정의
크리프란 일정한 지속 하중 하의 있는 콘크리트가 하중은 변함이 없는데도 불구하고 시간이 지나면서 변형이 점차로 증가하는 현상을 말합니다. 이 현상은 건축 구조물 설계와 시공에 중요한 영향을 미치는데, 이에 대해 자세히 알아보겠습니다.
특징
크리프 현상은 동일한 콘크리트 내에서 응력에 대한 크리프 진행이 일정하다는 특징을 가지고 있습니다.
이는 콘크리트의 재령에 따라 발생하는데, 재령기간이 짧을수록 크리프 진행이 빨라집니다. 보통 3개월에 전체 크리프의 50%가 완료되며, 1년에 80%까지 완료됩니다. 또한, 온도가 20~80℃ 범위에서 온도 상승에 비례하여 크리프가 발생하며, 응력을 제거하면 일정 정도의 복구가 가능합니다.
크리프 증가요인
크리프가 발생하는 경우에는 여러 요인들이 작용합니다. 첫째로, 재령이 짧을수록 크리프가 커집니다. 콘크리트의 재령은 재료가 만들어진 후 완전히 양생되기 전의 기간을 의미합니다. 초기 재령일 때는 콘크리트의 강도 발현이 덜 되어 있으므로 크리프가 발생하며, 큰 변형이 생길 수 있습니다.
둘째로, 작용 응력이 클수록 크리프가 커집니다. 응력이 크면 콘크리트 내부의 입자들이 이동하면서 크리프가 발생하게 됩니다. 또한, 물/시멘트 비율이 클수록(시멘트 페이스트가 많을수록) 크리프가 커집니다. 수화반응이 많이 발생하여 건조수축이 증가하고, 이로 인해 크리프가 발생하는 것입니다. 건조수축은 크리프 발생에 영향을 미치기 때문입니다.
세 번째로, 대기 온도가 높을수록 크리프가 커집니다. 온도가 높을수록 콘크리트 내부의 수분 발산이 증가하며, 이는 크리프 현상을 촉진시킵니다. 또한, 습도가 낮을수록 크리프가 커집니다. 상대습도가 낮을수록 콘크리트 내부의 수분 발산이 증가하고 크리프가 발생하게 됩니다.
네 번째로, 콘크리트의 강도가 낮을수록 크리프가 커집니다. 강도가 낮을 경우 콘크리트의 변형이 더 쉽게 일어나며, 크리프 현상이 발생할 가능성이 높아집니다. 다섯 번째로, 다짐이 나쁠수록 크리프가 커집니다. 다짐이 제대로 이루어지지 않으면 구조물 내부의 응력이 분산되지 않아 크리프 현상이 발생할 수 있습니다.
마지막으로, 부재의 단면이 작을수록 크리프가 커집니다. 부재의 단면이 작으면 콘크리트 내부의 수분 발산이 증가하므로 크리프가 발생하게 됩니다.
크리프 현상은 구조물의 안전성과 변형 제어에 중요한 영향을 미칩니다. 따라서 크리프 현상을 고려하여 적절한 구조물 설계와 시공이 이루어져야 합니다. 또한 이런 크리프에 대응하기 위해 복근보와 같이 압축출근을 배근하여 장기 처짐을 감소하도록 하는 것도 좋은 방법 중 하나일 것입니다. 크리프에 대한 이해를 바탕으로 적절한 재료 선택, 적절한 재료 비율 조절, 충분한 다짐, 적절한 단면 치수 등의 방법을 통해 크리프 현상을 제어할 수 있습니다.
<요약>
콘크리트에 발생하는 크리프가 큰 경우
1) 재령이 짧을수록, 빠를수록
2) 작용 응력이 클수록
3) 물시멘트비가 클수록
4) 대기온도가 높을수록
5) 습도가 낮을수록
6) 강도가 낮을수록
7) 다짐이 나쁠수록
8) 부재 단면이 작을수록
다음은 자주 출제되고, 난도가 조금 있는 크리프 관련 문제들을 살펴보도록 하겠습니다.
1. 콘크리트의 크리프에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 습도가 높을수록, 크리프는 크다.
② 물-시멘트 비가 클수록 크리프는 크다.
③ 콘크리트의 배합과 골재의 종류는 크리프에 영향을 끼친다.
