Construction Methods and Management

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1 Construction Methods and Management
[ Structural Work ] Spring 2013 University of Seoul

2 골조 공사

3 용어정의 구조 (構造) : 건축물을 구성하는 뼈대의 형식
건축물을 구성하는 요소 중 하중에 저항하는 것을 주목적으로 공간을 형성하는 구조물 역학적인 안전성을 확보하기 위한 구조설계 분야 골조(骨組) : 건물의 구조체를 형성하는 빼대 구법 (構法) : 재료 및 부품을 조립하여 건물을 구성하는 방법 공법 (工法) : 설계도서에 의해 적합한 재료와 최소의 기한 및 비용으로 건축물을 완성시키기 위한 공사의 방법 건물의 조립법, 꾸밈새, 시공법 등, 광의로는 구법을 포함 구조계획 : 건축물의 구성 재료 및 형태를 검토하고 가장 바람직한 구법을 선택 또는 창조하는 것

4 건축물의 주요 구성 요소 기초 (Foundation) 기둥 (Column) 보 (Girder, Beam) 벽 (Wall)
바닥 (Slab, Floor) 지붕 (Roof) 천장 (Ceiling) 계단 (Stairs) 수장 (修粧, Fixture): 주로 장식을 목적으로 구조체에 붙여 대는 것의 총칭, 바닥, 천장, 계단, 창문틀, 걸레받이 등) 창호 (窓戶, Window, Doors): 건물의 개구부 마무리 (Finishing): 육안으로 보이는 부분을 끝막음하는 부분의 총칭, 유리끼기, 벽 페인트 등

5 건축구조의 분류 – 구체재료 나무구조 장점: 재료사용이 용이(가공성), 짧은 공사기간, 친근감, 경량구조물에 적합(중량에 비해 고강도) 단점: 내화·내구적으로 불리, 고층 또는 큰 간사이 건축에 부적합, 환경파괴의 위험 벽돌구조 장점: 건축계획상의 다양성, 의장적 효과, 단순한 시공 단점: 고층구조물에 불리(벽체두께의 한계, 횡력에 약함 (풍압력, 지진, 이동하중, 인장력 등) 돌구조 장점: 외장효과, 내구성, 마모성 양호 단점: 가공이 어려움, 고가, 중량, 고층건물에 불리

6 건축구조의 분류 – 구체재료 철근콘크리트구조 장점: 내구성, 내화성, 내진·내풍성 양호, 건축적인 효과
단점: 중량, 초고층에 불리, 시공과정이 복잡하고 기간이 오래 걸림, 개조·철거에 불리 철골구조 장점: 공기단축, 철근콘크리트에 비해 경량이며 고강도이므로 고층건물·대규모 Span에 적합, 철거에 용이 단점: 내화, 녹에 불리 (방화, 방청에 주의), 고가의 재료 및 장비 철골·철근콘크리트 구조: 철골구조가 내화성에 약한 단점을 철근콘크리트로 보완

7 건축구조의 분류 – 시공법 습식구조: 물을 사용하여 주로 현장시공으로 건축한 구조물 (조적구조, 철근콘크리트 구조)
건식구조: 현장 조립식 구조(Prefabricated Construction), Panel, Box Frame, Tilt Up, Lift Slab, Curtain Wall 등

8 건축구조의 분류 – 기타 성능 방화(防火)구조: 인근 화재로부터 구조물을 보호할 수 있는 구조
내화(耐火)구조: 주요 구조물을 화재로부터 보호할 수 있는 구조 (철근콘크리트, 철골·철근콘크리트 구조) 내진(耐震)구조

9 구조방식의 선정 건축물의 특성 및 기능적인 요건 건축주의 요구 경제적인 조건 자재구입의 용이성 문화적인 요인 법적규제
미래환경에 대한 고려(증축, 철거, 과학기술의 발전)

10 구조형식의 특성 비교 철근콘크리트 구조 (RC조) 철골구조 (S 조) 철골철근콘크리트 구조 (SRC 조) 무게 크다
내진에 대한 기초, 말뚝의 부담이 크다. 경량화가 가능 내진상도 유리하고 기초, 말뚝에 대한 부담이 적다. 크다. 내화성 양호하여 내화피복이 필요없다. 고열로 되면 강도가 저하하므로 내화피복이 필요 내구성 균열, 콘크리트의 중성화, 철근의 녹 등 문제가 있다. 녹이 잘 슬므로 도장 등의 피복이 필요 균열은 RC조보다 잘 일어나지 않는다. 변형 및 진동 (강성) 강성이 높아 고층에서도 거주성이 좋다. 강성이 부족하여 흔들림, 진동이 문제가 되기 쉽다. 내진성 일반적으로는 양호하지만, 전단파괴시에는 깨지기 쉽다. 점성이 강하고 강도도 높아 내구성이 뛰어나다. 시공성 / 공기 형장가공이 많아 공기가 길고, 필요한 일손이 많다. 강도발현까지의 양생기간 필요 현장가공이 적어 공기가 짧다. 제작도의 작성, 부재의 공장 가공 등 준비기간 필요 철골공사와 RC공사 양쪽이 필요하고 공기상 가장 불편하며, 필요한 일손도 가장 많다. 경제성 경제적이다. 내화피복, 마무리 등을 포함하여 고갈로 된다. 철골량은 S조보다 줄일 수 있지만 RC공사비가 높아진다.

