시멘트의 종류와특성

시멘트의 종류와 특성

 

플라이에쉬란 석탄을 사용하는곳의 연통등에 있는 끄으름을 모아놓은것을 말하며 이것을 콘크리트에 사용하는 가장큰이유는 시공연도 개선과 수화열에의한 하자 방지목적이 가장크다..

시공연도개선: 혼화재인 플라이에쉬는 혼합시  사용량에 따라  차이는있겟지만 슬럼프가 커진다..따라서 단위수량을 줄일수 있으므로 수밀한 콘크리트완성품을 만들수 있다..

콘크리트에 있어서 단위수량을 줄인다는의미는 콘크리트 성능개선과 이어진다..

일단 동결피해 최소화 수밀성 내구성 강도 향상 ...수밀성이 커지면 중성화 지연 수명연장 내마모성증가 등등....

콘크리트의 강도는 여러 요인이 있지만 그중에 경화된 콘크리트의 공극이 많으면 강도가 저하된다. 이러한 공극은 배합시 물의 사용량이 많으면 많을수록 공극이 많아진다..

플라이에쉬는 단위수량 저하로 공극을 줄이고 또한 경화후 공극을 체워주는 역활까지 하므로 강도향상에 크게 도움이 된다

수화열: 콘크리트의 경화속도는 여러 요인 이 있지만 수화열이 높으면 경화가 빨라진다 그러나 경화가 빠르면 초기강도에는 좋으나 빠른 경화로 인하여

균열등이 발생하여 하자의 요인이 된다 또한 덩치가 큰 메스 콘크리트등은 수화열에의한 하자(온도구배)발생을 컨트롤하기위해 수화열을 조정할필요가 있다..

초기에높은 수화열을 플라이에쉬를 사용하므로서 온도상승을 억제하여 장기강도를 상승시킨다..

플라이에쉬는 일종의 재이므로 열을 낮추어주는 역활을한다..

잠재수경성이란 : 콘크리트가경화하면 화학적 변화를 하는데 (CaO +H2O=Ca(OH)2)

경화콘크리트를 Ca(OH)2라하고 이때부터 플라이에쉬의 미립분이 공극을 체워가기 시작한다.. 공극을 체우면 위에서 설명한데로 여러요인이 좋아진다 특히 강도가...

이러한 공극을 체워주는것을 잠제수경성이라한다...

 

수중콘크르트

배합

(1) 수중콘크리트는 다짐이 불가능하기 때문에 큰 유동성이 필요하며 재료분리를 적게 하기 위하여 단위시멘트량을 많게 하고 잔골재율을 크게 한 점성이 풍부한 콘크리트를 사용해야 하므로 슬럼프는 표 13.1을 표준으로 한다. 잔골재율은 40∼45%를 표준으로 하고 굵은골재는 입도가 좋은 자갈을 사용하는 것이 바람직하며 부순돌을 사용할 경우 시공상 필요한 점성 및 반죽질기를 얻을 수 있도록 3∼5%정도 증가시키는 것이 좋다.

(2) 물-시멘트비는 50% 이하, 단위시멘트량은 370kg/㎥ 이상을 표준으로 한다.

트레미를 사용한 수중콘크리트의 코아 공시체의 압축강도가 동일 배합의 표준공시체 압축강도의 60% 정도이므로 수중콘크리트의 강도, 제 성질의 저하 및 시공성 확보를 위하여 -----------

매스콘크리트

배합

(1) 매스콘크리트의 재료 및 배합을 결정할 때에는 설계기준강도와 소정의 워커빌리티를 만족하는 범위내에서 콘크리트의 온도상승이 최소가 되도록 해야 한다.

(2) 콘크리트의 발열량은 대체적으로 단위시멘트량에 비례하므로 콘크리트의 온도 상승을 감소시키는 데에는 소요의 품질을 만족시키는 범위내에서 단위시멘트량이 적어지도록 배합을 선정하여야 한다.

(3) 매스콘크리트에서는 중용열포틀랜드시멘트, 고로시멘트, 플라이애시시멘트 등의 저발열시멘트를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 저발열시멘트는 장기재령의 강도 증진이 보통포틀랜드시멘트에 비하여 크므로, 91일 정도의 장기재령을 설계기준강도의 기준재령으로 하는 것이 좋다. 구조체 콘크리트의 강도관리를 위한 공시체의 양생방법은 표준양생으로 한다.

(4) 포틀랜드시멘트에 고로슬래그미분말, 플라이애시 등을 혼합한 저발열시멘트의 경우에는 충분히 실험을 하여 그 특성을 확인해야 하며, 고로시멘트는 칠 때에 콘크리트 온도가 높을 경우 발열상태가 변동할 경우도 있으므로 발열성상을 확인해야 한다.

콘크리트 배합설계    콘크리트의 배합이란 콘크리트를 구성하기 위한 각 재료의 비율 즉 시멘트, 골재, 물 등의 사용량(혼합비율)을 말하며 배합설계(design of mix proportion)란 필요로 하는 강도,내구성, 슬럼프, 단위중량, 수밀성 및 작업성이 적합한 콘크리트를 가장 경제적으로 얻을 수 있도록 각 재료의 비율을 정하는 것을 말한다.

  콘크리트와 같이 그 적용대상에 필요한 강도, 내구성을 갖추며, 균일한 것을 요구하는 재료이면서 건설현장에서 직접 콘크리트 부재로서 제조되는 생산과정을 가진 재료는 다른 공업생산분야에서는 거의 볼 수 없다. 또한 경량골재를 이용한 콘크리트, 깬자갈을 이용한 콘크리트, AE 콘크리트 등은 사용재료에 따라 배합설계 방법도 각각 달라진다. 이와 같은 특수한 사정을 충분히 인식하고 콘크리트의 배합설계, 제조, 시공의 각 과정에서 합리적 또 가장 경제적인 방법이 채택되도록 충분히 배려하지 않으면 안된다.

