[스크랩] 건축시공기술사 건설재료에 요구되는 성질 [품질관리]
건축시공기술사 건설재료에 요구되는 성질 [품질관리]
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자료출처 : 김우식 건축시공기술사 공부방 <네이버 카페>
1. 건설재료에 요구되는 성질
(1) 서언
건설재료 중에서 콘크리트와 철강재료가 가장 많이 사용되고 있다.
그 이유는 건설재료에 요구되는 성질을 비교적 잘 만족시키기 때문이다.
(2) 건설재료에 요구되는 성질
1) 사용목적에 알맞는 공학적인 성질을 가질 것
2) 사용 환경에 대해 안정하고, 내구성을 가질 것
3) 대량공급이 가능할 것
4) 운반취급 및 가공이 용이한 것.
5) 경제성이 있을 것.
2. 재료의 분류
(1) 용도에 의한 분류
구조 주재료 : ① 구조물의 주체가 되는 것
② 강도 필요 - 석재
콘크리트
시멘트 2차 제품
금속 재료
역청 재료
부재료 : 피복, 절연, 장식등 보조적 역할 하는 것(유리, 페인트 기타)
(2) 생산에 의한 분류
1) 천연재료 : 목재, 석재, 골재, 점토
2) 인공재료 : 시멘트, 콘크리트, 금속재료, 역청재료
(3) 화학 조성에 의한 분류
유기재료 : 목재, 역청재료, 고분자 재료
무기재료 : 금속재료 - 철금속, 비철금속
비금속 재료(석재, 시멘트, 점토)
3. 토목재료에서 가장 필요한 재료의 역학적 성질
(1) 종류 - 강도와 강성
응력과 변형
탄성과 소성
탄성계수와 프와송비
재료의 creep와 Relaxation
인성과 취성
연성과 전성
경도
내구성과 피로성
(2) 콘크리트의 역학적 성질
1) 콘크리트에 작용하는 힘이 매우 크면 파괴가 일어난다.
이와 같이 작용하는 힘과 관계되는 재료의 성질을 역학적인 성질이라 한다.
2) 콘크리트 역학적 성질중 가장 중요한것
① 응력-변형도의 관계(힘-변형관계)
② 외력의 종류에 따라 - 압축강도
(5대 물리력) 인장강도
휨강도
전단강도
비틀림강도 등
- warping강도
3) 강도 (strength) : 구조 부재나 재료가 외력에 대하여 견딜 수 있는 최대의 저항력.
하나의 부재라도 저항의 방법에 대응하여 휨 강도나 전단 강도 등
복수의 강도가 있게 된다.
4) 강성(stiffness)
① 재료에 외력이 작용할때 변형이 작은 재료를 강성이 크다고 한다.
(3) 응력과 변형
1) 응력(stress)
① 재료에 외력이 작용할때 이에 저항하기 위해 발생되는 내부저항력을 응력이라 함
② 재료의 단면에 - 수직인 수직응력(압축응력, 인장응력)
평행한 전단응력
이러한 응력의 합성에 따른 휨응력과 비틀림응력, warping응력
2) 변형(strain)
재료에 외력이 작용하면 그 자체의 모양이 변화하는것.(응력을 발생시킨다.)
(4) 탄성과 소성
1) 탄성(Elasticity)
외력을 받아 변형한 재료에 외력을 제거하면 변형이 완전히 없어지고 원상태로
되돌아 가는 성질
2) 소성(Plasticity)
원상태로 돌아오지 않는 성질
P : 비례한도 - 탄성한도 내에서 응력과 변형이 비례하는 최대한도
E : 탄성한도 - 외력을 제거해도 변형이 없이 원상태로 돌아가는 응력의 최대한도
Y : 항복점 - 외력의 증가없이 변형이 증가하였을 때의 최대 응력점
M : 극한강도(인장강도) - 재료가 응력을 최대로 받았을 때의 강도
B : 파괴점(Break point) - 재료가 파괴되는 점
(5) 탄성계수와 프와송비
1) 탄성계수(Young's modulus)
비례한도 내에서 응력과 변형의 비
E = σ/ε = (P/A)/(Δℓ/ℓ) = (P·ℓ)/(Δℓ·A)
2) 프와송비
탄성체에 외력이 작용하면 응력의 방향으로 변형이 생기는 동시에 응력의 직각방향
으로도 변형이 생기는데 이 두변형의 비를 Poisson's ratio
(=응력의 직각방향의 변형/응력방향의 변형)라 한다.
