프리스트레싱 강재의 역학적 성질 및 특성 두번째

4. 온도의 영향

프리스트레싱 강재는 온도에 크게 영향을 받습니다. 일반적으로 프리스트레싱 강재의 인장가옫 및 항복강도와 탄성계수는 영햐 100도에서 영상 100도까지 온도가 증가함에 따라 매우 완만하게 감소하다가, 약 200도를 넘으면 급격하게 감소하고 300도를 넘으면 선형으로 급감하게 됩니다. 대략적으로 표현하면 500도에서의 강도는 20도 강도의 30% 정도이고, 영하 100도에서의 강도는 20도에서의 강도의 110% 정도입니다. 500도인 경우의 탄성계수는 20도인 경우에서의 탄성계수의 65%정도입니다. 길이 변화도 온도에 크게 영향을 받아서 500도에서의 길이는 20도에서의 길이의 2.3배 정도입니다. 따라서 고온에 노출되는 구조물이나 화재에 대한 검토에서는 이와 같은 온도의 영향을 고려하여야 합니다. 저온에서는 프리스트레싱 강재가 취성으로서 충격에 대한 저항성능이 감소됩니다.

 

 

5. 피로

피로는 재료의 항복강도나 극한강도보다 낮은 응력이 반복하여 작용할 때 파괴되는 현상입니다. 피로의 주된 세 가지 변수는 응력의 범위, 최대 응력의 크기, 응력의 반복횟수입니다. 응력의 범위는 반복하여 작용하는 하중에 의하여 발생하는 응력의 변동 범위를 의미하여, 일반적으로 활하중에 의한 응력을 말합니다. 콘크리트 구조물에서는 활하중에 의하여 발생하는 응력이 작으몰, 피로에 의하여 파괴가 발생하는 경우는 거의 없습니다. 특히 철근콘크리트는 사용하중에 의하여 발생하는 최대 응력의 크기도 작아서 피로에 의한 파괴 가능성이 없습니다. 프리스트레스트 콘크리트의 경우에는 긴장력에 의하여 프리스트레싱 강재가 큰 인장응력을 받고 있는 상태이므로, 피로 성능이 철근콘크르티에 비하여 더 큰 의미를 가질 수 있습니다. 그러나 활하중에 의한 응력의 범위는 일반적으로 50~70MPa 정도로서, 900~1700MPa 범위인 프리스트레싱 강재의 항복강도에 비하여 매우 낮으므로 프리스트레스트 콘크리트가 피로로 파괴되는 경우는 거의 없습니다.

 

 

6. 응력 부식

응력 부식은 강재가 높은 응력을 받고 있을 때 강재가 부식되는 환경이 되어 긴장재로서의 성능을 발휘하기 어려운 상태가 되는 것을 말합니다. 프리스트레싱 강재에 응력 부식이 발생하면 궁극적으로 프리스트레싱 강재가 파단 되는 결과로 나타납니다. 여기서 발하는 부식은 일반적으로 강재에 발생하는 녹스는 현상을 이야기 하는 것은 아닙니다. 금속재료 분야에서 사용하는 응력 부식이라는 용어는 고강도의 강재에 높은 응력이 작용하는 상태가 지속되면 대기 중의 수소이온이 강재에 침입하여 수소취화반응을 일으키게 되는데, 이러한 수소취화반응으로 강재의 강도성능을 취약하게 하는 부식 환경이 되는 것을 말합니다.

 

그러나 한편으로, 강재가 높은 응력에 작용하는 상태에서는 응력이 작용하지 않는 상태보다 녹이 스는 속도가 더 빠르기 때문에, 금속재료 분야에서 말하는 수소취화반응에 의한 응력 부식 상태에서 프리스트레싱 강재에 녹이 발생하는 경우가 많습니다. 따라서 건설 분야에서는 높은 응력이 작용하는 상태에서 프리스트레싱 강재가 빨리 녹스는 현상과 표면에 녹이 보이지 않더라도 조직이 취약해지는 현상을 모두 응력 부식이라고 합니다.

 

 

응력 부식에 의한 피해의 사례로 몇 가지 보고된 바 있습니다. 미국에서는 프리스트레스트 콘크리트 쉘구조의 시공에서 콘크리트의 수축과 크리프에 의하여 긴장력이 감소한 후 재긴장을 할 목적으로 그라우팅을 늦추고 있었는데, 6개월 후에 쉬스 안의 프리스트레싱 강재가 녹슬고 소선이 끊어진 사례가 있었습니다. 결국 전체 프리스트레싱 강재를 교체하여 공사를 진행하였다고 합니다. 캐나다에서는 프리스트레스트 콘크리트 관을 매설한 후 강선이 끊어진 것을 발견할 사례가 있었습니다. 일본에서는 포스트 텐션 부재에서 강봉이 파단되느 경우가 있었는데, 그라우팅이 충분하지 못하여 공기에 노출된 부분에서 수소취화반응에 의한 응력 부식이 발생한 것으로 조사되었다고 합니다.

 

이와 같은 여러 현상과 시공사례들을 고려해 보면, 응력 부식에 의한 프리스트레싱 강재의 손상을 방지하기 위해서는 공장제조에서부터 현장에서 사용할 때까지 프리스트레싱 강재가 부식되지 않도록 관리하여야 하며, 긴장력이 도입된 프리스트레싱 강재는 너무 오랜 기간 동안 대기에 노출되지 않도록 하는 것이 바람직합니다. 즉 프리텐션 방식에서는 프리스트레싱 강재를 긴장한 후 가능하면 빨리 콘크리트를 타설하고, 포스트텐션 방식에서는 긴장한 후 가능하면 빨리 그라우팅 하는 것이 좋습니다.