  콘크리트의 배합설계의 순서의 개략은 대략 다음과 같다. 우선 목표로 하는 품질항목 및 목표값을 설정하고 계획배합의 조건과 재료를 선정하고 자료 또는 시험에 의해 내구성, 수밀성등의 요구성능을 고려하여 물시멘트비를 정하고 단위수량, 잔골재율과 슬럼프의 관계 등에 의해 단위수량, 단위시멘트량, 단위잔골재량, 단위굵은골재량, 혼화재료량 등을 순차적으로 산적한다. 이렇게 해서 구한 배합을 사용해서 시험비비기를 실시하고 그 결과를 참고로 하여 각 재료의 단위량을 보정하여 최종적인 배합을 결정한다.

  이제부터 배합설계의 일반적인 순서에 따른 그 세부사항을 알아보겠다.

  1) 설계기준강도의 산정

21℃의 물 속에서 양생(養生)한 콘크리트의 재령(材齡) 28일에서의 압축강도로 표시하며, 구조물에 따라 다르나 1cm3당 150~300kg의 것이 많다. 포장( 裝) 콘크리트는 휨강도를 기준으로 한다. 

일반적으로 콘크리트의 설계기준강도는 180, 210, 240kg/㎠을 채택하고 있다.

  2) 배합강도의 산정

 배합강도 F(㎏f/㎠)는 설계기준강도 Fc(㎏f/㎠) 및 콘크리트 강도의 표준편차 б(㎏f/㎠)를 고려하여 할증한 강도이다.

 a. 콘크리트 품질이 고급인 경우의 배합강도

    ㄱ. 배합강도를 결정하는 조건

  콘크리트의 배합강도 F는 아래의 식을 만족하도록 결정한다.

     F ≥ Fc + T  + 1.64б(㎏f/㎠)

     F ≥ 0.8(Fc + T) + 3б(㎏f/㎠)

  위 식에서 б의 계수를 1.64로 한 이유는 이 식으로 정해지게 되는 배합강도를 채용하는 경우에는 콘크리트강도의 불량률이 5% 이하로 된다는 것이다. 두 번째 식에서는 설계기준강도 혹은 지정강도의 80% 미만의 강도를 갖는 콘크리트가 전체의 1/1741, 즉 0.135% 이하가 되도록 정한다는 의미를 내포하고 있다.

  지정강도란, 레디믹스트 콘크리트의 설계기준강도에 있어서 콘크리트를 타설한 후로부터 재령 28일 까지의 기간중의 예상평균기온에 의한 콘크리트 강도의 보정치를 더한 것으로 (Fc +T)가 된다.

    ㄴ. 콘크리트 강도의 표준편차 б

  레디믹스트 콘크리트의 경우 실제로 사용하는 콘크리트와 거의 동일재료를 사용하고 동시에 설계기준강도(또는 지정강도)와 슬럼프가 거의 동일한 콘크리트의 해당공장에 있어서의 표준편차를 б값으로 한다. 그리고 공사현장 비빔콘크리트의 경우 공사 초기에 그 공사현장에서의 б값을 알 수 없는 경우에는 25㎏f/㎠를 사용하고, 그 현장에서 б의 추정치가 구해진 경우에는 그 값을 사용한다.

    ㄷ. 예상평균기온에 대한 보정치 T

  정식으로는 그 예상평균기온으로 양생을 한 경우와 표준수중양생으로 양생한 경우의 압축강도의 차이를 기본으로 보정치를 결정해야 하지만 일반적인 경우에는 신뢰할 수 있는 자료에 의해 결정한다.

  b. 콘크리트의 품질이 보통인 경우의 배합강도

    ㄱ. 배합강도를 결정하는 조건

  콘크리트 배합강도 F는 아래의 식을 만족하도록 결정한다.

     F ≥ Fc + T + б(㎏f/㎠)

     F ≥ 0.7(Fc + T) + 3б(㎏f/㎠)

  설계기준강도 혹은 지정강도보다 낮아지는 비율이 1/6 이상되어서는 안 된다는 조건식이며, 이 식에서의 불량률은 약 16% 이하가 된다. 설계기준강도 혹은 지정강도의 70% 미만의 강도가 나타날 확률이 0.135%라는 의미이다.

    ㄴ. 콘크리트 강도의 표준편차 б

  레디믹스트 콘크리트공장에서 제조하는 경우에는 콘크리트의 품질이 고급의 경우와 같으나 공사현장 비빔 콘크리트의 경우 공사초기에 그 현장에 있어서의 б가 알 수 없는 경우에는 35㎏f/㎠를 사용하고, 그 현장에서의 б의 추정치가 구해진 경우에는 그 값을 사용한다.

    ㄷ. 예상평균기온에 의한 보정치 T

현장비빔콘크리트의 경우 보정치 T는 0, 30, 45, 60㎏f/㎡중에서 각 시멘트 종류와 예상평균기온에 따라 선정한다.

3) 굵은골재 최대치수의 선정

구조물의 종류 부재의 최소치수, 철근간격 등을 고려해서 작업에 적합한 워커빌리티가 얻어지고 강도, 내구성, 수밀성 등에 지장이 없는 범위 내에서 굵은골재의 최대치수를 선정한다.

a. 무근 콘크리트 – 100mm이하

b. 철근콘크리트 – 25~40mm이하

c. 포장용 콘크리트 – 40mm이하

d. 댐 콘크리트 – 150mm이하

e. 인공경량골재 콘크리트 – 15~20mm

4) 컨시스텐시(consistency)의 선정

콘크리트의 컨시스텐시는 일반적으로 ‘주로 수량에 의해서 좌우되는 굳지 않은 시멘트 페이스트, 모르터, 콘크리트의 유동성의 정도’를 나타내는 성질을 말한다. 컨시스턴시가 큰 콘크리트는 유동성이 큰 콘크리트를 의미하며, 특히 사용되는 단위수량의 영향을 크게 받는 것이 특징이다. 컨시스턴시의 크기는 보통 슬럼프시험에 의해서 측정되는 슬럼프값으로 표시되는 것이 일반적이다. 슬럼프시험은 슬럼프 콘에 콘크리트를 채우고 콘을 들어올린 후 침하하는 높이(슬럼프값)를 측정하는 것이다. 보통의 콘크리트 공사에서 슬럼프값은 8~20cm 정도가 사용된다.

