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제 3 장 휨강도 시험


1. 개 요

콘크리트 구조물에서 작용하는 응력은 크게 압축력, 전단력, 그리고 휨모멘트력이 작용한다. 이중에서도 콘크리트에서 가장 취약한 것이 휨모멘트력에 대한 것이다. 콘크리트 설계시 압축력은 산정하여 넣지만 인장력에 관하여는 무시하는 것을 원칙으로 한다. 이러한 콘크리트의 취약점을 보완하기 위하여 철근을 이용한 철근콘크리트, 유리섬유와 같은 보강포를 이용한 유리섬유보강 콘크리트 등 여러 가지 휨력을 보강하기 위한 목적으로 사용되고 있는 것이다. 특히 방수재나 보수/보강재의 경우에 있어서도 유리섬유와 같은 보강포 등을 사용하여 콘크리트의 휨응력에 대해 보강하고자 하는 것이다. 따라서 이에 대한 적절한 평가항목이 필요한 것이다.


2. 시험 목적

콘크리트 구조물에 대하여 휨모멘트를 가하여 휨, 즉 압축력과 함께 상대적으로 연약한 인장력에 대한 내인장성을 확인하고 이에 대해 콘크리트 구조체의 보수/보강 혹은 특정의 재료를 방수재와 혼합하여 사용할 때 휨강도의 보강이 어느정도 있는지에 대한 수치적인 확인을 통해 사용의 적정여부를 판단한다.


3. 시험 방법

3.1 시료의 준비

(1) 시험에 사용하는 모든 재료는 혼련 전에 원칙적으로 20±2℃의 온도로 유지한다.
(2) 시멘트는 방습 용기에 밀페하여 놓는다.
(3) 잔골재는 입도 및 함수 상태가 배치마다 변화하지 않도록 준비한다.
(4) 혼련에 사용하는 물은 맑은 물로 한다.

3.2 재료의 개량

(1) 각 재료는 시멘트 모르타르의 소정의 배합에 기준하여 중량으로 각각 계량한다. 다만, 물은 비중이 1이므로 용적으로 계량해도 좋다.
(2) 계량은 1회 계량분의 0.5%까지 읽을 수 있는 계량기를 써서 정확하게 한다.
(3) 계량한 잔골재는 혼련할 때까지 함수 상태가 변화하지 않도록 한다.

3.3 시멘트 모르타르의 배합

(1) 시멘트 모르타르의 배합은 원칙적으로 온도 20±2℃, 습도 60%이상으로 유지된 실험실 안에서 한다.
(2) 계량한 시멘트와 잔골재를 용기에 넣고 흙손으로 2분간 섞은 다음 물과 혼화재를 가하여 3분간 잘 혼련한다.

3.4 시험체 성형 형틀 및 다짐봉

(1) 형틀 테두리 각 부의 재질은 강, 저판(底板)의 재질은 주철로 한다
(2) 형틀 테두리 각 부의 면 및 저부(低部)의 윗면은 연마하여 다듬질하고, 그 접촉부분의 끼워 맞춤으로한다.

(3) 성형 형틀의 치수는 다음에 따른다.
양단 테두리 사이의 거리 160±1mm
양단 테두리의 두께 11.5±0.5mm
양단 테두리의 높이 40±0.2mm
칸막이 테두리의 높이 40±0.2m
칸막이 테두리 사이의 거리 40±0.1m

(4) 저판의 형틀 테두리 고정구 및 부착용 금속구의 지주는 원칙적으로 저판과 한 몸체로 만드는 것이지만, 저판을 연마 다듬질 한 후 저판에 부착해도 좋다.

(5) 부착용 금속구의 선단은 소켓 이음쇠로 부착하고, 죄어붙일 때 회전하지 않는 구조로 한다.
(6) 부착용 금속구의 심은 형틀 테두리를 직각으로 누르는 구조로 한다.
(8) 가로 세로의 양 고정구는 상호간에도 저판 위에서도 직각으로 한다.
(9) 양단 테두리의 홈 나비와 칸막이 테두리의 끼워맞춤 부분은 잘 접촉하는 구조로 한다.
(10) 시험체 성형용 다짐봉의 재질은 연강으로 한다.
(11) 다짐봉의 질량은 1000±5g이다.
(12) 다짐부분은 입방체로 한다.
(13) 다짐부분은 연마하여 다듬질하고, 쥐는 부분은 미끄러지지 않게 다듬질 한다.


