아니라 염화물을 함유하지 않도록 해야 한다.

하수펌프장 기초 및 벽면용 철근
뉴저지주 하인즈버그에 있는 폴린스 킬 고가교는 높이 115피트(35m), 길이 1100피트(335m)로 1910년 라카와나 컷오프 레일 프로젝트의 일환으로 완공되었을 때 세계에서 가장 큰 철근 콘크리트 구조물로 알려졌습니다.라카와나 철도는 철근 콘크리트 사용의 선구자였다.

염화칼슘은 콘크리트의 신속한 정착을 촉진하기 위해 혼합제로 사용되는 것이 일반적이었습니다.얼음을 막아준다고 잘못 믿기도 했다.그러나 염화물의 유해한 효과가 알려지자 이 관행은 인기가 없게 되었다.가능한 한 피해야 합니다.

도로에서의 제빙염 사용은 아마도 철근 콘크리트 교각, 도로 및 주차장의 조기 기능 상실의 주요 원인 중 하나일 것이다.에폭시 코팅 철근의 사용 및 음극 방식 적용으로 이 문제가 어느 정도 완화되었습니다.또한 섬유강화폴리머(FRP) 철근은 염화물에 약하다고 알려져 있다.적절하게 경화되도록 설계된 콘크리트 혼합물은 제빙 효과에 효과적으로 영향을 받지 않습니다.

염화물 이온의 또 다른 중요한 원천은 바닷물이다.바닷물에는 약 3.5%의 염분이 함유되어 있다.이러한 염류에는 염화나트륨, 황산마그네슘, 황산칼슘, 중탄산염 등이 있습니다.물에서 이러한 소금은 유리 이온(Na+, Mg2+, Cl−, SO42−, HCO3−)에서 분리되며 물과 함께 콘크리트의 모세혈관으로 이동한다.탄소강 철근 부식의 원인으로는 염화물 이온이 50%를 차지한다.

1960년대와 1970년대에는 염화물이 풍부한 탄산염 광물인 마그네사이트가 바닥 상판 재료로 사용되는 것이 비교적 일반적이었다.이는 주로 레벨링 및 소음 감쇠 레이어로 수행되었습니다.그러나 현재 마그네사이트에 염화물이 존재하기 때문에 이러한 물질이 수분에 접촉하면 약한 염산 용액이 생성되는 것으로 알려져 있습니다.일정 기간(일반적으로 수십 년)에 걸쳐 용액은 매립 철근의 부식을 일으킨다.이는 습한 곳이나 습기에 반복적으로 노출되는 지역에서 가장 흔하게 발견되었습니다.

알칼리 실리카 반응

주요 기사:알칼리-실리카 반응

이것은 때때로 시멘트 모공 용액에서 나오는 수산기 이온−(OH)과 함께 응집체에 존재하는 비정질 실리카(칼세돈, 샤트, 규소 석회암)의 반응이다.잘 결정되지 않은 실리카(SiO2)는 알칼리성 물에서 높은 pH(12.5~13.5)로 용해 및 해리된다.용해성 해리 규산은 시멘트 페이스트에 존재하는 수산화칼슘(포르틀란다이트)과 공극수에서 반응하여 팽창성 규산칼슘 수화물(CSH)을 형성합니다.알칼리-실리카 반응(ASR)은 인장 응력과 균열의 원인이 되는 국부적 팽창을 일으킨다.알칼리 실리카 반응에 필요한 조건은 (1) 알칼리 반응성 성분(아모퍼스 실리카)을 함유하는 골재, (2) 충분한 하이드록실 이온(OH−) 가용성, (3) 충분한 수분, (3) 콘크리트 [35][36]내의 상대습도(RH) 75% 이상의 3가지이다.이 현상은 흔히 "콘크리트 암"이라고 불린다.이 반응은 철근의 존재와는 무관하게 발생하며 댐과 같은 거대한 콘크리트 구조물이 영향을 받을 수 있다.

