PS강재 응력부식·지연파괴

한 줄 정의

응력부식은 인장응력과 부식환경이 함께 작용해 생기는 취성 균열이다.

발생 조건은 인장응력, 부식성 환경, 재료 감수성의 세 가지다. 하나만 없어도 파괴는 일어나지 않는다.

지연파괴는 정적 하중을 받은 강재가 일정 시간 뒤 취성 파단하는 현상이다.

핵심은 설계강도보다 낮은 응력에서 파괴된다는 점이다.

발생 과정

먼저 그라우트 결함이나 덕트 누수로 염화물과 수분이 강재에 닿는다.

강재 표면에 피트가 생기고, 피트 안에서 수소가 발생해 강재에 흡장된다.

수소가 전위와 결정립계에 모여 미세균열을 만들고, 인장응력에 의해 진전한다.

균열이 임계 크기에 이르면 설계강도 이하에서 돌발 파단된다.

원리를 알면 방지대책의 방향도 보인다. 조건 하나를 제거하면 막을 수 있다.

세 손상 형태 비교

응력부식, 지연파괴, 피로파괴는 모두 인장응력이 관여하지만 주도 인자가 다르다.

응력부식은 부식환경이 필수 조건이다.

지연파괴는 수소가 원인이라 환경이 없어도 수소가 이미 있으면 발생한다.

피로는 응력 수준이 낮아도 반복 횟수가 쌓여 생기므로 정적 파괴와 구분한다.

답안에서는 이 차이를 표로 나눠 쓰는 것이 좋다.

방지대책과 직접 풀기

방지대책은 원인 하나에 하나씩 대응한다.

염화물과 수분의 접촉을 막는 환경 차단, 수소 유입을 줄이는 공정 관리가 핵심이다.

긴장응력 상한을 제한하면 응력부식과 지연파괴를 모두 완화한다.

정기 점검은 손상을 조기에 발견하는 수단이다.

실제 사고 사례

정답은 압축응력이다. 응력부식에는 인장응력이 반드시 있어야 한다.

영국 Hammersmith 고가교는 제빙용 염화물에 의해 긴장재가 부식되었다.

이탈리아 Petrulla 고가교는 2014년 7월, 12경간 중 한 경간이 긴장재 부식으로 붕괴했다.

미국 Charlotte 보행교는 그라우트에 허가되지 않은 화학물질로 긴장재가 부식되어 한 경간이 무너졌다.

공통점은 부식 원인이 설계 단계보다 시공과 유지관리 단계에서 생겼다는 것이다.

시험 포인트 정리

시험에서 자주 틀리는 부분을 정리한다.

첫째, 응력부식을 압축 상태에서도 일어나는 현상으로 쓰면 감점이다.

둘째, 지연파괴와 응력부식을 같은 메커니즘으로 설명하면 감점이다.

원인은 재료, 환경, 시공 세 축으로 나누고 대책을 짝지어 쓰자.