LN13: 콘크리트 (2)
한경대학교 안전공학과 2012학년도 01학기
옥승용
강의일정 (Class Schedule) (1)
Week Topic Remarks
01 강의 소개
02 총론 • 제1장
03 시멘트 (1) • 제2장
04 시멘트 (2) • 제2장
05 혼화재료 • 제3장
06 골재 및 물 (1) • 제4장
07 골재 및 물 (2) • 제4장
08 중간고사
강의일정 (Class Schedule) (2)
Week Topic Remarks
09 재료실험
• 중간고사 문제풀이
• 비중시험, 체가름시험, 슬럼프시험, 압축강도 시험
10 콘크리트 배합설계 (1) • 제5장
11 콘크리트 배합설계 (2) • 제5장
12 콘크리트 (1) • 제5장
13
콘크리트 (2) • 제5장
14 콘크리트 (3) • 제5장
15 기말고사 • 실험결과보고서
워커빌리티의 측정방법
정의: 시공성, 시공연도
반죽 질기 여하에 따르는 작업의 난이도 및 재료분리에 저항하는 정도
묽기 정도 및 재료분리에의 저항 정도 등을 복합적으로 나타내는 시공의 난이도
평가항목
변형에 대한 저항:
전단저항, 유동을 시작할 때의 힘, 유동속도
응집성 또는 재료분리에 대한 저항성
워커빌리티의 측정방법
(반죽질기) 측정방법
슬럼프 시험(Slump Test)
흐름 시험(Flow Test)
구 관입 시험(Ball Penetration Test)
비비 시험(Vee-Bee Test)
리몰딩 시험(Remolding Test)
다짐계수(Compacting Factor Test)
슬럼프 시험(Slump Test)
정의
콘크리트의 반죽질기를 측정하는 방법 (KS F 2402)
시험 방법
자중에 의하여 변형을 일으키는 힘과 변형에 저항하려는 힘의 평형상태
슬럼프 콘(200mm×100mm×300mm) 속에 3층(6.52+8.67+14.81)으로 콘크리트를 나누어 넣는다.
원형 다짐 봉(16mm×600mm)으로 각 25회씩 균일하게 다진다
슬럼프 콘을 수직으로 천천히 들어올린다.
이 때, 30cm 높이의 콘크리트가 가라앉은 값을 슬럼프 값으로 한다.
슬럼프 시험(Slump Test)
기타 사항
콘크리트가 무너지거나 일정하게 침하하지 않는 경우는 슬럼프 시험 적용의 의 미가 없음
슬럼프 값이 3~18cm 정도의 범위를 넘는 콘크리트는 슬럼프 시험이 아닌 다른
시험방법을 적용하여야 함
굵은 골재의 최대 치수가 40mm를 넘는 경우에는 체로 쳐서 이를 제거한 후 시험
을 실시하여야 함 시험에 사용하는 시료는 시공 직전 또는 콘크리트 혼합이 끝난 즉시 채취하여 시험하여야 함
전 과정을
2분 30초 이내에 시행하여야 함
최소 2회 이상 시행하여 평균값을 취하여야 함
슬럼프 시험(Slump Test)
구조물 종류별 슬럼프의 표준 값
콘크리트 표준시방서 2.4.7
콘크리트의 종류 구조물의 종류 슬럼프의 표준 값(mm) 비고
무근
일반적인 경우
50~150진동기를 사용할 때이고, 만약 진동 기를 사용하지 않을 경우 다소 큰
값을 사용해도 상관없다.
단면이 큰 경우
50~100철근
일반적인 경우
80~150단면이 큰 경우
60~120수밀 콘크리트 80 이하
포장
도로
25 이하 공항
댐 20~50
흐름 시험(Flow Test)
정의
콘크리트를 상하 운동시켜서 흘러 퍼지는 정도를 측정하여 유동성을 평가하는
방법 (KS F 2140) 시험 방법
흐름 시험판(flow table)위에 몰드 (254mm×171mm×127mm)를 놓고, 콘크리트를 2층으로 투입하여 각 25회씩 다진다.
몰드를 수직으로 들어 올리고 흐름 시험판을 15초 동안 15회 속도로 낙하시킨다.
콘크리트가 흩어져서 퍼진 지름을 6방향에서 측정하여 평균값(D)을 산정한다.