그리고 컨시스텐시는 진동기 등의 작업기계나 작업방법에 적합한 범위 내에서 가능한 작게 정한다. 컨시스텐시를 슬럼프의 표준범위로 알아보면 다음과 같다. 구조물의 종류

 슬 럼 프 (c m)

무근 콘크리트 철근 콘크리트 – 일반의 경우 단면이 큰 경우포장용 콘크리트 댐 콘크리트인공경량골재 – 철근 콘크리트  프리스트레스트 콘크리트 보

   2.5 ~ 8  5 ~ 1  2.5~10  2.5 이하 3 ~ 5  5 ~12  3 ~ 6

5) 공기량의 산정

콘크리트의 소요 공기량의 범위는 굵은골재 최대치수에 따라 다르고 치수가 클수록 공기량은 작게하는데 건축공사 표준시방서에는 소요 공기량의 범위를 3 ~ 6%로 하며, AE제 또는 AE감수제를 사용할 때는 특기시방이나 담당원의 지시에 따르게 되어 있다. 기타 표면 활성제를 사용할 경우의 소요 공기량은 6% 이하로 하며, 경량콘크리트에서는 표면 활성제를 사용하게 되어 있다.

6) 단위수량의 선정

 단위수량이 큰 콘크리트는 건조수축, 블리딩 및 타설 후의 침하가 크고, 철근콘크리트의 품질, 특히 내구성에 좋지 않은 결과를 가져온다. 한편, 콘크리트의 운반, 타설 등의 시공을 용이하게 하기 위해서는 슬럼프가 큰, 즉 단위수량이 큰 콘크리트가 요구되기 쉽다. 건축공사 표준시방서에서는 콘크리트의 소요 슬럼프를 콘크리트의 품질에 따라 “고급”일 경우는 18cm 이하로 하고 “보통”일 경우는 21cm 이하로 하도록 되어 있다. 양질의 콘크리트를 제작하기 위해서는 소요의 워커빌리티가 얻어지는 범위내에서 단위수량을 적게 해야 하고

7)물시멘트비 선정

물/시멘트비는 구조물이 역학적으로 안전하고, 소요의 강도, 내구성 및 수밀성을 갖도록 정하여야 한다. 먼저 배합강도를 만족시킬 수 있는 물/시멘트비를 결정하고 그 값이 내구성과 수밀성을 보장할 수 있는가를 확인하여 결정한다.

 압축강도에 의해 물시멘트비를 정하는 경우 : 적당하다고 생각되는 범위 내에서 3종류 이상의 다른 시멘트물비의 콘크리트를 만들고 압축강도실험을 실시하여 28일 압축강도-시멘트물비의 관계를 구한다. 배합에 사용하는 물시멘트비는 ‘압축강도-시멘트물비’ 관계를 사용하여 배합강도에 해당되는 시멘트물비를 구하여 그 역수로 한다. 배합강도는 설계기준강도에 콘크리트 품질의 변동, 구조물의 중요도 등을 고려해서 정해진 증가계수를 곱해서 얻는다.

 

ㄱ. 물시멘트비와 압축강도의 관계 – 시멘트의 28일 압축강도 K와 관련시켜 보통콘크리트의 물시멘트비와 압축강도와의 관계를 나타내는 식으로 다음 식을 많이 사용한다.

            x = 61/(F/K+0.34)

 

여기서, x : 물시멘트비(%), F : 배합강도(kgf/㎠), K : 시멘트 강도 (kgf/㎠), 다만 370kgf/㎠이하로 한다.

ㄴ. 배합강도와 증가계수 – 콘크리트의 부재를 설계할 때 기준으로 한 압축강도를 설계기준강도라고 하며, 콘크리트의 배합을 정할 때 목표로 하는 압축강도를 배합강도라고 한다.

그리고 이들 강도는 일반적인 경우 재령 28일의 압축강도를 기준으로 한다. 배합강도에 대해서 콘크리트 표준시방서에서는 다음과 같이 규정하고 있다. 즉 “배합강도는 일반적인

경우 현장에서의 압축강도의 시험치가 설계기준강도 이하로 되는일이 1/20이상의 확률로 일어나지 않도록 정해야 한다.”

 

8) 단위시멘트량과 단위 굵은골재량의 산정

단위시멘트량은 단위수량과 물시멘트비에 의해 계산된다. 콘크리트 표준시방서에서는 수중콘크리트의 경우는 370kg이상, 포장 콘크리트의 경우는 280~340kg, 댐 콘크리트의 경우

내부에서 160kg정도, 외부에서 220kg이상으로 규정하고 있다.

 

 단위시멘트량(㎏f/㎠) = 단위수량 × 100/물시멘트비

 

그리고 단위굵은 골재량은 윈칙적으로는 단위굵은골재의 겉보기용적의 표준치를 기본으로 하여 결정한다. 단위굵은골재의 겉보기용적이란 타설 직후의 1㎥의 콘크리트에 포함되는 굵은골재의 양을 표준계량용적(㎥/㎥)으로 나타낸 것이다. 표준계량용적은 KS F 2505의 골재의 단위중량 시험방법에 의해서 구한다.

 단위 굵은골재량(㎏/㎥) = 단위굵은골재 겉보기용적(㎥/㎥)

 

                          굵은골재 단위용적중량(㎏/㎥

    굵은골재 절대용적(ℓ/㎥) = 단위굵은골재 겉보기용적 (㎥/㎥)

                             × 굵은골재 실적률(%) × 1000/100

                             = 단위굵은골재량(㎏/㎥)/굵은골재의 비중(㎏/ℓ)

워커빌리티가 동일한 경우 굵은골재의 최대치수가 커질수록 단위굵은골재 겉보기 용적을 크게 할 수 있다.

