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철근의 녹에 관하여
① 독일 뮌헨철근콘크리트 연구소 ② 건설기술연구원 ③ 미국 표준협회 규정 ④ 현대건설 종합건축설계실
1.
취지
공사현장에서 가벼운 철근의 녹에 대하여 민감한 반응을 보이고 있어 시공사와 업체간의마찰이 계속되고
있다. 이러한 현상은 국내에는 철근의 녹에 대한 명문화된 기준이 없기 때문에
현장의 감리인이나 품질담당자가 육안검사에 의하여 합·불합격을 결정하고, 또한 녹슨 철근을 사용하는
것은 부실기공이라는 고정관념이 녹슨 철근사용 기피의 원인이 되고
있다. 그러나 보통 정도의 녹은 품질에는 아무런 영향을 미치지
않는다는 연구기관 및 전문가들의 연구 결과를 소개하고 사용자의 이해를 구하고자 한다. 2. 철근 녹에 관한 각국의 연구결과 및
규정 1) 독일 뮌헨 철근 콘크리트 연구소
보고서 ① 철근 녹발생 유무에 따른
철근/콘크리트 결합력 분석결과 녹발생 철근이 녹없는 철근에 비해 콘크리트 부착력이
크다. ② 건축현장에서 철근의 녹발생으로 인하여
철근콘크리트 부착력을 저하시킬 수 있다는 생각은 우려에
불과함. 2)
건설기술연구원 이형철근은 마디에 의해 철근콘크리트와 결합하여 사실상 녹에
의한 부착력의 저하는 거의 없다. 다만, 철근 표면에
발생하는 녹으로 인한 중량의 손실은 원중량(단면)의 6%를
초과하지 않아야 한다. 3) 미국 표준협회(ASTM A615,
12조2항) 녹, 접합자국, 표면의 거칠음, 혹은 쇠똥은 반품의 이유가
되지 못한다. 4) 현대건설
종합건축설계실 이미 생성된 녹은 콘크리트의 배합시 중용열 포트랜드 시멘트와
같이 부동태 피막의 형성으로 녹은 더이상 진행되지 않기 때문에, 철근의 녹이 부착에 방해가 될 정도로 녹이 겹겹이 층을 이루지 않았다면 어느
정도의 녹은 부착에도 도움이 된다. 5) 미국 콘크리트 시방기준(ACI 318-95,
7장4절) 정상적인 양의 녹은 부착강도를 증진시킨다. 철근과 콘크리트 사이의 부착강도를 저해시킬 정도의 녹은 철근의 가공이나 조립과정에서 제거된다. 3. 종합의견 1) 대기중에서 발생된 녹은 떨어져 나갈 정도가 아니면 그대로 사용할 수 있으며, 떨어져 나갈 정도의 녹은 브러쉬로 제거한 후 콘크리트를 타설하여도 부착력에 문제가 없고 보통의 녹은 콘크리트 부착력을 높인다. 2) 각국의 규정이나 연구소의 연구결과에서 보는바와 같이 가벼운 녹발생에 대하여 논란이 계속되는 것은 무의미하며 3) 사용가능한 철근을 고철화시키거나
반품으로 인한 물류비용 부담 등 국가경제적 차원
에서도 바람직한 현상이 아닌 것으로 판단된다. 4.
관련자료 (1) 독일 뮌헨 철근콘크리트 연구소
보고서 (2) 철근 녹 "걱정할 일
아니다." (3) 미국표준협회 "철근 녹"에 관한
규정 (4) 녹은 "부착에
도움된다." 1. 독일 뮌헨 철근 콘크리트 연구소 보고서 (요약) 1) 개 요 ① 분석배경 및
목적 - 건축공사 현장에서 항상 녹이 발생한
상태의 철근이
콘크리트 내부에
들어감 - 철근에 발생한 녹이 철근과 콘크리트의
결합상태를 약화 시킬 수 있다는 일반적인
생각 - 녹발생 철근과 녹이 없는 철근의 콘크리트 결합력을
비교 시험함
2) 분석결과
① 각각의 인장거리에서 녹발생 철근이 녹없는 철근에 비해
철근 콘크리트 결합력이
우위 ② 특히 인장거리가 클수록 녹없는 철근의
철근/콘크리트 결합력은 더욱더 녹없는 철근에 비해
우위 3) 결 론 - D8∼D28 철근의 녹발생 유무에 따른
철근/콘크리트
결합력이 더
크다.
- 건축현장에서 철근의 녹발생에 의해 철근/콘크리트
결합력이 저하할 수 있다는 생각은 우려에
불과함.
1. 문제점
정리 독일에서는 철근 콘크리트 방식의 건축공사시에 거의 예외없이
무늬강선(마디 및 리브)이있는 철근 콘크리트를 넣는다.