흐름값(%) = (시험 후의 지름(D) –원지름 254mm)/254mm×100
일부러 충격을 주어서 재료를 분리시키므로 좋은 방법은 아님
구 관입 시험(Ball Penetration Test)
정의
구의 자중에 의한 관입 깊이로서 콘크리트의 반죽질기를 평가하는 방법
시험 방법
무게 13.6kg의 반구를 굳지 않은 콘크리트 표면에 놓았을 때, 구가 자중에 의하 여 콘크리트 속으로 가라앉는 관입 깊이를 측정
시간이 걸리지 않고 개인오차도 적으므로 현장에서 측정 편리
포장콘크리트와 같이 평면으로 타설된 콘크리트의 반죽질기의 측정 편리
관입 값의 1.5～2배가 슬럼프 값과 거의 비슷함
비비 시험(Vee-Bee Test)
시험 방법 (KS F 2427)
진동대 위에 원통 용기를 고정시켜 놓고 그 속에 슬럼프 시험과 동일한 조작을 실시한다.
콘크리트 윗면에 투명한 원판을 얹어놓고 용기를 진동시켜 콘크리트가 원판에
완전히 접할 때까지의 시간(second)을 측정하여 VB값 또는 침하도라고 한다.
슬럼프 시험으로 측정하기 어려운 된 반죽 콘크리트에 적용하기 좋다.
0 2 4 6 8 10 12 14
0 2 4 6 8 10
VB 값
기타 시험
리몰딩 시험(Remolding Test)
슬럼프 몰드 속에 콘크리트를 채우고 원판을 콘크리트 면 위에 얹는다.
흐름 시험판에 약 6mm의 상하운동을 주어 콘크리트가 유동한다.
원통 내외에서의 콘크리트의 높이가 같아질 때까지 요하는 반복진동횟수로서 반죽질기를 나타낸다.
기타 시험
다짐계수 시험(Compacting Factor Test)
세 용기(A, B, C)에 차례로 콘크리트를 낙하시켜 용기 C에 채워진 콘 크리트의 중량(w)를 측정한다.
동일한 용기에 콘크리트를 충분히 채워 다진 후 중량(W)를 측정한 다.
중량비(=w/W)를 구하여 워커빌리티의 척도로 사용한다.
슬럼프가 매우 작고, 진동다짐을 실시하는 콘크리트에 유효
슬럼프 vs 다짐계수 vs VB값
유동성 슬럼프 다짐계수 VB값(초)
매우 된 반죽 0 0.65~0.68 32~18
된 반죽 0~2.5 0.75~0.78 18~5 보통 2.5~5.0 0.83~0.85 5~3 묽은 반죽 10.0~12.5 0.92~0.95 2
매우 묽은 반죽 15.0 0.95 1
재료 분리(Segregation)
콘크리트의 재료 분리
콘크리트는 어느 부분을 채취해도 그 구성요소인 시멘 트, 물, 잔 골재, 굵은 골재의 구성 비율이 동일해야 하나, 이 균질성이 소실되는 현상을 재료분리라 한다.
서로 다른 여러 재료의 혼합체이므로 제조 및 시공과정 (믹싱, 운반, 다지기)에서
재료 분리(segregation)
가 발생하 기 쉽다. 재료분리가 발생한 콘크리트는
불균질하게 되어 강도,
수밀성, 내구성 등이 나빠진다. 작업 중 재료 분리
묽은 반죽의 콘크리트를 어느 높이에서 낙하시킬 경우
믹싱 시간이 부족하거나 지나치게 오래 걸릴 경우
콘크리트 타설 후 재료 분리
블리딩(bleeding)
레이턴스(laitance)
17기둥/보의 재료분리 및 철근노출
벽체의 재료분리 및 철근노출
작업 중 재료분리
재료분리(균질성 상실)의 원인
배합이 적절하지 않은 경우
• 반죽질기가 지나친 경우
• 단위 수량 또는 단위 골재량이 너무 많은 경우
공간적 분포가 부적절한 경우
• 굵은 골재의 최대치수가 지나치게 큰 경우 (입도가 부적절; 제5장 골재의 입도 참조)
• 입자가 거친 잔 골재를 사용한 경우 (공극이 많아짐; 제5장 골재의 입형 참조)
• 입도가 적절할 때 재료분리 감소
작업 중 재료분리
재료분리 현상을 줄이기 위한 유의사항
잔골재율(=잔골재의 절대용적/전체골재의 절대용적×100)을 크게 한다.
물-시멘트비(W/C)
를 작게 한다. 콘크리트의 성형성을 증가시킨다. (→공간적 분포)
잔 골재 중의 0.15~0.3mm 정도의 세립분을 많게 한다.
AE제, 플라이애시 등의 혼화재료를 적절히 사용한다.
