철근콘크리트의 기초 데이터 (시멘트의 종류, 혼화재, 골재, 슬럼프 시험, 공시체 시험, 콘크리트 타설)

철근콘크리트는 철근과 콘크리트로 구성되어 있으며, 콘크리트는 압축응력을 철근은 인장력을 각각 부담하고 있습니다. 콘크리트는 경성시멘트(보통 포틀랜드 시멘트), 골재, 혼화재 및 물의 혼합물입니다. 콘크리트의 강도발현은 골재와 시멘트를 결합시키는 포틀랜드시멘트의 수화에 따라 이루어집니다. 이글에서는 철근콘크리트의 기초 데이터인 시멘트의 종류, 혼화재, 골재, 철근, 슬럼프 시험, 공시체 시험, 타설에 대해 소개합니다. 

 

시멘트 종류

포틀랜드 시멘트는 총 5종이 존재하며 특징은 다음과 같습니다. 

● 1종 포틀랜드 시멘트: 일반적인 용도에 쓰이는 것으로 가장 많이 사용되고 있습니다. 

● 2종 중용열 시멘트: 콘크리트의 수화열이 많이 생길 수 있는 곳, 즉 배수로 구조물 및 옹벽 등에 사용됩니다. 황산염 등에 내식성이 있으며, 시멘트의 수화열이 낮습니다.  

● 3종 조강 시멘트: 초기재령, 1주일 전후에서 높은 강도를 나타냅니다. 따라서, 거푸집을 조기에 탈형하거나 동절기에 양생 기간을 단축할 경우에 사용합니다. 

● 4종 저열 시멘트: 시멘트 수화열이 낮으므로 중력댐과 같은 구조물에서 매스콘크리트(Mass Concrete)를 제조할 경우에 사용합니다. 

● 5종 내황산염 시멘트: 내식성이 크므로 황산염이 많은 지하수나 토양층에 사용합니다. 

 

혼화재

혼화재는 시멘트, 골재 및 물 이외의 다종 다양한 혼합물로 굳지 않은 콘크리트나 경화된 콘크리트의 제성질을 개선시킬 목적으로 콘크리트 비빔시 첨가하는 물질입니다. 

 

● AE제(공기연행제): 콘크리트 연행제는 콘크리트 내부에 작은 공기입자를 분산시켜 콘크리트의 동결융해저항성을 증대시키며, 내구성을 향상합니다. 골재의 최대크기 및 환경조건에 따른 콘크리트의 추정 총공기량은 다음과 같습니다. 

 

AE제 콘크리트의 공기량(%)

굵은 골재의 최대크기(mm)	환경조건에 따른 공기량(%)
	보통(보통노출)	극단(심한노출)
10	6.0	7.5
15	5.5	7.0
20	5.0	6.0
25	4.5	6.0
40	4.5	5.5

 

 

● 감수제: 감수제는 반죽 질기(Consistency)를 유지하기 위해 필요한 배합수량을 감소시킵니다. 이것은 응결시간을 다소 지연시키며, 콘크리트 내부에서 공기를 연행합니다. 

 

● 고성능 감수제: 고성능감수제는 콘크리트의 강도와 슬럼프에 큰 영향을 미치는 혼화제입니다. 일반적으로 물-시멘트비의 콘크리트에 사용하면 슬럼프값이 크고 유동성 있는 콘크리트를 쉽게 얻을 수 있습니다. 물-시멘트비를 낮추기 위해 사용할 경우 슬럼프값에는 영향을 미치지 않으나 강도는 매우 높아집니다. 콘크리트의 유동성을 높이기 위해 사용할 경우 유동성을 유지하는 시간은 한정적입니다. 

 

● 기타 혼화재는 콘크리트의 경화시간을 지연 또는 촉진시킵니다. 일부 경화촉진제는 철근을 부식시키는 염화물을 함유하고 있습니다. 따라서, 사용 시 주의가 필요하며 특수한 목적에서만 사용해야 됩니다. 일부 감수제와 경화촉진제는 콘크리트의 건조수축을 증가시킬 수 있습니다. 

 

제빙화학제에 노출된 콘크리트 최대 혼화재 비율

혼화재의 종류	시멘트와 혼화재 전체에 대한 혼화재의 질량 백분율(%)
KS L 5405에 따르는 플라이 애쉬 또는 기타 포졸란	25
KS F 2563에 따르는 고로슬래그 미분말	50
실리카 퓸	10
플라이 애쉬 또는 기타 포졸란, 고로슬래그 미분말 및 실리카 퓸의 합	50
플라이 애쉬 또는 기타 포졸란과 실리카 퓸의 합	35

 

 

골재

콘크리트용 골재는 잔골재와 굵은 골재가 있습니다. 잔골재는 크기 10㎜보다 작은 모래입자이며, 굵은 골재는 쇄석 또는 강자갈입니다. 콘크리트의 단위중량은 24kN/㎥(보통콘크리트 24kN/㎥)입니다. 경량골재는 혈암(Shale), 점판암, 점토 또는 슬래그 등을 팽창시켜 만듭니다. (1종 경량콘크리트 20kN/㎥, 2종 경량콘크리트 17kN/㎥)     

골재가 점유하는 용적은 콘크리트 체적의 60~80%이며, 입도(대소입자의 혼합되는 비율)는 단위시멘트양, 단위수량, 작업성 및 콘크리트의 강도에 영향을 미칩니다. 골재는 청결하고 유해물질이 있어서는 안 됩니다. 