9) 잔골재율(S/a) 또는 굵은잔골재비(G/S)

전체골재 용적속에 차지하는 잔골재 용적의 비를 잔골재율 (sand percentage)이라고 부른다. 콘크리트 재료중에서 가장 비싼 것은 시멘트이다. 따라서 콘크리트의 배합설계는 어떤 물시멘트비에 대한 시멘트풀의 최소량으로 작업에 알맞는 워커빌리티를 얻을 수 있도록 굵은잔골재비를 정하는 것이라 해도 좋다.

  결국 S/a 또는 G/S 를 적당한 워커빌리티의 콘크리트를 얻을 수 있는 범위내에서 시멘트풀의 양이 최소가 되게 하는것이며, 이때 S/a는 되도록 작게 (G/S는 되도록 크게) 선정하는 것이 좋다.

 

그러나 S/a가 너무 작으면 (G/S가 너무 커지면) 콘크리트는 거칠게 되고 재료분리의 경향이 크게되며, 치기작업이나 표면마무리가 곤란해진다. 반대로 S/a를 너무 크게 (G/S를 너무 작게) 선정하면 치기작업과 표면마무리는 쉬워지나 시멘트풀의 양이 많아져서 비경제적이 되며 체적변화가 큰 콘크리트가 된다.

  따라서 상당한 워커빌리티를 얻을수 있는 범위내에서 제일 작은 S/a (제일 큰 G/S)를 결정짓는 것이 중요하다.

10)시험비빔과 배합설계방법소요의 성능을 가질 수 있다고 생각되는 콘크리트의 각 재료의 단위량이 구해지면 이에 따른 시험비빔을 실시하여 소요의 성능이 얻어지는지를 확인하고 필요한 수정을 행하여 계획배합을 결정한다. 시험비빔을 행하기 위해서는 위에서 구한 각 재료의 단위량을 실제로 이용하는 골재의 비중이나 흡수율, 함수율에 따라 1배치량을 정한다.

콘크리트의 배합설계는 실험실에서 충분한 시험을 한 후에 결정한다.  한편 현장에서는 실제로 사용하는 골재의 입도나 함수량 등이 시험한 것과 다소 다르므로 이것을 조정하여 현장의 실정에 맞도록 배합설계를 현장배합으로 고쳐야 한다. 배합설계의 방법은 현장의 규모, 시험할 수 있는 시간, 인원 등에 따라 다르며 기성배합표에 의한 방법, 계산에 의한 방법, 시험비비기에 의한 시적배합설계법 등 3가지 방법이 있다.

 a. 간이배합 설계법(기성배합표에 의한 방법)소공사나 중요하지 않는 공사에서 시간이나 인원이 충분치 못할때는 사용재료의 대략의 성질을 알아서 기성배합표에 의해 배합설계를 할 수 있다.

 b. 계산에 의한 방법

  경험, 실례, 배합참고표 등을 바탕으로 단위수량, 물/시멘트비, 공기량 및 잔골재율(혹은 굵은잔골재비)을 정해서 이들을 기대하는 조건에 맞도록 수정표를 이용해서 계산에 의해 수정을 가해 배합설계를 한다. 이 방법은 앞의 방법보다 다소 수고가 들지만 그만큼 알맞는 배합설계가 된다.

ㄱ. 재료에 대한 가정

  재료의 성질에 대한 시험결과가 있으면 이를 이용하고, 없을 때는 다음과 같이 가정한다.

포틀랜트 시멘트의 비중은 3.15이고 플라이애쉬를 쓸 때의 비중은 2.50이다. 골재의 비중은 2.63～ 2.65, 물 1m^3 의 무게는 1000kg으로 한다.

    ㄴ. 물/시멘트비(w/c)를 선정한다.

    ㄷ. 굵은골재의 최대치수와 슬럼프를 정한다.

    ㄹ. 정해진 굵은골재의 최대치수에 대한 잔골재율(S/a)(혹은 굵은잔골재비(G/S)), 단위수량(W) 및 AE콘크리트의 경우 공기량 등을 구한다.

    ㅁ. ㄴ.에서 구해진 w/c와 ㄹ.에서 구한 단위수량(W)로부터 단위시멘트량(kg)을 계산한다.

    ㅂ. 단위골재량을 계산한다. 단위골재량의 계산에는 절대용적법을 사용한다. 절대용적법은 콘크리트 중에 빈틈이 없이 콘크리트 1을 만드는 데 필요한 각 재료, 물, 시멘트, 모래,

자갈의 절대용적의 합계와 갇힌 공기(entrapped air)량을 합하면 전부가 1이 된다는 것으로 각 배합의 기본이 된다.

c. 시적 배합설계법

이 방법은 우선 소요의 워커빌리티를 주는 단위수량을 시적으로 구하고 다음에 가장 알맞는 잔골재율(S/a), (또는 G/S)를 구하여 이에 따라 적당한 단위수량을 결정하면 된다.

    ㄱ. 재료시험

  시멘트의 비중, 골재의 비중, 흡수량, 표면수량, 입도, 조립률. 단위용적중량시험을 한다. 부득이 시험을 하지 못할때는 적당한 값으로 가정한다.

    ㄴ. 시험배합의 설계

  주어진 자료에 대하여 과거의 경험 또는 계산에 의한 방법 등에 의하여 우선 시험배합을 설계한다.

 

    ㄷ. 시적배치량 및 각 재료의 양

  시적 배치량은 믹서의 용량에 따라 결정되는데 소형 믹서에서 시멘트량은 굵은골재의 최대치수가 40mm이하일때는 5kg, 40 ～ 75mm이하일때는 10kg정도를 취한다.

또 시적배치의 각 재료의 양은 시방배합설계에서 결정된 배합량을 기준으로해서 계량한다.

    ㄹ. 단위수량의 시적 결정

  시적배치의 콘크리트에 대해 우선 슬럼프시험을 한다. 슬럼프의 값이 소정의 값과 다를 경우에는 수정하고, 새로운 시적배치를 만들어 슬럼프를 측정한다. 이 방법을 되풀이해서 소요의 슬럼프를 얻을수 있는 단위수량을 구한다.