Press Press Press
잔골재율
잔골재율
s/A = 잔 골재의 절대용적 / 전체 골재의 절대용적 × 100
잔골재율 ↓ ∝ 단위수량 ↓ ∝ 단위 시멘트량 ↓ ∝ 경제적
잔골재율이 너무 작으면 콘크리트는 거칠고 재료분리가 발생하는 경향
굵은 골재의
최대 치수
(mm)
단위 굵은 골재 용적
(%)
AE제를 사용하지 않은
콘크리트 AE 콘 크 리 트
갇힌 공기
(%)
잔골재율 s/a (%)
단위 수량 W (kg)
공기량
(%)
양질의 AE제를 사용한 경우
양질의 AE 감수제를 사용한 경우
잔골재율 s/a (%)
단위 수량 W (kg)
잔골재율 s/a (%)
단위 수량 W (kg) 15
20 25 40
58 62 67 72
2.5 2.0 1.5 1.2
49 45 41 36
190 185 175 165
7.0 6.0 5.0 4.5
47 44 42 39
180 175 170 165
48 45 43 40
170 165 160 155 물-결합재비(W/C)~목표강도
단위수량(W)~굵은 골재 최대치수, 슬럼프, 공기량 단위 시멘트량 = 단위수량/물-결합재비
단위 시멘트량(C) ↑ ∝ 단위수량(W) ↑
콘크리트 타설 작업 후 재료분리
블리딩(bleeding)
콘크리트 타설 후 시멘트, 골재 입자 등이 침하하면서 물이 분리 상승되어 콘크
리트 표면에 떠오르는 현상
블리딩이 크면 상부의 콘크리트가 다공질이 되어 강도, 수밀성 및 내구성이 감
소되고, 골재 입자나 수평철근의 밑부분에 수막을 만들어 시멘트 풀과의 부착을 저해함
블리딩을 적게 하기 위해서는 단위수량을 적게 하고, 골재 입도가 적당해야 함
콘크리트 타설 작업 후 재료분리
레이턴스(laitance)
블리딩에 의하여 콘크리트 표면으로 떠올라와 침전된 미세한 백색침전물
시멘트나 모래 속의 미립자의 혼합물
이음타설에서 미제거시에는 연결부가 취약해짐
압축강도 및 기타강도 탄성과 소성
체적 변화, 크리프, 균열
압축강도 및 기타강도
경화한 콘크리트
탄성과 소성
체적 변화, 크리프, 균열
경화한 콘크리트의 성질
중량
보통 콘크리트 : 2.2～2.4 t/m
3[=g/cm
3]
인공경량골재를 사용한 경량콘크리트 : 1.5～2.0t/m
3[=g/cm
3]
철광석 등을 사용한 중량콘크리트 : 3.5～5.0t/m
3[=g/cm
3]
압축강도
일반적으로 콘크리트의 강도라 함은 압축강도를 지칭함
•
다른 강도에 비해 현저하게 큼
•
설계에서 압축강도만을 사용하는 경우가 많음
•
다른 강도 및 품질 추정 가능
일반적으로 재령 28일 압축강도를 기준으로 함
• 댐 콘크리트: 재령 91일 압축강도
• 포장 콘크리트: 재령 28일 휨강도 기준
콘크리트 강도에 영향을 미치는 요인(1)
재료품질의 영향
시멘트
• 콘크리트 압축강도
골재
•
일반적으로 골재의 강도는 시멘트 풀의 강도보다 크므로, 대부분의 경우 골재 의 강도 변화가 콘크리트의 강도에 미치는 영향은 크지 않다. 단, 천연 경량골
재나 약한 석편이 많이 포함되어 있는 경우에는 콘크리트의 강도는 저하한다.•
고강도 콘크리트일수록 골재의 강도가 콘크리트의 강도에 미치는 영향은 커 진다.