11 철근콘크리트 공사 개요

12 철근콘크리트 구조의 역사 시멘트 / 모르타르 고대 이집트 : 소석고와 이토(泥土)의 혼합물을 피라미드 석재 줄눈으로 사용
고대 메소포타미아 : 소석회를 벽돌조의 줄눈으로 사용 고대 그리스 : 사원의 초석에 석회 모르타르 충진 고대 로마 : 수경성(水硬性) 석회 모르타르를 사원 벽 등에 충진재로 사용 자갈이나 벽돌을 섞은 콘크리트 사용 -> Phantheon의 Dome 1824년 영국 : Aspdin이 석회석과 점토 혼합물을 소성, 분쇄하여 인공시멘트 발명 (이 시멘트 경화물이 포틀랜드 지방의 암석과 흡사하다 하여 포틀랜드 시멘트라 명명) 1850년 전후 : 근대 시멘트 제조 개시 ※ Cement : 로마 수경성 시멘트의 촉감이 ‘까칠하다(cementus)’라는 뜻에서 유래 ※ Concrete : 라틴어의 ‘혼합하다(concretus)’라는 뜻에서 유래 12

13 철근콘크리트 구조의 역사 콘크리트 1825년 영국 Telford : 교량의 석조탑에 콘크리트를 사용하고 철막대로 보강
1849년 프랑스 Lambot : 쇠망과 콘크리트로 소형 보트 건조 1862년 프랑스 Coignet : 3층 주택에 콘크리트 슬라브를 철 빔으로 보강 1867년 프랑스 Joseph Moiner : 철근콘크리트로 화분 제작 1889년 미국 Ransom : 나선형 철근을 이용한 철근콘크리트 구조를 건물에 적용 1918년 미국 Abrams : 물시멘트비설 (W/C ratio) 발표 1923년 Rahmen구조 완성 ※ 라멘 구조 : 구조부재의 절점, 즉 결합부가 강결되어있는 골조로서 인장재, 압축재, 횜재가 모두 결합된 형식의 구조물 13

14 철근콘크리트 구조의 특징 철근콘크리트가 합리적인 구조형식이 될 수 있는 조건
철근은 인장력에 강하고 콘크리트는 압축력에 강한 성질을 갖는다. 철근과 콘크리트의 팽창계수가 거의 같다. 콘크리트 속의 철근은 녹슬지 않는다. 철근과 콘크리트의 부착력이 높다. 보의 휨모멘트에 대한 철근의 역할 RC의 휨 정항 모식도 14

15 철근콘크리트 구조의 특징 장점 경제적인 구조형식 내화, 내식(피복), 내구, 내진성(일체식 구조)이 크다.
부재의 모양과 치수를 자유자재로 형성할 수 있다. 유지관리에 유리 단점 부재의 중량과 단면이 크다. 공사기간이 길다. (28일 강도) 거푸집 형성에 대한 비용 구조물 전체에 균일한 시공이 어렵다. 재료의 재사용 및 제거작업이 어렵다. 15

16 철근콘크리트 구조의 시공순서 철근공사 거푸집공사 콘크리트공사 16 터파기/토공사 말뚝/지정공사 버림콘크리트 지 붕 기 초
기 둥 벽체 및 슬라브 콘크리트 타설·양생 철근가공·조립 거푸집 가공·조립 제조·운반 철근공사 거푸집공사 콘크리트공사 16

17 콘크리트 공사

18 콘크리트 공사 개요 재 료 배 합 비비기 운 반 타 설 이 음 양 생 시멘트 골재 물 혼화물 다지기 마무리 생 산 시 공 18

19 콘크리트의 재료 시멘트 골재 물 혼화재.혼화제

20 시멘트 구조재료인 콘크리트를 이루는 주된 결합재로서 또는 건축 미장용 결합재 건축재료 중 가장 많이 이용
라틴어의 caedere라는 말에서 나온 것으로 부순돌 또는 마름돌 의미, 좁은 의미로서는 물을 가하여 경화하는 무기물질 현재에서는 넓은 의미의 결합재라는 의미로 사용되고 있으며, 일반적으로 포틀랜드시멘트와 혼합시멘트의 약칭 20

