고강도 철근의 생산 및 특성

고강도 철근의 생산 및 특성

지난 수십 년 동안 철근 콘크리트 건설은 일반적으로 대부분의 보, 거더 및 기둥에 대해 항복 강도가 415 MPa(415 N/sq mm)인 철근을 사용했으며 기둥의 경우 항복 강도가 500 MPa인 철근을 덜 자주 사용했습니다. 특별한 순간 저항 프레임의 일부가 아닙니다. 그러나 현재 고강도 철근이 특히 지진 위험이 높은 지역의 고층 콘크리트 건물 및 구조물 건설을 위해 415 MPa의 항복 강도로 이전에 사용된 철근을 대체하고 있습니다. 이것은 지진력에 저항하기 위해 수행됩니다. 고강도 철근은 일반적으로 YS가 500 MPa 이상인 철근으로 정의됩니다. 일본에서는 현재 지진력에 견디도록 설계된 건물 부재에 최대 690MPa의 항복 강도를 갖는 철근이 사용되고 있습니다.

활하중과 고정하중을 지지하는 보, 거더 및 기둥에 더 높은 강도를 갖는 철근의 사용을 평가하기 위한 많은 연구가 수행되었습니다. 이러한 연구는 내진 및 비내진 적용 분야에서 더 높은 강도의 보강 철근에 대한 필요성이 증가하고 있음을 나타냅니다. 콘크리트 건설에서 고강도 철근을 사용하면 많은 잠재적인 이점이 있습니다. 여기에는 비용 절감, 건설 시간 단축, 보강 혼잡 감소가 포함됩니다.

미국에서는 현재 철강 생산업체에서 YS 강도가 830MPa에 이르고 다양한 기계적 및 화학적 특성을 가진 보강 철근을 개발하고 있습니다. 새로운 고강도 철근은 다양한 생산 방법을 사용하여 생산되고 있습니다. 그러나 어떤 고강도 철근도 415 MPa 등급 철근의 벤치마크 기계적 특성과 일치하지 않습니다. 각각의 고강도 변형은 다른 방식으로 벤치마크 동작과 다릅니다. 덜 연성이 있는 고강도 철근이 굽힘에서 파손될 수 있고 더 큰 굽힘 직경이 필요할 수 있다는 우려가 있습니다.

일본에서는 코드명 'New RC'로 5년 간의 프로젝트를 진행하여 1993년에 종료되었습니다. 이 프로젝트의 과제 중 하나는 지진 지역의 건물에 사용되는 고강도 철근에 대한 표준을 수립하는 것이었습니다. 이 표준과 고강도 철근에 대한 다른 표준의 비교는 탭 1에 나와 있습니다.

고강도 철근에 대한 일부 표준에 대한 탭 1 비교
SL 번호	국가	표준	Mpa 단위의 항복 강도	비고
1	일본	1993년 새로운 RC 프로젝트	980	1275 MPa 등급도 포함되지만 횡방향 보강 용도에만 해당됩니다.
2	미국	ASTM 1035-14	830	미세구조를 제어하여 높은 항복강도
3	인도	IS 1786 – 2008	650	최대 CE가 0.53인 미세 합금강
4	러시아	GOST 10884-94	1200	최대 2.3%의 실리콘 첨가로 높은 항복 강도
5	한국	KS D3504-11	700	최대 0.63까지 CE 증가 허용
6	우크라이나	DSTU 3760-06	1000
7	영국	BS 6744-01 + A2:09	650	스테인리스 스틸 철근
8	중국	GB 1499.2 -07	500	CE 0.55 최대
참고:탄소 등가물 CE =C + Mn/6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/15

고강도 철근 생산

고강도 철근의 생산에는 일반적으로 세 가지 방법이 사용됩니다. 이는 (i) 냉간 가공, (ii) 강 조성에 합금 원소의 추가, (iii) 압연 중 강의 담금질 및 템퍼링입니다. 담금질 및 템퍼링을 통해 생산된 고강도 철근은 일반적으로 항복 강도에 대한 인장 강도가 상대적으로 낮고 파단 시 변형률이 상대적으로 높습니다. 미세합금으로 제조된 고강도 철근은 항복강도에 대한 인장강도비가 상대적으로 높고 파단시 변형률이 상대적으로 높다. 이러한 방법은 그림 1에 나와 있으며 아래에 설명되어 있습니다.