 

콘크리트의 단위 굵은 골재 용적, 잔골재율 및 단위수량

굵은 골재의 최대 치수 (mm)	단위 굵은 골재 용적 (%)	AE제를 사용하지 않은 콘크리트			AE 콘크리트
		갇힌 공기 (%)	잔골재율 s/a (%)	단위수량 W (kg)	공기량 (%)	양질의 AE제를 사용한 경우		양질의 AE감수제를 사용한 경우
						잔골재율 s/a (%)	단위수량 W (kg)	잔골재율 s/a (%)	단위수량 W (kg)
15	58	2.5	49	190	7.0	47	180	48	170
20	62	2.0	45	185	6.0	44	175	45	165
25	67	1.5	41	175	5.0	42	170	43	160
40	72	1.2	36	165	4.5	39	165	40	155

 

슬럼프 시험

배합이 동일한 콘크리트의 반죽 질기(Consistency)만을 판정하도록 슬럼프시험을 실시합니다. 

 

슬럼프 시험은 다음과 같이 실시합니다. 

1. 슬럼프 시험기는 금속으로 만든 깔때기 모양의 것으로, 콘크리트를 3회로 나누어 위에서부터 타설 합니다.

2. 매회마다 다짐봉으로 25회 다짐합니다. 

3. 슬럼프 시험기를 서서히 들어 올려 콘크리트가 최초의 높이에서 내려앉게 합니다.

4. 슬럼프 시험기를 거꾸로 놓고 다짐봉을 가로로 올립니다.

5. 상부까지 여러 번 측정하여 평균을 냅니다.  

 

콘크리트의 슬럼프 표준값

콘크리트의 종류	구조물의 종류	슬럼프의 표준값(mm)	비고
무근	일반적인 경우	50~150	- 콘크리트의 운반이 긴 경우 또는 기온이 높은 경우에는 슬럼프가 크게 저하되므로, 이를 고려하여 다소 큰 스럼프값을 사용합니다.  - 진동기를 사용하지 않는 경우에는 큰 슬럼프값을 사용합니다.  된반죽의 콘크리트의 경우에는 슬럼프시험 대신 진동기를 이용한 반죽질기 시험방법을 채택하는 것이 효과적입니다.
	단면이 큰 경우	50~100
철근	일반적인 경우	80~150
	단면이 큰 경우	60~120

 

공시체 시험

콘크리트 시험에서 큰 비중을 차지하는 압축강도는 가장 중요한 데이터로서 양생 된 후에 알 수 있습니다. 그 이유는 콘크리트가 타설 되고 수주일이 경과되면서 내부결함이 제거되기 때문입니다.

 

압축강도 시험은 다음과 같이 실시합니다. 

1. 직경 150㎜ , 높이 300㎜인 실린더(원주형)를 3회에 걸쳐 콘크리트 타설합니다. 

2. 매회마다 다짐봉으로 25회 다짐합니다. 

3. 공시체는 외적요인으로 손상을 받지 않아야 합니다.

4. 동일조건의 시료를 얻도록 온습도가 일정한 양생실에서 양생을 합니다. 

5. 재령 7~28일 동안 각각의 재령에 따라 몰드를 탈형하고 압축강도를 측정합니다.

6. 콘크리트의 압축강도는 공시체가 파괴될 때까지 가압합니다. 

7. 이때 최대 하중을 단면적으로 나누어 산출합니다.  

 

콘크리트 타설

콘크리트는 가능한 최종위치 가까이에 타설 돼야 하고 모르타르와 굵은 골재와의 재료분리를 방지하기 위해 거푸집 내에서 수평으로 움직여서는 안 됩니다. 콘크리트는 일정한 두께로 수평으로 타설 하고, 콘크리트 가 최소한의 형성력을 지닌 다음 이어 붓기를 해야 합니다. 

콘크리트 다짐방법은 수다짐, 봉다짐, 내부 또는 외부 진동다짐이 있습니다. 내부진동다짐의 경우 타설하는 동안 재료분리나 콘크리트의 가성, 슬럼프에 영향을 미치지 않도록 진동기의 주파수나 진폭을 조정해야 합니다. 외부진동다짐은 슬라브와 같이 단면이 작아 내부진동다짐을 할 수 없는 부재에서 표면다짐으로 실시합니다. 표면진동기를 사용하여 진동다짐을 할 경우 거푸집 스티프너에 부착된 판 또는 스라브표면에서 직접 진동 줍니다. 동일한 진동다짐효과를 얻기 위해 외부진동다짐(1~2분)은 내부진동다짐(1~15초) 보다 길어야 합니다. 

 

마무리

철근콘크리트는 현장에서 타설 및 양생을 통해 만들어짐으로 충분한 강도를 위해서 위에서 설명한 슬럼프값, 압축강도, 등을 유지해야 합니다.