학습 5 부대 공사하기(LM1402020706_14v2.6)
2-1. 구조물 공사
학습 목표
• 구조물 공사의 공법 적정성, 압축 강도, 내구성, 수밀성 등에 대하여 검토하고 공사현 장의 주변 환경과 작업 환경을 고려하여 시공 방법 및 장비 선정을 결정할 수 있다.
• 콘크리트 타설 시 적절한 다짐 및 양생을 시행하여 내구성을 향상 시킬 수 있다.
• 적절한 균열 관리를 통하여 수밀성을 향상시킬 수 있다.
• 콘크리트 구조물의 이음은 강도, 내구성, 시공성을 고려하여 현장 실정에 맞게 시공 할 수 있다.
필요 지식
/ 콘크리트의 구성 재료 1. 시멘트의 종류
시멘트는 일반적으로 포틀랜드 시멘트를 일컫는다. 그러나 시멘트는 분류하는 방법에 따 라 여러 종류가 있으며 넓게 보면 콘크리트를 만들 때 골재를 결합시키는 결합재 모두를 의미한다. 현재 사용하고 있는 시멘트 중에서도 포틀랜드 시멘트 외에 백색시멘트 등 특 수 시멘트가 있으며, 포틀랜드 시멘트에 일부 포졸란 재료를 혼합하여 만든 혼합 시멘트 가 있다. 이 혼합시멘트 중에서 대표적인 것이 고로슬래그 미분말을 섞은 고로슬래그 시 멘트와 플라이 애쉬를 섞은 플라이 애쉬 시멘트가 있다.
(1) 포틀랜드 시멘트
(가) 1종: 보통 포틀랜드 시멘트
시멘트의 대표적 제품으로 일반적인 시멘트를 말하며 토목, 건축 공사 등에 이용된다.
(나) 2종: 중용열 포틀랜드 시멘트
방지 기능이 있고 장기 강도를 증진시킨 시멘트로 댐, 터널, 도로 포장 및 활주로 공사 등에 이용된다.
(다) 3종: 조강 포틀랜드 시멘트
수화 속도가 빨라 보통 28일 강도를 7일 만에 발현하고 저온에서도 강도 발현이 양 호하여 긴급 공사, 동절기 공사, 지하철 공사, 콘크리트 2차 제품 생산에 이용된다.
(라) 4종: 저열 포틀랜드 시멘트
수화열이 낮아 온도 균열 제어에 탁월하고, 고유동성, 우수한 고강도를 나타내는 시멘트로서 LNG 지하 저장 탱크, 지중 연속벽을 비롯한 대형 건축물, 여러 분야의 매스 콘크리트(mass concrete) 공사에 이용된다.
(마) 5종: 내황산염 포틀랜드시멘트
시멘트 성분 중 산에 약한 성분을 최소화하여 황산염에 대한 저항성이 크며 화학적 으로 매우 안정되고 강도 발현이 우수하다. 따라서 황산염을 많이 함유한 토양, 지하 수나 하천이 닿는 구조물, 공장 폐수 시설, 원자로, 항만·해양 공사 등에 이용된다.
(2) 혼화 시멘트
보통(포틀랜드)시멘트의 결함을 제거하기 위해 포틀랜드 시멘트에 고로슬래그(blast furnace slag), 연소재(fly ash)등을 혼합한 시멘트로서 강도 증진의 효과가 있는 것도 있으나 대개 내구성의 증진과 워커빌리티(workability) 개선 효과에 역점을 두는 경우가 많다.
(가) 고로 슬래그 시멘트(KS L 5210)
혼합재로 제철공장의 부산물인 고로 슬래그를 첨가한 시멘트로서 특성은 후기 강도 가 높고 수화열이 적으며 화학적 저항성, 내열성이 좋다. 슬래그는 염기도가 1.4 이 상이어야 하고 혼합량은 25～65%이며, 1급과 특급으로 구분한다.
(나) 플라이 애시 시멘트(KS L 5211)
화력 발전소의 석탄 연소재를 혼화재로 사용한 시멘트이다. 플라이 애시는 실리카, 알루미나, 철분 총 함량이 70% 이상이어야 한다.
플라이 애시 함량(무게 %)에 따라 세 종류로 나눈다.
- A종: 5~10 (건축 콘크리트 및 미장용) - B종: 10~20 (일반 토목 건축 공사)
- C종: 20~30 (댐 공사와 같은 매스 콘크리트용) (다) 실리카 시멘트(KS L 5401)
화산암 풍화물, 백토, 규조토, 의회암 등을 혼합재로 사용하며, 황산염에 강하고 수 밀성 및 내열성이 좋다. 또 수화열이 낮으며 초기 강도는 낮으나 후기 강도는 높다.
2. 골재
골재는 콘크리트 전체 용적의 약 70∼75%를 차지하고 있어서 굳은 콘크리트의 거동에 많 은 영향을 끼친다. 골재의 강도는 콘크리트의 강도에 영향을 끼치고, 골재의 성질은 콘크 리트의 내구 성능을 좌우한다.