그림 1 고강도 철근 생산

냉간 가공 – 냉간 가공은 고강도 철근을 생산하는 오랜 방법입니다. 강철의 냉간 가공에서 강철 변형은 냉간 압연, 냉간 트위스트 또는 냉간 드로잉 등과 같은 냉간 가공 공정 중 하나에 의해 수행됩니다. 이 방법을 사용하면 저탄소 및 망간강에서 고강도 철근을 생산할 수 있습니다. 용접 가능합니다. 이 방법에서 보강 철근은 열간 압연 후에 변형 경화됩니다. 이러한 철근의 경우 변형 정도를 증가시켜 항복강도를 높일 수 있습니다. 냉간 가공은 강재의 재결정 온도 이하에서 수행됩니다. 이 과정은 강재의 결정 구조 내에서 전위 발생 및 이동을 유발합니다. 전위는 결정 구조 내의 결정학적 결함 또는 불규칙성입니다. 이러한 전위의 존재는 강재의 항복 강도와 연성에 큰 영향을 미칩니다. 냉간 가공은 항복 안정기를 제거하고 강철을 단단하게 합니다. 냉간 가공은 항복 강도를 향상시키는 반면, 연성과 항복 응력에 대한 인장 강도의 비율을 모두 감소시킵니다. 따라서 일반적으로 지진 영향에 저항하는 부재에 대한 고강도 철근을 생산하는 적절한 방법이 아닙니다.

합금 원소 추가 – 이 방법은 합금원소를 첨가하여 화학조성을 수정하여 강재의 항복응력을 증가시키지만 강재의 용접성의 현저한 저하를 피하기 위해 탄소 및 망간 함량을 낮게 유지한다. 합금원소를 첨가하여 생산한 고강도 철근은 공기 중에서 천천히 냉각한 후 압연상태로 사용합니다. 일반적으로 강재의 고강도는 티타늄, 니오븀 또는 바나듐을 소량 첨가하여 달성되며 이를 미세합금이라고 합니다. 미세 합금은 보강 바에서 원하는 특성을 달성하기 위해 소량의 합금 원소를 도입하는 공정입니다. 미세 합금은 담금질 및 템퍼링된 강철 보강 철근(690 MPa 등급 보강 철근의 경우 1.25 정도)보다 큰 항복점과 인장 강도/항복 응력 비율을 생성할 수 있습니다.

미세 합금은 미세 입자 강화 및 석출 경화를 생성하는 금속간 탄화물을 형성합니다. 미세 입자 강화는 열-기계적 처리(압연) 동안 평면 결함(입계)의 고정에 의해 발생하며, 이는 철근 철근에서 매우 미세한 입자 크기를 생성합니다. 일반적으로 입자 크기가 미세할수록 항복 응력이 높아집니다. 이 관계는 Hall-Petch 효과로 알려져 있습니다(Hall-Petch 관계는 입자 크기를 줄임으로써 얻을 수 있는 이론적인 강도만큼 높은 재료의 강도를 나타냅니다. 실제로 재료 강도는 입자 크기가 감소함에 따라 계속 증가합니다. 강도가 최고조에 달하는 20나노미터에서 30나노미터 정도). 이러한 금속간 탄화물이 페라이트 입자를 통해 분산되면 피닝 라인 결함(전위)이 발생하여 재료의 항복 응력을 더욱 증가시킵니다. 이 메커니즘을 석출 경화라고 합니다.

