Ⅰ. 서론 ⅰ.문제 분석냉방시의 현열 및 잠열부하를 구하시오.<조건>-층고 3m-내벽의 열관류율:0.29-외벽의 열관류율:0.21-창호의 열관류율:0.86[㎉/㎡h℃]-창호 차폐계수:0.52-7월 일사량 기준-출입문 열관류율:0.13-아래/위층 냉방 중-재실인원:0.15명-(인당PC 1대)-틈새바람 환기량:1.3회-실내:26℃ 55%-실외(진주):31.6℃ 70%-조명기구 사용률:1Ⅱ. 본론 ① 현열부하 계산 ⅰ. 벽체 및 지붕을 통한 부하-벽체벽체의 종류는 가장 단열성능이 좋은 Ⅶ벽체를 사용하였다. (교재 336p 표11-8) 상당온도차(ETD)는 (교재 335p 표11-7)을 참고하였다. 따라서, 각 벽체의 취득열량을 산정해보면 다음과 같다.내벽의 열관류율: 0.29[㎉/㎡h℃]외벽의 열관류율: 0.21[㎉/㎡h℃] ⅱ. 유리창을 통한 부하-유리창유리의 열관류율을 낮추는 것이 창틀의 열관류율을 낮추는 것보다 비교적 간단하고, 유리와 창틀의 열관류율의 합이 1.05[W/㎡K] 이하여야 한다는 ‘한국 패시브건축 협회’의 규정을 만족하기에 샷시는 없다고 가정하였다.따라서, 각 유리창의 취득열량을 산정해보면 다음과 같다.창호 차폐계수: 0.52창호의 열관류율: 0.86[㎉/㎡h℃]출입문 열관류율: 0.13ⅲ. 침입외기, 인체, 조명, 기타 부하-침입외기틈새바람의 풍량(Q) 산출은 주어진 조건중 환기량(1.3회)을 사용한 ‘환기 회수법’을 사용하였다.
대학교강의명Lab 1. 실험 제목(고유동콘크리트의 유동특성에 미치는 잔골재율의 영향)이름:재출일:조편성:서 론최근 건축물이 대형화 및 초고층화가 진행되고 있음에 따라 콘크리트 또한 건축 산업의 주요재료로써 이러한 변화에 맞추어 시공성과 품질을 동시에 만족시켜주는 고유동 콘크리트가 개발되었다. 콘크리트의 구성재료로서 골재는 콘크리트의 체적에 상당부분을 차지 하고 있어, 그의 품질에 따라 고유동 콘크리트의 성질에 큰 영향을 미치게 된다. 특히, 고유동 콘크리트의 경우 보통 콘크리트보다 골재의 성질에 따른 영향을 크게 받으며, 골재의 각종 물리적 성질 및 콘크리트의 배합수준에 따라 유동성, 충전성, 간극통과성, 재료분리 저항성등에 직접적인 영향을 받는 등 골재요인에 따라 고유동 콘크리트의 특성은 큰 영향을 받는다. 본 보고서는 잔골재율을 변수로 설정하여 목표값을 설정해 실제 실험결과의 데이터와 비교함으로써 2차실험 진행시에 보완을 통해 높은 유동성을 발휘하면서도 어느정도의 점성을 유지하여 재료분리가 발생하지 않고 양호한 충전성을 발휘할 수 있도록 함에 의의가 있다.실험계획 및 방법2-1. 실험계획 및 조합본 실험계획 및 조합은 먼저 잔골재율의 변화에 따른 고유동 콘크리트의 물성 분석을 통해 예상값과 실제 실험 데이터 상의 차이를 분석함에 목적이 있다. 이를 위해 표1과 같이 물결합재비 수준을 0.50, 단위수량을 180(kg/㎥), 고성능 감수제의 첨가량을 0.8%로 고정했으며, 잔골재율의 수준을 0.25,0.3 ,0.45의 4수준으로 설정하였다. 잔골재는 쇄사와 강사를 7:3의 비울로 혼합하여 사용하였고, 굵은골재는 25mm+13mm+5mm를 혼합하여 사용하였다.표1: 1차실험 배합사항배합사항실험요인실험값W/C (%)0.50unit W(kg/㎥)180목표slump(mm)500-600잔골재율0.25, 0.35, 0.45SP제 첨가량(%)0.82-2.측정항목굳지 않는 콘크리트 특성으로 슬럼프플로우, 슬럼프치, T500을 측정했고 경화 콘크리트를 통해 압축강도를 측정하합에서는 사용하지 않았다.표2: 25L기준 배합요소 환산실험요인(kg)1차(잔골재율0.25)2차(잔골재율0.35)3차(잔골재율0.45)단위수량4.54.54.5원량량999시멘트량999치환분체000잔골재량10.2412.287818.4317굵은골재량30.7228.671622.5277감수제0.0720.0720.072공기연행제0.000360.000360.00036실험 결과3-1.굳지 않은 콘크리트 실험표3: 굳지 않은 콘크리트 실험 결과값실험1차(잔골재율0.25)2차(잔골재율0.35)3차(잔골재율0.45)T500(초)1.652.381.75슬럼프 플로우(cm)-66,7065,72슬럼프치(cm)1514.321고유동 콘크리트는 고유동성을 가지기 위해 낮은 항복응력과 그로 인한 높은 유동성의 발현과 동시에 적절한 소성점도를 가짐으로써 재료분리 저항성을 가져야 한다. 잔골재율과 콘크리트 특성과의 상관관계에서 잔골재율이 높아지면 유동성이 저해되고, 잔골재율이 낮아짐에 따라 유동성이 증진된다. 이번 실험의 결과를 분석해보면 목표슬럼프값을(500-600mm) 만족하지 못하였다. 또한 재료분리가 발생하였고, 2차 보완실험에서 이러한 결과를 방지하기 위한 데이터로 활용하기 위해서 이러한 결과가 발생한 원인을 분석해 보았다. 먼저 실험값으로 물결합재비가 0.5인 점을 감안하였을 때, 외부요인의 사용을 하지 않더라도 배합요소를 변경함으로써 충분히 재료분리를 방지하고, 목표슬럼프값을 충족할 수 있을 것이라고 분석했다. 물결합재비는 기존의 0.50의 값으로 고정을 하고, 단위수량을 175-180(kg/㎥) 사이의 값으로 감소 시키고, 비비는 과정에서 발생되는 미분말의 영향으로 유동성이 낮아짐을 고려하여 감수제의 양을 높였으나 실제 실험에서는 미분말의 영향이 크다고 볼 수 없었으므로 감수제를 줄일 것 이다. 