 이렇게 해서 단위수량이 구해지면 이 콘크리트의 공기량 및 단위수량을 측정하고, 또 잔골재율(S/a) (또는 G/S)이 적당한가, 워커빌리티가 적당한가를 검토한다.

    ㅁ. 소요의 w/c , 슬럼프 및 공기량의 콘크리트의 시적배합 결정

    ㅂ. 위 에서 측정한 공기량이 소정의 값이 아닌 경우 AE제의 사용량을 가감하여 소정의 공기량이 되도록하고, 잔골재율(S/a)도 공기량의 정도에 따라 수정하여 수정된 S/a(또는 G/S)에 대하여 또 단위수량을 수정한다.

 이렇게해서 정해진 단위수량과 소정의 물시멘트비(w/c)에서 단위시멘트량을 계산하고 잔골재와 굵은 골재량을 두가지 계산방법 중 택일하여 계산한다.

이상에서 정해진 배합의 콘크리트에 대하여 여러차례 시험배치와 재료를 계량하여 비벼서 슬럼프, 공기량, 단위중량을 측정하고 또 워커빌리티가 적당한가를 검토한다.

    ㅅ. 최적의 잔골재율(S/a)(또는 굵은 잔골재비(G/S))의 결정

    위 에서 설계된 배합은 소요의 w/c, 슬럼프, 및 공기량을 갖는 것이나 경제적인 배합은 소요의 슬럼프에 대하여 단위수량이 최소가 되는 S/a(또는 최대의 G/S)를 구하는 것이다. 따라서 최적의 S/a(또는 G/S)를 구하기 위해서는 위에서 설계된 배합에서 단위수량, 단위시멘트량, 및 단위골재량의 절대용적은 그대로두고 S/a만 감소시켜(또는 G/S만 증가시켜) 시적배합을 만들어, 소요의 슬럼프와 워커빌리티에 대한 단위수량이 제일 적은 S/a(또는 G/S)가 될 때까지 몇번이고 배합을 반복시켜 구한다.

 

▨ 포틀랜드 시멘트의 종류 및 특성

     

Type

 제 품 명 특 성 용 도

Ⅰ종 보통시멘트

 - 일반적인 시멘트로서 보편적인 특성 구비

 일반 토목공사, 건축공사

Ⅱ종 중용열시멘트

 - 중간 정도의 수화열

- 건조수축이 적고 내구성 우수 도로포장, 활주로 공사, 터널공사

Ⅲ종 조강시멘트

 - 수화속도가 빨라 단기간에 고강도 발현 (보통시멘트 28일 강도를 7일에 발현)

- 저온강도 발현 및 수밀성 우수

 긴급공사, 겨울 한냉지공사 각종 구조물 및 콘크리트  2차제품 Ⅳ종 저열시멘트

(벨라이트시멘트)

 - 수화열이 낮아 온도균열 제어에 탁월

- 고강도, 고유동 콘크리트 제조에 용이

 LNG 지하 저장탱크,

지중 연속벽, 고층 RC 건축물, 대형 건축물 기초  Ⅴ종  내황산염시멘트

 - 시멘트 성분중 산에 약한 성분을 최소화

- 화학적으로 매우 안정되고 강도발현도  우수

 황산염 토양지대 및 온천지대의 구조물공사, 공장폐수시설공사, 항만공사, 원자로공사

▨ 특수시멘트의 종류 및 특성   

제품명 특 성  용 도 

초조강 시멘트

 - 1일에 보통시멘트 7일강도 발현

- 한중공사에 적합 도로, 구조물 긴급보수, 공기단축을 요하는 각종 토목공사, Earth Anchor, 지하철 도상개량 초속경 시멘트

 - 3시간 내에 보통시멘트의 7일강도 발현

- 내구성, 작업성 우수 도로, 교량 긴급보수

마이크로 시멘트

 - 주입성능 및 내구성 우수

- 브레인(Blaine) : 8,000㎠/g이상

 그라우팅용, 초미립 주입재, 암반균열, 연약지반 보강 및 차수

알루미나 시멘트

 - 1일에 보통시멘트의 28일강도 발현

- 내열성 우수

 내화용 모르터 제조, 유연탄 비산 방지용

※주요한 시멘트의 종류와 개요

종 류 특 성 용 도 포틀랜드  시멘트 보통 일반적인 시멘트 일반 콘크리트 공사 조강

 ①보통 시멘트의 7일 강도를 3일에 발휘

②저온에서도 강도를 발휘

 긴급공사, 동절기공사,

콘크리트 2차 제품 초조강

 ①조강시멘트의 3일 강도를 1일에 발휘

②저온에서도 강도를 발휘 긴급공사, 동절기공사, 콘크리트 2차 제품, 그라우트

중용열

 ①수화열이 낮음

②건조수축이 적음 매스콘크리트, 수밀콘크리트 차폐용 콘크리트

내황산

 황산염을 포함하는 해수, 토양, 지하수, 하수 등에 대한 저항성이 큼 황산염의 침식작용을 받는 콘크리트 고로슬래그 시멘트 A종 보통시멘트와 동일한 성질 보통시멘트와 동일 사용

B종

 ①초기강도는 약간 작지만 장기재령 강도는 큼

②수화열이 낮음

③화학 저항성이 큼

 보통 시멘트와 거의 동일함 매스콘크리트, 해수, 황산염, 열작용을 받는 콘크리트 실리카 시멘트

 A종 B종

 ①초기강도는 약간 작지만 장기재령 강도는 증진

②수밀성이 큼

③화학 정항성이 큼

 보통시멘트와 거의 동일 사용 해수공사(방파제, 호안), 하천공사, 터널공사, 공장, 관산 등의 배수공사

플라이애시

시멘트 A종 B종

 ①워커빌리티가 매우 양호

②장기 강도가 큼

③건조수축량이 작음

 

④수화열이 낮음

 보통시멘트와 거의 동일 사용

콘크리트 2차 제품

콘크리트의 정의

콘크리트는 로마시대에 화산회(火山灰)와 석회석을 써서 만들어진 것이 그 시초라고 하나,일반적으로는 19세기 초기에 포틀랜드시멘트(Portland cement)가 발명된 후 1867년 프랑스에서 철망으로 보강된 콘크리트가 만들어진 것이 최초이다. 그 후 독일을 중심으로 철근콘크리트의 개발이 계속되어 근년에는 댐이나 도로포장 ·교량 등의 토목공사나 건축용 구조재료의 중심이 되고 있다.