21 시멘트의 역사 인류문화의 발생과 더불어 존재 BC2700 이집트 피라미드 줄눈재로 소석고를 사용하였으며 고대 중국 유적에도 시멘트와 유사한 물질 발견 AD2세기 판테온 신전 : 수경성 모르타르를 사용한 콘크리트로 제조 1756년 영국의 John Smeaton : 수경성석회에 포졸란 혼합 모르타르 사용 1796년 영국의 James Parker : 순도가 낮은 석회석을 소정하여 수경성 분말 획득 1813년 프랑스의 비카 : 석회석에 점토를 혼합하여 구우면 수경성이 개선되는 것을 발견. 천연시멘트라고 불리워 현재의 포틀랜드 시멘트의 시초가 됨 1824년 영국의 Joseph Aspdin : 미세하게 분쇄된 석회석 분말을 소성한 다음 여기에다 미세하게 분쇄된 점토분말을 혼합하여 로 안에서 CO2가 빠져나갈 때까지 이 혼합물을 소성. 이 혼합물을 미세하게 분쇄한 후 시멘트로서 사용 21

22 국내 시멘트 산업의 현황 1919년 일본의 오노다 시멘트회사에 의해 평양의 근교 승호리에 30만톤 건식공장 건설
1945년까지 6개의 공장건설, 연간 시멘트 총생산량 170만톤 1957년 연산 24만톤 대한양회공업(주)의 문경공장건설 1959년 삼척의 동양시멘트공장, 18만톤 생산능력 1961년말 72만톤 1964년 이후 쌍용, 한일, 현대, 아세아, 성신, 고려, 한라, 한국고려, 유니온 등 시멘트회사 설립 1971년 692만톤 1981년 1,560만톤 1986년 3,000만톤 1994년 5,100만톤 2008년 5,600만톤 22

23 시멘트의 원료와 제조 방법 원료 석회석 + 점토 + 산화철 + 규석 제법 원료혼합 회전로에 소성 (1400-1450°C)
Clinker 형성 분쇄 1. 원재료 2. 혼합 및 소성 3. 냉각 및 클링거 생성 5. 출고 4. 석고혼합 및 분쇄 23

24 시멘트의 특성 수화(水和) 작용 : cement에 적당한 물을 첨가하면 cement paste(풀)가 시간이 경과함에 따라 유동성을 상실하여 응고하는 것 응결 (setting) : cement풀이 응고는 하였으나 충분한 소성(plasticity)을 나타내는 상태 (굳어지기 시작한 상태) initial setting (초결) : 1시간 후 final setting (종결) : 10시간 이내 경화 (hardening) : 굳어져 가는 상태. 응결의 끝을 경화의 시작으로 봄. 24

25 시멘트의 특성 비중 : 보통 3.0~3.2정도(일반적으로3.15) 르샤틀리에의 비중병으로 측정
풍화된 시멘트, 소성이 부족한 시멘트, 혼화제가 포함된 시멘트는 비중이 적음. 성분 중 SiO2(이산화규소), Fe2O3(산화제2철)가 많이 포함된 시멘트는 비중이 큼. 시멘트의 단위용적 중량은 일반적으로 1500kg/m3 분말도 : 단위중량에 대한 표면적, 즉 비표면적에 의하여 표시 브레인법 또는 표준체법에 의해 측정 분말도가 높을수록 수화작용과 풍화작용  분말도가 미세하면, 수화속도가 빨라 조기강도  Workability  bleeding 현상  수밀성 ,  즉 투수성  골재와 접착하는 힘이 커져 내구성  풍화하기 쉬음. 수축균열이 생기기 쉬움. A․E제의 발포량이 감소 25

26 시멘트의 특성 강도 시멘트모르타르 강도로부터 추정
시멘트 강도에 영향을 주는 요인 : 물시멘트비 (W/C) / 골재혼합비 / 골재의 성질과 입도 / 시험체의 형상과 크기 / 양생방법과 재령 / 시험방법 / 분말도, 풍화정도 보통 포틀랜드 시멘트의 3일 압축강도는 85kg/cm2, 7일 강도는 150kg/cm2, 28일 강도는 245kg/cm2, 정도 응결ᆞ경화 혼합용수가 많으면 응결, 경화가 늦음. 온도와 습도가 높으면 응결시간이 짧아지고 경화가 촉진됨. 시멘트의 분말도가 높으면 응결, 경화속도가 빨라짐. 26

27 시멘트의 특성 안정성 시멘트가 응결, 경화되는 과정에서 팽창으로 인한 균열이나 변형이 생겨 구조물을 파괴하는 현상이 발생할 수 있는데 이 팽창의 정도를 안정도라 함. 오토클레이브(auto-clave) 팽창도 시험방법으로 측정 안정성을 잃는 경우 소성이 불충분할 때 유리석회(CaO; 산화칼슘)가 과량포함 되었을 때 MgO(마그네시아), SO3(아황산)의 함유량이 많을 경우 풍화 시멘트가 습기를 흡수하여 경미한 수화반응을 일으켜 생성된 수산화칼슘과 공기중의 탄산가스가 작용하여 탄산칼슘을 생성하는 작용 시멘트 입자 표면에 피막 형성  수화작용 저지 풍화된 시멘트는 비중감소와 경화불량으로 강도가 저하되고, 응결이 늦어짐. 27