(1) 골재의 분류
(가) 입경에 의한 분류 1) 잔골재
- 표준체에 규정된 10mm 체를 전부 통과하고 4.76mm 체를 거의 다 통과하며 0.08mm 체에 거의 남는 골재를 말하며 일반적으로 입경 5mm 이하의 것을 말한다.
- 건축 공사 표준 시방서에서는 10mm 체를 전부 통과하고 5mm 체를 중량비로 85％이상 통과하는 골재로 정의하고 있지만, 이것은 현장에서 잔골재가 완전 하게 체가름 되지 못하고 간혹 5mm 이상의 것도 포함되는 경우가 많기 때문 에 15％ 정도의 여유분을 설정한 것이다.
2) 굵은 골재
- 굵은 골재란 입경 5mm 이상의 골재를 말하지만, 건축 공사 표준 시방서에는 중량비로 5mm 체에 85％ 이상 남는 것을 말한다.
(나) 생산지에 의한 분류 1) 천연 골재
- 생산지에 관계없이 자연 작용에 의하여 만들어진 골재로서 강모래, 강자갈, 바다모래(해사), 바다 자갈, 육상 모래, 육상 자갈, 산모래, 산자갈 등이 있다.
2) 인공 골재(부순돌 및 부순 모래)
- 암석을 파쇄하여 인공적으로 만들어진 골재이다.
3) 인공 경량 골재
- 혈암, 점토, 석탄재 등을 주원료로 하여 인공적으로 제조한 것으로서 골재의 내부에 공극이 많아서 일반적으로 굵은 골재의 경우에는 절대 건조 상태의 밀도가 2.0g/㎥ 미만, 잔골재는 1.6g/㎥ 미만인 가벼운 골재를 의미한다.
(다) 무게에 의한 분류(골재 표준 밀도: 2.60g/㎤) 1) 보통 골재(2.50~2.65g/㎤)
보통의 토목, 건축 구조물에 이용되는 일반적인 골재이다.
2) 경량 골재(2.50g/㎤ 이하)
콘크리트의 무게를 감소시킬 목적으로 사용되는 무게가 가벼운 골재이다.
3) 중량 골재(2.70g/㎤ 이상)
방사선 차폐 효과를 높이기 위한 자철 골재와 같이 중량이 무거운 골재이다.
(2) 골재의 일반적인 성질 (가) 밀도
1) 표면 건조 포화 상태를 기준으로 잔골재는 2.50~2.65, 2.55~2.70g/㎥가 적당하다.
2) 배합 설계, 실적율, 공극율 계산에 이용하다.
3) 밀도가 클수록 치밀하고 흡수량이 적고 내구성이 크다.
(나) 골재의 함수 상태
절대 건조 상태
공기 중 건조 상태
표면 건조
건조 상태 습윤 상태
유효 흡수량
흡수량 표면 수량
함수량
[그림 2-1] 골재의 함수 상태
1) 절대 건조 상태(노건조)
110℃ 정도의 온도에서 24시간 골재를 건조시킨 상태이다.
2) 공기중 건조 상태(기건 상태)
실내에 방치한 경우 골재 입자의 표면과 내부의 일부가 건조된 상태이다.
3) 표면 건조 포화 상태
골재 입자의 표면에 물은 없으나 내부의 공극에는 물이 완전히 찬 상태로 설계 의 기준이 되는 상태이다.
4) 습윤 상태
골재 입자의 내부에 물이 채워져 있고, 표면에도 물이 부착되어 있는 상태이다.
(다) 골재의 필요 성질
1) 깨끗하고 유해물을 포함하지 말아야 한다.
2) 물리적 내구성이 커야 한다.
3) 화학적 안정성이 커야 한다.
6) 적당한 입도를 가져야 한다(공극 감소).
7) 소요의 중량을 가져야 한다.
8) 내마모성이 커야 한다.
9) 내화성이 커야 한다.
(3) 콘크리트에서 골재의 역할
골재는 시멘트 콘크리트의 약 70％, 아스팔트 콘크리트의 약 90％ 전후의 용적비를 점 유하고 콘크리트의 품질을 좌우하는 필수적인 건설 기초 자재이다.
(가) 경제성
값비싼 결합재인 시멘트에 값이 싼 골재를 혼합 사용하여 경제적으로 구조물을 축 조할 수 있다.
(나) 안정성
결합재가 온도 변화 등에 의하여 부피 또는 성질 변화가 많을 경우 골재의 안정적 성질로 구조물의 변형을 방지할 수 있다.
(다) 내구성
기타 구조물의 산화, 변형, 침식 작용에 저항하여 구조물의 내구성을 연장할 수 있다.
(4) 잔골재
(가) 일반 사항
- 잔골재는 최대 입자에서 최소 입자까지 대소의 알이 적당히 혼합되어 있는 것이 좋다.
- 굵은 알이 적당히 혼합되어 있는 잔골재를 쓰면 알의 크기가 거의 같은 경우나 미립이 많은 경우에 비하여 소요 품질의 콘크리트를 비교적 낮은 단위의 시멘트 량으로 경제적인 콘크리트를 만들 수가 있다.