일반콘크리트

(Normal Weight)

 ■ 조골재의 무게가 종류를 결정한다.

골재의 무게 2179 ∼ 2652kg/㎥ 시멘트의 모든 타입에 이용가능

140kg/㎠ ∼ 560kg/㎠ 사이의 압축강도 용도, 구조프레임, 포장재, 바닥재

구조용 경량 콘크리트(Lightweight-structural)

 ■ 조골재의 무게가 종류를 결정한다.

골재의 무게 : 1366 ∼ 1848kg/㎥

일반 콘크리트보다 열흐름을 차단한다.

용도 : 내력벽, 외벽, 프리스레스 콘크리트 (prestressed concrete), 바닥 채움재  

단열용 경량 콘크리트

(Lightweight - Insulating)

 ■ 조골재의 무게가 종류를 결정한다.

골재의 무게 : 241 ~1446kg/㎥

이용된 골재 : 펄라이트, 질석, 팽창폴리스틸렌, 목재조각, 목재섬유 밀도가 낮아질수록 열의 흐름에 저항한다.

용도 : 금속지붕데크위의 체움재, 칸막이벽, 판넬벽  

중량콘크리트 

(Heavy Weight)

 ■ 조골재의 무게가 종류를 결정한다.

골재의 무게 : 2089 ~ 4660kg/㎥ 시멘트의 모든 종류에 이용가능

용도 : 방사선 물질을 놓아두는 벽 (가끔 무게중심을 잡는 경우에 쓰인다) -

sometimes as counterweights in various application)  

기포콘크리트

(Cellular)

 ■ 모르타르 안에 가스나 공기 기포에 의한 특징

소량의 굵은 골재나 굵은 골재 없이 사용.

용도 : 고단열성이 요구되는 곳  

갭-그레이드 콘크리트

(Gap - Graded)

 ■ 조골재의 중간 크기를 뺀 콘크리트

용도 : 골재가 노출되어야 될 곳이나 싼 기초 콘크리트에 사용.  쇼트크리트 콘크리트, 건나이트 콘크리트

(Shotcrete, Or Guniteconcrete)

 ■ 고압분사식으로 타설함 (타설방식의 특성)

습식 또는 건식의 고압분사기 장비가 필요함.

형틀없이 시공이 가능하며 복잡한 형태 즉, 쉘, 돔, 부정형의 수영장에 사용.  

기성콘크리트

(Pre-placed)

 ■ 부착방식의 특성

조골재를 건식 고정시킨 후, 모르타르를 그 안에 주입시킨다.

특정형태, 표면등 골재를 노출시킨, 콘크리트벽, 기둥의 마감에 사용.  

펌프콘크리트

(Pumped)

 ■ 타설하기 위해 붓는 플라스틱 콘크리트를 이동시키는 특성.

일반적으로 일반 콘크리트, 경량콘크리트, 단열용 경량콘크리트에 이용

지상에서 높은 곳에 콘크리트를 타설할 때 또는 복잡한 형태로 된 형틀에 주입할 때 사용.  

철분시멘트

(Ferrocement)

 ■ 혼합 또는 보강 타설 특성.

대량은 얇은 철선을 보강재로 모르타르와 혼합하여 사용한다.

용도 : 컨테이너, 저장소, boat hulls (배의선체), 다른 얇은 두께의 복잡한 형태  

섬유콘크리트

(Fiber Concrete)

 ■ 짧은 섬유(short fibers)첨가가 특징이다.

사용되는 섬유는 스틸, 유리, 폴리프로필렌이다.

Con't

 섬유는 소성수축을 조절하고, 크랙을 저지하는데 부차적인 보강재로 쓰이고, 일반적으로 콘크리트의 신축성과 인장강도를 증가시킨다. 크랙을 저지해야 되는

곳에서 이용되며, 지면위의 콘크리트슬라브 포장재, 압축공기를 넣어 타설된 콘크리트와, 프리캐스트 콘크리트, 덧씌움(overlays)에 이용  

못치기용 콘크리트

(Nailing)

 ■ 못박는것에 의한 강도가 특징

일반적으로 단열용 경량 타입.목재섬유/ 골재를 이용

단열성이 높고, 지붕데크에 이용  된 콘크리트

(No-slump)

 ■ 물/시멘트비가 매우 낮은 것이 특징

경제적이지만 타설하는동안 진동이 필요. 강도가 높고 수축성이 낮다. 주로 기성제품을 만드는 공장에서 사용

다공성 콘크리트

(Porous)

 ■ 혼합할 때 잔골재 제거가 특징

용도 : 유공배수파이프, 캐스트벽, 판넬등에 사용하고, 단열효과가 작다.

트레미 콘크리트

(Tremie Concrete)

 ■ 타설 방법이 특징

수중콘크리트 타설시 사용

폴리머 포화콘크리트

(Polymer-impregnated)

 ■ 첨가제나 취급상의 특징 

모르타르로 포화시킨 포틀랜드 시멘트 콘크리트를 수화반응시키고, 타설후 중합시킨다.  

폴리머 포트랜드시멘트

(Polymer-portlandcement)

 ■ 현장에서 중합이 필요하다면 단량체와 중합체가 혼합 미경화 콘크리트에 첨가되어 양생이 되는 것

중합콘크리트

(Polymer)

 ■ 부착방법이 특징이다.

단량체가 시멘트로 교체되며, 중합된 단량체는 골재를 결속시킨다.

