토목재료학
최초 생성일 2024.11.01
3,000원
AI자료를 구입 시 아래 자료도 다운로드 가능 합니다.
-
토목재료학 2장 문제풀이
1,000원0원 -
토목재료학 4장 5장 6장 연습문제 풀이
1,000원0원 -
[토목공학, 토목재료학, 콘크리트공학]시멘트 비중 실험 보고서
1,000원0원
알리트(Alite)는 포틀랜드시멘트의 주요 구성광물 중 하나로, 시멘트의 주된 강도 발현 성분이다. 화학식은 3CaO∙SiO2이며, 광물명으로는 규산3칼슘 또는 규산3석회라고 한다.
알리트는 포틀랜드시멘트의 50-70%를 차지하며, 조기강도 발현에 크게 기여한다. 알리트는 물과 반응하여 수화물인 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 규산 수화물을 생성하는데, 이 수화물들이 콘크리트의 강도를 발현시킨다. 초기에는 빠른 수화반응으로 인해 압축강도가 크게 증가하지만, 장기적으로는 강도 증진 속도가 상대적으로 느리다.
알리트는 결정구조가 삼사정계이며, 불순물을 많이 함유하고 있다. 알리트의 주요 불순물로는 Fe2O3, Al2O3, MgO 등이 있다. 이러한 불순물 함량에 따라 알리트의 특성이 달라지는데, 일반적으로 Fe2O3와 Al2O3 함량이 증가할수록 조기강도가 증가하지만 장기강도는 감소하는 경향을 보인다. 또한 MgO 함량이 증가하면 수화 반응이 지연되어 강도 발현이 느려진다.
알리트는 소성과정에서 고온에서 생성되며, 서서히 냉각되면 안정한 구조를 갖게 된다. 그러나 급냉되면 불안정한 구조가 되어 강도 발현이 느려지게 된다. 따라서 알리트를 안정화시키기 위해서는 적절한 소성 온도와 냉각 속도가 중요하다.
종합적으로 알리트는 포틀랜드시멘트의 주요 구성광물로, 초기 강도 발현에 크게 기여하며 시멘트의 품질 및 특성에 큰 영향을 미치는 성분이라 할 수 있다.
벨라이트(Belite)는 화학식 2CaO·SiO2로 표현되며, 규산 2칼슘 또는 규산 2석회라고도 불린다. 포틀랜드 시멘트의 주요 구성광물 중 하나로, 알리트(Alite)와 함께 시멘트의 수화 과정에서 중요한 역할을 한다.
벨라이트의 특성을 살펴보면 다음과 같다. 첫째, 초기 강도 발현이 알리트에 비해 느리다. 하지만 장기 강도 발현은 알리트보다 우수하다. 둘째, 수화열이 알리트에 비해 작다. 셋째, 화학 저항성이 크고 내구성이 좋다. 넷째, 건조 수축이 작다.
이처럼 벨라이트는 초기 강도는 낮지만 장기 강도와 내구성이 우수하며 수화열도 작은 특성을 가진다. 따라서 댐, 도로 포장, 지하 구조물 등의 콘크리트 배합에서 중용열 포틀랜드 시멘트나 저열 포틀랜드 시멘트와 같이 수화열을 낮추기 위해 벨라이트 함량을 높인 시멘트가 사용된다.
알루미네이트(Aluminate)는 포틀랜드 시멘트의 주요 구성광물 중 하나이다. 알루미나(Al2O3)와 석회(CaO)가 결합하여 이루어진 화합물로, 화학식은 3CaO·Al2O3이다.
알루미네이트는 시멘트의 초기 강도 발현과 밀접한 관련이 있다. 알루미네이트는 시멘트 수화 초기에 빠르게 수화반응을 일으켜 초기 강도 발현을 촉진한다. 그러나 알루미네이트의 높은 수화열은 콘크리트의 초기 온도 상승을 야기하여 균열 발생의 위험이 있다.
또한 알루미네이트는 황산염에 대한 저항성이 낮아 황산염 침식에 약한 편이다. 따라서 내황산염 포틀랜드 시멘트의 경우 알루미네이트의 함량을 낮추어 내구성을 향상시킨다.