또한 재료분리를 유도하여 보고서에 활용하기 위하여 잔골재율 범위외의 값을 1차실험에 사용하였으나, 2차 보완실험에서는 범위내의 값을 3가지 사용하여서 실험을 할 예정이다. 이를 통해 시멘트양500, 슬럼프 플로우, 슬럼프치 모두 점차 큰 결과값을 가질것으로 예상하였다. 하지만 실험결과인 2차와 3차의 T500값의 비교에서 값의 반전이 일어났는데 이는 다른 굳지 않은 콘크리트 특성 실험의 결과값에 준하여 깔때기에 시멘트를 채워넣을때 시멘트 구성요소들을 균일하게 넣지 않았기 때문으로 보았다. 혹은 초시계를 통해 측정할 때 그 측정값이 정확하다고 볼 순 없으므로 오차가 난 요인으로 분석하였다.표4: 경화 콘크리트 실험 결과값압축강도실험1차(잔골재율0.25)2차(잔골재율0.35)3차(잔골재율0.45)3일(MPa)15.035.666.4311.5611.2412.617일(MPa)18.6313.3112.077.8715.3014.39우리1조는 배합과정에서 제료분리가 발생했기에 강도 값에 큰 기대는 없었으나 양생 후 3일 강도를 봤을 때 15.03MPa로 준수한 강도값이 나왔다고 볼 수 있다. 비록 2차 실험에서 값의 차이가 발생하긴 하였으나 이는 공시체를 만드는 과정에서 숙련되지 않은 조원들이 잔골재와 시멘트를 고루 담아서 다짐하지 않았기 때문에 같은 변수값을 가진다고 하였더라도 공시체 자체의 차이가 발생하여 압축강도값에서 큰 차이를 보여주었다. 또한 3차(잔골재율 0.45) 실험에서 강도값의 차이가 발생한 원인을 분석해보았는데, 공시체의 강도발현에 가장 큰 영향을 주는 요소는 시멘트 페이스트라고 볼 수 있다. 이는 공극이 양과 연관되어 있기에 공극이 적을수록 강도가 높다. 따라서 골재의 양이 많아져서 시멘트 페이스트의 양이 상대적으로 적어지면, 강도가 적게 발현된다. 따라서 3차(잔골재율 0.45) 실험 또한 2차(잔골재율 0.35) 실험과 마찬가지로 공시체를 만드는 과정에서 시멘트 페이스트와 골재가 균일하게 담기지 못하고 강도가 낮게 발현된 공시체는 골재와 물 위주로 담겨졌기에 같은 조건의 다른 공시체에 비해 압축강도가 낮게 측정되었다.2차 보완실험 계획2차 보완실험에서는 1차 실험에서 나타난 문제점인 재료분리와 공시체간의 불균일과 같은 문제점을 보완하는 것위내에서 변수값을 설정할 예정이다. 이를 표5에 정리하였다.표5: 2차보완실험 배합사항배합사항실험요인실험값W/C (%)0.50unit W(kg/㎥)175목표slump(mm)500-600잔골재율0.40, 0.45, 0.50SP제 첨가량(%)0.5이를 통해 시멘트 양이 늘어나서 유동성 감소로 인한 재료분리를 예방하고, 충분한 내구성을 가진 공시체를 제작함으로써 목표강도를 충족하리라 예상하였다.결 론고유동 콘크리트의 유동특성에 미치는 잔골재의 영향을 검토한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.(1)잔골재율이 증가함에 따라 유동적 측면에서 유리함을 보였다.(2)잔골재율이 증가함과 강도의 발현간의 관계는 낮은 것 으로 보였고, 단위수량이나다짐을 잘하여서 공극을 줄이는 등의 요인에 영향을 받는 것으로 보인다.(3)목표 슬럼프-플로우를 충족하기 위한 방안을 정리해 보았다.-1.단위수량의 감소-2.잔골재율의 범위 내 값 증가-3.감수재양의 감소(4) 고유동 콘크리트의 유동성을 발현함과 동시에 소성점도를 확보하기 위해서는 적정수준의 감수제량, 잔골재율, 단위수량이 확보되어야 할 것으로 사료된다.리뷰: 고유동콘크리트의 배합 및 실험고유동콘크리트의 유동특성에 미치는 잔골재율의 영향콘크리트는 대략 70%가 골재로 구성된다. 따라서 골재는 콘크리트의 품질에 많은 영향을 미친다.골재의 강도와 표면의 거칠기나 입형, 밀도, 함수량 등은 콘크리트의 내구성이나 강도, 단위용적질량을결정하는 요소이다. 따라서 골재에 대한 정보는 매우 중요하다. 골재의 입도란 작고 큰 입자가 혼합된 정도를 말한다. 골재의 입도가 직접적으로는 콘크리트의 워커빌리티 등 굳지 않은 콘크리트에 영향을 미치고, 간접적으로는 단위시멘트량, 단위용적질량 등 배합 설계와 콘크리트를 타설하고 난 후의 강도와 내구성 등의 영향을 미친다. 적당한 입도를 가진 경우에는 워커빌리티와 강도, 내구성과 경제성에 긍적적인 영향을 미친다. 골재는 다양한 종류가 있다. 입경의 크기를 판단하여 굵은 골재, 잔골재를 판단한다. 또 천연에서 얻은 것인하는 시멘트를 배합해내는것 이었다. 단위수량이 같으면 원칙적으로 강도가 같다는 전제하에 유동성이 강도발현에 직접적 영향을 미친다고 생각하였다. 우리조는 감수제의 사용을 당초설계보다 많이 사용했기에 유동성이 목표범위보다 높아졌다. 또한 양생을 한 후에 표면을 관찰해보면 공기포가 많이 관찰되었는데, 이는 다짐을 제대로 하지 않았기 때문이라고 보았다. 작업장에서 다짐을 하는 사람의 숙련도에 따라 결과물이 다를것이라 생각하기에 다짐시에 보다 열심히 다짐을 해서 다짐불량을 방지하고, 공기포를 최대한 줄여 제 강도발현을 할 수 있도록 하여야 한다. 공극의 정확한 표현은 공기포가 아니라 다져지지 않은 공기이다. 이는 강도에 직접적으로 영향을준다. 다짐은 숙련도에 영향을 받으므로 이 또한 압축강도 발현에 영향을 주었을 것이라고 분석하였다. 결과적으로 다짐불량이 발생하였고, 이는 강도발현에 영향을 주었다.