•
골재의 표면이 거칠수록 부착력(골재와 시멘트 풀)이 좋기 때문에 일반적으
로 부순 돌을 사용한 경우가 강자갈을 사용한 경우보다 강도가 크다.c
f A C B
W
= K ⋅ +
f
c: 콘크리트의 압축강도 (MPa)
C/W: 시멘트-물비
K: 시멘트의 강도
A, B: 상수
강도비 물-시멘트비, 슬럼프 일정 시멘트량, 슬럼프 일정 압축강도 인장강도 휨강도 압축강도 인장강도 휨강도
부순 돌 콘크리트강 자갈 콘크리트 1.20~1.35 1.05~1.32 1.14~1.25 0.95~1.10 1.03~1.11 1.03~1.09
콘크리트 강도에 영향을 미치는 요인(1)
재료품질의 영향
골재
•
물-시멘트비가 일정한 경우, 굵은 골재의 최대치 수가 클수록 콘크리트의 강도는 작아진다. 이러
한 경향은 부(富)배합일수록 커진다.굵은 골재의 최대치수 ↑ ∝ 단위수량(W) ↓ 물-시멘트비(W/C) 일정 ~ 시멘트량(C) ↓ 시멘트량(C) ↓ ∝ 콘크리트 강도 ↓
그림 5.8 굵은 골재의 최대치수와 압축강도의 관계
굵은 골재의
최대 치수
(mm)
단위 굵은 골재 용적
(%)
AE제를 사용하지 않은
콘크리트 AE 콘크리트
갇힌 공기
(%)
잔골재율 s/a (%)
단위 수량 W (kg)
공기량
(%)
양질의 AE제를 사용한 경우
양질의 AE 감수제를 사용한 경우
잔골재율 s/a (%)
단위 수량 W (kg)
잔골재율 s/a (%)
단위 수량 W (kg) 15
20 25 40
58 62 67 72
2.5 2.0 1.5 1.2
49 45 41 36
190 185 175 165
7.0 6.0 5.0 4.5
47 44 42 39
180 175 170 165
48 45 43 40
170
165
160
155
콘크리트 강도에 영향을 미치는 요인(1)
굵은 골재의 최대치수 ↑ ∝ 단위수량(W) ↓ 단위 시멘트량(C) 일정 ~ 시멘트-물비(C/W) ↑
시멘트-물비(C/W) ↑ ∝ 콘크리트의 강도 ↑
cuf A C B
W
= ⋅ +
K
골재
• 시멘트량이 일정한 경우, 굵은 골재의 최대치수가 클 수록 콘크리트의 강도는 증가한다.
• 단, 400kgf/cm
2
의 비교적 큰 강도에 대해서는 강도가 감소하는 경향이 있다.굵은 골재의
최대 치수
(mm)
단위 굵은 골재 용적
(%)
AE제를 사용하지 않은
콘크리트 AE 콘크리트
갇힌 공기
(%)
잔골재율 s/a (%)
단위 수량 W (kg)
공기량
(%)
양질의 AE제를 사용한 경우
양질의 AE 감수제를 사용한 경우
잔골재율 s/a (%)
단위 수량 W (kg)
잔골재율 s/a (%)
단위 수량 W (kg) 15
20 25 40
58 62 67 72
2.5 2.0 1.5 1.2
49 45 41 36
190 185 175 165
7.0 6.0 5.0 4.5
47 44 42 39
180 175 170 165
48 45 43 40
170
165
160
155
콘크리트 강도에 영향을 미치는 요인(1)
재료품질의 영향
혼합수
• 혼합수의 양은 콘크리트에 미치는 영향이 매우 크다.
• 수질은 콘크리트의 강도, 시공 시 응결시간, 철근의 부식 등 영향이 크다.
물은 왜 필요한가?
시멘트는 경화하는 수화반응을 일으키기 위해 물이 필요하다. 수화반응에 필요 한 물은 시멘트량의 25% 정도
물의 양이 적다면 빡빡한 반죽이 되어 작업이 어렵기 때문에 통상 25% 이외의 추가적인 물이 소요된다: 작업성의 측면에서 잉여수 필요
콘크리트 강도에 영향을 미치는 요인(1)
물이 많은 콘크리트는 나쁜가?
작업성은 좋아지나 강도와 내구성은 나빠진다.
내부의 시멘트 입자 감소
•
콘크리트를 타설한 직후 물이 표면으로 올라오는 것을 블리딩(bleeding)이라 한다. 잉여 물이 표면 으로 올라오는 것인데, 이것은 콘크리트의 구성요소가 자갈, 모래, 시멘트입자, 물인데 이 중에서 물 이 제일 가볍기 때문이다. 잘 섞이지 못한 경우 가벼운 것이 위로 뜨기 마련이다. 그런데 물이 위로 뜨면서 혼자 올라오지 않고 시멘트 입자를 끌고 위로 올라오게 되는데, 이것이 블리딩된 물의 아래 쪽에 가라앉게 되며 레이턴스(laitance)라 한다. 콘크리트 속에서 자갈과 모래를 붙여주는 본드 역할
을 해야 할 시멘트가 위로 올라오니 품질이 나빠지는 것은 당연하다.
이음부 접착능력 저하
•
콘크리트는 여러가지 이유로 이어치기를 해야 하는데, 만약 이음부의 레이턴스를 털어내지 않고 그 위에 또 콘크리트를 타설하면 이음부 레이턴스로 인해 접합부 강도가 떨어진다. 당연히 전체적인 콘크리트 성능의 저하가 발생한다.
건조수축의 증가: 균열 발생
•
