본문내용
1. 콘크리트 배합설계 및 압축강도 시험
1.1. 콘크리트 배합설계
1.1.1. 사용재료의 물리적 성질
시멘트의 비중은 3.15 g/cm³이다. 잔골재의 비중은 2.90 g/cm³이고, 굵은 골재의 비중은 2.71 g/cm³이다. 잔골재의 조립율은 2.15이다. 이와 같은 사용재료의 물리적 성질은 콘크리트 배합설계 시 중요한 기준으로 작용한다. 비중은 재료의 밀도를 나타내며, 조립율은 골재의 입도 분포를 나타낸다. 이러한 물리적 특성은 배합 단위량을 결정하는 데 있어 필수적인 요소이다. 또한 원료의 성질과 품질에 따라 콘크리트의 강도 및 내구성이 달라지므로, 사용재료의 물리적 성질을 정확히 파악하는 것이 중요하다. 이를 통해 소요 성능을 만족하는 콘크리트를 경제적으로 생산할 수 있다.
1.1.2. 설계기준강도에 대한 물-시멘트비 산출법
배합강도 f_cr는 설계기준강도 f_ck에 8.5MPa를 더한 값이다. 따라서 배합강도 f_cr은 33.5MPa이다. 압축강도 f_28이 23~33MPa인 경우, 물-시멘트비 w/c는 다음 식을 통해 계산할 수 있다. f_28 = -7.6 + 19.0(C/W) 에서 w/c는 46.2%로 산출된다. 이는 배합강도 f_cr 33.5MPa에 해당하는 물-시멘트비이다. 정리하면, 설계기준강도 f_ck에 8.5MPa를 더한 값인 배합강도 f_cr은 33.5MPa이며, 이 배합강도에 상응하는 물-시멘트비 w/c는 46.2%라고 할 수 있다.
1.1.3. 잔골재율(S/a)와 단위수량의 보정
보정항목 기준 배합조건 시방조건 잔골재율S/a(%)=41% 단위수량 W(kg)=175 조립률(FM) 0.1大→ 0.5大 2.15 2.8 -3.25 - 슬럼프(mm) 1cm大→1.2%大 120 80 - 183 공기량(%) 1%大→0.5~1.0小 1%大→3%小 1.5 1.5 0 183 물-시멘트비(%) 0.05大→1大 46 55 -1.8 - 보 정 값 36% 183kg
잔골재율은 콘크리트의 워커빌리티를 얻는 범위에서 최소가 되도록 하며, 본 배합에서는 36%로 보정하였다. 단위수량은 175kg에서 183kg으로 보정하였다. 조립률의 경우 0.1 증가하면 단위수량이 3.25kg 감소하므로 이에 대한 보정은 하지 않았다. 슬럼프는 120mm에서 80mm로 감소되었고, 공기량은 1.5%로 변동이 없었다. 물-시멘트비는 0.05 증가하면 1% 증가하므로 46%에서 55%로 보정하였다.
이와 같이 배합조건과 시방조건의 차이로 인한 보정을 거쳐 최종적으로 잔골재율 36%와 단위수량 183kg을 확정하였다.
1.1.4. 설계 내용
단위 수량(W) = 183kg
단위 시멘트량(C) = 398kg
단위 골재의 절대 용적( V a) = 0.6756 m^3
단위 잔골재량의 절대 용적( V s) = 0.2432 m^3
단위 잔골재량(S) = 705.3kg
단위 굵은 골재의 절대 용적( V g) = 0.4324 m^3
단위 굵은 골재량(G) = 1171.8kg
이와 같은 콘크리트 배합설계 내용을 통해 소요의 강도, 내구성, 수밀성 및 작업에 적합한 워커빌리티를 갖추면서도 가장 경제적인 콘크리트를 만들 수 있다. 이를 위해 단위수량을 최소로 하고, 구조물의 안전과 시공 효율성을 고려하여 최대 치수의 골재를 사용하며, 필요한 강도와 내구성을 가지도록 배합을 선정하였다.
또한 정확한 물-시멘트비 산출, 최적의 잔골재율 결정, 단위재료량 계산 등을 통해 균일하고 내구성 있는 콘크리트를 생산할 수 있다. 이처럼 배합설계 과정을 체계적으로 거치면 경제적이면서도 품질이 우수한 콘크리트를 얻을 수 있다.
1.1.5. 배합표시
굵은골재 최대치수, 슬럼프, 공기량, 물-시멘트비, 잔골재율, 단위량은 다음과 같다.
굵은골재 최대치수는 25mm이다. 슬럼프는 12cm이다. 공기량은 1.5±0.5%이다. 물-시멘트비는 46%이다. 잔골재율은 41%이다. 단위량은 물 183kg, 시멘트 398kg, 잔골재 705.3kg, 굵은골재 1171.8kg이다.