티타늄 미세합금은 석출경화에 기여하지만 티타늄이 산소, 황, 질소와 결합하는 경향이 강해 강화효과를 조절하기 어렵다. 니오븀 미세 합금은 강판 및 스트립 생산에 널리 사용되며, 생산 종료 시 온도가 비교적 낮고 변형이 높습니다. 철근 생산에는 높은 압연 온도와 적은 변형이 필요하므로 니오븀 미세 합금을 고강도 철근 생산에 비효율적으로 만듭니다.

바나듐은 철근의 강도를 증가시키기 위해 가장 일반적으로 사용되는 합금 원소 중 하나입니다. 바나듐 또는 바나듐-질소 미세 합금은 일반적으로 용접 가능한 고강도 철근을 생산하는 데 사용됩니다. 바나듐 첨가는 주로 열처리 중 결정립 성장의 억제와 탄화물 및 질화물의 침전으로 인해 항복 응력 및 파괴 인성을 증가시킵니다. 바나듐 전용 미세 합금은 바나듐의 35.5%가 탄화물 및 질화물 침전을 형성하는 반면 바나듐의 56.3%는 매트릭스에 용해된 고용체로 끝나게 되어 철근의 항복 응력을 개선하지 않습니다. 바나듐 형성 침전물의 양은 질소를 첨가하면 최대 70%까지 증가할 수 있습니다. 바나듐-질소 미세 합금 보강 철근의 또 다른 장점은 용해성 질소를 고정하기 때문에 강재의 특성에 대한 변형 노화의 역효과를 제거한다는 것입니다. 바나듐을 사용하면 더 높은 강도를 달성하는 데 필요한 탄소의 양을 줄일 수 있으므로 용접 가능한 고강도 철근을 얻는 데 유용합니다.

담금질 및 템퍼링 – 담금질은 오스테나이트 상으로 가열된 강철을 급속 냉각하는 것입니다(고체 강철 재료가 재결정화되는 단계). 퀜칭 및 템퍼링 공정은 압연 직후에 강재를 담금질한 후 쿨링베드에서 서서히 냉각시키면서 코어에 남아있는 열로 철근을 템퍼링하는 공정입니다. 결과적으로, 이 공정은 내부 코어 층과 외부 스킨 층 사이에서 크게 달라지는 기계적 특성을 가진 강철을 생산하며, 내부 코어는 외부 층보다 더 낮은 항복 강도와 더 큰 연성을 갖습니다. 담금질 및 템퍼링 처리된 보강 철근은 변형 경화되지 않고 전체 화학 조성이 변경되지 않았기 때문에 항복 안정기를 유지합니다. 이러한 보강 바는 화학 조건이 요구 사항을 충족하는 경우 용접할 수 있습니다. 이러한 보강 철근은 일반적으로 항복 응력에 대한 인장 강도 비율이 낮습니다(690MPa 등급 보강 철근의 경우 약 1.15).

강은 일반적으로 물에서 담금질되어 단단하고 부서지기 쉬운 재료 구조를 만듭니다. 템퍼링은 담금질된 강철을 가열하는 것으로, 미세 구조를 수정하여 경도를 낮추고 재료의 연성을 높입니다.

고강도 철근의 생산 공정은 열 기계 가공을 기반으로 합니다. 열-기계적 공정은 소성 변형 공정과 다양한 속도로 열처리, 수냉각, 가열 및 냉각과 같은 열 공정을 하나의 공정으로 결합하는 야금 공정입니다. 이 공정은 냉간 가공에 의한 기계적 가공과 달리 열 기계적 처리 기술로 보강 철근에 높은 강도를 부여합니다. 철근의 강도는 강화된 마르텐사이트 외층에 의한 것이고 철근의 연성은 철근 코어의 페라이트-펄라이트 구조에 기인합니다.