고알루미나 시멘트 전환

이 시멘트는 약한 산, 특히 황산염에 내성이 있어 경화가 빠르고 내구성과 강도가 매우 높습니다.그것은 제2차 세계대전 이후 콘크리트를 미리 주조하는 데 자주 사용되었습니다.그러나 열이나 시간(변환)으로 인해 강도가 떨어질 수 있으며, 특히 적절하게 치료되지 않을 경우 더욱 그렇습니다.고알루미나 시멘트를 사용한 프리스트레스트 콘크리트 보로 만든 지붕 3개가 무너진 후, 이 시멘트는 1976년 영국에서 금지되었다.그 후의 조사에서는, 빔이 부적절하게 제조되고 있는 것을 알 수 있었지만, 금지는 [37]계속되었다.

황산염

토양 또는 지하수에 있는 황산염(SO)은4 콘크리트에서 포틀랜드 시멘트와 반응하여 팽창성 생성물(예: 에트링사이트 또는 타우마사이트)을 형성할 수 있으며, 이는 구조물의 조기 기능 상실로 이어질 수 있습니다.이러한 유형의 공격은 콘크리트 슬래브와 기초벽의 경사면에서 황산 이온이 번갈아 습윤과 건조를 통해 농도가 증가할 수 있는 경우입니다.농도가 높아지면 포틀랜드 시멘트에 대한 공격이 시작될 수 있습니다.파이프와 같은 매설 구조물의 경우 이러한 유형의 공격은 특히 미국 동부에서 훨씬 더 드물다.황산 이온 농도는 토양 질량의 증가 속도가 훨씬 느리고 특히 토양의 초기 황산염 양에 따라 달라집니다.황산염의 존재를 확인하기 위한 토양 보링의 화학적 분석은 토양의 콘크리트와 접촉하는 모든 프로젝트의 설계 단계에서 수행되어야 한다.농도가 높은 것으로 판명되면 다양한 보호코팅을 적용할 수 있다.또한 미국 ASTM C150 Type 5에서는 포틀랜드 시멘트를 혼합물에 사용할 수 있습니다.이런 종류의 시멘트는 황산염 공격에 특히 잘 견디도록 설계되어 있습니다.

강판 구조

주요 기사:강판 구조

강판 구조에서 스트링어는 평행한 강판을 접합합니다.플레이트 어셈블리는 현장에서 제작되며 현장에서 함께 용접되어 스트링거로 연결된 강철 벽을 형성합니다.벽은 콘크리트를 주입하는 형태가 된다.철판 공사는 철근과 건축 형태를 묶는 데 시간이 걸리는 현장 수동 단계를 제거하여 철근 콘크리트 공사의 속도를 높였습니다.이 방법은 인장력이 가장 큰 외부에 강철이 있기 때문에 우수한 강도를 얻을 수 있습니다.

섬유 강화 콘크리트

주요 기사:섬유강화콘크리트

섬유보강은 주로 숏크리트에 사용되지만 일반 콘크리트에도 사용할 수 있다.섬유 강화 일반 콘크리트는 주로 지상 바닥 및 보도에 사용되지만, 단독 또는 수동식 철근을 사용하여 광범위한 건설 부품(빔, 기둥, 기초 등)에도 사용할 수 있다.

섬유(일반적으로 강철, 유리, 플라스틱 섬유) 또는 셀룰로오스 폴리머 섬유로 보강된 콘크리트는 손으로 묶은 [citation needed]철근보다 가격이 저렴합니다.파이버의 모양, 치수 및 길이가 중요합니다.가늘고 짧은 섬유(예: 머리카락 모양의 유리 섬유)는 콘크리트를 주입한 후 첫 시간 동안만 효과가 있지만(콘크리트가 굳어지는 동안 균열을 줄이는 기능) 콘크리트 인장 강도를 증가시키지는 않습니다.유럽 샷크리트용 보통 크기의 섬유(직경 1mm, 길이 45mm, 강철 또는 플라스틱)는 콘크리트의 인장 강도를 증가시킵니다.섬유보강은 1차 철근을 보충하거나 부분적으로 교체하는 데 가장 많이 사용되며 경우에 따라서는 [38]철근을 완전히 교체하도록 설계될 수 있다.