부록 1: 고유동콘크리트의 배합 및 실험표1: 1차실험 배합사항배합사항실험요인실험값W/C (%)0.50unit W(kg/㎥)180목표slump(mm)500-600잔골재율0.25, 0.35, 0.45SP제 첨가량(%)0.8표2: 25L기준 배합요소 환산실험요인(kg)1차(잔골재율0.25)2차(잔골재율0.35)3차(잔골재율0.45)단위수량4.54.54.5원량량999시멘트량999치환분체000잔골재량10.2412.287818.4317굵은골재량30.7228.671622.5277감수제0.0720.0720.072공기연행제0.000360.000360.00036표3: 굳지 않은 콘크리트 실험 결과값실험1차(잔골재율0.25)2차(잔골재율0.35)3차(잔골재율0.45)T500(초)1.652.381.75슬럼프 플로우(cm)-66,7065,72슬럼프치(cm)1514.321표4: 경화 콘크리트 실험 결과값압축강도실험1차(잔골재율0.25)2차(잔골재율0.35)3차(잔골재율0.45)3일(MPa)15.035.666.4311.5611.2412.617일(MPa)18.6313.3112.077.8715.3014..5
잔골재율에 따른 고유동 콘크리트 물성치 비교홍 길 동Kim Na Park E요 약이 연구는 잔골재율을 변수로 설정하고 그에 따른 굳지않은 콘크리트 특성과 경화 콘크리트의 압축강도등을 비교하여 잔골재율이 콘크리트의 물성치에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 잔골재율을 변수로 0.35, 0.45, 0.55의 각 변수에 따른 슬럼프 플로우 및 압축강도 평가를 실시하였다.1. 서 론최근 건설 구조물이 고층화되고 콘크리트의 압송 높이가 증가함에 따라 효과적인 시공을 위하여 고유동 콘크리트의 적용이 늘어나고 있다. 특히 고유동 콘크리트의 경우 보통콘크리트보다 골재의 성질에 따른 영향을 매우 크게 받으며, 골재의 각종 물리적 성질 및 콘크리트의 배합수준에 따라 유동성, 충전성, 간극통과성, 재료분리저항성에 직접적인 영향을 받는 등 골재요인에 의한 각종 유동특성은 크게 좌우된다. 본 연구는 고유동 콘크리트의 각종 유동특성에 영향을 미치는 골재의 요인을 잔골재율로 설정하고, 1차실험의 실패요인을 분석하여 2차보완실험에 적용함으로써 잔골재율따른 영향 및 물성치를 검토하여 각 요인과의 관계를 검토한것이다.2. 실험 계획표1. 실험계획물결합재 비고성능AE감수제 첨가율(%)단위수량(kg/㎥)잔골재율의 범위(%)단위중량(kg/)-25L기준CAFACWSPAE0.500.51803526.6214.3494.50.0450.0002254522.5318.435518.4322.53본 실험계획은 잔골재율에 따른 콘크리트의 물성치 분석을 통해 1차 실험에서의 오차를 줄여 보완하는데 목적이 있다. 이를위해 감수제의 첨가율을 0.5(%)로 낮추었고, 잔골재율의 수준을 0.35, 0.45, 0.55 3가지로 변수를 설정하였다. 잔골재는 쇄사와 강사를 7:3의 비율로 혼합하여 사용하였고, 굵은골재는 25mm+13mm+5mm를 혼합하여 사용하였다. 굳지 않는 콘크리트 특성으로 슬럼프 플로우, 슬럼프치, T500을 측정하였고, 경화된 콘크리트를 통해 압축강도를 측정하였다.3. 결과 및 고찰3.1유동성상의 검토(그림1,2)는 잔골재율에 따른 슬럼프-플로우 및 플로우치와 T500을 나타낸 것으로, 잔골재율이 증가함에 따라 유동성이 감소할것으로 예상했고, 이에 따라 플로우값은 감소하는 경향을 보여야하지만, 1차실험에서는 0.45에서 0.35와 비슷한 유동성을 보여주었다. 이는 0.45 배합당시 재료분리가 발생하였기 때문으로 분석하였고, 이로 인해 50cm 도달속도는 더 낮은값을 나타내었다. 이에 대한 보완으로 2차 보완실험시에는 감수제첨가율을 0.3% 감소시키고 잔골재율의 비중을 증가시켜 재료분리를 방지하였다. 2차 보완실험의 경우 잔골재율 0.35와 0.45에서 유동성이 오히려 증가하는 결과가 나온 것을 확인할 수 있는데, 이는 0.35 플로우 측정당시 슬럼프 콘을 이격하는 과정에서 변형이 일어나서 제대로 된 측정이 되지 않았을 것으로 분석하였다. 또한. 50cm도달속도는 감소하는 경향을 보이고 있으나, 특히 잔골재율 0.55의 경우 범위외의 값으로 잔골재율이 너무 커서 점성이 증가하므로 T500이 측정되지 않을정도로 낮게 측정되었다. .3.2압축강도상의 검토그림 1. 1차 굳지 않은 콘크리트 특성실험 결과값그림 2. 2차 굳지 않은 콘크리트 특성실험 결과값(그림3,4)는 압축강도 발현에 따른 압축강도를 나타낸 것으로 재령별로 압축강도값이 증가하고 있으나, 평균값을 비교하여 보았을 때 3일차를 제외한 모든 측정에서 0.45가 가장 높은 강도를 발현하였다. 실험전 예상으로 시멘트양이 같은 경우 범위내에서의 잔골재율이 너무 낮은 경우를 제외하고는 잔골재율이라는 변수가 강도발현에 직접적인 영향을 주지는 못할것이라 예상하였다. 1차실험에서 잔골재율 0.25의 경우 굵은골재의 비중이 커져서 골재 근처부분으로 파괴가 일어났다. 1차 실험의 경우 재료분리와 다짐불량으로 압축강도 결과값 사이의 편차가 발생하는 경우도 발생하였지만, 2차 보완실험에서는 감수제첨가율을 감소시키고 잔골재율의 범위를 높여 조정하는 등 배합사항을 조절함을 통해 콘크리트 강도를 증가시켜 목표압축강도에 도달할 수 있었다.