열 기계적 처리는 보강 철근의 표면을 경화된 구조(마르텐자이트)로 변환한 다음 주변 온도에서 냉각하여 상이 발전하여 열 교환을 통해 핫 코어가 표면을 템퍼링할 수 있도록 합니다. 그 결과 주변 구역/케이스의 강화 마르텐사이트, 마르텐사이트 주변 바로 뒤의 펄라이트와 베이나이트의 전이 구역, 중앙 구역/코어의 미세한 페라이트-펄라이트로 구성된 독특한 복합 미세 구조가 생성됩니다(그림 2). 담금질 및 자체 템퍼링 생산 공정으로 인해 생산되는 고강도 철근을 'QST(Qencheded and Self-tempered) 철근'이라고도 합니다.

그림 2 담금질 및 강화 철근의 미세 구조

고강도 철근 생산을 위한 또 하나의 생산 방법이 있습니다. 이 방법은 ASTM 사양 번호 ASTM A1035에서 다룹니다. 2011. 이러한 보강 철근은 일반적으로 인장 강도 대 항복 강도 비율이 크지만 파단 시 변형률이 상대적으로 낮습니다. 이러한 고강도 철근의 생산공정은 '미세구조 조작(MMFX) 공정'으로 알려진 특허공정이다. 특허 받은 MMFX 공정에는 원하는 기계적 특성과 강도를 얻기 위해 강철의 미세 구조를 조작하는 작업이 포함됩니다. 이 공정은 항복점이 명확하지 않고 인장 강도 대 항복 응력 비율이 상대적으로 높지만 파괴 연신율이 상대적으로 낮은 응력-얼룩 관계가 있는 보강 철근을 생성합니다. 고강도 철근의 MMFX는 ASTM A1035 규격을 만족합니다.

기타 제작 측면 – 고강도 철근은 일반적으로 압연기에서 직선 길이로 생산됩니다. 그러나 더 작은 크기의 철근을 감는 것이 관행이 되고 있습니다. 막대는 롤링 직후 코일에 감겨 코일에 열이 가둡니다. 따라서 코일형 철근의 냉각 속도는 직선형 철근보다 다소 느립니다. 테스트 샘플은 테스트 전에 곧게 펴져야 하므로 코일형 바는 항복 응력이 더 낮은 경향이 있으며 응력-변형률 곡선의 모양은 다소 둥글 수 있습니다. 이 효과를 상쇄하기 위해 고강도 코일형 철근은 직선형 철근의 해당 크기에 비해 더 많은 양의 미세 합금 요소가 필요합니다.

철근 생산 공정에서 압연 시 철근 식별 표시를 추가하고 철근을 압연(및 마킹)한 후 기계적 특성을 테스트합니다. 고강도 보강재의 기계적 특성이 달성되지 않으면 보강 바가 마크와 관련된 사양을 충족하지 못하는 결과가 나타납니다.

제작 문제 – 고강도 철근의 제작 문제는 (i) 사용 전에 제작 시설에서 일정을 잡고, 수령하고, 보관해야 하는 여러 등급의 철근 도입, (ii) 두 가지 범주로 그룹화할 수 있습니다. ) 고강도 철근의 특성에 따른 제작공정의 변화

전단 및 굽힘 가공 공정은 고강도 철근의 특성에 영향을 받습니다. 고강도 보강 바는 동일한 크기의 바에 대해 더 높은 전단력 및 굽힘력을 발생시키고 굽힘 후 더 많은 탄성 반발을 경험하여 (i) 기존 장비의 마모 및 새로운 고용량 장비의 가능한 필요성에 대한 제조 문제로 이어집니다. , (ii) 굽힘 작업 중 바 또는 장비 고장 시 작업자의 안전, (iii) 바 제작 허용 오차 준수. 고강도 철근의 제작과 관련된 장비 고장이 더 자주 발생합니다. 바 결함으로 인해 더 높은 하중 수준에서 굽힘 작업 중 파손이 발생한 경우 안전에 대한 우려가 높아집니다. 안전한 작업 환경을 유지하려면 추가 예방 조치가 필요하며 이는 제작 작업의 효율성에 영향을 줄 수 있습니다.

