2020-02-25 Tue
 
콘크리트용 철근의 기초와 부식·방식에 대하여... (1)
2019-12-05 09:20 18

한 해를 보낼 때마다 옛날과는 다른 계절의 변화를 느낀다. 예를 들면 봄, 가을은 점점 짧아지고, 여름은 길고, 겨울은 삼한사온의 구분이 없어지고 등이다. 그러다 보니 계절에 준비한 옷 중 봄, 가을 옷은 별로 입을 기회가 점점 없다. 잠시 입고는 다시 세탁하고, 그러다 보니 겨울 옷을 많이 준비하는 것 같다. 그런 것을 보면 지구가 점점 뜨거워진다는 것을 느끼고, 북극의 빙하 녹는 속도가 엄청 빠르다고 하는 이야기들이 점점 실감 나게 들려온다. 2016년 12월 MBC 무한도전에서 방영된 북극곰의 눈물, 허드슨만 처칠에 있던 북극곰이 북극해가 얼기를 기다리던 모습이 눈에 선하고... 그들한테는 생존이 걸린 문제들이다. 이런 현상들을 우리는 온실가스로 설명을 한다. 세계와의 중요한 약속이 교토의정서와 파리협정인 것 같다. 교토의정서에서는 온실가스를 줄이는 것이고, 파리협정은 지구 평균온도를 1.5도 낮추는 것이다.


파리협정 (Paris Agreement)은 제 21회 기후 변화 협약 당사국 총회 (COP21)가 개최된 파리에서 2015년 12월 12일에 채택 된 한 기후 변화 억제에 관한 다자간 국제 협정 (합의)이다. 2016년 4월 22일 지구의 날에 서명이 시작되어, 그 해 9월 3일에 온실가스 양대 배출국인 중국, 미국이 함께 비준하여 같은 해 10월 5일 유럽 연합 법인의 비준으로 11월 4일에 발효되었다. 2016년 11월 현재 비준 국가 단체 수는 유럽 연합을 포함하여 110개국이다. 2020년 이후의 지구 온난화 대책을 규정하고 있다. 1997년 채택된 교토의정서 이후 18년 만에 기후 변화에 대한 국제적인 틀이며, 195개국 모두가 참여하는 틀로서는 세계 최초이다. 미 참가 국가는 시리아와 니카라과이뿐이다. 195개 당사국은 산업화 이전 수준인 1.5도까지 제한하기 위해 노력한다고 합의했다. 그러고 보면 파리협정과 교토의정서는 분명한 차이를 보인다. 가장 큰 차이점은 각 국가가 온실가스 감축 규모를 스스로 정한다는 것이다. 또한, 당사국인 모든 국가가 의무적으로 감축해야 한다. 이들 국가가 세계온실가스 배출량의 90% 이상을 차지하고 있다. 교토의정서에는 선진국만 감축 의무가 있었다. 자율적으로 감축 목표를 정할 수 있는 대신 5년마다 상향된 목표를 제출해야 한다. 각 국가가 스스로의 목표(NDC)를 정하는 상향식 방식에 따라 우리나라는 2030년까지 온실가스를 37% 줄이기로 했다. 2017년 6월 1일, 미국 대통령에 당선된 트럼프는 중국, 러시아, 인도는 아무것도 기여하지 않으면서 미국은 몇십억 달러를 지불하는 불공평한 협정이다라고 하면서 미국은 본 협정에서 탈퇴하겠다고 말했고, 2019년 11월 4일 공식 통보했다. 이에 대해 일본을 비롯한 각국은 일제히 비판했다. 트럼프 대통령이 파리협정 탈퇴를 주장하는 데는 자국 우선주의와 에너지 독립국이라는 목표가 분명하다. 미국 내 에너지 생산을 최대화하여 에너지 의존도를 낮추는 것은 물론 연료 가격을 낮춰 1인당 에너지 비용 부담을 줄이면 경기 부양에 도움을 줄 수 있다는 개념이다. 이를 달성하려면 중부 지역에 엄청나게 매장된 셰일오일 및 셰일가스 증산이 필수적이었다. 타깃은 파리협정이었다. 트럼프 대통령은 후보 시절부터 기후변화는 사기라며 민주당의 기후변화 대응 정책을 비판해왔다. 민주당이 2035년까지 국가 전력의 80%를 청정에너지로 대체한다는 공약을 세웠다면 공화당은 석유 등 전통적 에너지 자원 개발을 확대하는 것을 공약으로 세웠다. 이는 시대의 흐름을 타고 선거에서 유리하게 작용하여 석탄산업에 중요한 지역인 웨스트 버지니아에서 트럼프를 지지했다.  당선 후 백악관은 건강한 에너지 정책은 50조 달러 상당에 달할 것으로 추정되는 미국 내 자원을 재인식하는 데에서 시작한다며, 셰일오일과 셰일가스를 시추해 수백만 국민에게 일자리와 행복을 가져다 주겠다고 했다... 이런 기사들을 되새겨 보면서 미국의 인심이 트럼프가 당선 이후 점점 각박해지고, 세계와 점점 멀어진다는 것을 느낀다. 씁쓸하기만 하고, 오순도순 가족간 된장국 먹는 시대는 뒤로 하고, 글로벌사회가 이렇게 혹독한가를 다시 생각 해본다.


