철근콘크리트 재료와 압축강도 및 배합강도

콘크리트의 재료

콘크리트

• 시멘트 : 골재를 고형물질로 결합시킬 수 있는 점착성과 응집성을 가진 재료
• 수경성 시멘트 : 콘크리트에 사용되는 시멘트로 물을 만나면 응결하고 경화하는 시멘트
• 수화작용 : 시멘트는 경화체를 형성하기 위하여 화학적으로 물과 결합하는 현상으로 수화열이 발생
• 포틀랜드 시멘트 : 가장 보편적으로 쓰이는 시멘트로 콘크리트 타설 후 14일 정도 지나면 거푸집을 제거할 수 있는 강도가 나오면 재령 후 28일 후에 설계강도가 얻어짐

 

콘크리트의 재료 : 수화반응

시멘트 수화반응

2C3S + 11H -> C3S2Hs + 3CH + Heat (시멘트 성분, 물, C-S-H 겔, 수산화칼슘)

매스(mass)가 큰 구조물은 상대적으로 표면적이 적으므로, 수화열이 쉽게 빠져나가지 못한다. 따라서 내부와 표면에서 온도차로 인해서 온도변형률이 달라서 표면에 인장응력이 발생하여 수화열 균열이 생김.

 

콘크리트의 재료 : 시멘트

• 보통포틀랜드 시멘트 [1종]
• 특성 : 일반적인 시멘트로서 보편적인 성질을 구비하고 있다.
• 주용도 : 토목, 건축의 각 공사에서 사용하는 보편적인 시멘트
• 증용열포틀랜드시멘트[2종]
• 특성 : 시멘트 화학조성에 있어서 수화열을 낮게하여 단기보다 장기강도를 증진시킨 시멘트로서 수화열이 낮고 건조수축이 작으며 내화학성이 우수
• 주용도 : 댐공사, 터널, 거대구조물의 기초공사, 콘크리트도로포장
• 조강포틀랜드시멘트[3종]
• 특성 : 조기에 고강도를 나타낼 수 있도록한 시멘트이며 콘크리트의 수밀성이 높고 구조물의 내구성도 우수하며 보통시멘트 7일강도를 3일만에 발현
• 주용도 : 한중공사, 긴급공사, 콘크리트 2차제품
• 저열포틀랜드시멘트[4종]
• 특성 : 수화열이 60cal/g(7일)이하, 70cal/g (28일)이하로 중용열시멘트 보다 10cal/g 낮아 수화열이 최저인 시멘트
• 주용도 : LNG Tank, 댐용시멘트로서 중용열 포틀랜드시멘트와 유사함
• 내황산염포틀랜드시멘트[5종]
• 특성 : 황산염에 대한 저항성을 강화한 시멘트
• 주용도 : 하수시설, 배수시설, 해양구조물, 황산염을 많이 함유한 토양, 지하수에 닿는 곳의 콘크리트공사용, 터널수로라이닝 등

 

 

 

 

콘크리트의 재료 : 골재

• 골재 : 모르타르 또는 콘크리트를 만들기 위하여 시멘트와 물에 혼합하는 모래 자갈 부순 돌
• 콘크리트 표준시방서
• 잔골재 : 10mm체를 전부 통과하고 5mm체를 거의 다 통과하여 0.08mm체에 거의 다 남은 골재
• 굵은골재 : 5mm체에 거의 다 남은 골재
• 시방배형(specified mix)
• 잔골재: 5mm체를 다 통과하여 0.08mm체에 다 남은 골재 굵은골재 : 5mm 체에 다 남은 골재
• 표준체
• 잔골재용 : 0.15, 0.3, 0.6, 1.2, 2.5, 5, 10mm 체
• 굵은골재용 : 2.5, 5, 10, 16, 20, 25, 30, 40, 50, 65, 80, 100mm 체

 

체분석 실험

 

 

콘크리트의 재료 : 골재

• 경화한 콘크리트의 70~75% 부피 차지
• 굵은 골재 최대치수 : 중량으로 90% 이상 통과시킨 체 중에서 체눈의 크기가 가장 작은 체눈의 호칭값
• 최소 거푸집 간격의 1/5 이하 (부재의 최소치수의 1/5), 슬래브두께의 1/3 이하, 철근의 최소수평 및 수직 순간격의 3/4이하
• 일반적으로 25mm, 단면이 큰 경우 40mm를 표준으로 함. 고강도 콘크리트에는 더 작은 치수를 사용함, 굵은 골재의 치수가 작을수록 생산단가가 높다.

 

 

콘크리트의 재료 : 혼화재

혼화재료

• 비교적 양이 많은 경우 : 혼화재(배합비에 포함)
• 비교적 양이 적은 경우 : 혼화제(배합비에 미포함)

혼화제

• AE제(air-entraining admixture) : 워커빌리티 개선 동결융해 저항 증가
• 감수제(water-reducing admixure) : 시멘트 입자의 습윤, 분산작용의 의해 워커빌리티 개선
• AE 감수제 : AE제 + 감수제
• 유동화제 : 고성능 감수제라고도 함. 감수성능 우수
• 촉진제 : 시멘트 수화를 촉진시켜 응결시간 단축, 염화칼슘이 성능은 좋으나 철근부식 우려
• 지연제, 급결제, 방수제, 기포제, 방청제. 팽창제, 착색제 등

혼화재

• 고로슬래그 : 쇠의 제련과정에서 생기는 부산물, 골재 혹은 시멘트계 재료로 사용, 황산염 침식에 대한 저항성 향상, 입상 고로슬래그 시멘트는 매스콘크리트에서 발생하는 온도상승을 줄임.
• 플라이 애쉬 : 화력발전소의 미분탄을 연소시킬 때 발생하는 재를 집진기로 포집한 것, 직업성이 증가, 장기강도 증가, 수밀성, 내구성 향상, 단위수량 저감
• 실리카 퓸 : 금속 실리콘, 페로실리콘 합금등을 제조할 때 발생하는 폐 가스에 포함된 SiO2를 집진기로 모은 것, 조기재령 강도증가,고강도 콘크리트에 사용
• 폴리머 : 혼합수의 일부, 전부를 폴리머로 대체 인장 및 휨감동 증대 건조수축 및 접착성 개선 충격과 마모에 대한 저항성 개선

 

콘크리트의 재료 : 물 

물

• 물은 사람이 마실 수 있을 정도로 깨끗한 물을 사용해야함. 기름, 산, 염류, 유기물 등을 유해량 이상 함유해서는 안됨.
• 시멘트와 수화반응을 하기 위해서 필요한 물의 양은 시멘트 중량의 25% 정도임. 하지만 작업성능을 증가시키기 위해서 10~15% 정도의 물이 더 요구됨.

기타 (공기)

• 공기도 콘크리트 부피에 보통 2~3% 정도 차지함.
• 공기의 지름이 1mm 이상 되면 콘크리트의 강도에 영향을 미친다. 따라서 강도를 높이기 위해서는 공기의 양을 줄여야함.