콘크리트 역사 특징/ 성질 시험방법 / 시멘트의 종류와 그 특성 / 골재의 종류 및 성질

        Content
                      
         


                        
          1.   콘크리트의 역사  

          2.   콘크리트의 특징, 성질 및 시험방법

          3.   시멘트의 종류와 그 특성

          4.   골재의 종류 및 성질

                           

 

콘크리트의 역사 1

 1.  콘크리트의 역사 및 정의

  ( 1 ) 콘크리트의 역사  

       ① 현재 널리 사용되고 있는 시멘트는 1824년 연와직공인 Joseph Aspdin의 포틀랜드 시멘트 발명 (영국) 의한 것이며  당시 많이 사용되었던 Portland석재와 색상이 비슷한데서 전래 되어 Portland  Cement라고 부르게 되었다. 이후 19세기후반까지  무근콘크리트 이용.

          시멘트의 어원은 라틴어로써 "절석"이나 "대리석 쇄석"을 의미하여 왔던 것이나 19세기 후반부터타물질과 결합하는 것이란 의미로 사용되어 왔다 .  고대 이집트에서 피라밋의 석괴(돌덩어리)결합에 사용되었던 석고나 Greece 및 Rome시대의 건축물에 사용되었던 석회와 화산회(Pozzolan)의 혼합물도 일종의 천연 시멘트라 할 수 있다. 
콘크리트의 역사 2

       ② 1850년 France의 J.L.Lambot가 콘크리트에 철강을 넣어서, 사용 -  철근콘크리트의 사용방법 발명

       ③ 1887년 Deutschland의 M.Koenen이 철근콘크리트보의 이론적 계산방법 발표

       ④ 1892년 France의 Hennebique가 보의 전단력에 대한 철근 배근방법 발표 

       ⑤ 구조이론의 발전, 사용재료의 개량 발전 등으로 다양한 용도(초고층, 내환경, 중후장대)의 고품질 콘크리트 개발
               
콘크리트의 정의

   ( 2 ) 콘크리트의 정의

   ① 잔 골재, 굵은 골재, 시멘트, 물을 혼합하여 만든 혼합재료
        ( 혼화제가 들어가기도 함.)
   ② 물 + 시멘트  ---  시멘트풀( Cement paste )
   ③ 시멘트 + 잔골재 + 물  ----  몰탈( Mortar )
   ④ 콘크리트의 구성은 보통 골재( 70% ), 시멘트풀( 30% ) - 용적구성(부피)

                                                                                                                                                
콘크리트의 특징-장점

 2. 콘크리트의 특징, 성질 및 시험방법

   ( 1 ) 콘크리트의 특징
     1 ) 장점  
      ① 구조물의 형상과 치수에 크게 
           제약받는 일이 없이 구조물을 만들수 있다.
      ② 구조물을 일체적으로 만들수 있다.
      ③ 내화성이 좋음  -  콘크리트의 단열작용,
            화재를 만난 철근콘크리트 구조물 가운데 
           덮개콘크리트를 보수하는 정도로  
           다시 사용하는 경우가 많음.
      ④ 내구성, 내수성, 내진성이 좋음.
      ⑤ 시공이 용이 하고 경제적으로   만들 수 있다.
콘크리트의  특징-단점

         2 ) 단점
 
      ① 중량이 크고, 인장응력이 약하다( 철근으로 보완 ).
      ② 콘크리트에 균열이 발생한다.
      ③ 개조 ,보강 및 해체하기가 곤란하다.
      ④ 품질관리, 시공관리가 쉽지 않다.
      ⑤ 시공이 조잡해지기 쉽다. 
           -  철근콘크리트의 시공은 누구나 할
              수 있는 쉬운 공사라는 안이한 
               생각에 빠지기 쉽다. 