목 차Ⅰ. 서론 2ⅰ. 문제 분석Ⅱ. 본론 ① 현열부하 계산 3ⅰ. 벽체 및 지붕을 통한 부하ⅱ. 유리창을 통한 부하ⅲ. 침입외기, 인체, 조명, 기타 부하Ⅲ. 본론 ② 잠열부하 계산 5ⅰ. 침입 외기ⅱ. 인체Ⅳ. 본론 ③ 냉방부하 계산 6ⅰ. 기타ⅱ. 해석 및 고찰Ⅰ. 서론ⅰ.문제 분석냉방시의 현열 및 잠열부하를 구하시오.-층고 3m-내벽의 열관류율:0.29-외벽의 열관류율:0.21-창호의 열관류율:0.86[㎉/㎡h℃]-창호 차폐계수:0.52-7월 일사량 기준-출입문 열관류율:0.13-아래/위층 냉방 중-재실인원:0.15명-(인당PC 1대)-틈새바람 환기량:1.3회-실내:26℃ 55%-실외(진주):31.6℃ 70%-조명기구 사용률:1Ⅱ. 본론 ① 현열부하 계산ⅰ. 벽체 및 지붕을 통한 부하-벽체벽체의 종류는 가장 단열성능이 좋은 Ⅶ벽체를 사용하였다. (교재 336p 표11-8)상당온도차(ETD)는 (교재 335p 표11-7)을 참고하였다.따라서, 각 벽체의 취득열량을 산정해보면 다음과 같다.H _{w} =KA( TRIANGLE t _{e} )`[kcal/h]내벽의 열관류율: 0.29[㎉/㎡h℃]외벽의 열관류율: 0.21[㎉/㎡h℃]ⅱ. 유리창을 통한 부하-유리창유리의 열관류율을 낮추는 것이 창틀의 열관류율을 낮추는 것보다 비교적 간단하고, 유리와 창틀의 열관류율의 합이 1.05[W/㎡K] 이하여야 한다는 ‘한국 패시브건축 협회’의 규정을 만족하기에 샷시는 없다고 가정하였다.투과 일사부하H _{GR} =K _{s} A _{g} I```[kcal/h]따라서, 각 유리창의 취득열량을 산정해보면 다음과 같다.온도차에 의한 전열부하H _{n} =K _{g} A _{g} I(t _{0} -t _{i} )`[kcal/h]창호 차폐계수: 0.52창호의 열관류율: 0.86[㎉/㎡h℃]출입문 열관류율: 0.13ⅲ. 침입외기, 인체, 조명, 기타 부하-침입외기현열에 의한 외기부하H _{is} =0.29Q(t _{0} -t _{i} )`[kcal/h]틈새바람의 풍량(Q) 산출은 주어진 조건중 환기량(1.3회)을 사용한 ‘환기 회수법’을 사용하였다.환기 회수법Q=nV``[m ^{3} /h]틈새바람 환기량: 1.3회풍량(Q): 1024[㎥/h]-인체실면적(262.5㎡)을 재실인원(0.15명)으로 나누어 인원수를 39명으로 산정하였다.인체의 발열량은 (교재 343p 표11-17)을 참고하여 구하였다.39명 x 50[kcal/h*인]= 1950[kcal/h]-조명사무실에서 쉽게 볼 수 있는 형광등으로 가정하였고, 단위면적당 조명기구의 소비전력은(교재 345p 표11-19)을 참고하였다.조명기구의 총 왓트(W)수를 모르는 경우이므로H _{EL} =wfA조명기구 사용률:1-기타부하조건에 인당 PC 1대라는 조건이 주어졌으므로 (교재 346p 표11-21)을 참고하여 취득열량을 구하였다.실내 모니터 총 취득열량q = 39명 x 58[kcal/h] = 2262[kcal/h]실내 본체 총 취득열량q = 39명 x 70[kcal/h] = 2730[kcal/h]Ⅲ. 본론 ② 잠열부하 계산잠열에 의한 외기부하H _{il} =716Q(x _{0} -x _{i} )`[kcal/h]ⅰ. 침입 외기ⅱ. 인체인체의 잠열량은 (교재 343p 표11-17)을 참고하여 구하였다.39명 x 63[kcal/h*인]= 2457[kcal/h]
건축재료실험Lab 4. 배합설계질문1. 콘크리트 배합 설계 과정을 설명하고 배합을 완성하시오. (해당 배합강도에 대해)2. 세가지 배합에 대하여 압축강도가 다르고 슬럼프가 같은 조건이 각각의 배합설계 조건에서어떻게 작용하는지 물시멘트, 단위수량, 총 골재량의 관점에서 서술하시오.3. 호칭강도와 배합강도의 차이를 설명하시오.4. 콘크리트 배합 결과 원하는 만큼의 유동성이 발현되지 못하였다면 어떻게 해결해야 하는지배합조건에 대해 설명하시오.5. 콘크리트 배합 결과 재료분리가 발생하였다면 어떻게 해결해야 하는지 배합조건에서설명하시오콘크리트 배합 설계 과정을 설명하고 배합을 완성하시오.배합설계는 시멘트, 물, 골재, 혼화재료등을 적정한 비율로 배합하여 강도,내구성,수밀성을 가진 경제적인 콘크리트를 얻기위한 설계이다. 본실험을 위해 배합설계를 다음과 같이 진행하였다.배합설계 과정표1:배합설계 비교 데이터1번2번3번4번W/C0.50.60.50.5unit W185185175185s/a0.500.500.500.40SP제0.5%0.5%0.5%0.4%다음은 2번 배합설계의 결과이다.1㎥의 콘크리트 배합을 할때, 물의 비중은 1이므로 표1의 데이터를 통해 물의 부피는 185L임을 알 수 있다.또한 물시멘트비가 0.6이므로 시멘트의 부피는 다음과 같이 구할 수 있다.C = 308.333 kgC x ρ = = 97.884 L공기의 부피는 콘크리트 전체에서 4.5±1.5 %를 차지 하며, 현재 1㎥의 콘크리트를 배합 설계 과정 이므로 콘크리트 전체에서 차지하는 공기의 부피는 5%라 하였고, 이는 50L이다.(1㎥ = 1000L)이를통해 골재의 총합을 구하였다.따라서 잔골재율을 통해 골재의 구성을 구하여 보면,=0.5 % , s = 667.116 x 0.5% = 333.558 L 이다.이를 질량단위로 변환해주었다.