28 Hoover Dam의 수화열 제어 사례 댐 개요: 높이(726.4ft; 221.3m), 발전용량(2,078 MW),
세계 제1의 콘크리트 댐 댐 본체 무게: 6,600,000 톤 하단 두께: 660피트 콘크리트 양: 매달 160,000yd3 씩 총 3,250,000yd3의 콘크리트 타설. 발전소 부분과 유입타워, 그리고 기타 시설에 추가로 1,000,000yd3 정도의 콘크리트가 소요 수화열 저감 이 댐을 하나의 구조물로 바로 시공했을 경우, 수화열을 대기온도까지 식히는데 125년 정도의 시간이 걸린다고 추정 높이 5피트의 사다리꼴 콘크리트 블록을 서로 맞물리게 쌓아 가고 콘크리트 속에 직경 1인치의 철관을 매설, 냉각수를 통과시켜 수화열을 낮추는 공법 사용 28

29 시멘트의 종류 포틀랜드 시멘트 혼합시멘트 고로슬래그 시멘트 플라이애쉬 시멘트 포졸란 시멘트 특수시멘트 알루미나 시멘트
초속경 시멘트 팽창 시멘트 백색 포틀랜드 시멘트 구 분 종 류 수경성 시멘트 - 공기중, 수중에서 경화하는 것. 수경성석회, 로만시멘트, 천연시멘트, 포틀랜드 시멘트, 초속경시멘트, 알루미나 시멘트, 포졸란시멘트, 산토린시멘트(초석회+화산재), 고로시멘트, 플라이애시시멘트, 메이슨리시멘트, 팽창시멘트 기경성 시멘트 - 수중에서는 경화하지 않는 것 소석회, 돌모마이트 플라스터, 석고플라스터(소석고), 킨즈시멘트, 마크네시아시멘트 특수 시멘트 치과용 규산시멘트, 인산아연시멘트 경화 성질에 따른 분류 29

30 포틀랜트 시멘트 보통 포틀랜드 시멘트 일반적인 시멘트로서 일반적인 성질을 구비 (시멘트 생산량의 90%이상 차지 )
토목, 건축의 각 공사에 사용하는 보편적인 시멘트 제조공정이 간단 혼합시멘트의 베이스 시멘트로 사용 중용열 포틀랜드 시멘트 보통 포틀랜드시멘트 중에서 Al2O3(산화알루미늄), CaO(산화칼슘)양을 적게 하고, SiO2(이산화규소)의 양을 많이 첨가하여 만든 시멘트 수화속도를 지연시켜 수화열과 수축률이 적고 내구성이 뛰어남. 해수저항성과 장기강도가 큼. 방사선 차단효과 재령 3개월의 강도가 보통 포틀랜드 시멘트의 4주 강도와 같음. 댐, 터널, 거대구조물의 기초공사, 매스 콘크리트, 콘크리트도로포장 등에 사용 30

31 포틀랜트 시멘트 저열 포틀랜드 시멘트 수화열이 60cal/g(7일)이하, 70 cal/g (28일)이하로 중용열시멘트 보다 10cal/g 낮아 수화열이 최저인 시멘트 LNG Tank, 댐용시멘트로서 중용열포틀랜드시멘트와 유사 조강 포틀랜드 시멘트 일반 시멘트 보다 C3S(규산제3칼슘)나 석고양을 증가시킨 분말도가 높은 시멘트 콘크리트의 수밀성이 높고 구조물의 내구성이 우수 보통시멘트 3일 강도를 1일만에, 7일 강도를 3일만에 발현 습윤보양에 주의 한중공사, 긴급공사, 콘크리트 2차 제품 초조강 포틀랜드 시멘트 조강 포틀랜드시멘트보다 C3S나 석고량이 많고, 극히 짧은 기간에 고강도를 발현 분말도가 높기 때문에 주입특성이 우수하며 각종 그라우트팅 공사에도 이용 조강시멘트의 3일 강도를 1일만에 발현 31

32 포틀랜트 시멘트 내황산염 포틀랜드시멘트 시멘트중의 C3A(알루민산제3칼슘)의 함유량을 4%이하로 낮춘 시멘트
황산염에 대해 저항성 강화 온천지대나 하수시설, 배수시설, 황산염을 많이 함유한 토양, 지하수가 닿는 곳의 콘크리트공사, 터널수로라이닝 등에 사용 백색 포틀랜드시멘트 포틀랜드시멘트에 알루민산철3석회를 극히 적게하여 백색을 띤 시멘트 미장재 및 치장재용 또는 인조석 원료 등으로 사용 32