강철은 일반적으로 가장 강한 [citation needed]섬유로 길이(유럽에서는 30~80mm)와 모양(엔드훅)이 다릅니다.강철 섬유는 부식 및 녹 얼룩을 견디거나 방지할 수 있는 표면에만 사용할 수 있습니다.경우에 따라서는 강철 섬유 표면이 다른 재료와 마주하고 있습니다.

유리섬유는 저렴하고 부식방지가 가능하지만 강철만큼 연성이 있지는 않습니다.최근 동유럽에서 오랫동안 사용되던 방적 현무암 섬유가 미국과 서유럽에서 사용 가능하게 되었다.현무암 섬유는 유리보다 튼튼하고 가격도 저렴하지만 역사적으로 직접 보강재로 사용될 만큼 포틀랜드 시멘트의 알칼리성 환경에 잘 저항하지 못했다.새로운 재료들은 플라스틱 바인더를 사용하여 현무암 섬유와 시멘트를 분리한다.

프리미엄 섬유는 흑연 강화 플라스틱 섬유로, 강철과 거의 같은 강도와 경량, 부식 [citation needed]방지 기능을 갖추고 있습니다.일부 실험은 탄소 나노튜브에 대한 유망한 초기 결과를 낳았지만, 그 재료는 여전히 어떤 [citation needed]건물에도 너무 비싸다.

비강철근

비철강보강과 콘크리트 섬유보강 사이에는 상당한 중복이 있다.콘크리트의 비철강 철근의 도입은 비교적 최근으로, 비금속 철근과 시멘트 매트릭스에 통합된 비철강 섬유(일반적으로 비금속)의 두 가지 주요 형태를 취합니다.예를 들어, 유리 섬유 강화 콘크리트(GFRC) 및 콘크리트에 통합된 폴리머 섬유의 다양한 용도에 대한 관심이 높아지고 있습니다.현재 이러한 재료가 금속 철근을 대체할 것이라는 제안은 많지 않지만, 그 중 일부는 특정 용도에 큰 이점이 있으며, 단순히 금속 철근이 선택사항이 아닌 새로운 용도도 있다.그러나 비강철 보강의 설계 및 적용에는 많은 과제가 있습니다.우선 콘크리트는 알칼리성이 매우 높은 환경이기 때문에 대부분의 종류의 유리를 포함한 많은 재료는 수명이 짧습니다.또한 이러한 보강재의 거동은 예를 들어 전단강도, 크리프, [39][40]탄성 등의 측면에서 금속의 거동과 다르다.

섬유강화플라스틱/폴리머(FRP) 및 유리강화플라스틱(GRP)은 폴리머, 유리, 탄소, 아라미드 또는 기타 폴리머의 섬유 또는 수지 매트릭스에 세트된 고강도 섬유로 구성되어 철근봉, 격자 또는 섬유로 구성된다.이들 철근은 철근과 거의 같은 방식으로 설치된다.비용은 더 높지만, 적절히 적용되면, 구조물은 이점이 있으며, 특히 고유 콘크리트 알칼리성 또는 콘크리트를 관통할 수 있는 외부 부식성 유체에 의해 부식과 관련된 문제를 극적으로 줄일 수 있습니다.이러한 구조는 상당히 가벼워질 수 있으며 일반적으로 사용 수명이 길어집니다.이러한 재료의 비용은 항공 우주 산업과 군대에 널리 채택된 이후 급격히 하락했습니다.