콘크리트의 성질(워커빌리티)

 ( 2 ) 콘크리트의 성질 
  1 ) 굳지 않은 콘크리트(Fresh Concrete)
     ① 반죽질기 ( Consistency ) - 물의 양에 따라 반죽이 되고 진 정도
     ② 워커빌리티 ( Workability ) 
     ⅰ) 반죽질기 여하에 따르는 작업의 난이정도
           , 재료의 분리에 저항하는 정도.
     ⅱ) 영향을 미치는 요소 
          - 사용수량, 시멘트, 잔골재, 굵은골재,
            배합, 혼화재료, 온도
     ⅲ) 시험법 - 슬럼프시험 ( KS F 2402 )
                            - 흐름시험 ( KS F 2140 )
                            - 리몰딩시험, 
                            - Kelly Ball관입시험

   
콘크리트의 성질(블리딩)

    ③ 성형성 ( Plasticity ) 
         거푸집에 쉽게 넣을수 있고, 거푸집을 제거해도
         전체적인 모양을 유지하는 성질.

   ④ 피니셔빌리티 ( Finishability ) 
       - 표면 마무리하기 쉬운 정도   
        ( 굵은 골재의 최대치수, 잔골재율
         , 잔골재의 입도, 반죽질기등에 좌우됨 )
   
   ⑤ 블리딩 ( Bleeding )
         - 표면위로 물이 상승하는 현상.
          ( 골재 및 시멘트 입자의 침강 때문임. )

콘크리트의 단위중량

  2 ) 굳은 콘크리트(Hardened)
 
 -  콘크리트의 중량 ( 단위중량 )
 
   ⅰ) 보통 콘크리트 1㎥ ( 가로-1m, 세로-1m, 높이-1m )의 중량은 2,300 ~ 2,400 
          Kg 정도임.  일반적으로 2,400 Kg/㎥ 으로 계산 ( 철근콘크리트 )

        ⅱ) 굵은 골재의 치수가 클수록 무거움.

        ⅲ) 슬래그, AE제등을 함유하면 가벼워짐.

         iv)  방사선 차폐콘크리트의 경우 비중 2.5-6 이 사용됨. (철 : 7.85)
콘크리트의 강도(압축강도)
 -   콘크리트의 강도

        시멘트와 물이 혼합된 시멘트페이스트에 골재가 결합된 것으로  혼합된 물과 시멘트 사이에 수화   반응을 하면서 골재와 강한 접착력을 나타내어 구조재료를 형성하게 된다. 콘크리트의 강도에는 압축, 휨, 인장, 전단 강동 이외에 철근과의 부착, 지압, 피로강도 등이 있다. 
ⅰ) 압축강도 ( N/mm² )  = 최대하중 ( N ) / 공시체의 단면적 ( mm2 )
            - 현저히 큰 RC 구조물에 유효하게 이용되며, 
            - 경화한 콘크리트의 성질을 개략 추정할 수 있고, 
            - 시험방법은 다른 시험에 비해 간단하다.
          일반적으로 「콘크리트 강도」를 말할 경우에는 「압축강도」로 표시된다. 압축강도 시험에 있
          어 공시체의 재령은 일반적으로, 7일, 28일 및 91일을 표준으로 하고 있지만, 중간인 28일 강도는 
          콘크리트 구조물의 설계기준으로 이용되므로 항상 필요한 강도가 된다. (3조이상)
         시험방법 - 파괴시험에 의한 방법 ( KS F 2405 ),  슈미트해머,  동적 영계수 측정에 의한 방법

콘크리트의 강도(공시체제작)
 
  


 - 압축강도시험을 위한  공시체의 제작 
 

        공시체(원주형)는 지름의 두 배 높이를 가진 원주형으로 하되  굵은 골재의
         최대 치수가 50mm 이하인 경우 - 지름 15, 높이 30cm (표준공시체) 현장 또
         실험실에서는 지름 10, 높이 20cm 의 공시체도  많이 사용된다. 

        이 경우 표준공시체에 비하여 압축강도가  약 3 % 더 높게 나타나는 것으로
         알려져 있다.   (보정계수 0.97) 
 

 
콘크리트의 압축강도(가력속도)
 
   - 가력속도 

     가력속도는 압축강도에 크게 영향을 끼치는데 매우 빠른 속도로 가력하면, 더 높게 강도가 나타나나  가력을 천천히 하는 경우 크리프 현상에 의하여 강도가 낮아지는 것으로 연구되어 있다. 

      압축강도시험은 가력할 경우 충격을 주지 않으면서 
      1.5 - 3.5 kg/cm2 의 속도(per sec)로 연속적으로 가력
     하여야 한다. 따라서 2분 정도의 시간에 측정한 
     압축강도를 장기강도라 할 수 있다.  