굵은골재의 부피 x 굵은골재의 밀도 = 333.558 L x 2.5 (kg/L) = 833.895 kg잔골재의 부피 x 잔골재의 밀도 = 333.558 L x 2.5 (kg/L) = 824.222 kg이를 통해 실제 시험 시멘트 기준인 27L로 정리하였다.표2:시멘트재료 구성 데이터부피 (L)중량 (kg)27L 기준중량 (kg)C97.884308.3338.325CO1851854.995FA333.558824.22222.254CA333.558833.89555.515함수율 보정 엑셀을 사용하기 위해 다음의 굵은 골재의 흡수율과 함수율을 사용하였다.흡수율 자료함수율 자료빈용기중량 (g)162.38162.38용기+표건상태재료 (g)1145.411112.59용기+절건상태재료 (g)1105.211105.21흡수율 및 함수율 (%)4.2640.783따라서 골재의 시험에 필요한 골재량을 보정엑셀을 통해 다음과 같이 구하였다.그림1. 콘크리트 골재 함수율 보정세가지 배합에 대하여 압축강도가 다르고, 슬럼프가 같은 조건이 각각의 배합설계 조건에서 어떻게 작용하는지 물시멘트비, 단위수량, 총 골재량의 관점에서 서술하시오.슬럼프가 같은 조건일 때 유동성의 관점에서 볼때 유동성이 동일한다는 뜻이다. 즉 물시멘트의 비는 같고 이론상 단위수량이 같으면 유동성이 같다. 따라서 슬럼프가 같은 조건일때는 유동성과 단위수량이 동일하다. 총골재량은 실제 배합용배합을 기준으로 양이 작아졌으므로 질량배합보다 작아져 선택된 골재의 입도 및 형상이 차이가 나 압축강도에 차이가 생겼다. 만약 강도를 높이고 싶다면 잔골재량을 줄이고 굵은 골재량을 늘리는 방법도 있다.호칭강도와 배합강도의 차이를 설명하시오.호칭강도는 28일 기준으로 설계기준을 만족시킬 수 있도록 시공과정상의 제반환경등의 요인을 고려하여 주문하는 강도값이다. 배합강도는 배합시 목표로 하는 압축강도 즉, 주문된 호칭강도를 만족할 수 있도록 레미콘 배합간의 편차(약 1.15~1.2배 높게)를 고려하여 실제로 배합하는 강도 값이다.콘크리트 배합 결과 원하는 만큼의 유동성이 발현되지 못하였다면, 어떻게 해결해야 하는지 배합조건에서 설명하시오.콘크리트의 배합에서 유동성에 가장 영향을 미치는 요인은 물시멘트비이다. 유동성이 낮다면 물의 양을 상대적으로 높여 물시멘트비를 높이고 유동성이 높아서 줄이고 싶다면 물의 양을 줄여 물시멘트비를 낮게 배합한다.콘크리트 배합 결과 재료분리가 발생하였다면 어떻게 해결해야 하는지 배합조건에서 설명하시오.콘크리트는 비중과 입자의 크기 등이 다른 여러 종류의 재료로서 구성되므로 비비기, 운반, 다지기등의 시공 중에 재료별로 집중되는 현상을 일으키는 경우가 있다. 이러한 현상을 재료의 분리라 한다. 재료분리는 굵은 골재치수가 너무 큰 경우, 시멘트의 양부족, 비중이 적은 골재의사용, 감수제 과다사용 등의 원인으로 발생한다. 따라서 적당한 치수의 골재와 알맞은 양의 시멘트를 사용하고, 물시멘트비를 높이거나 감수제의 사용을 줄여서 재료분리를 방지한다. 또한 적정한 혼화재의 사용으로 골재와의 부착력을 증가시켜 재료분리를 방지할 수 있다.부록 1:골재의 함수상태표1:절대용적배합재료배합(liter)1조2조3조4조시멘트97.883121.31114.8115물185185175185잔골재333.56321.845330.1325굵은골재333.56321.845330.1325합계950950950950표2:질량배합재료배합(kg/㎥)1조2조3조4조시멘트308.33370350370물185185175185잔골재824.23797.03769.13841굵은골재833.9763.63858.26819합계2151.462115.662152.392215표3:배합용 배합배합용량: 27 liter재료배합(kg/㎥)1조2조3조4조시멘트8.3259.999.4510물4.9954.9954.735잔골재22.4621.519919.1823굵은골재22.328820.618122.1922.1합계58.108857.12355.5560.1
건축재료실험Lab 1. 시멘트의 비중 시험질문 1. 시멘트의 비중을 계산하시오.시멘트 비중을 계산하기 위해서는 시험을 통해 얻어진 데이터 값이 필요하다. 비중은 물질의 질량을 같은 부피를 가진 물의 질량을 나누어서 구해야 한다. 하지만 본 실험에서는 물의 질량 대신 르샤틀리에 비중병의 읽음차를 이용해서 구하였다. 비중값에 대해서는 측정된 데이터를 바탕으로 계산한다. 측정된 데이터는 부록1에 첨부했다. 또한 시멘트의 비중값을 도출하기 위해서 g 라고 가정하였다. 따라서 측정 결과 도출값에 대한시멘트 비중값은 다음과 같다.질문 2. 물시멘트비 0.50인 콘크리트 배합에서 단위수량이 180kg/㎥일 때, 시멘트의 양을 체적, 질량으로 나누어 나타내시오.물시멘트비(W/C)는 콘크리트 내의 물과 시멘트의 중량비로써 콘크리트의 경화강도를 크게 좌우하므로 콘크리트의 품질을 나타내는 중요한 요소이다. 질문에서 물시멘트비 0.50인 콘크리트 배합에서 단위수량이 180kg/㎥이라고 했으므로, 콘크리트 1㎥를 형성하는데 필요한 시멘트의 질량과 체적은 다음과 같다.=X는 물시멘트비 0.50인 콘크리트 배합에서 단위수량이 180kg/㎥일 때 시멘트양의 질량이다. 