재료 속성

고강도 철근의 강도와 연성은 다양한 방식으로 정의됩니다. 강도와 연성을 정의하는 인장 특성 및 기타 요구사항에는 (i) 관련 사양에 명시된 최소 또는 하한 항복 응력, (ii) 관련 사양에 명시된 최대 또는 상한 항복 응력, (iii) ) 항복 안정기 또는 항복 안정기 끝에서의 변형률, (iv) 인장 강도, (v) 균일 연신율 및 총 연신율, (vi) 항복 응력에 대한 인장 강도의 비율 또는 그 역(항복이라고 함) 비율) 및 (viii) 굽힘 시험 또는 굽힘-재굽힘 시험의 결과. 이러한 특성 및 테스트 중 일부는 전부는 아니지만 일부 고강도 철근에 대해 지정됩니다. 인장 특성 중 일부는 그림 3에 표시된 이상화된 응력-변형률 곡선에 표시됩니다.

그림 3 강도와 연성의 특성을 보여주는 이상적인 응력-변형률 곡선

항복 응력 – 모든 철근에 대해 항복점 또는 항복응력이 일반적으로 지정됩니다. 그러나 일부 표준(예:ASTM)에서는 항복 안정기 끝의 변형률이 일부 고강도 철근에 대해 지정됩니다. 이 표준은 수율 안정기의 끝에서 변형을 지정합니다. ASTM 표준은 항복 응력의 측정 값이 강철 등급 아래로 떨어지는 것을 허용하지 않는 반면, 다른 표준(예:호주/뉴질랜드 표준)은 5% 파괴 개념을 사용합니다. 여기에서 적은 비율의 테스트가 허용됩니다. 최소 강도 미만이어야 합니다. ASTM A370, '강 제품의 기계적 시험을 위한 표준 시험 방법 및 정의'는 항복점을 '최대 획득 가능한 응력보다 작은 재료의 첫 번째 응력, 응력 증가 없이 변형률 증가가 발생하는 지점'으로 정의합니다. 항복점은 일반적으로 강도가 낮은 철근에서만 발생하는 응력 증가 없이 변형률만 증가하는 철근에 적용됩니다.

고강도 철근은 일반적으로 최종 항복점이 없기 때문에 항복 응력을 정의하는 다른 수단이 필요합니다. ASTM A370은 항복 응력을 '재료가 응력에 대한 응력의 비례에서 특정 제한 편차를 나타내는 응력'으로 정의합니다. 항복 응력은 0.2 % 오프셋 방법 또는 ASTM A370의 '하중 인장(EUL)' 방법으로 결정할 수 있습니다. 철근의 항복응력 계산에는 0.2 % offset 방법이 사용되지만, 철근의 최소 항복응력을 정의하기 위해서는 0.0035의 변형률에 대한 EUL 방법을 사용한 추가 확인이 필요합니다. 변형률이 0.0035인 EUL 방법은 690 및 830 등급의 고강도 철근에 대해 각각 550MPa 및 620MPa의 최소 응력을 생성합니다. 0.2% 오프셋 방법은 또한 많은 국가에서 사양의 항복 응력을 정의하는 데 사용됩니다.

인장 강도 – 사양에서 인장 강도는 응력-변형률 곡선의 최대 응력으로 일관되게 정의됩니다. 인장 강도는 시편이 지탱하는 최대 하중을 공칭 철근 면적으로 나누어 계산합니다.