압연에서 만들어진 무늬결의 강선과 표면의 울퉁불통함으로 인해 철근 콘크리트라는 복합골재에 있어서의 강화된 결합상태가 더욱 공고하게
된다. 이와 같이 철근 콘크리트의 결합상태는 공사중의 접합 및
방법에 의한 것과 마찬가지로 압연중의 롤간 간격을 조절하는 것에의해서도 결정된다(마디 및 리브의 크기에 의해
결정된다). 이와 같은 사항들은 보다 안정적이고 강한 철근 콘크리트 건축을 실시하기 위한 것이다. 또한 철근 콘크리트 제조업자들은 DIN488의 기준에 따라 리브 및 마디의 규격(FR)을 준수하고있는데, 이것은 현행의 독일 국내 및 국외의 검사기준을 만족시키는 내용이다. 그러나 건축공사의 실무에서는 항상 녹이 슨 철근들이 콘크리트 내부에 들어가게 된다. 일반적으로는 그와 같은 녹들이 철근 콘크리트의 결합상태를 해칠지도 모른다고 알려져 있다. ISB에서는 TU München에 의뢰하여 녹이 없는 철근과 녹이 슨 철근을 비교하기 위한 인장실험을 실시하였는데, 이때 실험조건은 두 종류 모두 동일하게 두었고, 일부는 ISB의 철근 제품도포함시켰다. 2. 실험의 진행과정 결합력 정도의 측정 실험은 인장 실험대상 물체를 인장
시험장치안에 넣어서 실시하였다. [그림 1]과 [그림
2]는 실험 관련 설치상황을 나타낸다. 중간의 색칠된 측정통에
대해서는 중량을 측정하였고, 유도에 의한 인양장치가 그 힘의 정도를 측정하며, 이때 하중의 정도에 의해 일어나는 인장력은 십진숫자로
표시된다. [관련어휘]
Bild1 : Versuchskoerper 그림
1 : 실험대상 물체
Messinghuelse
놋쇠
케이스(껍데기)
Schaumstoffabdichtung
"부직포로
밀폐시킴" Bild2 : Versuchsaufbau
그림 2 : 실험체의 구성
Einspannvorrichtung
고정설비 [Widerlagekorb]
[버팀목]
Induktiver Wegaufnehmer
유도에 의한 인양장치(끌어올리는
장치)
Versuchskoerper
실험대상물체
Betonstahl
철근 콘크리트
● 실험결과에 대한 정리 여기에서 진술되는 실험결과들에 대해서 기초자료를 알아보려면 참고자료인TU München의 보고서들을 참조바람. [그림 3]에서 무늬강선이 있는 철근 콘크리트에 있어서 녹이 있을 경우와 녹이없는 경우에 대해 그 결합상태의 측정에 대한 분포도를 나타낸다. 모두 60개이상의 철근 콘크리트재에 대한 인장실험이 있었는데, 철근들의 지름은 8㎜에서 28㎜사이의 것들이 쓰였다. 어느 경우에서건 뚜렷이 나타나는 점은, 녹이 없는 철근보다
녹이 슨 철근쪽이 결합상태가 더 높게 나타난다는 점이다. 그래프에서 결합정도에 따른 띠의 너비는 해당 무늬강선면의
정도(FR)에 따라 그 값이 커지는 것으로 나타난다.(그림 3 참조) Bild 3 : 그림 3
Verbundverhalten blanker und verrosteter
betonrippenstachle (ds = 8㎜ bis 28㎜) 녹이 없는 철근 콘크리트와 녹이 슨 철근 콘크리트의 결합상태 (지름
= 8㎜에서 28㎜까지) [관련어휘] Verschiebung[㎜]
인장거리(㎜) Bezogene
verbundspannung
해당
결합장력
Streubereich(r)ostig
녹이 슨 철근에서의
분포범위
Streubereich(b)lanker
녹이 없는 철근에서의
분포범위 FR.ist/FR/soll
무늬강선면의 정도값
비율 FR(Rippenflaeche)
무늬(강선)면 FR.ist
무늬(강선)면의 실제값 FR.soll
무늬(강선)면의 기준값 다음에 이어지는 테이블에서는 조사된 철근 콘크리트들에 대해 관련된
자료들이 나타난다.