결과는 다음과 같다.360kg밀도는 질량 부피로 나눈 값이므로 밀도와 질량 값을 알면 시멘트양의 체적을 구할 수 있다. KS표준상에는 비중이라는 표현을 쓰고 있으나, 밀도로 표현하는 것이 적절할 것이며,차후 KS의 용어가 수정되어야 할 것이다.(건축재료실험 92p참고) 즉, 시멘트의 체적은 비중값을 나누어 구할 수 있다. 단위변환을 위해 g/ml = g/㎤ 임을 이용했다.부피 = = 0.114질문 3. 널리 알려진시멘트의 비중은 3.14이다. 측정한 값을 이 값과 비교하시오. 만약 차이가 난다면 그 이유에 대해 설명하고 차이를 줄일 수 있는 방법을 제시하시오.널리 알려진 시멘트의 비중은 3.14이다. 시험을 통해 도출한 시멘트의 비중값은 3.15으로써 널리 알려진 시멘트의 비중값인 3.14와 약0.01정도의 근소한 차이가 발생하였다. 차이가 발생한 이유와 보완방법은 다음과 같다.- 시험 과정중 비중병의 0~1ml 사이 눈금선을 맞추는 과정에서 액면 윗부분의 비중병 내부에 잔류한 광유를 충분히 건조시키지 못하였다. 따라서 잔류한 소량의 광유가 비중병을 타고 흐르면서 처음 광유 체적에 영향을 주었다고 예상하였다.-시멘트를 비중병에 넣는 과정에서 액면 윗부분 비중병 내부에 잔류한 광유에 의하여64g 정량을 모두 넣지 못하였다. 따라서 전자저울으로 측정한 시멘트 중량이 병의안벽에 묻어있는 시멘트양 만큼 감소하였다.-시멘트를 비중병에 넣는 과정에서 시험도구인 스푼(spoon)에 굳어서 남아있는 시멘트 가루들을 완전히 제거하지 못하였다.-시멘트 64g을 종이 위에 올려서 질량을 측정하였고, 다시 작은 컵에 옮기는 과정에서 종이와 컵에 시멘트 가루가 소량 남았다.-시멘트 안의 공기를 없애는 과정에서 시험 시간의 제한으로 완전히 공기를 제거 하지 못하였다. 이는 시멘트를 포함한 광유 체적에 영향을 주었다.-여러번의 시험을 통해 평균값을 구했다면 각 실험간의 오차를 고려한 결과값을 구할 수 있지만, 이번 시험에서는 한번의 실험값으로 결론을 도출했다. 이로 인해 보다 정확한 값을 구하지 못한 요인이 될 수 있다.차이를 줄일 수 있는 방법은 다음과 같다.-광유를 비중병에 넣는 과정에서 스포이드를 활용해 최대한 액면 윗부분의 비중병 내부에 광유가 남지 않도록 하고, 충분히 말린다.-오랜 시간을 들여 시멘트 안의 공기를 완전히 제거한다.리뷰: 시멘트의 비중 시험비중시험시멘트 비중시험은 콘크리트의 배합설계시 필요하며 또한 시멘트의 개략적인 품질 정도를 파악하는 지표가 된다. 즉, 시멘트는 소성이 불충분하고, 이물질의 혼화물이 첨가되면 비중이 저하되는데, 그 정도도 알 수 있다. 미지의 시멘트의 경우는 비중을 측정함으로써 그 종류를 알 수 있다. 이번 실험에는 르샤틀리에 비중병(Le chatelier flask)을 이용하여 비중시험을 실시한다. 초기 광유의 체적에서 시멘트를 포함한 만큼 늘어난 광유 체적의 읽음차를 통해 시멘트의 비중을 구할 수 있다. 비중은 비중병의 읽음차로 시멘트의 질량을 나누어 계산한다. 최종적으로 본 시험을 통해 시멘트의 비중값과 w/c배합에서의 단위수량값을 통해 시멘트양의 체적과 질량을 구하였다.부록 1:시멘트의 비중 시험 측정값표1:시멘트의 비중시험 시험데이터항목시멘트중량처음 광유 체적시멘트를 포함한 광유 체적측정값64g0.5ml20.8ml부록2:시험 사진시멘트를 포함한 광유 체적처음 광유 체적
건축재료실험Lab 7. 콘크리트 레올로지 특성질문1. 콘크리트 배합에 있어서 물시멘트비, 단위수량, 잔골재율이 콘크리트 레올로지의소성점도와 항복응력 중 어느 부분에 영향을 줄 것으로 생각되는지 서술하시오.2. 콘크리트 유동성과 소성점도, 항복응력의 관계에 대해 생각하는 바를 설명하시오.콘크리트 배합에 있어서 물시멘트비, 단위수량, 잔골재율이 콘크리트 레올로지의 소성점도와 항복응력 중 어느 부분에 영향을 줄 것으로 생각되는지 서술하시오.문제에 주어진 요소들은 콘크리트 배합과정에서 서로 긴밀한 관계를 가진다. 잔골재율이높으면 콘크리트를 구성하는 입자의 크기가 작아지므로 항복응력과 소성점도가 점진적으로 증가한다. 이는 골재의 입자가 작을수록 흡수율에 따른 영향이 커진다고 설명할 수 있다. 같은 조건일때, 입자가 더 작은 골재가 더 큰 표면적을 가지기 때문에 더 많은 물을 흡수할 수 있게 된다. 이로 인해 물시멘트비에 영향을 미치고 유동성이 낮아지게 되면서 콘크리트가 더 높은 항복응력과 소성점도를 가지게 한다. 콘크리트 레올로지 실험 결과에 의해서 4조가 가장 높은 소성점도, 동적 항복응력값을 가지게 되었다.(부록1에 첨부) 이는 콘크리트 배합시 구성요소 에서 잔골재율이 가장 낮았음에 대한 결과로 해석하였다. 따라서 콘크리트 배합시 단위수량이 증가하면 소성점도 및 항복응력은 감소하므로 물시멘트 비가 같은 조건일 경우 단위수량이 낮거나 단위수량이 같고 물시멘트비가 더 클 때 소성점도와 항복응력은 큰 값을 가진다.콘크리트 유동성과 소성점도, 항복응력의 관계에 대해 생각하는 바를 설명하시오.문제에 주어진 요소들 간의 관계를 알아보기전에 빙햄의 방정식을 살펴보면= 전단응력=소성점도=각속도=항복응력방정식에서 알 수 있듯이 전단응력은 소성점도와 항복응력에 영향을 받아 변하는 값이다. 각속도가 같다고 가정했을 때, 유동성에 따른 콘크리트를 점으로 표현해 그래프로 나타내면, 다음과 같다.