* 고강도 콘크리트 = 0.11
비배합 콘크리트 = 0.21 concrete는 평균 0.18사용
등방성의 재료 = 0.25
(6) Creep와 Relaxation
1) Creep(4개월 이내 80% 발생, 약2년후 90%발생)
① 정의
굳은 콘크리트에서 일정한 하중을 계속 재하하면 응력은 변하지 않으면서 시간이
경과함에 따라 변형이 증가하는 현상
② 영향을 미치는 요소
㉠ 재하시의 재령 : 오래일수록 Creep 적다
㉡ 재하시간 : 클수록 크다.
㉢ 작용응력 : 클수록 Creep량 크다.
㉣ 단위시멘트량 : 많을수록 Creep량 크다.
㉤ 부재치수 : 클수록 Creep량 크다.
㉥ 콘크리트 온도 : 높을수록 Creep량 작다.
㉦ 습도 : 높을수록 Creep 작다.
* Creep는 시간의 함수이다.
* Creep 파괴 : 크리프로 인하여 재료가 파괴되는 현상
* Creep 한계 : Creep 파괴가 생기지 않는 지속응력의 한계
* Creep 강도 : 어느규정시간내에 Creep 파괴를 일으키는 응력을 그 재료의
Creep 강도라 한다.
③ 문제점
㉠ 콘크리트 구조물의 처짐증대, 균열확산
㉡ prestress의 감소
㉢ 단면의 응력 재분배
2)Relaxation
① 정의
PC강재를 긴장한채 일정한 길이로 유지해두면 시간이 경과함에 따라 인장응력이
감소하는 현상
② 문제점
prestress의 감소야기
③ 대책
㉠ low Relaxtion strand 사용
㉡ 설계시 prestress 손실감안
* 재료에 응력을 가한상태에서 변형율을 일정하게 유지하면 응력이 시간과 함께
감소하는 현상을 응력완화라 하며, 이 현상을 탄성변형율의 일부가 Creep에 의한
소성변형률도 전환하기 때문이다.
(7) 인성과 취성
1) 인성(Taighness)
재료가 파괴되기 까지 높은응력에 잘 견디면서 많은 변형을 나타내는 재료를 인성이
강한 재료라 한다.
ex) 압연강, Gum
2) 취성(Brittleness)
재료가 작은변형에도 쉽게 파괴되는 것을 말한다.
ex) 주철, 유리, 세라믹
(8) 연성과 전성
1) 연성(ductility)
재료가 인장응력을 받아 큰 신장을 나타내는 재료를 연성이 크다고 말하며 연성이 큰
재료는 인성도 크다.
2) 전성(malleability)
금이나 납같이 재료를 얇게 두들겨 펴지는 성질
(9) 경도(hardness)
재료를 Scratch(긁는것) 했을때 자국, 절단, 마소등에 저항하는 능력
(10) 내구성과 피로성
1) 내구성(durability)
재료가 동결융해, 건습의 반복, 화학작용, 기계적인 힘의 반복작용등에 저항하는 성질
2) 피로성(Fatigue)
① 재료에 반복적인 응력을 작용시키면 작은응력에 대해서도 재료가 피로현상이
일어나거나 파괴하게되는데 이에 저항하는 성질
② 재료가 피로가 생기지 않는 일정한 한도 이하의 응력의 한계를 피로한도라 한다.
(=정적합축강도의 50∼60%)
4. 재료의 강도, 안전율 및 파괴
(1) 강도
1) 재료가 외력에 저항할수 있는힘
2) 강도 = 최대하중/재료의 단면적
(2) 안전율
재료의 최대응력을 허용응력으로 나눈값
(3) 파괴
재료의 파괴원인
1) 균열(crack)
2) creep
3) 탄성의 상실
4) 자연적인 마모에 의한 물리적인 것
5) 강의 부식과 같은 화학적인 것이 있음