33 혼합 시멘트 고로 시멘트 (Slag cement) 포틀랜드시멘트에 고로슬래그 분말을 혼합하여 만든 시멘트
초기강도는 작고 장기강도는 높으며, 수화열량이 적음. 온도영향 받기 쉽고 초기강도 낮아 한냉기 초기양생에 주의 해수에 대한 내식성이나 내열성 우수 매스콘크리트, 지중구조물, 해안공사, 토목용 콘크리트에 사용 플라이애시 시멘트 (Fly-ash cement) 실리카 대신 플라이애쉬를 혼화재로 사용한 시멘트 수밀성, 워커빌리티, 내구성, 화학적 저항성 증진 건조수축도가 적고, 수화열량이 적어 매스콘크리트용에 적합 ※ 혼합시멘트: 포틀랜드 시멘트의 크링카와 석고외에, 각종의 혼합재를 혼합하여 만든 시멘트. KS규격에서 정한 혼합재에는 ① 고로슬래그 ② 플라이애쉬 ③ 실리카질 혼합재의 3종류가 있으며, 이들의 혼합재의 명칭에 의해, 각각의 혼합시멘트 명칭이 붙여져 있음. ※ Fly-Ash: 화력발전소에서 미분탄을 연소할 때에 배출되는 석탄재의 일부로 콘크리트 혼화재 등에 사용. 플라이 애쉬 중에 실리카질이 시멘트의 칼슘성분과 서서히 반응하여 안정한 규산칼슘 등의 화합물을 만들어 강도, 내구성의 향상에 기여함. 33

34 혼합 시멘트 포틀랜드 포졸란 시멘트 (Pozzolan cement)
포틀랜드시멘트 + 포졸란 (천연산 및 인공의 실리카질 혼화재) 수밀성, 장기강도, 화학적 저항성, 워커빌리티 증진 블리딩 및 백화현상 감소 콘크리트 공극의 충진 효과가 크고, 투수성 작아짐 실리카 시멘트 (Silica cement) 건조수축 약간 증대, 화학저항성 및 내수 내해수성 우수 초기강도 적으나 장기강도 큼 블리딩 감소, 워커빌리티 증가 34

35 특수 시멘트 알루미나 시멘트 (Alumina cement) 알루미나(산화알루미늄) 성분 첨가로 내화성이 증진(건축토목용)
급경성 콘크리트에서는 6~12시간에 28일 강도 보이지만, 25도부터 양생온도의 부영향으로 강도저하 한랭기에는 무난하나 서열시 외부로부터 냉각, 비빔온도 낮춰야 함. 철근의 방청보호력 기대할 수 없으므로 철근콘크리트에 사용 주의 레귤레이티드 세트시멘트 (Regulated set cement) 제트 시멘트(jet cement), 초속경콘크리트라고도 함 타설후 2~3시간 내에 거푸집 제거 / 응결조절제 사용하여 임의시간 조절 2~3시기간에 100kgf/cm2이상의 압축강도, 온도안정성 슬라이딩 폼공사, 포장, 도로보수공사 35

36 특수 시멘트 팽창시멘트 경화도중에 팽창을 주어 수축 방지
거푸집 구속 증기양생 콘크리트 제품에 혼입하여 외압강도 상승이나 균열제거 바닥슬래브 등에 균열제거하기 위한 현장콘크리트 역타설 콘크리트에 혼입, 이어치기 콘크리트 개선 도로포장에 적용, 소축줄눈 소요간격 저감용 백색포트랜드시멘트 철분의 함량을 줄여서 석회석의 색깔인 희색을 띠게 만듦. 미관이 우수하므로, 미장재, 장식재로 사용 폴리머시멘트 (Polymer cement) 포리머: 합성고분자 화합물 방수성, 내약품성, 변형성능 향상 목적으로 고분자재료 혼입 폴리머 콘크리트, 폴리머침투콘크리트 36

37 콘크리트의 재료 – 골재 – 조골재 (굵은 골재 – 자갈) - 세골재 (잔골재 – 모래)

38 골재의 정의 및 요구 성능 콘크리트용 골재(KSF 2526) 콘크리트 체적의 70~80%차지
모르타르(mortar) 또는 콘크리트(concrete)를 만들기 위하여 결합재, 물 등과 함께 일체로 굳어지는 불활성(不活性)의 재료로서 모래, 자갈, 부순돌, 슬래그 기타 이와 비슷한 재료를 통틀어 말함. 콘크리트용 골재의 요구되는 성능 콘크리트강도를 확보하는 강성(세기)을 지닐 것 콘크리트의 무게를 만족하는 비중일 것 기상조건과 사용여건에 대해 내구성이 있을 것 유동성이 좋고 밀실한 콘크리트를 만들 수 있는 입형과 입도일 것 콘크리트의 성질에 나쁜 영향을 끼치는 유해물질을 포함하지 않을 것 내화성이 있을 것 염분 허용한도는 0.04% 이하일 것 38

39 골재의 종류 입자의 크기에 따른 분류 잔골재 : 체규격 5mm의 체에서 중량비로 85% 이상 통과하는 골재
용도에 의한 분류 구조용 콘크리트 골재 : 양질의 천연골재 및 인공골재 등 단열 흡음용 콘크리트 골재 : 천연 및 인공경량골재 등 치장용콘크리트 골재 : 화강암, 석회석등 39

40 골재의 품질 및 표준입도 보통골재의 품질 골재는 유해량의 먼지 흙, 유기불순물, 염화물 등을 포함하지 않고 소요의 내화성및 내구성을 가진 것으로 한다. 굵은골재의 최대치수는 공사 시방서에 따른다 공사시방서에 정한 바가 없을 때에는 부재 종류별로 아래 표의 범위내에서 철근 순간격의 4/5 이하 또는 피복두께 이하가 되도록 정한다 보통 골재의 표준입도 40