신율 – Elongation은 일반적으로 Bar의 파손을 가로질러 연장되는 규정된 Gage length에 걸친 총 Elongation으로 보고됩니다. ASTM A370은 '총 연신율' 측정을 위한 두 가지 방법을 제공합니다. 한 가지 방법에서 막대는 200mm의 초기 게이지 길이로 표시되고 파단될 때까지 당겨집니다. 이 방법은 탄성 연신율을 고려하지 않습니다. 첫 번째 방법의 경우 파손된 막대의 끝을 함께 맞추고 게이지 길이를 다시 측정합니다. 그런 다음 연신율은 원래 게이지 길이에 대한 길이의 백분율 증가로 보고됩니다. 두 번째 방법은 탄성신율이 포함된 Extensometer를 이용하여 파단신율을 측정하는 방법이다. 이 두 방법 모두 Necked-down 영역에서의 추가적인 국부적 연신율과 게이지 길이 내에서 Bar의 Necked-down되지 않은 부분을 따른 연신율을 포함합니다.

균일 연신율은 막대가 최대 응력(인장 강도)에 도달할 때 발생하는 변형으로 백분율로 표시됩니다. 그 이름은 인장 변형률이 테스트 그립 사이의 길이 전체에 걸쳐 균일한 반면 이것이 테스트 바에서 가장 큰 변형이라는 사실에서 유래합니다. 바에서 넥킹이 시작되기 직전에 발생합니다. 균일한 연신율은 일반적으로 막대 시편이 테스트되는 동안 Extensometer로 측정됩니다. 여기에는 소성 변형과 막대를 내릴 때 회복되는 변형이 모두 포함됩니다. 또한 시험기에서 막대 시편을 제거할 때 소성 연신율을 측정한 다음 회복된 변형률을 추가하여 결정할 수 있습니다. 이 경우 넥다운된 부분에서 떨어진 곳에서 소성 변형률을 측정하고 여기에 회복된 변형률을 더하여 균일한 연신율을 얻습니다.

'캐나다 협회 표준 CSA G30.18(CSA, 2009)'을 사용하여 계산된 균일 연신율은 200,000 MPa의 강철 초기 계수 Es와 동일한 계수로 선형 제하를 가정합니다. 그러나 415 MPa 등급 철근에 대한 시험 데이터는 (i) 인장 변형률이 증가함에 따라 제하 탄성률이 감소하고, (ii) 제하 곡선이 제하 초기 단계에서만 선형이며, (iii) 응답이 점진적으로 증가함을 나타냅니다. 막대가 완전히 언로드되므로 비선형입니다. 제하 응답의 선형화는 초기 하중 계수의 약 2/3의 제하 계수를 초래할 수 있습니다. 고강도 철근의 경우 회복된 변형률은 최대 1%입니다. 일부 표준(예:호주/뉴질랜드 표준 4671, 2001)에서는 균일한 연신율을 보고해야 합니다.

균일 연신율은 항복 위치, 즉 소성 힌지 영역에 의존하는 최대 연신율(사용 가능한 연신율)과 더 밀접한 관련이 있기 때문에 내진 설계에 유용한 속성입니다. 사용 가능한 연신율은 균일 연신율의 75 % 이하로 하여야 하는데, 이는 반복하중 조건하에서 철근이 더 작은 연신율에서 균일 연신율과 관련된 동등한 손상 상태를 얻을 수 있기 때문입니다. 철근은 일반적으로 파단 연신율에 대한 균일 연신율의 특성 비율을 가지며, 이는 보강 유형에 따라 다릅니다.

연성 – 굽힘 및 굽힘-재굽힘 시험은 철근의 연성을 평가하는 두 가지 방법입니다. 일반적으로 철근 사양에는 지정된 직경의 핀 또는 맨드릴 주위와 지정된 굽힘 정도까지 철근이 구부러지는 굽힘 테스트가 포함됩니다. 굽힘 직경은 바 직경에 따라 다릅니다. 바의 구부러진 부분의 바깥쪽에 균열이 나타나지 않으면 시험편이 통과한 것입니다.

