현대 건축의 핵심재료 : 콘크리트 2-2편 (물성)

지난 포스팅에서는 건축디자인 요소 : 재료 [기본편] 과 기본편에서 언급된 콘크리트 재료의 구성요소 및 물성과 어떻게 활용되고 있는지를 알아보고 있는데요. 지난 포스팅이 궁금하신 분은 아래의 링크 Click!

 

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건축디자인의 요소 : 재료[기본 편]

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현대 건축의 핵심재료 : 콘크리트 1편 (구성요소 및 제조과정)

 

 

지난 포스팅에 이어 이번포스팅에서는 콘크리트가 가지는 물성에대해 구체적으로 알아보려고 합니다. 콘크리트가 가지는 물성에는 압축강도, 인장강도, 강도등급, 밀도, 수분흡수, 탄성률, 노후화, 불연성, 화학적 안정성과 같은 특성이 있습니다. 각 물성이 가지는 정의가 무엇인지 알아보고 그와 관련된 내용을 자세히 알아보고자 해요. 물성에 관한 포스팅은 1부 2부로 나누어서 진행하려고 하며 1부에서는 압축강도에서부터 수분흡수까지 2부에서는 탄성률에서부터 화학적안정성을 다뤄볼 예정이니 많은 관심 부탁드립니다. 그럼 2부 시작해 볼까요?!

 

1부가 궁금하신분은 아래의 링크 Click Click!

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현대 건축의 핵심재료 : 콘크리트 2-1편 (물성)

 

[ 목차 ]
01. 재료의 구성요소
02. 재료의 제조과정
03. 재료의 물성
04. 콘크리트의 종류
05. 재료의 장ㆍ단점
06. 재료의 활용
07. 재료를 활용한 디자인 방법 및 사례

6. 탄성률 (Elastic Modulus)

**탄성률이 무엇인가요?**

탄성 모듈러스는 재료가 얼마나 변형 가능하며, 얼마나 강인하게 변형에 저항할 수 있는지를 나타내는 물리적인 특성입니다. 이것은 콘크리트와 같은 재료가 외부 힘에 얼마나 잘 반응하고 변형되는지를 측정하는 데 사용됩니다.

 

**측정 단위**

탄성 모듈러스는 일반적으로 파스칼 (Pascal, Pa) 단위로 표시됩니다. 다른 일반적인 단위로는 메가파스칼 (MegaPascal, MPa)도 사용됩니다.

 

**탄성 모듈러스의 중요성**

탄성 모듈러스는 콘크리트와 같은 구조재료의 설계와 분석에 매우 중요합니다. 이 값은 다음과 같은 역할을 합니다:

• 구조 설계: 탄성 모듈러스는 구조물의 하중 분산과 변형을 예측하는 데 사용됩니다.
• 재료 선택: 다양한 종류의 콘크리트가 있으며, 각각의 탄성 모듈러스 값은 구조물의 요구 사항에 맞게 선택됩니다.
• 구조 미세 조정: 탄성 모듈러스는 구조물의 미세 조정에 사용되어 안정성과 성능을 향상시킵니다.

**탄성 모듈러스를 제어하는 방법**

탄성 모듈러스는 콘크리트 혼합물의 구성 요소와 경화 과정에 따라 변화할 수 있습니다. 일부 제어 방법은 다음과 같습니다

• 적절한 혼합물 설계:시멘트, 물, 골재 및 혼화재의 비율을 조절하여 탄성 모듈러스를 관리할 수 있습니다.
• 경화 및 유지 보수: 콘크리트가 올바르게 경화되고 유지되는지 확인하여 탄성 모듈러스를 안정화시킬 수 있습니다.

탄성률은 일반적으로 다음과 같이 표현됩니다.

탄성률 (Elastic Modulus) = 응력 (Stress) / 변형 (Strain)

 

응력 (Stress)은 재료에 가해지는 힘의 단위 면적당 압력을 나타내며 파스칼(Pascal) 또는 메가파스칼(Megapascal)로 표시됩니다. 변형 (Strain)은 재료의 변형 정도를 나타내며 단위 길이 당 변형량으로 표시됩니다. 일반적으로는 백분율로 표현됩니다.