알루미나 시멘트의 주요 성분은 알루미네이트이며, 빠른 초기 강도 발현과 내화성이 특징이다. 하지만 알루미나 시멘트는 일반 포틀랜드 시멘트에 비해 수화열이 크고 건조 수축이 크다는 단점이 있다.
요약하면, 알루미네이트는 시멘트의 초기 강도 발현에 기여하지만 높은 수화열과 황산염 침식에 약한 단점이 있다. 따라서 시멘트 종류에 따라 알루미네이트의 함량을 조절하여 시멘트의 특성을 조절한다.
페라이트(Ferrite)는 포틀랜드시멘트의 주요 구성광물 중 하나로, 화학식은 4CaO·Al2O3·Fe2O3이다. 페라이트는 알루미나(Al2O3)와 산화철(Fe2O3)이 주성분이며, 일반적으로 강도발현 초기에 작용하여 조기강도 발현에 기여한다.
페라이트의 특성은 다음과 같다. 첫째, 조기 강도발현이 크다. 포틀랜드시멘트에서 페라이트는 알리트와 함께 초기 수화반응을 주도하여 조기 강도발현에 도움을 준다. 둘째, 수화열이 크다. 페라이트의 수화반응은 발열반응이 크기 때문에 시멘트의 초기 수화열을 높인다. 셋째, 화학 저항성이 약하다. 페라이트는 산이나 황산염에 대한 저항성이 약해 화학적 침식에 취약하다. 넷째, 건조수축이 크다. 페라이트의 수화물은 알루미네이트 수화물과 달리 골재와의 부착성이 약해 건조수축에 영향을 준다.
페라이트는 포틀랜드시멘트의 주성분 중 하나로, 시멘트의 강도발현과 수화반응에 중요한 역할을 한다. 다만 화학적 저항성과 건조수축 측면에서는 취약한 편이어서, 이를 보완하기 위해 다른 혼합재를 사용하거나 적절한 배합설계를 통해 시멘트의 품질을 향상시킬 수 있다.
보통포틀랜드시멘트는 중용열포틀랜드시멘트와 조강포틀랜드시멘트의 거의 중간적인 성질을 가진 것으로 가장 많이 쓰이는 보편화된 시멘트이다. 우리나라 전체 시멘트 생산량의 거의 90%를 차지하고 있으며, 원료를 구하기 쉽고 성질이 대체로 우수하다. 범용성 시멘트이고 일반 콘크리트 공사, 건축 및 토목 공사 등에 사용된다. 보통포틀랜드시멘트의 주요 특성은 다음과 같다.
첫째, 조기 강도가 중간 정도이고 장기 강도도 중간 정도이다. 수화열도 중간 수준이며, 화학 저항성도 중간 정도이다. 건조 수축 또한 중간 정도이다.
둘째, 보통포틀랜드시멘트는 가장 많이 쓰이는 시멘트로서 범용성이 매우 크다. 일반 콘크리트 공사, 건축 및 토목 공사 등 다양한 용도로 사용된다.
셋째, 원료를 구하기 쉽고 성질이 대체로 우수하여 경제성 또한 높은 편이다. 따라서 국내에서 전체 시멘트 생산량의 거의 90%를 차지하고 있다.
이처럼 보통포틀랜드시멘트는 강도, 내구성, 경제성 등 전반적인 성능이 우수하여 가장 널리 사용되는 시멘트라고 할 수 있다.
중용열 포틀랜드 시멘트는 수화열을 낮추기 위하여 C3A의 양을 적게하고 장기강도를 발현하기 위해 C2S함량을 많게 한 시멘트이다. 수화열이 보통시멘트보다 적으므로 댐, 도로포장, 지하구조물의 콘크리트, 원자로의 차폐용 콘크리트 등에서 쓰인다. 조기강도는 보통시멘트에 비해 작으나 장기강도는 보통시멘트와 같거나 약간 크다. 또한 화학저항성이 크고 내산성이 우수하다.""