실험 테스트의 세 가지 주요 범주는 철근의 굽힘 거동을 조사하는 데 유용하며, 각 테스트 범주는 특정 질문에 답하도록 되어 있습니다. 이러한 범주는 (i) 굽힘 육안 검사(ASTM 굽힘 테스트), (ii) 굽힘/재굽힘 테스트 및 (iii) 콘크리트 굽힘 테스트입니다.

보강 철근에 대한 ASTM 사양은 굽힘 요구 사항을 '굽힘 시험편이 굽힘 부분의 외부에 균열 없이 핀 주위로 굽힘을 견뎌야 합니다'로 지정합니다. 따라서 필요한 굽힘 테스트에는 지정된 핀 굽힘 직경에서 바를 180도(직경 43mm 이상의 바의 경우 90도)로 굽히는 작업이 포함됩니다. 그런 다음 굽힘 부분의 균열을 식별하기 위해 육안 검사가 수행됩니다. 육안으로 균열이 관찰되지 않으면 시편은 굽힘 시험에 합격한 것으로 간주한다. 이 테스트는 수행하기 쉽지만 부하 테스트에서와 같이 바 굽힘의 예비 강도와 연성을 측정하지 못합니다. 눈에 보이지 않는 미세 균열이 현장에서 보강 철근의 성능을 저하시킬 수 있습니다.

굽힘 및 다시 굽힘 테스트에서 막대 샘플은 필요한 각도와 굽힘 직경으로 구부러진 다음 준정적 또는 동적 하중 속도로 곧게 펴집니다. 415 MPa 등급 철근의 경우 가공 경화로 인해 굽은 부분에서 강철 강도가 증가하고 일반적으로 샘플이 굽은 부분에서 연성 방식으로 파손됩니다. 그러나 고강도 철근과 같이 철근이 제한된 연성을 갖는 경우 굽힘부에서의 변형 요구로 인해 균열이 발생할 수 있으며, 이는 굽힘이 철근의 구부러지지 않은 부분보다 약해지고 취성 파괴에 더 취약해질 수 있습니다. 보강 철근이 굽힘에서 부서지기 쉬운 방식으로 실패하면 굽힘/재굽힘 시험에 실패한 것으로 간주됩니다. 다만, 철근이 연성으로 파손된 경우에는 시험에 합격한 것으로 본다. 이러한 유형의 테스트는 바 벤드에 하중을 가하는 이점이 있으므로 바 벤드의 강도 및 연성 성능을 직접 측정할 수 있습니다.

일부 표준에는 더 작은 바 직경에 대한 굽힘-재굽힘 테스트와 더 큰 바 직경에 대한 굽힘 테스트가 필요합니다. 굽힘-다시 굽힘 시험의 경우, 막대 샘플은 샘플의 중간 길이에서 90도 각도로 지정된 직경의 맨드릴 주위로 굽혀야 합니다. 두 개의 추가 45도 굽힘이 만들어지므로 샘플은 그림 4에서와 같이 부분에 대해 직선, 중간 길이 근처에서 V자형, 다른 쪽 끝에서 직선이 됩니다. 그런 다음 샘플을 100도에서 1시간 동안 오일에서 숙성합니다. deg C, 냉각하고 시료의 끝에 장력을 가하여 역방향으로 구부립니다. 노화 및 냉각 단계는 변형 노화의 해로운 영향을 시뮬레이션하는 데 필요합니다. 철근이 구부러지면 강철에서 질소가 방출되어 취성을 유발할 수 있습니다. 다시 구부리면 취화된 강철이 깨지기 쉽습니다. 테스트를 통과하기 위해 리벤트 바에 균열이 없어야 합니다.