④ 하중이 제거되면 크리프 변형은 일부 회복된다
1 - 습도가 낮을수록, 건조수축이 더 빠르고 크게 진행되므로 크리프의 악영향을 미치게 됩니다. 그러므로 1번이 오답입니다.
3번 - 콘크리트 배합과 골재의 종류는 크리프에 영향을 미칩니다. 콘크리트 배합에는 물 시멘트비는 물론, 골재의 종류마다 실적률이 다르게 되는데 이를 다르게 말하자면 공극률이 골재마다 제각각이라는 뜻입니다. 물이 적게 들어갈수록 크리프는 낮아지는데 실적률이 큰 골재를 사용한다면 수분이 침투할 공간도 적어진다는 뜻이니 크리프는 감소하게 되겠죠?
2. 크리프의 증가 요인이 아닌 것은?
① 초기 재령 시
② 부재의 건조 정도가 낮을수록
③ 온도가 높을수록
④ 부재의 단면 치수가 작을수록
2번 - 부재의 건조 정도가 낮다 = 습도가 높다
이런 식으로 지엽적으로 나오는 문제에선 애매한 선지를 이용하여 정답을 헷갈리게 출제합니다. 위에 요약된 증가 요인과 파생되는 영향까지 세세하게 알아야 되겠습니다.
3. 크리프에 대한 설명으로 옳지 않은 것을 고르시오.
① 크리프는 탄성변형보다 작다.
② 크리프 파괴는 지속 응력의 크기가 설계기준 강도의 80% 이상이 되면 파괴 현상이 일어난다.
③ 부재의 단면 치수가 작을수록 크리프가 증가한다.
④ 크리프는 일정한 하중이 가해진 후 하중의 증가가 없는데도 시간이 지나면 콘크리트의 변이 증가하는 현상이다.
⑤ 골재의 입도가 좋을수록 크리프가 감소한다.
정답 1번 - 크리프는 소성변형으로 위의 그림과 같이 탄성변형보다 큽니다.
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The phenomenon of creep refers to the gradual increase in deformation of concrete under a constant sustained load over time. This phenomenon has significant implications for the design and construction of structural buildings. Let's take a closer look at it.
Creep is characterized by a constant progression of stress within the same concrete. It occurs as a result of the age of the concrete, with shorter ages leading to faster creep progression. Typically, 50% of the total creep is completed within three months, and 80% is completed within one year. Additionally, creep occurs in response to temperature increases within the range of 20-80°C, and a certain degree of recovery is possible when the stress is relieved.
Several factors contribute to the occurrence of creep. Firstly, shorter ages lead to larger creep. The age of concrete refers to the time between its production and complete setting. During the early stages, when the concrete strength is not fully developed, creep occurs, which can result in significant deformations.
Secondly, higher applied stresses lead to larger creep. When stress is high, the particles within the concrete move, resulting in creep. Moreover, a higher water-to-cement ratio (greater cement paste content) leads to increased creep. This is because a higher water content leads to more hydration reactions, increasing drying shrinkage and thus contributing to creep.
Thirdly, higher ambient temperatures result in larger creep. Higher temperatures increase the moisture evaporation within the concrete, promoting creep. Additionally, lower humidity leads to larger creep. As the relative humidity decreases, moisture evaporation within the concrete increases, resulting in creep.
Fourthly, lower concrete strength leads to larger creep. Lower strength implies that concrete deformation occurs more easily, increasing the likelihood of creep. Fifthly, poor curing leads to larger creep. If proper curing is not carried out, the internal stresses within the structure may not be properly distributed, leading to creep.
Lastly, smaller cross-sectional areas of structural members result in larger creep. When the cross-sectional area is small, moisture evaporation within the concrete increases, contributing to creep.
Creep has significant implications for the structural integrity and deformation control of buildings. Therefore, it is essential to consider creep in the design and construction of structures. By understanding creep and employing appropriate measures such as material selection, adjusting material proportions, ensuring proper curing, and considering appropriate cross-sectional dimensions, creep can be effectively controlled.
In summary, the factors contributing to significant creep in concrete include shorter ages, higher applied stresses, higher water-to-cement ratios, higher ambient temperatures, lower humidity, lower concrete strength, poor curing, and smaller cross-sectional areas of structural members. Taking these factors into account and implementing appropriate measures will help control creep and ensure the safety and sustainability of structures.