철근콘크리트의 내구성에 영향을 미치는 요인들

RC구조란 Reinforced Concrete Strcture의 약자로 콘크리트와 철근의 합성구조를 의미합니다. 일반적으로 콘크리트 인장력은 압축강도의 약 1/10수준으로 압축력대비 인장력에서 상당히 떨어지는 수준으로 이를 보완하기 위한 방법으로 철근을 사용하여 부족한 인장력을 보완하는 방식의 합성구조 형태를 취하게 됩니다.

이렇듯 일체화된 구조체를 형성하기 위해서는 몇가지 중요한 조치가 선행되어야 하는데 그중 첫번째로 "철근의 부식방지"가 무척 중요합니다. 시멘트의 수화반응시 생긴 수산화칼슘[(Ca(OH)2]의 강알카리성에 의한 "부동태피막"이 대기중 이산화탄소(Co2)에 의한 탄산칼슘(CaCO3)로 변하는 "중성화"를 방지하기 때문입니다. 

두번째로 강재의 경우 화재와 같은 500도 이상에서 내력의 절반정도가 감소되기 때문에 내화구조인 콘크리트가 철근의 보호 피막 역할을 담당하게 됩니다.

세번째로 철근과 콘크리트는 동일한 선팽창계수를 갖고 있기 때문에 온도차가 발생하여도 일체 거동을 할 수있습니다.

일반적으로 철근이 부담하는 응력으로는 휨모멘트 와 전단력이 있습니다. 단순보의 중앙 부위를 절단해서 해석해 보면 상부는 압축력에 의해 찌그러들게 되고 하부는 인장력에 의해 늘어나는 형태가 됩니다. 이때 인장력에 의해 늘어나는 부분을 철근이 응력을 담당하는 구조를 취하게 됩니다.

또한 기둥과 접하게되는 보의 양 끝단에는 전단력이 작용하게 되는데 이때 발생하는 사인장 균열은 철근의 띠근이 응력을 담당하게 되어서 균열을 방지하게 됩니다.

콘크리트의 건조수축은 내부보다 외부에서 더 빨리 발생하게되는데 이때 인장 응력이 유발됩니다. 이를 방지하기 위해 최소 철근량을 배치해서 건조수축에 의한 균열을 방지하게 됩니다.

온도수축에 의한 인장응력이 콘크리트 인장강도 보다 큰 경우 또한 균열이 발생할 수 있는데 통상 온도가 높으면 팽창하고 온도가 낮으면 수축하기 때문에 최소 철근비를 적용해서 이를 방지해야 합니다.