PC와 RC의 차이점, 특징, 시공시 유의사항

1. 서 론   (1) 철근 콘크리트           - 콘크리트의 인장강도는 압축강도의 1/10-1/13정도로 매우 작고 취성재료이다 또한 콘크리트 의 휨인장강도(파괴계수)는 압축강도의 1/5-1/8정도     -콘크리트 보를 만들 때는 인장측에 철근을 넣어서 보강하는데 이것이 철근 콘크리트이다.     -압축은 콘크리트가 받고 인장은 철근이 받게하는 것이다. 그러나 인장측의 균열은 막을 수 없다.   (2) Prestressed Concrete     -RC에서의 Con'c 부재에 발생하는 인장응력을 상쇄균열을 없애기 위해서 인장측에 (PC 강연선이나 강봉으로) 미리 압축응력을 준 것이 Prestressed Concrete임.     -PC를 사용하므로써 장대교의 시공이 가능하며 안전관리품질관리에 유리하고 구조적인 미를 추구할 수 있어 앞으로 계속 발전 유지시켜야 한다.   (3) PC의 필요성     ⑴ 장 span 시공이 가능     ⑵ 안전관리에 유리     ⑶ 품질의 우수     ⑷ 내구성 향상 2. PC 의 기본 개념   <IMG height=325 hspace=3 src="https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.poomzil.co.kr%2F%EA%B8%B0%EC%88%A0%EC%82%AC%2520%EC%8B%9C%ED%97%98%2F%EC%8B%9C%EA%B3%B5%EA%B8%B0%EC%88%A0%EC%82%AC%2FPC%EC%99%80RC%2FTPIZE001.GIF" width=518 align=left vspace=3 border=0>         1)콘크리트에 prestress를 도입하면 콘크리트가 탄성재료로 전환된다는 응력 개념으로 해석,설계가 탄성이론에 따른다 2)프랑스의 eugene freyssinet가 제안 3)긴장재를 직선적으로 편심배치하면 4)강도개념이며 하중평형개념임 전단면이 유효 3. RC에서의 강도 설계법 1) cement concrete의 인장력 보강하기 위해 보강재를 철근을 사용한 콘크리트를 말한다. 2) 압축력은 콘크리트가 인장력은 철근이 받도록 한것이다. 3) 취성 개선하기 위해 파괴시 철근이 먼저 파괴토록하여 연성재료로 균열발생은 피할 수 없다. 균열로 인한 내구성 문제 <IMG height=135 hspace=3 src="https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.poomzil.co.kr%2F%EA%B8%B0%EC%88%A0%EC%82%AC%2520%EC%8B%9C%ED%97%98%2F%EC%8B%9C%EA%B3%B5%EA%B8%B0%EC%88%A0%EC%82%AC%2FPC%EC%99%80RC%2FTPIZE002.GIF" width=377 align=left vspace=3 border=0>     <IMG height=350 hspace=3 src="https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.poomzil.co.kr%2F%EA%B8%B0%EC%88%A0%EC%82%AC%2520%EC%8B%9C%ED%97%98%2F%EC%8B%9C%EA%B3%B5%EA%B8%B0%EC%88%A0%EC%82%AC%2FPC%EC%99%80RC%2FTPIZE003.GIF" width=499 align=left vspace=3 border=0>             4. PC의 장 단점   (1) 장점 1)고강도의 콘크리트와 강재를 사용하므로 높은 응력 수준 2) 부식저항성이 커 내구적이고 탄성적이고 복원성이 크다 3)PC는 RC보다 균열이 적도록 설계되므로 내구성, 수밀성 및 반복하중에 대한 저항이 크다. 4)구조물 중량경감 장경간에 유리 5)RC는 중립축을 중심으로 인장측의 콘크리트 응력은 무시하나, PC에서는 전단면이 유효하여 경제적이고 강성증가 및 처짐적어 안정성 6)PC는 장대교량이나 대형구조물에 적당하고, 단면을 줄일수 있어 단위중량이 작고 수려한 단면의 구조물을 만들 수 있다. 7)구조물의 적응성 - 