[관련어휘] Sorte
종류(강종) ds[㎜]
지름(㎜) FR.ist/FR.soll
무늬강선면의 정도값
비율 b=blank
녹이 없이
깨끗한 r=rostig
녹이 슬어
있는 bezogene
verbundspannng ….bei einer verschiebung[㎜]… 각 이동거리에 따른 해당 결합장력
그림에서 보듯이, 녹이 슨 철근들은 녹이 없는 철근과 비교해 보았을 때, 여러 가지의 두께와 여러가지의 녹이 슨 정도마다 그리고 각 인장이동거리마다 최소한 동일한 정도의 결합장력을 가지고 있음을 알 수 있다. 따라서, 철근의 산화물 즉, 표면의 녹에 의해 확실히 촘촘한 내면이 형성되었다는 것을 생각해 볼 수 있다. 대다수의 철근들에서는 거의 이러한 녹들이 발견된다. 3. 평가 지름 8㎜~28㎜ 사이의 철근 콘크리트에 대해 모두 60가지 이상의 인장실험을 실시하였다. 어느 경우에서건 각 인장이동거리마다 공통적으로 나타나는 것은 녹이 없는 철근에 비해 녹이 슨 철근 쪽이 더 높은 결합장력을 보이고 있다는 것이다. ※ 자료원: 독일 뮌헨 철근콘크리트 연구소 보고서 2. 철근녹 “걱정할 일 아니다”
보통정도 녹슬면 부착에 오히려 도움돼 다만 그로 인한 중량손실 6% 안 넘어야 철근의 녹은 어느정도까지
허용될까? 대형구조물의 붕괴사고 등으로 공사 품질에 대한 관심이 높아지면서 철근의 녹이 어느정도까지 슬어야 구조체에 문제가 없는가에 대한 관심이 모아지고 있다. 특히 올해의 경우,재고가 넘쳐 생산후 현장으로 반입되는 기간이 길어짐에 따라 녹슨 철근을 놓고 생산업체들과시공업체 감리들간의 실랑이가 빈발하고 있는 실정이다. 실제로 Q사가 시공하는 서울외곽 순환도로공사 현장의 경우 강도 등은 합격이 됐지만 녹이 슬었다는 이유로 반품처리된 사례도 있는 것으로 알려지고 있다. 또 A현장에서는불합격 판정을 받은 철근이 B현장에서는 사용이 허용되는 사례도 있는 것으로 전해지고 있다. 이처럼 철근의 녹문제를 놓고 분쟁이 잇따르고 있는 것은 국내에는 철근의 녹에 대한 명문화된 기준이 없기 때문이다. 현재 철근의 녹에 대한 규정은 콘크리트시방서의 경우 철근을 녹이 슬지 않도록 보관하는 방법만 제시돼 있을 뿐이다. 따라서 감리 또는 현장의 품질관계자의 육안 검사나 자의적 기준에 의해 합.불합격이 결정돼 분쟁의 소지를 내포하고 있는 실정이다. 여기에다 감리가 면피성으로 기준을 엄격하게 적용하고 녹슨 철근은 부실시공이라는 뿌리깊은 고정관념이 녹슨 철근사용기피의 근본 원인이 되고 있다는 지적이다. 그러나 이같은 고정관념을 뒤집는 전문가의 의견이 제시돼 관심을
모으고 있다. 건설기술연구원의 김긍환박사는 A사의 철근부식 유해성여부에 관한 질의회신을 통해 철근의 녹은 콘크리트 품질에는 아무런 영향을 미치지 않는다고 밝혔다. 김박사는 “철근의 녹은 단면 감소와 부착력과 연관된다”고 전제하고 “원형철근의 경우 보통정도의 녹은 오히려 콘크리트와의 부착력을 높이는데 도움을 주는 것이 정설”이라고 말했다. 또 이형철근은 마디에 의해 콘크리트와 결합, 사실상 녹에 의한 부착력의 저하는 거의 없다 고 김박사는 주장했다. 김박사는 특히 유해한 정도의 녹은 철근의 가공 조립 운반과정에서 자연적으로 떨어져 특별한 처리를 하지 않아도 사용이 가능하도록한 미국콘크리트기준(ACI)을 근거로 제시했다. 대기중에 방치돼 발생한 녹이 떨어져 나갈 정도의 녹은 브러쉬로 처리한 후 콘크리트를 타설해도 문제가 없다는 것이다. 김박사는 다만 ASTM의 기준을 근거로 철근 표면에 발생한 녹으로인한 중량(단면)의 손실은 원중량(단면)의 6%를 초과하지 않아야 된다고 강조했다. 국내 시방기준이 없을 때에는 외국의 기준을 준용하는 것을 감안하면 국내에서도 이 기준치를 넘치 않으면 사용이 가능할 것이라는 지적이다. 김박사는 6%의 녹은 육안으로 봤을 때 부푸러기가 일어나는 정도라고 전제하고 “6%의 중량 손실은 표면의 녹을 벗기는 경우가 아니면 대부분이 허용범위에 든다”고 밝혔다. 김박사는 “중량의 손실은 시편의 무게를 채취해 쉽게 측정할 수 있다”고 밝히고 이 기준을 적용하면 현장에서의 불필요한 분쟁소지를 없애는 것은 물론 잘못된 인식으로 사용가능한 철근이 고철로 처리되는 국가적 손실도 줄일 수 있을 것으로 기대했다. 이와관련 건설산업연구원의 최민수박사도 “녹슨 철근의 사용은
권장할만한 것은 아니지만 녹이 떨어질 정도가 아니면 콘크리트구조물의 내력에는 큰 영향을 미치지 않는다”고 김박사의 의견에 동의를
나타냈다. ※ 자료원 : 일간건설 1996. 7.