특히 FRP 로드는 강철의 존재가 허용되지 않는 구조물에 유용하다.예를 들어, MRI 기계에는 거대한 자석이 있기 때문에 비자성 건물이 필요합니다.다시 한번, 무선 태그를 읽는 요금소에는 전파에 투명한 철근 콘크리트가 필요하다.또한 콘크리트 구조물의 설계 수명이 초기 비용보다 더 중요한 경우, 비철강 보강은 철근 부식이 주요 고장 원인인 경우에 장점이 있는 경우가 많다.이러한 상황에서 내식 보강은 예를 들어 조간대 등에서 구조물의 수명을 상당히 연장할 수 있다.또한 FRP 로드는 난간 교체 시 발코니 가장자리, 바닥 구조물의 사용 수명이 방수 수명의 몇 배나 될 가능성이 높은 다층 구조의 욕실 바닥 등 향후 콘크리트 구조가 손상될 수 있는 상황에도 유용할 수 있다.건축용 막

플라스틱 보강재는 종종 강화강보다 강하거나 적어도 중량 대비 강도가 더 우수합니다.또한 부식에 강하기 때문에 철근만큼 두꺼운 보호 콘크리트 커버가 필요하지 않습니다(일반적으로 30~50mm 이상).따라서 FRP 강화구조는 더 가볍고 오래갈 수 있습니다.따라서 일부 용도에서는 전체 수명 비용이 강철 강화 콘크리트로 가격 경쟁력을 갖출 수 있습니다.

FRP 또는 GRP 막대의 재료 특성은 강철과 현저하게 다르므로 설계 고려사항에 차이가 있습니다.FRP 또는 GRP 바는 상대적으로 인장 강도는 높지만 강성은 낮기 때문에 등가 강철 강화 장치보다 편향이 높을 수 있습니다.내부 FRP 철근이 있는 구조물은 일반적으로 강철 보강 구조물의 소성 변형성(연성)에 필적하는 탄성 변형성을 가진다.어느 경우든 철근의 파열보다는 콘크리트의 압축에 의한 파손이 발생할 가능성이 높다.철근콘크리트의 경우 항상 처짐이 주요 설계 고려 사항이다.물, 공기 또는 기타 공격적인 물질이 강철에 도달하여 부식을 일으키는 것을 방지하기 위해 철근 강화 콘크리트의 균열 폭을 제어하기 위해 편향 한계를 설정한다.FRP 강화 콘크리트의 경우 미관 및 수밀성이 균열폭 제어의 제한기준이 될 수 있다.또한 FRP봉은 철근에 비해 압축강도가 상대적으로 낮기 때문에 철근콘크리트 기둥에 대해 다른 설계접근이 필요하다.

FRP 보강재를 사용할 때 한 가지 단점은 내화성이 제한적이라는 것입니다.화재 안전이 고려되는 경우 FRP를 사용하는 구조물은 강도를 유지해야 하며 화재 발생 시 예상되는 온도에서 힘을 고정해야 한다.내화를 위해 시멘트 콘크리트 커버 또는 보호 피복의 적절한 두께가 필요하다.폴리프로필렌 섬유를 콘크리트에 1kg/m3 첨가함으로써 모의 [41]화재 시 폭팔을 줄일 수 있음을 알 수 있다(이러한 개선은 콘크리트 부피 밖으로 통로가 형성되어 증기 압력이 소멸되기 때문으로 생각된다).[41]

또 다른 문제는 전단보강 효과이다.경화 전 굽힘에 의해 형성된 FRP 철근 등자는 일반적으로 강재 등자나 직선섬유가 있는 구조물에 비해 상대적으로 성능이 떨어진다.변형 시 직선 영역과 곡선 영역 사이의 구역은 강한 굽힘, 전단 및 종방향 응력을 받습니다.이러한 문제에 대처하기 위해서는 특별한 설계 기법이 필요하다.

기존 구조물에 탁월한 강도를 부여할 수 있는 복합(섬유유리, 현무암, 탄소) 철근 등 첨단 재료를 이용한 외부보강에 대한 관심이 높아지고 있다.전 세계적으로 Aslan, DACOT, V-rod, ComBar 등 여러 국가에서 인정하는 복합 철근 브랜드가 있습니다.복합 철근을 사용하는 프로젝트는 미국, 러시아, 한국에서 독일에 이르기까지 전 세계적으로 나날이 증가하고 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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