커튼월과 외장재에 쓰임

* 단량체 : 중합체의 기초적인 단위, 즉 중합로가 1인 화합물, 예를들면, 폴리스틸론의 단량체는 스티롤

유황콘크리트

(Sulphur)

 ■ 결합유형이 특징이다.

시멘트가 유황으로 대체된 것으로 유황 결합체는 가소제로 변형된다.

빠르게 굳고(하루안에), 경화성이 좋으며, 포틀랜드 시멘트와 유사한 강도를 지닌다.

산업용 바닥, 다리데크, 여과탱크, 하수구 파이프에 쓰인다.  

철근콘크리트

(Reinforced)

 ■ 콘크리트의 인장과 전단강도의 헛점을 보강하기위해 강재가 통합된 콘크리트이고 부가적으로 압축강도를 보강한다.

보강재인 철근(bar)이나 로드매트(rod mat), 플레인바(bar)나 변형바(bar)를, 콘크리트에 결합하여 덜 진부한 형태로 될 수 있다.  

프리스트레스 콘크리트

(Prestressed)

 ■ 구조 시스템에서 콘크리트가 일체화 되기전에 압력을 가하여 보강된 콘크리트 (다른 부재와 합쳐지기 전, 과다한 하중 전에 보강시킴)

프리텐션(pretensioned) - 단면상에 강선을 이용하여 양생전에 미리 압력을 가한다.

포스트텐션(posttensioned) - 강선을 이용하여 양생후에 압력을 가한다.

- 위의 두 방법은 하중전달능력을 증가시키고, 크랙을 줄인다.

용도에 따른 분류..

  가. 한중콘크리트:콘크리트를 부어넣은 후 기온이 영하 4。C이하 일 때에 시공하는 냉한 기 콘크리트.

        한중 콘크리트의 시공에 있어서 목표로 해야 할 것은 다음과 같다.

        * 응결 경화의 초기에 동결되지 않을 것.

        * 양생 종료후 해동시 까지 받는 동결융해 작용에 대하여 충분한 강도를 가지게 할 것.

        *공사중의 각 단계에서 예상되는 하중에 대하여 충분한 강도를 가지게 할 것.

        * 공사중의 각 단계에서 예상되는 하중에 대하여 충분한 강도를 가지게 할 것.

나.서중콘크리트

      1)서중콘크리트의 시공에 있어서 고온에 의해 콘크리트의 품질이 저하되지 않도록  재료,  배합,비비기,운반,치기, 및 양생에 적절한 조치를 취하고자 다음과 같이 계획한  다.

       콘크리트를 칠때의 기온이 30℃를 넘으면 서중콘크리트의 여러 가지 성상이 현저해지므로 하루 평균 기온이 25℃를 넘는 6월말～9월초의 시기에 시공할 경우 서중콘크리트로 시공한다.

     서중콘크리트의 성상

         * 콘크리트의 온도가 높아져 운반중 슬럼프저하

         * 연행 공기량의 감소

다.수중콘크리트

     가.수중 또는 안정액 속에 부어넣는 현장타설 콘크리트 말뚝 또는 철근 콘크리트 중벽의 철근 콘크리트 공사에 적용한다. 단, 수중 불분리 콘크리트에 대해서는 공사시방에 따른다.

     나. 시공자는 공사를 시작하기 전에 지반의 굴착방법, 사용기계, 콘크리트의 재료, 배합, 부어넣기방법, 품질관리방법 등을 정하여 담당원의 승인을 받는다

라 매스콘크리트

    가.매스콘크리트의 시공은 콘크리트구조물이 소요의 품질과 기능을 만족할 수 있도록 사전에 시멘트의 수화열에 의한 온도응력 및 온도균열에 대한 충분한 검토를 한 후에 시공계획을 세워서 이것에 따라 실시해야 한다.

마.수밀콘크리트

    1).수밀 콘크리트란 물이 침투하지 못하도록 특별히 밀실하게 만든 콘크리트로써 물ㆍ공기의 공극률을 가능한 작게 하거나 방수성 물질을 사용하여 콘크리트 표면에 방수 도막층을 형성하여 방수성을 높인 콘크리트를 말한다.

   2. 수밀 콘크리트는 방수성이 뛰어나고, 풍화되지 않고, 전류 등에 강하며, 내 화학성을 가지고 있어, 염해ㆍ중성화ㆍ알칼리 골재반응ㆍ동결융해 등에 강한 저항성을 갖고 있다.

   3. 콘크리트를 수밀성 있게 만든다는 것을 구조물의 내구성을 증진시키고 중성화를 방지하는 효과가 있으며, 특히 수밀성을 요구하는 구조물(water tank reservoir)에서는  크리트의 수밀성이 대단히 중요하다.

  4. 콘크리트 속으로 물이 흐르기 위해서는 콘크리트에 물이 흐르기 위해서는 콘크리트에 공극이 많은 것이 주요 원인이 되므로 수밀성을 유지하기 위해여 가장 중요한 것 콘크리트의 공극을 줄이는 한편 재료의 선정, 배합, 운반, 다짐, 양생 등 라이프 사이클의  전 과정에 있어 품질관리를 철저히 해야하는 것이다.

[시멘트 ]

1. 시멘트의 비중 3.05~3.15

2. 단위 용적 중량 - 1500kg/m3       (시멘트 한 포의 무게 - 40kg)

3. 시멘트의 원료 - 석회석(Cao), 점토, 석고

    ** 석회석이 65% 차지. 석고는 경화를 늦추는 재로로 소량 첨가

4. 포틀렌드 시멘트의 발명 시기 - 19C 초 영국의 애습딘

    철근 콘크리트의 이용법 개발 - 19C 중엽 프랑스인 모니에

5. 시멘트의 경화 촉진제 - 염화칼슘(CaCl2)  ** 철근을 부식시키므로 무근콘크리트에만 사용

6. 시멘트의 응결 시간 - 1시간 이후부터 굳기 시작하여 10시간 이내에 끝난다.

7. 분말도가 높은 시멘트의 특징

 good))  시공연도가 좋다.   재료의 분리현상이 감소.  수화반응이 빠르다.  조기강도가 높다.        

 bad))    풍화되기 쉽다.    수축균열이 크다.