      압축변형률은  압축력 작용방향의 변형을 공시체의 
    표점거리로 나눈 값으로 한다. 

  

쿈커러트의압축강도(공시체파괴양상)
 
   - 원주형 공시체 파괴형상

       (a) 전단파괴  : 콘크리트는 파괴직전까지 결착력(cohesion)과
                                 내부마찰각(internal friction)에 의해 파괴됨.

     (b) 할렬파괴  : 시험중 지압판과 시편단부
                                 사이가  매끄러워 단부 
                                 구속효과가 없을 때
                                 (고강도)

      (c)  전단+할렬 파괴 : 

  ** 콘크리트의 강도가 고강도화 할 수록 
       결착력이 커서 폭발성향을 보임
콘크리트의  인장강도
 
   
   ⅱ) 인장강도(Split) - 압축강도의  1/8~ 1/12 정도 임. 
                        시험방법 - KS F 2423 콘크리트 인장쪼갬 시험
                           (2P/(d*L*pi) 





   ⅲ) 휨강도   ; 압축강도의 15 ~ 20% ,인장강도의 1.6 ~ 2배 
                          시험방법 - KS F 2608 콘크리트 휨강도시험
                                              (15cm x 15cm x 45cm의 무근보의 
                                                third point  loading으로 가력)                                                                                                        
                          fr = 2.0 (f’c)1/2 


                                              


      
                   
 
콘크리트의  인장강도

     iv) 전단강도 
     콘크리트의 전단응력은 직접전단시험에 의하여 구한다. 최대하중 P를 측정하여 전단응력이 횡방향에 일정하게 분포한다고 가정한다. 직접전단강도(Shear strength)는 압축강도의 1/4∼1/6, 인장강도의 2.3∼2.5배 정도이다.  

      v) 피로강도. : 반복되는 횟수에 따라 저감시킴.
                   2,000,000회 : 정하중강도의 50-60%로 떨어진다.
                   


      
                   
 
콘크리트 압축강도에 영향을 주는 요인
 
 (3) 콘크리트 압축강도에 영향을 주는 요인(중요)
 
         1)  양생조건(습윤)
         2)  물-시멘트비
         3)  공기량
         4)  혼합(비비기) 시간 
         5)  기타 
                       - 플라이애쉬  시멘트 대체율
                       - 배합수 중의 염분 함유량

         

         
압축강도영향요인-양생조건-1
 
  1) 양생조건이 콘크리트강도에 미치는 영향 --- (1) 
 
       균질의 콘크리트를 만들기 위해 콘크리트를 친 후 적절한 환경조건 하에서 초기 경화 중인 콘크리트 에 양생과정을 실시한다.
      양생이란 시멘트의 수화작용을 촉진하기
    위한 과정이고, 이 과정에서 온도조절과 
    콘크리트내외로부터의 습기의 이동 조절이 
    포함된다.
      얇은 부재일수록 양생의 영향이커서 강도의
    손실이 커진다. 따라서 부재내부의 수분이 
    건조상태가 되거나 탈수가 되지 않도록
    습윤상태를 유지하는 것이 중요.     

압축강도영향요인-양생조건-2
압축강도영향요인-물시멘트비-1
 
  2) 물-시멘트비가  콘크리트강도에 미치는 영향 --- (1) 
 
       콘크리트 배합에 사용되는 물은 불순물이
         함유되지 않아야 한다. 
       배합수는 콘크리트의 응결경화, 강도의 발현,
      체적변화와 직접적인 관련이 있다.
      일반적으로 물-시멘트 비 22% 이상을 기준으로
      수화반응이 원할하다고 보고 있다. 

               W/C(%)    -    표준단위수량(kg/m3)
                 45                           165-175       
               30-45                        160-170
                 25                           155-165
                 22                           150-160
압축강도영향요인-물시멘트비-2
 
  2) 물-시멘트비가  콘크리트강도에 미치는 영향 --- (2) 
       콘크리트 배합에 사용되지 않은 물은 잉여수라고 하며  워커빌리티를 증진시키나 콘크리트의 수화반응후  대기중으로 빠져나가게 되어 콘크리트체적변화를   일으키는 요인이 된다. 또한 불필요한 현장 가수는 강도부족을 일으키므로 부실시공의 원인임.