조강포틀랜드시멘트는 강도발현이 매우 빠른 특성을 가지고 있다. 보통 포틀랜드시멘트의 강도 발현은 28일 재령에 나타나지만, 조강포틀랜드시멘트는 7일 재령에 강도가 발현된다. 이는 조강포틀랜드시멘트의 화학성분 비율을 달리하여 조기강도 발현을 높였기 때문이다.
구체적으로 살펴보면, 조강포틀랜드시멘트는 규산3석회(C3S)의 함량이 55-65%로 보통포틀랜드시멘트에 비해 높고, 규산2석회(C2S)의 함량은 15-25%로 낮다. 또한 철알루미네이트(C3A)의 함량이 8-12%로 높은 편이다. 이러한 성분 구성으로 인해 초기 수화반응이 활발하게 일어나 조기 강도가 크게 발현된다.
조강포틀랜드시멘트는 긴급 복구 공사, 공기를 급히 서두르는 공사, 동절기공사, 수중공사 등에 유리하다. 예를 들어 도로 및 교량 긴급 보수, 기계설비 기초공사, 콘크리트 2차 제품 제조 등에 적합하다. 하지만 장기강도는 보통포틀랜드시멘트에 비해 다소 작은 편이다.
한편, 조강포틀랜드시멘트는 보통포틀랜드시멘트에 비해 수화열이 크고 건조수축이 크다는 단점이 있다. 따라서 이러한 특성을 보완하기 위해 적절한 양생 관리와 균열 방지 대책이 필요하다.
저열포틀랜드시멘트는 수화열을 낮추기 위하여 C3A의 양을 적게하고 장기강도를 발현하기 위해 C2S함량을 많게 한 시멘트이다. 수화열이 보통시멘트보다 적으므로 댐, 도로포장, 지하구조물의 콘크리트, 원자로의 차폐용 콘크리트 등에서 사용된다. 조기강도는 보통시멘트에 비해 작으나 장기강도는 보통시멘트와 같거나 약간 크다. 또한 화학저항성이 크고 내산성이 우수하다.
내황산염포틀랜드시멘트는 화학적 저항성을 높이기 위해 C3A의 함량은 줄이고 C4AF의 함량은 늘린 시멘트이다. 해양환경 또는 화학적 작용을 받는 콘크리트 구조물에 주로 이용된다.
C3A 함량을 줄이고 C4AF 함량을 늘림으로써 시멘트의 화학적 저항성과 내황산염성이 개선되었다. C3A는 황산염에 취약하지만 C4AF는 상대적으로 내황산염성이 우수하기 때문이다. 이에 따라 내황산염포틀랜드시멘트는 해수나 화학약품 등의 침해로부터 콘크리트 구조물을 보호할 수 있다.
주요 용도로는 항만, 철도, 교량 등의 해양구조물과 하폐수 처리시설, 화학플랜트 등 화학적 작용을 받는 콘크리트 구조물이 있다. 이러한 구조물들은 황산염이나 염류 등의 화학적 침해에 노출되기 때문에 내황산염포틀랜드시멘트를 사용하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
백색포틀랜드시멘트는 원료로 철분, 마그네시아가 적은 백색점토와 석회석을 연료로 하고 소성연료는 석탄 대신 중유를 사용하여 제조된다. 이를 통해 Fe2O3의 함량을 0.3% 이하로 낮출 수 있어 특유의 회록색을 가진다. 백색포틀랜드시멘트의 성질은 보통포틀랜드시멘트와 거의 같으며, 주로 미장, 장식용, 채광용, 표식용 등에 쓰인다. 백색포틀랜드시멘트는 외관상 회색포틀랜드시멘트와 구분되지만, 화학적 및 물리적 성질은 거의 동일하다. 다만 내구성 및 강도 발현이 보통포틀랜드시멘트보다 약간 더딘 편이다. 백색포틀랜드시멘트는 광산, 터널, 건축물의 마감재로 많이 사용되며 특수한 용도로 활용된다.