콘크리트의 탄성률은 주로 Young's Modulus 또는 Elastic Modulus라고 불립니다. 이 값은 콘크리트가 얼마나 강인하게 반응하고 힘에 따라 얼마나 변형되는지를 나타내며 콘크리트 설계 및 분석에서 매우 중요한 역할을 합니다.

콘크리트의 탄성률은 콘크리트 혼합물 및 경화 과정에 따라 변할 수 있으며, 구조물의 안정성 및 성능에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 구조 엔지니어는 콘크리트의 탄성률을 고려하여 구조물을 설계하고 시공하는 데 중요한 요소로 고려해야 합니다.

 

7. 노후화 (Aging)

**노후화란 무엇인가요?**

노후화는 콘크리트와 같은 건축 재료가 시간, 환경 조건 및 노출로 인해 물리적, 화학적으로 변화하는 과정을 의미합니다.

이것은 구조물의 성능과 내구성에 영향을 미칠 수 있습니다.

**노후화의 영향**

강도 감소(Reduction in Strength) :  콘크리트는 노후화로 인해 강도가 감소할 수 있습니다. 이것은 구조물의 안전성을 위협할 수 있습니다.

방수성 감소(Decreased Waterproofing) : 노후화는 방수성을 저하시킬 수 있으며, 이로 인해 수분 흡수와 부식의 위험이 증가할 수 있습니다.

변형(Deformation) : 노후화는 콘크리트의 물리적 특성, 예를 들어 변형률 및 모듈러스에 영향을 줄 수 있습니다.

**노후화의 원인**

수분(Moisture) : 수분은 노후화의 주요 원인 중 하나입니다. 수분은 콘크리트 구조물 내부로 침투하여 화학적 및 물리적 변화를 초래할 수 있습니다.

온도(Temperature): 극한 온도 조건은 콘크리트 노후화에 영향을 줄 수 있으며, 열팽창과 수축으로 인해 균열이 발생할 수 있습니다.

화학 반응(Chemical Reactions) : 화학적 요인은 노후화에도 영향을 미칩니다. 미량의 화학적 변화가 콘크리트의 물리적 특성에 영향을 줄 수 있습니다.

**노후화 관리**

노후화를 관리하려면 적절한 유지 보수 및 보호 조치가 필요합니다. 이는 구조물의 수명을 연장하고 안전성을 보장하는 데 중요합니다. 콘크리트 구조물의 제조 및 설치 단계에서 품질 통제를 유지하여 노후화를 최소화하는 것이 중요합니다.

**5. 예방 및 보수**

노후화 예방을 위해 주기적인 구조물 검사 및 보수가 중요합니다. 부식 방지 및 방수 재료의 사용도 도움이 될 수 있습니다.

구조물의 노후화 정도에 따라 보강 및 복원 작업이 필요할 수 있습니다.

노후화는 콘크리트 구조물의 수명과 성능에 영향을 미치는 자연스러운 과정입니다. 적절한 관리와 유지 보수를 통해 구조물의 수명을 연장하고 안전성을 유지할 수 있습니다.

 

 

8. 불연성 (Fire Resistance)

**불연성이란 무엇인가요?**

콘크리트의 불연성은 고온에 대한 내성을 나타내며, 콘크리트가 불에 저항하는 능력을 의미합니다. 이것은 콘크리트 구조물이 화재 상황에서 안전을 유지하고 기능을 계속할 수 있도록 하는 중요한 특성 중 하나입니다.

**불연성의 원리와 특성**

고온 내성(High-Temperature Resistance) : 콘크리트는 높은 온도에도 안정하게 유지됩니다. 일반적으로 콘크리트는 약 1000°C (1832°F) 이상의 온도에서 강도가 감소하기 시작합니다.

열 팽창(Heat Expansion Tolerance) : 콘크리트는 열 팽창을 견디는 능력이 있어 고온에서도 구조적 무결성을 유지합니다.

열전도성(Low Thermal Conductivity) : 콘크리트는 열전도성이 낮아 높은 열을 전달하지 않습니다. 이는 화재의 확산을 제어하는 데 도움이 됩니다.

**불연성 관리 및 시험**

콘크리트의 불연성은 설계 및 시공 단계에서 고려되어야 합니다. 적절한 혼합물, 철근 및 구조 설계가 필요합니다. 불연성은 시험을 통해 확인됩니다. 표준화된 시험 방법을 사용하여 콘크리트의 화재 내성을 평가하고 검증합니다.

**화재 대응**

화재 대응 시 콘크리트 구조물은 안전한 대피를 가능하게 합니다. 구조물은 불에 저항하여 화재 부착물의 안전한 사용과 화재 대응을 지원합니다. 또한, 콘크리트 구조물은 화재 후에도 복구 및 재건을 용이하게 합니다.

**주의사항**

콘크리트 구조물은 불연성을 가지지만, 열전달로 인해 내부 구성물은 영향을 받을 수 있습니다. 따라서 화재 대응 시 인명 안전을 최우선으로 고려해야 합니다.

요약하면, 콘크리트의 불연성은 고온에 대한 내성으로 인해 화재 상황에서 안전성을 제공합니다. 이는 콘크리트 구조물이 화재에 저항하고 안전을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

9. 화학적 안정성 (Chemical Stability)

**화학적 안정이란 무엇인가요?**

콘크리트의 화학 안정성은 외부 요인에 노출될 때, 특히 공격적인 화학 물질, 산, 알칼리, 염 등과의 접촉 시 화학 반응과 분해를 얼마나 잘 저지할 수 있는지를 나타냅니다. 이는 콘크리트가 어려운 화학적 환경에서 내구성과 무결성을 얼마나 잘 유지할 수 있는지를 나타냅니다.

**화학 안정성에 영향을 미치는 요소**

pH 레벨(pH Levels) : 주변 물질의 pH 레벨은 콘크리트의 화학 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다. 높은 산성 또는 높은 알칼리 환경은 콘크리트에 해를 줄 수 있습니다.
화학 물질 노출(Chemical Exposure) : 공격적인 화학 물질(황산염, 염화물, 산 등)에 노출될 때 화학 반응이 발생하여 콘크리트 구조물의 무력화를 야기할 수 있습니다.
동결-해동 주기(Freeze-Thaw Cycles) : 물이 존재하는 환경에서 반복되는 동결과 해동 주기는 화학적 변화를 유도하며 콘크리트의 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다.
반응성 채취물질(Reactive Aggregates) : 콘크리트에 사용되는 일부 채취물질에는 반응성 미네랄이 함유되어 있어, 적절한 관리가 이루어지지 않으면 화학적 안정성을 저해할 수 있습니다.

**화학 안정성 관리**

화학 안정성을 향상시키기 위해 적절한 시멘트 종류 및 채취물질 선택과 같은 콘크리트 혼합물의 적절한 설계가 필요합니다. 화학적 노출이 우려되는 환경에서는 콘크리트 표면에 보호 코팅 또는 실란트를 적용할 수 있습니다. 화학적 안정성을 유지하기 위해 적절한 경화 방법과 예방 조치가 필요합니다.

**화학 안정성 평가**

화학 안정성을 평가하려면 특정 화학 물질에 노출시키는 실험, pH 측정, 콘크리트 시료 분석 등 다양한 시험 방법을 사용할 수 있습니다.

**화학 안정성의 중요성**

화학 안정성은 콘크리트 구조물의 장기 내구성과 성능을 보장하기 위해 중요합니다, 특히 공격적인 환경에서 노출될 때 더욱 중요합니다. 적절하게 설계하고 유지하는 콘크리트 구조물은 화학 안정성을 향상시키며, 붕괴 가능성을 줄이고 더 오랜 서비스 수명을 가질 수 있습니다.

요약하면, 콘크리트의 화학 안정성은 다양한 환경적 요인에 대한 화학적 반응과 분해를 저지하는 능력을 나타냅니다. 어려운 화학적 환경에서 콘크리트의 장기 내구성과 성능을 보장하기 위해 화학 안정성을 유지하는 것이 중요합니다.

 

 

 

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