(나) 입도
- 입자가 적당한 것을 사용하였을 때 콘크리트의 강도뿐만 아니라 수밀성, 내구성 측면에서도 좋은 콘크리트를 만들 수 있다.
체의 호칭 치수(mm) 체를 통과한 것의 중량 백분율(%)
천연 잔골재 부순 모래
10 5 2.5 1.2 0.6 0.3 0.15
100 95～100 80～100 50～85 25～60 10～30 2～10
100 90~100 80~100 50~90 25~65 10~35 2~15 출처: 콘크리트 표준 시방서
<표 2-1> 잔골재의 입도 표준
(5) 굵은 골재 (가) 일반 사항
- 굵은 골재의 성질은 강하고 단단한 것으로서 기상 작용에 대하여 내구적이어야 한다. 일반적으로 굵은 골재는 콘크리트 중의 모르타르와 동등 또는 그 이상의 강도를 가진 것이어야 한다.
(나) 입도
- 굵은 골재 입도가 콘크리트의 워커빌리티(workability)에 미치는 영향은 잔골재의 입도보다 크지 않으나, 잔골재와 마찬가지로 대소의 알이 적당히 혼합되어 있는 것이 좋다.
- 입자의 크기가 고르지 못하면 간극률이 커지기 때문에 같은 정도의 콘크리트를 만드는 데 많은 양의 모르타르가 필요하다.
(다) 최대 치수
- 굵은 골재의 최대 치수는 중량으로 90% 이상을 통과시키는 여러 체 중에서 최소 치수 체의 눈의 공칭 치수로 나타낸다. 적당한 굵은 골재의 최대 치수는 구조물 의 종류, 부재 단면, 철근 간격, 시공 기계 등에 의하여 정해진다.
- 철근 콘크리트 부재에 사용할 때에는 부재의 최소 치수의 1/5 및 철근의 최소 수 평 순간격의 3/4 이하이어야 한다.
- 일반적인 구조물에서는 25mm, 단면이 큰 구조물에서는 40mm를 표준으로 하고 있으며, 더 큰 골재는 댐 구조물과 같은 특별한 경우에만 사용된다. 또 무근 콘 크리트 부재의 경우 일반적으로 단면이 크기 때문에 최대 치수가 큰 굵은 골재 를 사용할 수 있다.
3. 물
- 물속에는 기름, 산, 유기 불순물, 혼탁물 등의 콘크리트나 강재의 품질에 나쁜 영향을 끼칠 수 있는 물질이 없어야 하며, 콘크리트의 응결 강화, 강도의 발현, 체적 변화, 워 커빌리티 등에 나쁜 영향을 미치는 물질도 허용값 이상 포함하지 않아야 한다.
- 바닷물은 강재를 부식시킬 수 있으므로 콘크리트 공사를 할 때 사용하는 물로서는 적절 하지 못하므로 사용하지 않도록 해야 한다.
4. 혼화 재료
혼화 재료는 콘크리트를 만들 때 필요에 따라서 성분으로서 첨가하는 재료이며, 시멘트, 물, 그리고 골재 이외의 것을 말한다. 혼화재료는 사용량의 다소에 따라 혼화재(mineral admixture)와 혼화제(chemical admixture)로 분류한다.
(1) 혼화재
혼화재란 사용량이 비교적 많아서 자체의 부피가 콘크리트 배합의 계산에 관계되는 것 으로 플라이 애쉬, 고로 슬래그 미분말, 팽창재, 규산질 미분말, 착색재, 고강도용 혼화 재 등이 있다.
- 포졸란 작용이 있는 것: 플라이 애쉬, 규조토, 화산회, 규산 백토 - 잠재 수경성이 있는 것: 고로 슬래그 미분말
- 경화 과정에서 팽창을 일으키는 것: 팽창재
- 오토 클래이브 양생에 의하여 고강도를 나타내는 것: 규산질 미분말 - 착색시키는 것: 착색재
- 기타: 고강도용 혼화재(실리카퓸), 폴리머, 중량재 등 (2) 혼화제
혼화제란 사용량이 비교적 적어서 그 자체의 부피가 콘크리트 배합의 계산에 무시되는 것으로 AE제, 감수제 및 AE 감수제 등이 있다.
- 워커빌리티와 내동해성을 개선시키는 것: 공기 연행(AE)제, 공기 연행(AE) 감수제 - 워커빌리티를 향상시켜 소요의 단위 수량이나 단위 시멘트량을 감소시키는 것: 감수
제, 공기 연행(AE) 감수제
- 유동성을 크게 개선시키는 것: 유동화제
- 큰 감수 효과로 강도를 크게 높이는 것: 고성능 감수제
- 응결, 경화 시간을 조절하는 것: 촉진제, 지연제, 급결제, 초지연제 - 방수 효과를 나타내는 것: 방수제
- 기포의 작용에 의하여 충전성을 개선하거나 중량을 조절하는 것: 기포제, 발포제 - 염화물에 의한 철근의 부식을 억제시키는 것: 철근의 방청제
- 기타: 보수제, 방동제, 수화열 억제제