시멘트가 저장 중에 공기와 접촉하여 공기 중의 수분 및 이산화탄소를 흡수함으로써 발생하는 가벼운 수화반응이 시멘트의 풍화기구이다. 이러한 풍화는 시멘트와 수분: CaO + H2O → Ca(OH)2 (수산화칼슘)의 반응과 수산화칼슘과 이산화탄소: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (탄산화)의 반응을 통해 일어난다.
이 과정에서 강열감량 증가, 비중 감소, 응결 지연, 강도의 발현 저하 등의 현상이 발생한다. 고온다습한 경우에는 이러한 풍화가 급속히 진행되므로, 시멘트 저장을 위해서는 방습 및 공기의 유통 방지가 요구된다. 또한, 장기 저장한 시멘트는 사용 전 품질시험이 필요하다(강열감량 3% 이하).
시멘트가 물과 만나면 발생하는 화학반응으로 수화물이 발생한다. 수화물은 물 분자와 결합하여 결정수를 가지는 화합물이다. 시멘트의 수화반응은 여러 가지 요인의 영향을 받으며 그 반응과정이 복잡하여 현재까지 명확히 밝혀져 있지는 않다.
시멘트의 주요 구성광물인 알리트(C3S), 벨라이트(C2S), 알루미네이트(C3A), 페라이트(C4AF)가 물과 반응하면서 다양한 수화물이 생성된다. 이 수화반응은 시간이 지남에 따라 진행되며 초기에는 알루미네이트와 페라이트의 수화가 먼저 일어나고, 이후 알리트와 벨라이트의 수화가 순차적으로 진행된다.
수화반응의 주요 메커니즘은 다음과 같다. 시멘트 알갱이 표면에서 물과 접촉하며 이온이 용출되어 수화반응이 시작된다. 이 과정에서 칼슘, 규산염, 황산염, 알루미네이트 이온 등이 용출된다. 용출된 이온들은 시멘트 입자 주변에 침전되어 콜로이드 겔 구조를 형성하고, 이 겔 구조가 경화되면서 수화물이 생성된다. 주요 수화물로는 수산화칼슘(Ca(OH)2), 규산칼슘수화물(C-S-H), 황산칼슘수화물(ettringite, monosulfate) 등이 있다.
수화반응 과정에서 발열반응이 일어나며, 이로 인해 콘크리트 내부 온도가 상승하게 된다. 시멘트의 종류, 배합, 양생 조건 등에 따라 수화열 발생량과 온도 상승 양상이 달라진다. 또한 수화반응이 진행되면서 점차 경화가 진행되어 콘크리트의 강도가 발현된다.
고로시멘트는 보통포틀랜드시멘트 클링커에 급냉한 고로슬래그를 적당히 혼합하고 다시 석고를 가하여 미분쇄한 시멘트이다. 고로슬래그는 잠재적 수경성을 가지고 있다.
고로시멘트의 특성은 다음과 같다. 첫째, 내화학약품성이 우수하다. 해수, 공장폐수, 하수 등에 접하는 콘크리트에 적합하다. 둘째, 수화열이 낮다. 셋째, 장기강도가 좋다. 넷째, 콘크리트의 블리딩이 적다. 다섯째, 분말도가 높아 작업성 및 시공성이 좋다. 여섯째, 건조수축이 다소 크다.
고로시멘트는 댐, 하천, 항만 등의 토목공사, 하수시설구조물, 고온로 및 굴뚝 등의 내열성 구조물, 화학공장 시설물 등에 사용된다. 콘크리트의 내구성 및 화학적 저항성이 우수하며, 수화열이 낮아 대규모 구조물 시공에 효과적이다.
실리카시멘트는 포졸란을 포틀랜드시멘트 클링커에 혼합하고 적당량 석고를 가미하여 만든 시멘트이다. 포졸란 반응으로 인하여 시멘트의 성질이 개선된다.
실리카시멘트는 콘크리트의 워커빌리티를 증가시키고 블리딩을 감소시킨다. 초기강도는 보통시멘트에 비해 약간 작으나 장기강도는 약간 크다. 수밀성 및 내구성이 우수하고 내화학성도 우수하다.