41 골재의 함수상태와 흡수율 골재의 함수상태 절건상태 : 골재를 110± 5℃의 온도로 완전 건조시킨 상태, 함수율이 0인 상태
기건상태 : 골재를 대기 중에 방치하여 건조시킨 것으로 내부에 약간 수분이 있는 상태, 공기 중의 습도와 재료의 습도가 평형이 된 상태 표건상태 : 골재내부는 포수상태이며 표면은 건조되어 있는 것 습윤상태 : 표면에 물이 붙어 있는 상태 흡수량  보통자갈, 깬자갈 - 중량의 1~2% 인공 경량 골재 - 중량의 3~10% 천연 연질 경량골재 - 중량의 30~35% 41

42 콘크리트의 재료 – 물

43 물(배합수) 배합수는 특별한 맛, 냄새, 빛깔, 탁도 등이 없는 상수도 정도의 깨끗한 물 사용 항 목 품 질 현탁물질의 양
항      목 품      질 현탁물질의 양           용해성 증발 잔류물의 양 염소 이온 시멘트의 응결시간의 차 모르타르의 압축강도 비율  2 g/ℓ이하 1 g/ℓ 이하 200ppm이하           초결 30분이내, 종결 60분이내      재령 7일 및 재령 28일에서 90%이상 43

44 콘크리트의 재료 – 혼화재료 – 혼화재 - 혼화제

45 혼화재료(Admixture) 혼화재료란 ?
콘크리트의 유동성이나 수밀성 및 내구성 등, 품질을 개선하기 위해 콘크리트에 혼합하는 재료 혼화재 (混和材) 다량(시멘트의 5% 이상)을 사용하여 콘크리트가 증량됨. 혼화제 (混和劑) 소량사용(시멘트의 1% 이하)하여 품질에 영향을 줌. 45

46 혼화재 (混和材) 포졸란 콘크리트 강도, 해수 등에 대한 화학적 저항성, 수밀성 등을 개선
시공연도 향상, 블리딩과 재료분리 감소, 건조수축 증가 플라이애쉬 미분탄 연소보일러에서 나오는 석탄재의 비분입자를 가공 수화발열속도 저감 / 장기강도 증진(조기강도는 불리) / 수밀성 향상 고로슬래그미분말 용광로의 선철과 생성되는 융용슬래그를 이용 해수/광천수 등 지하수에 대한 저항이 우수 46

47 혼화재 (混和材) 실리카 흄 실리콘, 페로실리콘, 실리콘합금 등을 제조할 때에 발생되는 폐가스 중에 포함되어 있는 SiO2를 집진기로 모아서 얻어지는 초미립자의 산업부산물 초고강도 / 수밀성 팽창재 시멘트 수화반응 과정에 관여 콘크리트의 경화 및 건조시에 수축을 방지하고 균열발생을 억제 착색재 47

48 혼화제(混和劑) 작업성능이나 동결융해 저항성능의 향상 : AE, AE감수제
강력한 감수효과와 강도의 대폭적인 증가 : 고성능 감수제 강력한 감수효과를 이용한 유동성의 대폭적인 개선 : 유동화제 응결, 경화시간의 조절 : 촉진제, 지연제, 초기지연제, 급결제 염화물에 의한 강재의 부실을 억제 : 방청제 기포를 발생시켜 충전성, 경량화 등에 이용 : 기포제, 발포제 점성, 응집작용 등을 향상시켜 재료분리를 억제 : 증점제, 수중콘크리트용 혼화제 기타 : 방수제, 소포제, 방동제, 수축저감제, 보수제, 수화열 억제제 등 48

49 혼화제(混和劑) AE제 (Air Entraining Agent)
계면활성제의 일종으로 ‘공기연행제’라고도 하며, 콘크리트 속에 독립된 기포를 연행시키고 시공성과 동결융해 저항성을 향상 특성 단위용 수량  동해  워커빌리티  (쇄석골재, 경량골재 사용시에도 시공) 수밀성  빈배합 콘크리트에서는 AE제를 쓴 것이 압축강도  철재의 부착력이 약간 감소 공기량 증가로 강도 저하 감수제 (Water Reducing Agent) / AE 감수제 시멘트입자의 습윤, 분산작용으로 시공성 높이고 단위수량(水量) 및 단위시멘트량을 줄여줌 AE제의 성능을 겸비한 것을 AE 감수제라 함. ※ 빈배합: 콘크리트에 시멘트 단위량이 적은 배합 (콘크리트 1m3에 대하여 시멘트 240kg 이하 ※ 부배합: 콘크리트에 시멘트 단위량이 큰 배합 (콘크리트 1m3에 대하여 시멘트 300kg 이상 49