배합표시는 굵은골재 최대치수 25mm, 슬럼프 12cm, 공기량 1.5%, 물-시멘트비 46%, 잔골재율 41%, 단위량 물 183kg, 시멘트 398kg, 잔골재 705.3kg, 굵은골재 1171.8kg이다. [1]
1.1.6. 배치당 재료량
배치당 재료량은 10L=0.01 m^3으로 계산되며, 물 1.83L, 시멘트 3.98kg, 잔골재 7.053kg, 굵은 골재 11.718kg으로 구성된다. 혼화제는 사용하지 않는다. 이는 단위량을 볼륨 단위 대신 중량 단위로 계산한 것으로, 실제 배치 시 사용할 재료의 양을 구체적으로 나타낸다. 이처럼 정확한 배치당 재료량 산정은 균일한 콘크리트 품질을 확보하는 데 매우 중요하다.
1.2. 콘크리트 압축강도 시험
1.2.1. 시험목적
콘크리트의 압축강도 시험 목적은 다음과 같다.
콘크리트의 압축강도 시험은 콘크리트 강도를 알 수 있고 수밀성을 평가할 수 있다. 또한 소요 강도를 얻기 위한 적절한 배합을 선정할 수 있다. 시멘트, 골재, 물, 혼화재료 등 재료의 물성치 변화에 따른 강도 특성을 평가할 수 있으며, 콘크리트의 품질을 관리할 수 있다. 마지막으로 소요강도를 가지는 콘크리트를 가장 경제적으로 만드는 방법 및 재료를 선정할 수 있다.
1.2.2. 시험기구 및 재료
시험기구로는 슬럼프 콘, 다짐봉, 몰드, 슬럼프 측정자, 망치, 삽, 비커, 저울, 압축강도 시험기가 사용된다. 시험시료로는 잔골재 6.95kg, 굵은골재 11.64kg, 시멘트 3.45kg, 물 1.83L가 준비된다. 콘크리트 배합을 위해 잔골재 7.053kg, 굵은골재 11.718kg, 시멘트 3.98kg, 물 1.83kg이 준비된다.
시험기구와 시험시료를 활용하여 콘크리트 배합, 슬럼프 시험, 공시체 제작 등의 실험을 진행한다. 슬럼프 시험은 슬럼프콘에 콘크리트를 넣고 삼등분하여 다짐봉으로 다진 후 콘을 들어올려 콘크리트가 내려앉은 높이를 측정하는 방식으로 수행된다. 공시체 제작은 공시체 틀에 기름을 바른 후 3층으로 나누어 다짐봉으로 다지는 방식으로 이루어진다.
1.2.3. 시험방법(슬럼프 시험, 압축강도 시험)
슬럼프 시험, 압축강도 시험
콘크리트의 슬럼프 시험은 콘크리트의 유동성을 측정하기 위한 목적으로 수행된다. 먼저 수밀성 평판에 슬럼프콘을 세우고, 콘크리트를 1/3만큼 채운 후 다짐봉으로 단면 전체에 균등하게 25회 다진다. 그리고 콘크리트를 2/3만큼 더 채우고 동일한 방법으로 다진다. 마지막으로 콘크리트를 콘의 최상층까지 채워 다진 후 슬럼프콘을 수직으로 들어올린다. 콘크리트가 충분히 주저앉은 다음 콘 상단에서 내려앉은 값을 측정하는데, 이 값이 슬럼프 측정 높이가 된다.
압축강도 시험은 콘크리트의 강도를 평가하기 위해 실시된다. 먼저 28일 동안 수중양생 한 공시체를 압축강도 시험기에 올려놓는다. 그리고 공시체 파괴시의 최대 하중을 측정하고, 이를 공시체의 단면적으로 나누어 압축강도를 계산한다. 이렇게 3개 공시체의 압축강도를 측정한 후 그 평균값을 구한다.
이를 통해 콘크리트의 강도 특성과 수밀성을 평가할 수 있고, 적절한 배합설계를 선정할 수 있다. 또한 재료의 물성치 변화에 따른 강도 특성을 분석할 수 있어 콘크리트의 품질관리에 중요한 역할을 한다.
1.2.4. 시험결과
압축강도 시험 결과, 세 개의 공시체에서 각각 22,000kgf, 19,500kgf, 20,500kgf의 최대하중으로 파괴되었다. 이를 압축강도로 환산하면 각각 28MPa, 25MPa, 26MPa이며, 평균 압축강도는 26MPa이다. 설계기준강도 25MPa과 배합강도 33.5MPa에 비해 약간 낮은 수준이지만, 대체로 양호한 압축강도를 발현한 것으로 볼 수 있다. 이러한 결과는 시멘트 풍화, 양생 온도 등의 요인에 의해 압축강도가 다소 낮게 측정된 것으로 분석된다. 콘크리트 압축강도는 구조체 전체의 품질과 안전을 좌우하는 중요한 요소이므로, ...