토목 및 건축 공사의 구조용 시멘트, 도장모르타르용 등에 사용된다. 실리카 이외에도 플라이애시나 고로슬래그 등의 혼화재를 사용한 시멘트가 있으며, 이들 혼화재를 사용함으로써 작업성 및 강도, 내구성 등이 개선된다.
플라이애시는 석탄을 연소시킬 때 발생하는 미분화된 회분을 말하며, 이를 포틀랜드시멘트 클링커에 혼합하여 만든 시멘트를 플라이애시시멘트라고 한다. 플라이애시는 잠재적 수경성을 가지고 있어 포틀랜드시멘트와 반응하여 수화물을 형성하기 때문에 사용되는 것이다.
플라이애시시멘트는 포틀랜드시멘트 클링커에 플라이애시를 적당히 혼합하고 다시 석고를 가하여 미분쇄한 시멘트이다. 플라이애시는 잠재적 수경성을 가지고 있기 때문에 포틀랜드시멘트 클링커와 반응하여 수화물을 형성한다.
플라이애시시멘트의 특성은 다음과 같다. 첫째, 콘크리트의 워커빌리티를 증가시키고 단위수량을 감소시킨다. 둘째, 수밀성 및 해수에 대한 내화학성이 우수하다. 셋째, 수화열 및 건조수축이 적다. 이러한 장점 때문에 플라이애시시멘트는 항만공사, 댐공사 등에 사용된다.
플라이애시시멘트는 보통포틀랜드시멘트에 비해 초기강도가 약간 작으나 장기강도는 약간 크다. 또한 수밀성 및 내구성이 우수하고 내화학성이 뛰어나 토목 및 건축 공사의 구조용 시멘트, 도장모르타르용 등에 사용된다.
착색시멘트는 포틀랜드 시멘트에 여러 가지 색깔을 착색할 목적으로 만든 시멘트이다. 착색시멘트는 주로 테라조, 타일, 블록 등의 제품 또는 건축물의 내·외벽 등에 사용된다.
착색시멘트는 포틀랜드 시멘트의 성질과 거의 같으나, 백색포틀랜드 시멘트에 색소를 첨가하여 제조한다. 이때 사용되는 색소는 주로 산화철, 크롬, 코발트, 구리 화합물 등이다. 백색포틀랜드 시멘트를 사용하면 첨가되는 색소의 색상이 더욱 선명하게 나타나며, 색상의 변화가 적다는 장점이 있다.
착색시멘트는 일반적인 포틀랜드 시멘트와 달리 주로 장식용, 표식용 등의 특수한 목적으로 사용된다. 따라서 착색시멘트의 주요 용도는 건축물의 내·외부 마감재, 조경 시설물, 공원 및 도로 표지판 등이 있다.
알루미나시멘트는 보크사이트에 거의 같은 양의 석회석을 혼합하여 전기로 또는 회전로에서 용융, 냉각하여 미분쇄한 시멘트이다. 포틀랜드시멘트의 주성분이 실리카인 것에 반하여, 알루미나시멘트는 주성분이 알루미나이다.
알루미나시멘트의 특성은 다음과 같다. 첫째, 초조강성이고 발열량이 크다. 둘째, 산, 염류, 해수 등에 대한 화학적 침식에 대한 저항성이 우수하다. 셋째, 내화성이 우수하다. 넷째, 물-결합재 비가 크면 강도저하가 크므로 물-결합재 비를 40% 이하로 유지해야 한다. 다섯째, 포틀랜드 시멘트에 알루미나 시멘트를 혼합하거나 알루미나 시멘트에 포틀랜드 시멘트를 혼합(20% 이하)하여 사용하면 순결성을 일으켜 시공불능이 되므로 주의를 요한다. 여섯째, 초조강성을 가지므로 1일에 40~50MPa 정도의 압축도를 얻을 수 있다.
알루미나시멘트는 긴급을 요하는 공사, 한중 공사, 해안공사 등에 사용된다. 특히 초조강성과 내화학성 등의 특성으로 인해 이러한 용도에 적합하다.