빙햄의 방정식에서 점성이 기울기를 표현하므로 유동성이 작은 콘크리트가 높은 점성을 나타내는 더 큰 기울기값을 가진다. 따라서 전단력을 규정하는 변수중에 점도와 각속도가 규정되었으므로 항복응력은 유동성이 작은 경우에 큰 값을 가진다. 따라서 점성과 항복응력은 값의 높고 낮음을 같이 한다. 따라서 콘크리트 유동성이 증가하면, 점성이 낮아지고, 항복응력 또한 낮은 값을 가진다.리뷰: 콘크리트 레올로지 특성콘크리트 레올로지 특성 시험레올로지는 고체 및 유체의 특성을 동시에 가지는 점토, 슬러지, 현탁액등의 변형 및 유동을 연구하는 분야로써 콘크리트 재료에 접목했을 때, 다양한 유동성을 가지는 굳지 않은 콘크리트의 초기특성을 두개의 파라미터를 통해 정량적으로 알아내어 시공성능을 파악할 수 있다. 시험장비는 ICAR Rheometer 을 사용하였고, (부록에 첨부) 실험재료인 콘크리트에 굵은 골재가 포함되어 있으므로 날개형(Vane type)을 사용하였다. 대상에 회전력(touque)을 가하면서 각속도(angular velocity)를 측정하였다. 그리고 회전력과 각속도의 관계를 통해 전단응력과 전단속도로 환산하여 나타내었다. 이를 통해 콘크리트의 배합구성 특정요소가 항복응력과 점토를 얼마만큼 변화 가능한지 정량적 파악이 가능하다 또한 영향인자를 조절함으로써 시공조건에 적합한 품질을 갖는 콘크리트 배합설계가 가능하다. 결과적으로 콘크리트 레올로지 특성을 사용함으로써 시공목적에 맞게 콘크리트 품질을 정량적으로 제어가능하고, 공사전에 콘크리트 품질기준으로써 레올로지 범위를 규정가능하다. 또한 시공의 여러공정도 레올로지 특성을 반영한 예측 시뮬레이션이 가능하다. 빙햄의 방정식을 살펴보면 τ=μγ+τy 식에서 알 수 있듯이 항복응력과 소섬점도라는 두 매개변수에 의해 유체의 흐름 동적에 대한 설명이 가능하다. 항복응력은 유동을 시작하는데 필요한 전단응력은 나타내고 소성점도는 항복응력을 초과한 후 유동저항에 영향을 준다. 결과적으로 플로우 값을 좋게 하여 콘크리트가 쉽게 흐르지만, 재료분리에 일어나지 않는 혼합비율의 최적화를 이룰 수 있다. 실험 결과에서 2조의 동적항복응력값이 다른조에 비해 훨씬 낮은 값으로 나타났는데, 이는 2조의 콘크리트 배합조건에서 감수제의 사용이 다른 조의 배합보다 2배가량이나 많았고, 배합과정에서 변수는 없었기에 많은 감수제의 사용으로 인한 점성의 감소가 항복응력값의 감소로 이어졌다고 해석하였다.부록 1: 콘크리트 레올로지 특성표1:콘크리트 배합 사항배합1조2조3조4조단위수량(kg/㎥)7.427.47.017.4고성능 감수제(g)61.681487074시멘트12.3314.81414.8잔골재34.6733.6534.533.6425mm22.40521.74522.322.9313mm87.777.968.195mm1.61.551.591.64표2:슬럼프 플로 시험시험항목배합1조2조3조4조측정값(mm)슬럼프270220200177플로우320, 371690, 710350, 360270, 275표3:유동곡선(flow curve) 시험시험항목배합1조2조3조4조소성점도(Pa.s)측정값17.8514.2519.1236.11평균21.8325동적 항복응력(Pa)측정값201.4324.91194.07397.25평균204.415
건축재료실험Lab x. 굵은골재 시험질문1. 굵은골재 시험 결과 시트를 채우시오표1:체가름시험 데이터재료 총량150.62 g체 번호체의 무게체의 무게+남은 재료무게53mm502.18 g502.18 g40mm552.50 g552.50 g19mm517.91 g629.53 g10mm475.82 g1577.92 gpan253.29 g542.36 g표2:체가름시험 데이터체 번호각 체에 남는 양의 누계각 체에 남는 양g%g%53mm000040mm000019mm111.627.43111.627.4310mm1213.7280.781102.173.35pan1502.79100.02289.0719.24합계2828.13188.231502.79100골재의 체가름 시험은 콘크리트 배합에 사용되는 골재의 입도상태를 알기 위해 시험한다. 체가름 시험을 진행하여 나타나는 체통과율로 골재의 입도분포와 최대치수를 알 수 있다. 골재의 입도분포가 연속입자분포로 이상적으로 분포되어 있다면 콘크리트의 공극률이 작아져서 시멘트량을 절약하고, 단위용적중량은 커지며, 강도가 커진다. 따라서 경제적으로 콘크리트를 배합할 수 있다.골재의 중량의 90% 이상을 통과하는 체 눈의 공칭치수를 골재의 최대치수로 정한다. 골재의 치수가 클 경우에는 배합시 소요 결합재량이 줄어든다는 장점이 있지만, 너무 클 경우에는 재료가 분리되고, 철근의 거푸집에 골재가 끼어 걸려서 강도가 오히려 저하되기도 한다.굵은 골재의 최대 치수 : 19mm표1:단위용적중량시험 데이터측정량용기의 체적7 L빈 용기의 중량2760 g용기중량+재료중량(다지지 않았을 때)12260 g용기중량+재료중량13450 g표1:비중,흡수율시험 데이터측정량공기 중의 철망 중량1019.19 g수중 철망 중량829.8 g5mm체에 남은 습윤 골재의 중량675.9 gSSD상태의 골재를 담은 철망의 공기 중 중량1578.4 g골재가 담긴 철망의 수중 중량1237.7 g골재를 건조시킬 용기의 중량160.94 g용기의 중량+절건골재중량857.3 g표1:함수율시험 데이터측정량빈 용기의 중량145.4 g용기중량+자연상태 재료 중량1464.4 g용기의 중량+절건상태 재료 중량1585.3 g질문2. 