50 혼화제(混和劑) 고성능 감수제 (High Range Water Reducing Agent) : 일반 감수제에 비교하여 분산성능이 현저하게 높아서 다량으로 사용해도 응결의 지연이나 과도한 공기연행작용, 강도저하 등이 없고, 단위수량을 대폭적으로 감소시킬 수 있는 혼화제 유동화재 (Superplasticizer) : 혼합된 콘크리트에 첨가하여 유동성을 증대시키는 것을 주목적으로 하는 혼화제 경화조정제 촉진제 : 주로 한중콘크리트의 조기강도 발현에 유효 지연제 : 서중콘크리트의 발열억제나 콜드조인트의 방지 등에 유효 기포제 (발포제) : 콘크리트의 단위용적중량의 경감 혹은 단열성의 부여를 목적으로 안정된 기포를 물리적인 수법으로 도입시키는 혼화제 기타 혼화제 : 급결제, 방수제, 방청제 50

51 콘크리트 배합설계

52 콘크리트 배합설계의 개요 배합의 정의 요구되는 소요강도, 워커빌리티, 균일성, 수밀성 및 내구성이 얻어질 수 있도록 시멘트, 골재, 물 및 혼화재료의 혼합비율을 결정하는 것. 재료와 시공이 좋지 않은 경우에도 배합 결정조건에 의하여 어느 정도까지는 보완할 수 있지만, 반대로 재료나 시공방법이 아무리 좋아도 배합이 적당하지 않으면 원하는 콘크리트의 품질을 얻을 수 없음. 배합의 선정 방침 타설이 가능한 범위 내에서 최소 단위수량의 콘크리트일 것. 설계 및 시공상 허용되는 범위에서 가능한 최대치수 굵은 골재를 쓸 것. 기상작용, 화학적 작용 등에 저항하도록 적당한 내구성을 가질 것. 소요의 강도를 충분히 가질 것. 52

53 배합의 종류 시방배합과 현장배합 용적배합 각 재료의 용적을 기준으로 배합하는 방법 (주로 절대용적 배합을 칭함) 절대용적배합
1m3의 콘크리트 제조에 소요되는 각 재료량을 그 재료가 공극이 전혀 없는 상태로 계산한 절대용적(ℓ)으로 표시한 배합 콘크리트 배합의 기본으로 중시됨. 표준계량 용적배합 시멘트 1,500kg을 1m3 로 계산하며, 거의 사용하지 않음. 현장계량 용적배합방법 중량배합 1 m3 의 콘크리트를 제조하는데 소요되는 각 재료량을 중량으로 표시한 배합으로, 가장 정확한 방법 정밀한 배합을 하기에 편리한 방법으로 실험실 배합 및 레미콘 생산배합에 사용 53

54 배합설계 절차 54

55 배합설계 절차 55

56 콘크리트의 성질 굳지 않은 콘크리트의 성질 경화된 콘크리트의 성질

57 콘크리트의 성질 굳지 않은 콘크리트의 성질 경화된 콘크리트의 성질

58 굳지 않은 콘크리트의 성질 시공연도(Workability) 반죽질기(Consistency) Workability /
운반에서 타설까지 작업성 및 재료분리없이 시공가능한 연도를 갖는 것 반죽질기(Consistency) 일반적으로 단위수량의 다소에 의해 콘크리트의 연도를 표시한 것 Workability / Consistency 재료분리에 대한 저항성 충진성 성형성(Plasticity) 거푸집에 쉽게 다져 넣을 수 있고 거푸집을 제거해도 재료가 허물어지거나 분리되지 않는 성질 마감성(Finishability) 마무리 하기 쉬운 정도 균등질 Plasticity Finishability 유동성 마감작업량이 적을 것 58

59 슬럼프 시험 (slump test) 부위별 Slump 값 장소 진동다짐이 아닐 때 진동다짐일 때 기초, 바닥판, 보
15 ~ 18 5 ~ 10 기둥, 벽 18 ~ 21 10 ~ 15 59

60 슬럼프 테스트 결과의 정성적 분석 비록 동일한 슬럼프값을 가진다 하더라도 워커빌리티의 좋고 나쁨은 달라질 수 있음. 60

61 워커빌러티에 영향을 주는 요소 단위수량 : 단위수량이 많을수록 콘크리트의 콘시스텐시는 크게 된다. 그러나 단위수량을 증가시키면 재료분리가 생기기 쉽기 때문에, 워커빌리티가 좋아진다고 말할 수 없다. 단위시멘트량 : 단위시멘트량이 많아질수록 Plasticity증가, 일반적으로 부배합의 경우 빈배합의 경우보다 워커빌리티가 좋다. 시멘트의 성질 : 시멘트의 종류, 분말도, 풍화의 정도 등이 영향을 줌. 분말도가 높은 시멘트는 콘시스텐시가 적음. 분말도가 낮은 것은 콘시스텐시는 크게 되나 재료분리가 쉽게 되기 때문에 워커빌리티가 나빠짐. ※ 분말도 : 1g 중에 포함된 시멘트 전체 입자 표면적의 합 61