29. 중앙일보 경제종합란 1996. 8. 19. 3. 미국 표준협회 “철근 녹”에 관한 규정 ASTM A 615/A
615M-95B Standard Specification
for Deformed and Plain
Billet-Steel Bars for Concrete Reinforcement 12.
Finish 12.1 The bars shall be free
of detrimental surface imperfections. 12.2 RUST, SEAMS, SURFACE
IRREGULARITIES, OR MILL SCALE SHALL NOT BE CAUSE FOR REJECTION,
Provided the weight, dimensions, cross-sectional area, and tensile
properties of a hand wire brushed
test specimen are not less than the requirements of thes
specification. 12.3 Surface imperfections
other than those specified in 12.2 shall be considered detrimental when
specimens containing such imperfections fail to conform to either tensile or
bending requirements. 4. 녹은 “부착에
도움된다.” 구조물의 대형사고 이후 철근의 녹에 관하여 많은 관심을 가지게
되었다. 철근의 녹이 구조체에 미치는 영향을 이해하고 있지 못한 관계로 철근의 녹에 대해서 과민 반응을 보이고 있다고 본다. 미국 콘크리트 기준(ACI Code)에서는 철근의 녹에 대해서
다음과 같이 언급하고 있다. “실험 결과 정상적인 양의 녹은
부착강도를 증진시킨다. 철근과 콘크리트 사이의 부착강도를 저해 시킬 정도의 녹은 철근의 가공이나 조립과정에서
제거된다.” 또, 미국 표준협회(ASTM)에서는 다음과 같이 언급하고
있다. “녹, 접합자국, 표면의 거칠음, 혹은 쇠똥은 반품의 이유가 되지
못한다.” 그렇다면 왜 품질에 관한한 철두철미한 미국에서조차도 철근의
녹에 대해서 관대할까? 그 이유는 녹슨 철근의 콘크리트내에서의 화학적 반응 내지는 화학적 역할에 보고 있다고 본다. 공기중에서 녹이 생성되는 과정은 다음과 같다. 철근 표면의 화학적
불균일성 때문에 철근 표면의 전위는 매크로적으로 불균일하게 Anode(양극)와 Cathode(음극)가 생겨 전류가 흘러 부식이
진행된다. Anode 반응 : Fe → Fe-2 + 2e
(1) Cathode 반응 : O2 → 2H2O + 4e →
4OH
(2) (1) × 2 +
(2)로부터 2Fe2+ + 4OH → 2Fe(OH)2
수산화제일철 [Fe(OH)2]은 불안전하기 때문에
산소(O2)와 물(H2O)이 있는 상태에서는 수산화제일철 [Fe(OH)3]이 되었다가 산화제이철[FeO3]이
된다. 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O →
4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 + Fe2O3 +
H2O 콘크리트 중에서는 알카리성(PH 12.8)이 높아 철근 표면에
치밀한 부동태 피막(두께 2 - 6 × 106mm)이 생겨 철근이 부식하지
않는다. 한편, 중용열 포트랜드 시멘트에서는 시멘트 성분중에서 CaO,
AL2 O3, MgO등을 적게 하고 SiO2, Fe2O3 등을 많게 한 것으로 경화시에 발열량이 적고 내식성을 증진시키며 수축을적게 하는 성질이
있는데 철근의 녹(Fe2O3)은 중용열 포트랜드 시멘트의 중요한 성분중의 하나로 콘크리트 속에서 긍정적인 역할을
한다.
결론적으로 이미 생성된 녹은 콘크리트의 배합시 중용열 포트랜드 시멘트와
같이 긍정적 반응을 하고 철근은 부동태 피막의
형성으로 녹은 더 이상 진행되지 않기 때문에 철근의 녹이 부착에 방해가 될 정도로 녹이 겹겹이 층을 이루지 않았다면, 어느정도의 녹은 부착에도 도움이 된다. |
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출처: 다지라미 원문보기 글쓴이: 다람93
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