굵은골재의 입도곡선을 그리시오 (엑셀이용, x-축을 로그스케일로 할 것, y-축은 가장 좌측에위치할 것)그림1.굵은골재의 입도곡선질문3. 굵은골재의 단위용적중량을 구하시오.콘크리트는 대략 70%가 골재로 구성된다. 골재는 콘크리트의 품질에 많은 영향을 미친다. 골재의 강도와 표면의 거칠기나 입형, 밀도, 함수량 등은 콘크리트의 내구성이나 강도, 단위용적질량을 결정하는 요소이다. 따라서 골재에 대한 정보는 매우 중요하다.골재의 단위용적중량은 측정값을 이용하여 다음과 같이 구하였다.여기에서, M=단위용적중량[kg/L]G=용기를 포함한 시료의 중량[kg]T=용기만의 중량[kg]V=용기를 채운 물의 중량을 물의 단위용적중량으로 나눈 값[㎥]F=물의 단위용적중량을 용기를 채우는 데 필요한 중량으로 나눈 값[㎥]다지지 않았을 때다졌을 때질문4. 굵은 골재의 비중을 구하시오.비중의 종류는 겉보기 비중, 진비중, 절건비중, 표건비중이 있다. 이 시험에서는표면건조 포화상태(SSD)의 골재를 사용하므로 표건비중을 사용한다.굵은골재의 비중을 다음과 같이 구하였다.여기에서, B=시료의 공기중 중량 [g]C=시료의 수중 중량 [g]-시험데이터를 통해 다음과 같이 구하였다.]이 시험의 측정값을 통해 구한 표면건조 포화상태의 비중은 다음과 같다.평균적인 골재의 비중은 2.5~2.70의 범위이다. 본 실험에서는 그보다는 조금 큰 3.696의 결과가 나타났다.질문5. 굵은 골재의 흡수율을 구하시오.흡수율은 절대건조(노건조)상태에서 표면건조 포화상태가 될 때 까지 흡수하는 수량을 골재중량의 백분율로 나타낸 것을 의미한다. 골재의 흡수율은 콘크리트 배합설계 시 필요한 사용수량을 조절하는 데 이용된다.-SSD상태일때의 중량질문6. 굵은 골재의 함수율을 구하시오.함수율은 일정 기준 이상이 되면 콘크리트 강도나 내구성에 영향을 미친다.따라서 함수율을 일정하게 유지할 필요가 있다.함수율을 다음과 같이 구하였다.-용기의 중량을 제거하여 함수율 산정에 필요한 요소들의 중량을 다음과 같이 구하였다.-시험을 통해 도출한 데이터를 기반으로 함수율을 구하였다.리뷰: 굵은골재 시험굵은골재 시험콘크리트는 대략 70%가 골재로 구성된다. 따라서 골재는 콘크리트의 품질에 많은 영향을 미친다.골재의 강도와 표면의 거칠기나 입형, 밀도, 함수량 등은 콘크리트의 내구성이나 강도, 단위용적질량을결정하는 요소이다. 따라서 골재에 대한 정보는 매우 중요하다. 골재의 입도란 작고 큰 입자가 혼합된 정도를 말한다. 골재의 입도가 직접적으로는 콘크리트의 워커빌리티 등 굳지 않은 콘크리트에 영향을 미치고, 간접적으로는 단위시멘트량, 단위용적질량 등 배합 설계와 콘크리트를 타설하고 난 후의 강도와 내구성 등의 영향을 미친다. 적당한 입도를 가진 경우에는 워커빌리티와 강도, 내구성과 경제성에 긍적적인 영향을 미친다.골재는 다양한 종류가 있다. 입경의 크기를 판단하여 굵은 골재, 잔골재를 판단한다. 또 천연에서 얻은 것인지 인공적으로 생산된 골재인지를 구별한다. 그 이유는 골재의 특성이 그만큼 콘크리트의 품질에 중요하기 때문이다. 골재의 비중과 흡수율 시험을 통해 일반적인 성질을 판단할 수 있다. 이번 골재의 체가름 실험에서는 예상치 못한 부분에서 오류가 발생했다. 잔골재의 합계가 처음보다 커진 결과를 보고 데이터를 어떻게 이해해야할지 당황했다. 따라서 이와 같은 시험에서 여러 번 시험하여 결과를 내서 평균을 내는 것처럼, 시료의 질량을 측정하는 사소한 과정에서도 확실하게 확인하는 과정이 중요하다고 생각된다. 시멘트 골재의 비중과 흡수율을 파악하는 과정에서 콘크리트의 배합설계를 이해하고, 콘크리트의 어떤 영역에 필요한지 배울 수 있었다. 골재의 비중은 잔골재의 절대용적을 파악하는데 쓰인다. 만약 골재의 비중이 높다면, 그만큼 시멘트의 양이 줄어들게 되기 때문에 비용을 절약할 수 있다. 또 골재가 시멘트보다 강도가 높기 때문에 콘크리트의 강도를 증가시킨다 . 골재의 흡수율은 처음엔 콘크리트에 별 영향을 미치지 않을 것이라고 생각했다. 하지만 골재의 함수상태에 대해 배우면서, 골재의 흡수율이 낮다면 겨울철의 동결에 대한 내구성이 좋다는 것을 알았다. 그렇다면 골재의 함수율은 콘크리트의 품질을 관리에도 중요한 역할을 한다고 생각한다.부록 1:골재의 함수상태골재를 시험 측정할 때에는 골재의 함수상태를 반드시 확인한다. 따라서 골재의 다양한 함수상태에 대해 이해할 필요가 있다.1) 절대건조상태 (절건상태) : 건조기에 골재를 105℃±5℃, 24시간 동안 건조하여 모든 수분이 골재로부터 제거된 상태이며, 모든 공극이 비어있는 상태이다.2) 대기건조상태 (기건상태) : 골재 표면의 모든 수분이 제거된 상태이다. 하지만 골재 내부 공극의 물이 조금 차 있는 상태이다.3) 표면건조포화상태 (표건상태) : 골재 내의 공극은 물로 완전히 채워져 포화상태이며, 골재 표면수가 완전히 없는 상태이다.4) 절대습윤상태 (습윤상태) : 골재 표면수가 있으며, 골재 내부의 공극도 수분이 완전히 차 있는 상태이다.부록 2:시험 사진용기의 질량+절건 골재의 질량용기 중량 + 절건상태 재료 중량