  ** 시공연도(Workability) : 시공하기에 적당한 콘크리트의 묽기(찰기)

8. 시멘트의 분류

 ⓐ 포틀랜드 시멘트 

       보통 포틀랜드 시멘트

       중용열 포틀랜드 시멘트

       조강 포틀랜드 시멘트

       백색 포틀랜드 시멘트

 ⓑ 혼합 포틀랜드 시멘트

       고로 시멘트 (용광로 슬랙)

       플라이 애시 시멘트 (미립자의 재 포함)

       포촐란 시멘트 (=실리카 시멘트. 화산재, 규조토, 규산 백토 포함)

 ⓒ 특수 시멘트

       산화 알루미늄 시멘트 (= 알루미나 시멘트) : 산화알루미늄(=알루민산삼석회) 다량 포함

       팽창 시멘트

9. 고로 시멘트 - 발열량이 적고 염분에 대한 저항성이 커 댐, 해안공사에 사용

    댐공사에 좋다.   보통 포틀랜드 시멘트보다 비중이 작다.   

    바닷물에 저항이 크다.   콘크리트에서 블리딩이 작다.

10. 중용열 시멘트 - 발열량이 적고 방사선 차단 효과가 있는 시멘트

       안전성이 제일 좋은 (균열이 적은) 콘크리트를 만들 수 있다. 댐, 도로공사에 이용

11. 포촐란 시멘트 - 화산재, 규조토, 규산백토 등의 실리카 혼화재를 넣어 만든 시멘트.

       **  고로시멘트, 중용열 시멘트, 포촐란시멘트는 성격이 거의 동일.

             발열량이 적어 매스콘크리트(두께가 큰)에 적당.

12. 알루미나 시멘트 - 조기강도가 큰 시멘트 (알루민산 삼석회 성분이 다량 함유)

                              물을 가한 후 24 시간 이내에 보통 포틀랜트 시멘트의 4주 강도가 된다.

13. 킨스 시멘트 - 경석고 플라스터를 말한다.

                          
[ 콘크리트 ]

인장 강도가 작아 인장력에 강한 철근으로 보완한다.
 
good))  압축강도가 가장 크다.  내화, 내구, 내수성이 좋다. 접착이 잘 된다.

bad))    무겁다.  인장강도가 작다.  수축시 균열이 발생한다.

1. 철근 콘크리트 단위 용적 중량 - 2.4t/m3  (무근콘크리트 2.3t/m3)

2. 골재의 품질  - 골재의 강도는 시멘트 풀의 강도 이상

                      - 거칠고 구형에 가까운 것이 좋다.

                      - 잔 것과 굵은 것이 적당히 혼합된 것이 좋다.

                    (입도:골재의 크기가 고르게 크고 작은 것들이 섞인 정도. 입도가 좋아야 강도가 좋다.)

                      - 강모래, 강자갈이 짱!!!

                      - 체가름 시험 : 골재의 입도를 측정

                                          5mm 체 85% 이상 통과 - 잔 골재(모래)

                                          5mm 체 85% 이상 남는 것 - 굵은 골재 (자갈)

3. 물의 품질 - 산은 약산이라도 무조건 나쁨  (콘크리트가 알칼리성이므로 내구성이 떨어지게 됨)

                 - 염분은 철근의 부식 원인이 된다.

                 - 당분은 시멘트 무게의 0.1~0.2%가 함유되어도 응결이 늦어진다.

4. 콘크리트의 인장 강도 - 압축 강도의 1/10 정도 (1/9 ~ 1/13)

5. 콘크리트의 강도에 가장 영향을 주는 것. - 물시멘트비 (W/C)

6. 콘크리트 보양 시 가장 중요한 것 - 온도와 습도

     보양: 콘크리트를 부어 넣고 알맞은 온도에서 충분한 수분을 공급하고 진동을 예방하는 작업

7. 크리프 현상 - 콘크리트 구조물이 하중의 증가 없이도 시간이 지나면 변형(갈라짐)이 증가하는 현상

8. 슬럼프 테스트 - 시공연도 측정

   콘크리트 시험 종류 : 슬럼프 시험(가장 많이 실시), 플로우 시험, 낙하 시험

9. 물시멘트비(W/C) : 물과 시멘트의 중량비. 클수록 강도는 낮아진다.

                            물시멘트비가 콘크리트의 강도에 가장 큰 영향을 미친다.

10. AE제 - 콤크리트를 비빌 때 사용하는 혼화 재료. 미세한 기포를 만든다.

  good))  워커빌리티(시공연도)가 좋아진다.   단위 수(水)량이 감소한다.  수밀성, 내구성이 증가.

  bad))    공기 기포가 증가함에 따라 강도가 떨어진다. (공기량 1%에 대하여 압축강도는 3~5% 떨어짐)

11. 염분이 섞인 모래를 사용한 콘크리트의 문제점 - 철근의 부식 (모래의 염분 함유량 0.04% 이하)

12. 경화 촉진재 : 염화칼슘(CaCl2).  동절기 공사에 유리하나 철근 부식

13. 블리딩(Bleeding)이 생기는 원인 : 부적당한 골재나 지나치게 큰 자갈 사용

       -> 콘크리트를 부어 넣을 때, 골재와 시멘트 죽이 서로 갈라지는 현상
14. 바닷물에 제일 약한 시멘트 - 백색포틀랜드 시멘트

15. 프리펙트 콘크리트 - 거푸집에 미리 자갈을 넣고 골재 사이에 모르타르를 압입시켜 만드는 콘크리트

16. ALC(artoclaved lightweight concrete):

      기포제(=발포제)에 의하여 콘크리트 내에 무수한 기포를 넣어 만든 경량기포 콘크리트
                                 
[출처] 콘크리트.석재.시멘트의 이해 |작성자 탑폴리싱n가든 석재/콘크리트 폴리싱 전문 에이전시 [탑 폴리싱] 1600-4654