암석의 인장강도 시험(Brazilian test(압열인장시험), Flexural Strength Test (굴곡시험))에 대하여

인장강도는 암석과 같은 취성재료에 있어 파괴에 가장 큰 영향을 미치는 주요한 요소이다. 암석의 인장시험에는 직접인장시험과 간접인장시험이 있다. 직접인장시험은 그림 ##에서와 같이 원통형 또는 각주형(prismatic) 시험편에 인장하중을 가하여 파괴될 때의 응력상태를 측정하는 것으로 단면적 A의 시험편이 일정한 인장하중 Pt 로 파괴되었을 때 인장강도 St 는 다음과 같이 정의된다.

이 개념에 의하면 시험편은 인장 응력면에서 파괴가 일어나게 되고 등방, 균열 시험편의 경우 파괴면은 시편의 축 방향에 수직으로 형성될 것이므로 이상적인 역학적 특성 시험으로서의 가치를 갖는다.

이 시험에서 주의하여야 할 점은 우선 시험편의 축방향에 평행한 인장응력이 시험편의 양단에 균질하게 작용하여야 하고, 시험편을 고정하는 방법에 의한 시편내의 수평방향의 응력의 발생이 없어야 한다는 점이다. 이러한 grip의 영향을 최소화하기 위해 금속의 경우 중앙부의 직경을 양단보다 작게 제작하는 방법이 사용되나 암석의 경우 이러한 시료의 제작이 어려워 시편을 고정시키는 다른 방법이 개발되어 사용되고 있다(그림 ## 참조).

대부분의 암석은 균열을 포함한 연약면을 가지며 파괴는 이러한 면을 중심으로 일어나므로 일련의 시료간에 상대적인 편차를 나타내게 된다. 또한 시험편의 길이가 길어짐에 따라 연약면을 포함할 가능성이 커지므로 평균적으로 인장강도가 감소하는 경향을 나타낸다. 그림 ##에 제시된 방법을 이용한 시험에서 코어의 직경이 9/8 in.～17/8 in.이고 길이가 4 in., 재하속도 500 psi/min인 경우가 적절한 것으로 나타났다.

간접인장시험에서 시험기의 재하판(loading plate) 사이에 수평으로 놓인 직경 D, 길이 L인 원통형의 시편에 상하방향에서 선형의 압축력(F)을 가할 때(그림 ## 참조) 발생되는 면 ABCD를 가로지르는 균질한 인장응력 및 강도는 다음과 같다.

위와 같은 방법은 Carneiro와 Akazawa에 의해 각각 제안된 것으로 일명 Brazilian test(또는 압열인장시험)라고도 한다. 그러나 이 시험에서 직경면을 가로지르는 인장력의 발생 외에 수직적인 압축력이 작용하므로 재하선을 따라 국부적인 파쇄가 일어나게 된다. 이러한 파괴를 방지하기 위해 Hondros는 폭 D/12을 갖는 선하중을 가함으로서 수평적인 압축력이 가해지는 제하면을 제외하고는 직경면을 따른 균질한 인장력이 발생될 수 있도록 하여, 파괴가 시험편의 내부로부터 발생되고 표면의 파괴로 인한 영향을 감소시켰다.

직접전단시험은 최소 강도를 갖는 점에 응력이 집중될 가능성이 크기 때문에 일반적으로 간접인장시험에 의한 인장강도 보다 작은 강도를 나타낸다. 비록 몇 연구자들이 콘크리트에 대한 간접인장강도의 측정에 대한 표준안을 제시한 바 있으나 암석에 대해서는 이러한 표준안이 제시된 바 없다. 그러나 압열인장시험의 원리는 얇은 원판 상에서의 응력분포에 의한 것이므로 시험편의 길이가 너무 길면 안된다. 일반적으로 시험편의 길이가 직경에 대해 0.5～1.0인 시험편이 추천되고 있다. 즉 NX 시험편의 경우 시험편의 길이는 대략 25～40mm가 적당하다

Flexural Strength Test (또는 굴곡시험, Modulus of Rupture)는 원통형의 암석 시험편에 3점에서 파괴가 일어날 때 까지 1.4MPa/min의 재하속도로 가압하여 휨인장강도(flexural tensile strength)를 얻어낸다(그림 ## 참조). 양단이 지지된 시험편의 중앙부에 집중 하중을 가하면 가압 부분에서는 압축응력이 발생하지만 동일 선상의 끝 부분에서는 인장 응력이 발생한다. 암석은 압축강도에 비해 인장강도가 극히 작으므로 휨 모멘트에 의해 굴곡되면 인장응력이 발생하여 쉽게 파단된다. 이때 최대 인장응력으로 암석의 인장강도를 구할 수 있다.

 

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