초속경시멘트는 일명 제트 시멘트(jet cement)라고 불리는데, 2~3시간 만에 실용 강도 발현이 가능한 시멘트이다. 이러한 초속경성은 주로 알루미나시멘트의 주요 광물인 C3A(알루민산3석회)의 함량이 많기 때문이다.
초속경시멘트는 저온에서도 강도발현이 우수하고, 응결시간이 짧으며 경화시 발열이 크다는 특징이 있다. 또한 포틀랜드시멘트와 혼합하여 사용하지 않도록 주의해야 하는데, 포틀랜드시멘트와의 화학반응으로 인해 전이현상이 발생할 수 있기 때문이다.
초속경시멘트는 도로 및 교량 긴급 보수, 기계설비 기초공사, 한중고사, 폐기물 고화처리용, 콘크리트 2차 제품 제조 등에 주로 사용된다. 특히 긴급을 요하는 공사나 한중 공사 등에 적합한 성능을 발휘할 수 있다는 점에서 활용도가 높다.
초조강시멘트는 "일명 제트 시멘트(jet cement)라고 불리며, 2~3시간 만에 실용 강도 발현이 가능한 특수시멘트이다." 초조강시멘트는 저온에서도 강도 발현이 우수하며, 응결시간이 짧고 경화시 발열이 크다. 또한 초조강시멘트는 알루미나시멘트와 달리 전이 현상이 없다는 특징이 있다. 이러한 특성으로 인해 초조강시멘트는 도로 및 교량 긴급 보수, 기계설비 기초공사, 한중공사, 폐기물 고화처리용, 콘크리트 2차 제품 제조 등에 사용된다.
팽창시멘트는 콘크리트의 큰 결점 중 하나인 수축성을 개선하기 위하여 수화 시에 계획적으로 팽창성을 갖도록 한 시멘트이다. 팽창시멘트에는 두 가지 종류가 있는데, 하나는 박리팽창질석을 사용한 단열시멘트이고 다른 하나는 팽창성 수경시멘트이다.
박리팽창질석을 사용한 단열시멘트는 팽창된 질석과 시멘트에 적절한 양의 물을 가하고 가소성 물질로 하여 시공하고, 그대로 자연 건조시켜 표면의 온도가 38∼982℃ 범위인 곳에 단열재로 사용한다. 이 시멘트는 경량, 내화성, 단열성이 우수하다는 특징이 있다.
팽창성 수경시멘트는 보크사이트, 석회석, 석고의 혼합물을 소성한 칼슘 클링커는 팽창성이 있어, 이것을 분쇄하여 포틀랜드시멘트에 혼합한 시멘트이다. 콘크리트의 큰 결점 중 하나인 수축성을 개선하기 위하여 수화 시에 계획적으로 팽창성을 갖도록 한 것이다. 이 시멘트를 사용하면 균열 발생을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
메이슨리시멘트는 미장, 조적용으로 사용하는 수경성 시멘트이다. 이는 포틀랜드 시멘트에 비해 작은 강도를 가지지만 조적 및 미장 작업에 적합한 성질을 지니고 있다.
메이슨리시멘트는 주로 시멘트, 석회, 모래 등의 재료를 혼합하여 제조되며,...
해피캠퍼스는 구매자와 판매자 모두가 만족하는 서비스가 되도록 노력하고 있으며, 아래의 4가지 자료환불 조건을 꼭 확인해주시기 바랍니다.
| 파일오류 | 중복자료 | 저작권 없음 | 설명과 실제 내용 불일치 |
|---|---|---|---|
| 파일의 다운로드가 제대로 되지 않거나 파일형식에 맞는 프로그램으로 정상 작동하지 않는 경우 | 다른 자료와 70% 이상 내용이 일치하는 경우 (중복임을 확인할 수 있는 근거 필요함) | 인터넷의 다른 사이트, 연구기관, 학교, 서적 등의 자료를 도용한 경우 | 자료의 설명과 실제 자료의 내용이 일치하지 않는 경우 |