<그림 3.4.1> 휨강도 시험체 성형용 형틀 및 다짐봉(KS F 2477)


3.5 시험체를 만드는 방법

3.5.1 시험체의 크기 및 수

휨강도 시험의 시험체는 단면 40×40×160㎜의 3개의 틀이 1조를 형성한다. 동일 조건의 시험에 대하여 필요한 시험체의 수는 상기 치수의 각주로 하여 3개 이상으로 한다.


3.5.2 시험체의 성형

(1) 시험체의 성형은 원칙적으로 온도 20±2℃, 습도60% 이상으로 유지된 실험실 안에서 한다.
(2) 시멘트 모르타르는 형틀에 2층으로 채운다. 시멘트 모르타르를 형틀 높이의 약 1/2까지 채우고, 다짐봉으로 온면에 걸쳐서 다진다. 다음에 시멘트 모르타르를 형틀의 상단까지 채우고 앞에서와 같이 다짐봉으로 다지고 쇠톱의 뒷날을 이용하여 평평하게 마무리한다. 다지는 수는 각 층 15회를 표준으로 하되, 15회 다져서 재료 분리현상이 일어날 경우 적당한 정도로 한다.
(3) 타설된 시험체가 응결 및 경화시간 12시간 정도 이후 습윤양생을 기본으로 하고, 그외 시험 목적에 따라 소정의 양생을 실시한다.


3.6 시험 방법

3.6.1 시험기기 및 악세사리 기구

시험기기는 압축강도 시험용 기기의 재하받침판 위에 휨강도 악세사리를 설치하여 시험이 가능하지만, 휨강도라는 특성상 그 수치가 정밀함을 고려하여 만능재료시험기를 이용하여 사용하도록 한다.

<그림 3.6.1> 휨강도 시험용 악세사리 기구(KS F 2407)


휨강도 시험용 악세사리 기구는 다음의 조건에 맞아야 한다.
(1) 하중이 지간(span)의 중앙에 작용해야 하며 보의 재하면에 대해 수직이어야 한다. 이때 하중은 편심되지 않게 작용하도록 되어 있어야 한다.
(2) 반력의 방향이 시험도중 하중 작용 방향과 평행하여야 한다.
(3) 하중이 충격없이 균일한 속도로 가해지는 것이어야 한다.
(4) 하중을 가할 블록과 두 지간 블록의 칼날은 평면에서 0.05mm이상 벗어나서는 안 된다.

3.6.3 시험 방법

(1) 시험체를 휨강도 시험기기의 지지블록 중점에 시험체의 중심이 오도록 놓아야 한다. 하중을 가할 블록은 두 지지블록의 중심에서 시험체의 윗면과 접촉하도록 해야한다.
(2) 재하속도는 10m/min의 속도를 기본으로 하나, 파괴하중의 약50%까지는 이보다 약간 빠른 속도를 작용시켜서 하중을 가할 수 있다.
(3) 디지털로 측정된 시험체의 휨강도를 단면적으로 나누어 아래의 계산식을 이용해 구한다.

R=3pl/2bd2
여기에서, R:휨강도(㎏/㎠)
P : 시험용 계기에 나타난 최대하중(㎏)
I : 지간의 길이(㎝)
b : 평균 나비(㎝)
d : 평균 두께(㎝)


4. 참고 및 주의사항
(1) 시험시 시험체의 상태는 양생에 관계없이 물기가 표면에 없는 상태로 하여 시험하여야 한다.
(2) 휨강도 시험용 악세사리 기구에 시험체를 물릴 때 시험체의 방향은 재하블록이 타설한 면과 닿도록 하고, 모든 시험체에 대해 같은 방향으로 통일하여 시험하도록 한다.

 
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