공장제품으로 신뢰성 확보, 공기단축 8)긴장재를 구부려 곡선으로 배치할 때는 곡선 배치의 수직분력만큼 전단력이 감소 전단철근감소로 경재적 9)Prestressing시 최대 응력을 받으므로 자체적으로 품질검사가 되어 안정성이 높다. 10)Post tension 방식을 이용하면 연결시공, 분할시고이 가능   (2) 단점 1)변형이 크고 진동에 불리 2)고강도 강재는 고온에서 강도가 갑자기 감소하므로 내화성에 불리 3) 고강도 재료 사용,재료비가 고가 4)굵은골재 최대치수 관리 및 품질관리 어려움 5)RC보다 일반적으로 재료는 절약되지만 정착장치, Sheath, 기타 보조장치 필요 단가가 비싸다 6)설계와 시공에 세심한 주의 필요 7)PC의 강재비는 RC의 철근비 보다 작으므로 중립축의 상승이 빠르고 이때는 균열폭이 커진다 8)PC는 하중의 크기나 방향에 민감하므로 설계, 제작 및 운반, 가설에 주의 5. RC의 장 단점   (1) 장점 1) 재료의 입수가 쉽고 강구조에 비해 경제적인 재료이다. 2) 풍화에 대해 내구적이고 내화적이다. 3) 진동 충격에 저항력 크다. 4) 구조물 형상 치수를 현장에서 임의시공 가능 5) 유지 보수비가 적게 든다.   (2) 단점 1) 인장응력, 건조수축, 온도변화에 균열발생하기 쉽다. 2) 자중이 크기 때문에 장시간에 불리 3) 보강과 개량이 어렵다. 4) 시공후 검사가 어렵다. 6. 구조적 차이점   가. RC 1) 콘크리트는 압축강도는 크나 인장강도는 작다 2) 구조물에 작용하는 압축응력은 concrete가 인장응력은 철근이 받도록 한다. 3) 중립축을 중심으로 압축측 콘크리트는 압축응력을 인장측 철근은 인장응력을 받는다.   나. PC 1) RC에서는 인장측의 응력을 철근이 받으나 2) 인장측에 발생하는 균열을 막을수 없다. 3) 인장측에 작용하중에 의해 발생되는 인장응력을 상쇄하기 위해 미리 압축응력을 준 콘크리트다 4) 단면전체에 인장응력 발생을 전혀 허용하지 않는 것을 Full stressing 이라하고 5) 콘크리트가 가지고 있는 인장응력 만큼의 인장응력을 허용하는 것을 partial prestressing 이라 한다. 6) Full stressing이 구조적인 면에서 안전하나 경제성을 위해서는 partial prestressing이 유리하다. 7. RC와 PC의 차이점   가. 공사관리적 측면(RC/PC) ① 사전조사   RC :현장위주의 입지조건, 지반조사, 기상등을 조사   PC :제작장과 현장의 입지조건, 교통, 상호연락 등 조사 ② 설계 도서 파악   RC :현장에서 적합한 설계 도서 파악   PC :공장 제작장의 Shop Drawing과 현장에 가설시 도면이 일치 ③ 공해   RC :소음, 진동, 분진, 약취 등 민원문제 야기   PC :기계화 시공과 현장 작업의 감소로 공해 예방 ④ 기상 영향   RC :기상 통계를 참고로 하여 강우기 한냉기 공정 파악   PC :기상 영향을 적게 받으며 동절기, 한서기 시공 가능 ⑤ 시공성   RC :현장의 시공능력, 공기, 품질, 안전성 파악   PC :시공 조건에 따른 계획의 변경없이 시공성이 좋음 ⑥ 경제성   RC :공사 상호간에 서로 연관성이 많아 최적의 경제성 난점   PC :공작제작에 의한 대량생산과 현장에서 조립하므로 경제적임 ⑦ 안전성   RC :인력작업 위주로 작업조건이 열악하여 인명 피해, 재산손실 초래 우려     PC :공장제작과 현장의 장비 위주의 작업으로 인력작업이 적어 안전성 확보 ⑧ 공기단축   RC :기후에 민감하고 동절기 시공이 불가능하여 공기단축에 한계   PC :기후에 영향을 받지 않고 동절기에 시공이 가능하여 공기단축 가능 ⑨ 품질관리   RC :다량의 자재가 일시에 반입되어 검수가 곤란하며, 현장 조건에 따라 오차가 크게 발생   PC :규격품 생산으로 오차가 적으며, 문제점 발생시 부품 교체 가능 ⑩ 노무인력   RC :비교적 인원 동원 및 관리가 용이   PC :전문 숙련공이 절대 필요 ⑪ 자재   RC :주부자재의 전량이 현장에 반입되어 자재 관리의 복합으로 자재 손실 큼   PC :주부자재가 공장생산으로 운송체계가 단순하고 자재손실이 적음 ⑫ 장비   RC :인력 위주의 시공   PC :장비 효율의 극대화로 경제성, 속도성, 안전성 확보 나. 