그림 4 굽힘-굽힘을 보여주는 철근의 테스트 샘플

굽힘/재굽힘 테스트는 일반적으로 콘크리트 구조물에서 볼 수 있는 것보다 바 굽힘에 더 큰 요구사항을 적용한다는 점에 유의해야 합니다. 이러한 이유로 고강도 철근의 굽힘/재굽힘 성능을 수십 년 동안 사용되어 콘크리트 부재에서 적절한 성능을 보인 415 MPa급 철근의 굽힘/재굽힘 성능을 비교하는 것이 가장 좋습니다. 철근의 굽힘은 콘크리트에서도 테스트할 수 있습니다. 이러한 테스트에서 콘크리트와 철근 굽힘 사이의 상호 작용을 조사할 수 있습니다. 테스트의 단순화된 버전에는 콘크리트 블록에 갈고리 막대를 삽입하고 실패할 때까지 당기는 것이 포함됩니다. 블록 테스트에서 예상할 수 있는 가능한 파괴 모드에는 (i) 철근에 대한 요구가 가장 높은 블록 외부의 철근 파괴, (ii) 굽힘에 더 가깝거나 굴곡부에서 블록 내부의 철근 파괴, 또는 (iii) 콘크리트의 쪼개짐이 포함됩니다. 차단하다. 그러나 이러한 시험은 주변 콘크리트가 일부 하중의 굽힘을 완화할 수 있기 때문에 구조물에서 경험할 수 있는 최악의 하중에 굽힘을 노출시키지 않을 수 있습니다. 대조적으로, 바-벤드에 대한 최악의 하중 중 일부는 확장 콘크리트 코어가 후프 벤드에 높은 인장 하중을 가하면서 부분적으로 직선화하는 구속 응용 분야에서 발생할 수 있습니다. 바-벤드의 또 다른 중요한 적용은 콘크리트에 대한 결합과 굴곡에 대한 유익한 효과가 감소되는 손상된 영역(예:심한 지진 하중을 받는 조인트 또는 심하게 균열된 영역)입니다. 그러나 콘크리트 부재의 철근 굽힘 시험은 고강도 철근에서 철근 굽힘의 적절한 성능을 검증하는 데 필수적입니다. 그러나 이러한 테스트는 수행하는 데 비용이 많이 들고 바 굽힘 성능에 영향을 미치는 수많은 변수를 탐색하면서 최소 굽힘 직경을 결정하는 작업에 쉽게 적합하지 않습니다.

스트레인 에이징 – 변형 시효는 탄성 한계를 넘어 변형된 강철이 기계적 특성에서 시간 의존적 변화를 겪는 과정으로 정의됩니다. 일반적으로 탄성 한계를 초과하여 변형된 보강 철근은 시간이 지남에 따라 인장 강도가 증가하고 연성이 감소합니다(그림 5). 변형 시효는 강철의 취성 전이 온도에도 영향을 미치는 것으로 입증되었습니다. 변형 시효에 영향을 미치는 요인에는 강 성분, 온도 및 큰 변형이 발생한 이후 경과된 시간이 포함됩니다. 변형률 노화는 주로 강철 매트릭스 내의 질소 재할당에 기인합니다. 더 높은 온도는 이 과정을 가속화합니다. 따라서 스트레인 노화는 따뜻한 지역에서 훨씬 빠르게 발생합니다.

일반적으로 철근의 스테인 에이징 효과의 대부분은 비탄성 변형이 발생한 후 몇 개월 이내에 발생합니다. 철근이 구부러지면 큰 비탄성 변형이 발생합니다. 따라서 바 굽힘은 변형 노화 취성을 일으키기 쉬우므로 조기에 파손될 수 있고 구조적 하중 동안 비탄성 변형을 견디는 능력이 제한될 수 있습니다.

그림 5 변형 노화의 영향을 보여주는 일반적인 응력 변형 곡선

보강 철근의 변형 노화에 대해 수행된 연구에 따르면 티타늄 및 바나듐을 포함한 미세 합금강이 철근에 대한 변형 노화의 영향을 낮출 수 있습니다. 이러한 합금 원소는 조성물의 질소와 결합하여 질화물을 형성할 수 있는 특성을 가지고 있습니다. 이러한 반응은 변형률 노화 효과에 기인하는 강철 전체의 자유 질소의 양을 제한합니다.