62 워커빌러티에 영향을 주는 요소 골재의 입도 및 입형 : 둥근강자갈의 경우 워커빌리티가 가장 좋고, 편평하고, 세장한 입형의 골재는 분리되기 쉬우며, 모진 것이나 굴곡이 큰 골재는 유동성이 나빠져 워커빌리티가 불량하게 됨. 공기량 : 공기량 1%의 증가에 슬럼프가 2cm정도 증가.  단위수량을 약 3% 저감가능 혼화재료 : AE제나 감수제는 워커빌리티의 개선을 목적으로 함. 비빔시간 : 비빔이 불충분하고 불균질한 상태의 콘크리트는 워커빌리티가 나빠짐. 온도 : 콘크리트의 온도가 높을수록 콘스텐시가 저하됨. 62

63 브리딩과 레이턴스 Bleeding 콘크리트 타설 후 시멘트, 골재가 침하하면서 물이 분리되어 표면으로 떠오르는 일종의 재료분리
상부의 콘크리트를 다공질로 만들며, 내부의 수로를 형성하여 내구성, 수밀성을 저하시킴. 철근에 의한 콘크리트 침하(settlement)가 발생하며, 철근 배근을 따라 직상부에 격자형 균열 발생 Laitance 수분과 함께 상승 후 수분이 증발한 후에 생기는 이물질 압축공기나 압축수로 레이턴스를 반드시 제거 63

64 재료분리 정의 : 균질하게 비벼진 콘크리트는 어느 부분의 콘크리트를 채취해도 그 구성요인인 시멘트, 물, 잔·굵은 골재의 구성비율은 동일해야 하나, 실제로는 이 균질성이 소실되며 이러한 현상을 재료분리라고 함. 문제점 시공상의 작업효율 저하 경화한 콘크리트의 강도, 구조물의 미관, 내구성 저하 타설불량으로 일한 곰보(honey comb) 등 시공결함 발생 블리딩에 의한 수밀성 저하와 수평철근과 콘크리트 사이의 부착강도 저하 64

65 재료분리의 원인 굵은 골재의 분리 단위수량 및 w/c비가 크면 재료분리가 현저하게 증가
단위수량이 과도하게 적은 된비빔 콘크리트도 점착성이 부족하여 분리 경향이 커짐. 골재의 비중차(중량골재, 경량골재) 골재의 형상은 둥근 것이 좋고 세장한 골재가 분리하기 쉬움. 시공불량 : 타설 높이가 부적절하거나 진동다짐이 과한 경우 등 시멘트 페이스트 및 물의 분리 거푸집의 이음매, 틈새, 구멍 블리딩(bleeding)과 레이턴스(laitance) 65

66 초기균열 침하 수축균열 블리딩 현상으로 인하여 콘크리트가 침하할 때 철근이 배근된 부분은 철근에 의해 침하가 방해되면서 철근 배근을 따라 격자로 발생 타설 후 1~3시간에 발생 단위수량을 적게 하고, 슬럼프가 작은 콘크리트로 잘 다지거나 타설 속도를 늦추어 균열을 줄임. 건조균열 (플라스틱 수축균열) 콘크리트 표면에서 물의 증발속도가 블리딩 속도보다 빠른 경우와 같이 급속한 수분증발이 일어나는 경우 표면에 발생하는 가늘고 얇은 균열 타설 부위의 과도한 수분증발을 방지 거푸집 변형균열 및 진동/재하 균열 66

67 경화된 콘크리트의 성질 콘크리드 강도 수밀성 내화/내구성 기타 콘크리트의 압축강도 시험 67

68 콘크리트의 강도 압축강도 : 설계기준강도 Fc(kgf/cm2) = 150, 180, 210, 240, 270, 300 ….
보통 콘크리트 : 150 – 300 (일반적으로 350) 경량 콘크리트 : 120 이상 고강도 콘크리트 : 400 이상 (일반적으로 600~800/초고강도 800~1000) 인장강도 : 압축강도의 1/10 ~ 1/13정도 인장강도가 크면 건조수축 및 온도변화에 의한 균열발생이 적음. 휨강도 : 압축강도의 1/5 ~ 1/7 정도. 전단강도 : 압축강도의 1/4 ~ 1/6 정도 부착강도 : 압축강도의 약 1/10 정도 압축강도가 350kgf/cm2 이상에서는 증가하지 않음. 15cm 30cm 콘크리트의 압축강도 시험 68

69 수밀성 수밀성과 시공 콘크리트의 투수원인은 대부분이 시공불량에 의한 것이므로, 수밀성을 확보하기 위해서는 적절한 배합의 콘크리트로 양질의 시공을 해야 함. 수밀성 영향 요인 물시멘트비가 작을수록  굵은 골재를 사용할수록  콘크리트치기 이후 습윤양생 부족할 경우  다짐 불충분  양질의 혼화재료(혼화제나 혼화재)를 사용  69

70 내화성 / 내구성 내화성 불에 견딜 수 있는 성질 일정 이상의 고온을 받으면 강도 및 탄성계수, 철근과의 부착력이 저하됨.
※ 중성화 : 콘크리트 중의 수산화 칼슘이 공기중의 탄산가스의 작용을 받아 탄산칼슘으로 되고 알칼리성을 상실하는 것 - