철근과 콘크리트의 부착력

부착력의 정의

부착력은 철근과 콘크리트가 힘을 주고받는 능력이다.

두 재료는 하중 아래에서 변형률이 같아야 하며, 계면에서 응력을 전달해 이를 맞춘다.

이 두 재료가 함께 거동하는 현상을 합성작용이라 하며, 부착이 그 핵심 메커니즘이다.

철근콘크리트가 필요한 이유

콘크리트는 압축에는 강하지만 인장에는 약하다.

인장강도는 압축강도의 약 10% 수준이라 설계에서는 무시한다.

그래서 인장을 받는 구역에 철근을 배치하는 철근콘크리트가 등장했다.

철근이 인장을 받으려면 콘크리트와 함께 변형해야 한다.

부착의 세 가지 성분

부착은 화학적, 마찰, 기계적 세 가지 작용의 합이다.

화학적 부착은 수화 과정에서 생긴 시멘트 겔이 철근 표면에 붙는 작용이다.

마찰 부착은 콘크리트 수축이 철근을 조이는 효과로 커진다.

기계적 부착은 이형철근 리브가 콘크리트에 맞물려 생기며, 큰 하중에서 주로 담당한다.

응력 전달과 파괴 형태

철근에 인장력이 걸리면 그 응력은 부착응력을 통해 주변 콘크리트로 전달된다.

전달된 응력은 콘크리트에 쪼갬응력을 만든다.

부착 파괴는 철근이 뽑히는 인발 파괴와 피복이 갈라지는 쪼갬 파괴로 나뉜다.

피복두께가 작으면 쪼갬 파괴를 유발하고, 과밀 배근은 부착을 떨어뜨린다.

그래서 부착은 리브 맞물림이 지배하고 피복과 다짐이 이를 뒷받침한다.

상부철근과 정착길이

상부철근은 콘크리트 블리딩수가 철근 아래에 모여 부착이 떨어진다.

그래서 정착길이 계산에서 상부철근 위치계수 α 1.3을 곱한다.

하부철근은 공극이 적어 부착 상태가 유리하다.

타설 높이가 높을수록 상부철근의 부착은 더 불리해진다.

핵심 정리

정답은 α 1.3이다. 상부철근은 블리딩 때문에 부착이 떨어져 계수를 곱한다.

부착강도는 철근 강도가 아니라 리브, 피복두께, 다짐, 콘크리트 강도에 좌우된다.

이형철근은 리브에 의한 기계적 부착으로 원형철근보다 부착강도가 크다.

부착은 합성작용의 전제이므로 답안에서는 하중 전달 메커니즘으로 설명한다.