서언
이전 강좌에서는 RC(철근 콘크리트) 구조에 이용되는 철근에 대하여 역사, 제조, 종류 및 표시 등의 개요를 소개하였다. 이번 강좌는 전 강좌의 연속으로 철근의 품질에 관하여 화학 및 기계적 성질을 소개하고, 기타로 새롭게 개발되는 철근에 대하여도 소개해 보도록 한다. 

철근의 품질
우리나라에서 생산되는 철근의 종류로는 이전 강좌에서 소개한 바와 같이 일반용, 용접용, 특수내진용으로 구분하고 있다. 이중 일반용에 비해 용접용은 용접성능, 특수내진용은 항복강도 이후 소성변형 시 내력을 향상시켜 내진 성능을 보강하기 위한 목적인데, 철근을 구성하고 있는 화학성분에 기인하고 있다. KS D 3504에 규정되어 있는 각 철근 종류별 화학성분 규정은 <표 1>과 같다. 또한, 이렇게 제조된 철근은 기계적 성질도 품질기준을 만족하여야 하는데, 역시 KS D 3504에 규정되어 있는 각 철근의 기계적 성질은 <표 1>과 같다.

<표 1> 철근의 화학성분 및 기계적 성질

단, 철근의 인장강도를 시험하는 경우에는 <그림 1>과 같은 응력-변형 곡선이 얻어진다. 이 곡선을 보면 처음에는 원점에서 항복점까지 거의 직선으로 상승하는데, 이때의 응력을 변형으로 나누어 그 기울기를 이용하여 탄성계수를 구한다. 항복점에 도달하면 거의 수평 상태의 선이 나타나는데, 이는 하중을 가해도 응력은 커지지 않고 변형만 증가하는 것을 의미한다. 이와 같은 것을 항복 현상이라고 말하며 이때의 응력을 항복강도라고 한다. 
항복 현상을 일으킨 후 또다시 변형과 함께 응력이 증가하는 모양인데(특수내진용은 이것인 <그림 1>의 TS를 크게함), 이때 최대 응력을 나타내는 값이 인장강도이고, 그 이후는 절단되는 파단에 이르게 된다. 파단할 때 철근은 처음 길이보다 10% 이상 늘어나게 되는데, 이와같이 늘어난 비율이 연신율이 된다. 결국, 이와같은 연신율은 철근을 굽히더라도 외측(인장측) 표면에 균열이 발생하지 않아야 하는데, 이와같이 굽힘 시 균열 발생 여부의 평가가 굽힘성이 되고, 결국 이것은 구조물의 인성을 높이는 것이 된다.

<그림 1> 내진철근과 일반철근의 응력-변형곡선

특수목적용 철근의 개발
최근 건설 구조물이 고층화, 장스팬화 및 대형화할수록 철근의 역할은 중요시된다. 대표적으로 SD300인 300MPa 철근이 주를 이루었던 시절이 있었던가 하면, 그의 2배 이상인 600, 700MPa 철근이 출현하였다. 또한, 철근의 압접과 용접을 용이하게 하는 SD400W, 500W의 용접용 철근의 등장과 최근에는 경주 및 포항 지진 이후에 SD400S~700S의 경우 내진성능이 보강된 특수내진용 철근이 2층 이상, 연면적 200m2 이상, 높이 13m 이상인 건축물에는 의무적으로 사용해야만 하는 상황으로 변화되었다.
KS D 3504에 규정된 철근 이외에도 최근에는 다양한 모양 및 특수환경에 적용될 수 있는 다음과 같은 철근이 개발되고 있다.

(1) 나선철근
건설공사에서 철근은 이음 없이 하나로 기다란 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 실무에서는 시공의 편이성을 고려하여, 한 개 층 혹은 두 개 층씩 끊어서 사용한다. 이와같은 경우 대부분의 이음 방식은 겹침이음 이었는데, 굵은 철근을 이용할수록 겹침이음 길이가 길어져 낭비가 커지게 된다.
따라서 이와같은 경우 대안이 된 것이 철근 압접 및 용접도 있지만, 최근에는 나사 모양으로 철근을 가공하는 대신 아예 공장에서 철근을 나사식으로 돌기를 만들어 커플러를 간단히 체결하면 되도록 제조하는 철근도 개발되어있다.

(2) LNG용 철근
최근 석탄, 석유보다 청정연료로 알려진 LNG가 전력생산용 발전과 같은 산업 및 취사용 등으로 수요가 증가하고 있다. 따라서 이와같은 LNG는 상온에서는 가스이지만, 저장설비는 액화 온도가 –163℃ 정도이므로 액체상태로 저장하기 위하여는 고압 환경에 견딜 수 있어야 하는데, 이와같은 경우에는 철근의 저온취성(低溫脆性)이 문제가 됨에 이를 보강한 철근이 개발되어 보급되고 있다.

(3) 원자력 철근
원자력 관련 건설물은 외부에서 발생하는 자연재해에 대비하기 위해 엄격한 품질관리 기준에 부합하여야 한다. 원자력 발전소 등에 이용하는 원자력 철근의 경우는 미국 ACI와 ASTM 설계기준을 참조기술 기준으로 채택하고 있으므로, 철근의 경우는 ASTM A 616에 따른 Grade 60(항복강도 420MPa급) 혹은 Grade 80(항복강도 550MPa급)의 철근을 사용한다.
여기에 원자력 철근을 공급할 수 있는 업체는 한국 수력 원자력(주)이 진행하는 경영분야, 기술분야, 품질분야 등 세 번에 걸친 심사도 모두 통과하여야만 한다.
*참고문헌; 왕찬훈외 7인, KS 철근의 역사 및 주요기술동향, KCI학회지, 35-3(2023, 5)