구조적 측면(RC/PC) ① 강재   RC :SD 24, SD 30, SD 35, SD 40 이형철근으로 rib가 있어 부착력이 좋고 철근의 요철부에서 정착작용을 함   PC 강선: Pre tension 공법에서 사용 PC 강연선: PC 강선을 꼬아서 사용   PC 강봉: Post tension 공법에서 사용 ② Con'c 강도   RC :σck =210~400㎏/㎠   PC :Pre tension: σck ≥350㎏/㎠ Post tension: σck ≥300㎏/㎠ ③ 압축응력도   RC :중립축 상부에만 작용   PC :전단면에 유효하게 작용 ④ 탄성 재료   RC :Con'c의 인장력 부분은 탄성 성질 상실   PC :Con'c에 prestress를 가하여 탄성적 성질 보유 ⑤ 탄성적 복원성   RC :중립축 하부의 철근은 오직 인장력에만 저항하므로 복원성 결여   PC :외력에 의한 변형에 대하여 탄성적 성질과 원상회복의 성질을 가짐 ⑥ 응력 상쇄   RC :중립축 상부는 압축력, 중립축 하부는 인장력이 발생   PC :중립 하부에 인장응력을 상쇄할 수 있도록 Con'c에 미리 압축력을 가함 ⑦ 균열내구성   RC :균열 발생이 크며, 내구성과 수밀성에 약함   PC :균열이 적고, 염해중성화에 강함 ⑧ 구조미   RC :단면이 크고 자중이 무거우며 장 span에 적용이 어려운 구조로서 구조미 결여   PC :단면을 줄일 수 있어 사하중을 감소시키며, 아름다운 단면의 구조물이 가능장 span에 가능한 구조로 장대교량에 가능 ⑨ 장대교   RC :단 span에 가능한 구조   PC :장 span에 가능한 구조로 장대교량에 가능 ⑩ 분할 시공   RC :일체로 된 구조물로써 연결된 시공만 가능   PC :Post tension 공법에 의한 분할시공 가능 ⑪ 응력 변화   RC :철근의 인장응력은 Con'c 타설에서부터 최종 단게에 이르기까지 동일   PC :긴장전-무근 Con'c 상태 긴장중-최대 응력 긴장후-초기 응력 운반가설시-휨 응력   최종단계-유효 응력 ⑫ 응력 손실   RC :철근의 인장응력손실은 거의 발생치 않음   PC :즉시 손실-탄성변형 sliding, Friction 장기 손실-건조수축, Creep, relaxation ⑬ 유지 보수   RC :일단 타설된 Con'c의 보수는 어려움   PC 강선, PC 강봉, 정착장치 등 부속재료에 대한 수정보수가 가능 8. PC의 제작 시공시 관리(Prestress공법의 시공원칙)   * 콘크리트 및 PC강재에 요구되는 성질    -  콘크리트:압축강도가 크고, 건조수축변형 크리프변형이 작을 것    -  PC강재는 1) 인장강도 크고 2) Relaxation이 작으며 3) 항복비가 (항복응력/극한강도×100) 커야하고 4) 부식에 대한 저항성이 커야하고 5) 적당한 연신율과 인성이 있어야 함 6) 콘크리트와의 부착강도가 크고 7) 직선성이어서 시공성이 좋은것 사용    -배합 설계       1)W/C비가 적고, 단위시멘트 수량이 적으며, 양질골재 사용       2)밀도 높은 콘크리트, 균질의 콘크리트 생산   * 시공시     -진동다짐, 습윤양생     -그라우팅:        가.목적 : 강재부식방지, 부착성능 향상, 유동성 있는 grout 재 사용        나.기계            1) Grout mixer는 5분내에 mixing을 완료할 수 있는 것            2) Agitator는 grout를 천천히 휘저을 수 있는 것            3) Grout pump는 공기가 혼합되지 않게 밀폐되어 있는 것        다.