각설하고, 이번 호에서는 콘크리트용 철근의 기초와 부식·방식에 대하여 4회에 걸쳐서 알아보려고 한다. 철근은 건축구조물이나 토목구조물의 구조용 재료의 하나이다. 주로 철근콘크리트 구조나 블록 구조의 보강 등 콘크리트나 모르타르를 사용하는 구조물용으로 이용되고 있다. 따라서 1편에서는 철근콘크리트에서 철근이 사용되는 이유를 중심으로 설명하려고 한다.


1. 콘크리트 구조물에는 왜 철근이 들어 있는가?
콘크리트는 압축에는 강하지만 인장에는 약한 성질을 갖고 있다. 그 때문에 인장부분에 강한 철근을 넣음으로써 콘크리트 대신에 인장력을 받게 한다. 콘크리트 부재에는, 일반적으로 그림-2에 나타낸 바와 같은 외력이 작용할 가능성이 있다. 외력에는 축 방향으로 줄어드는 압축력, 늘어나는 인장력, 휘어지는 휨모멘트, 늦추려고 하는 전단력, 비틀림으로 비트는 모멘트 등이 있다. 콘크리트 교량 부재를 실례로, 철근에 의한 보강의 효과를 그림-3에 나타내었다. 현재 콘크리트 교량 부재의 스팬 중앙부에 하중이 작용하고 있다. 철근이 들어있지 않은 무근콘크리트 교량에는 하부 측에는 인장력, 상부 측에는 압축력이 작용한다. 콘크리트는 압축에는 강하지만, 인장에는 약하다는 성질을 갖고 있기 때문에, 교량부재의 하부 측에 균열이 발생한다. 이 균열이 급격하게 성장함에 따라 내하력을 잃어버리고, 2개로 부러지는 아주 위험한 상태를 만들게 된다. 그래서 교량 부재의 인장력이 생긴 부분에 철근을 배치하는 것이다. 마찬가지로 하중이 작용하여 하부 측에 균열이 발생한 경우, 균열이 발생해도 인장력은 주로 철근에 의해 받아지기 때문에, 균열 폭은 크게 확대하지 않고, 큰 하중에 견디는 것이 가능하다. 더욱이, 하중이 증가하면서 철근이 크게 변형(처짐)을 나타내고, 마침내 교량의 파괴에 이르지만, 파괴되는 것을 처짐으로부터 예측하는 것이 가능하므로 바람직한 파괴방법이 된다. 현재는 고분자계 재료나 알루미늄 합금 복합재료 등, 인장강도가 높은 재료는 많이 있다. 그런데도, 콘크리트의 보강재료로서 철근이 선택된 이유를 보면, 인장에만 강한 것이 아니고, 콘크리트와의 부착이 양호하고, 파괴할 때까지 변형량이 크고, 강도의 편차가 적고, 비교적 낮은 가격으로 대량으로 공급 가능하다는 것을 들 수가 있다. (이상)

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