배합 및 주입시           1) Duct 주입전 청소           2) 공극이 발생치 않도록 천천히 주장           3) 낮은곳에서 높은곳으로 주입           4) Duct가 길때는 적당한 간격으로 유출구 설치           5) 한중시 50℃의 물로 청소           6) 서중시 알루미늄 분말 사용에 유의 주입을 단시간내 완료           7) grout는 체로거른후 주입,grout가 유출될 때까지 연속 주입        라.grout배합           1)팽창률10%이하           2)압축강도 200kg/cm2이상,보통포틀랜드시멘트           3) w/c 45%이하           4)aluminum분말 시멘트의 0.015%사용하여 팽창성증대           5)온도상승을 막을수 있도록 지연제나 fly ash를 사용   *PC에서 콘크리트 설계기준 강도       pretension :350kg/cm2이상       posttension:300kg/cm2이상        pretension 방식이 post-tension 방식보다 큰 이유는 pretension 방식은 부착에 의해 prestress가         도입되기 때문이다.    *긴장시        1) 인장장치 calibration 하고        2) 콘크리트 압축강도 시험실시             - 최대 도입응력의 1.7배이상             - pretension 방식 300kg/㎠ 이상             - posttension 방식 250kg/㎠ 이상 인지 확인 3) PC강재와 concrete 사이의 마찰계수 측정 4)긴장재의 탄성계수를 측정하여 prestress의 손실을 계산해애 한다. 5) Prestressing시 신장량과 계산치가 일치하도록 관리하며 순서에 따라 prestressing 실시 6) 하중과 변형량 측정, 직선관계인지 확인 7) 긴장재가 다수 배치되었을때 한개씩 관리 이외에 통계적 관리한다. 8) prestressing의 손실량 계산   * pretension에서는      ⅰ) 긴장시의 마찰손실      ⅱ) 정착장치의 활동에 의한 손실 계산   * posttension에서는      ⅰ) 콘크리트의 탄성 수축      ⅱ) 정착장치의 활동      ⅲ) 긴장재의 마찰과 같은 손실 계산   * 특히 마찰력이 너무 클때는      - 마찰 감소재(Grease)를 강재에 도포      - Jacking을 긴장재의 양단에서 실시      - 마찰 손실량만큼 더 긴장 실시      - Duct에 넣어 긴장 실시      - PC의 긴장 순서:편심이 작은 긴장재 먼저,복편심제거위한 대칭긴장      - PC 콘크리트의 제작, 시공중의 응력상태, 유의사항           prestressing 전:건조수축, 균열에 유의 습윤양생           prestressing 중:가장 큰 인장응력이 prestress강재에 작용,설계기준강도의 85%이상에서 긴장           prestressing 직후:정착구에 높은 응력이 작용하고 탄성수축에 의한 변형발생 ,정착구 미끄러짐 콘크리트 지압파괴 지반침하에 의한 2차효과 로 부재상부에 인장균열이 발생하니 유의           prestressing 완료후:탄성수축,건조수축,creep에 의한 prestress감소발생 재긴 장시 부분적인 강재의 이완이 예상되며 분할도입            운반 가설시:운반시 인양고리 설치,받침판이 경사되거나 거치 불량이 되지않 도록 유의 9. RC의 시공대책 1)재료의 개량 비비기 운반 치기 다지기 양생의 전과정에 걸쳐 재료분리가 일어나 지 않게 한다 2)운반시간 준수 3)치기시 인원 장비 자재 계획하에 연속타설하여 cold joint방지 4)진동 다짐 5)초기양생에 유의 초기침하균열 및 소성수축균열 억제,건조수축균열 및 온도균열 방지 6)w/c비를 작게 하여 수화열 억제 균열 방지 7)고성능 유동화제 사용 8)Creep, 건조수축 발생이 적도록한다 10. 결 론 PC는 근본적으로 RC의 균열을 해결하고 단면이 적게하면서 장경간의 시공이 가 능케한 공법으로써 PC강재의 긴장 관리, 콘크리트의 고강도화가 문제이므로 이에 대한 향후 연구, 개선방향의 도출이 시급함. (1) PC Box Girder제작시 균열 대책공법 연구 (2) 긴장방법 기계기구의 개선 (3) 정착장치의 활동방지 개선 (4) Grouting 콘크리트의 품질향상 대책 (5) 저렴한재료 개발 (6) 처짐 진동에 대한 구조 개선 (7) 시공관리 개선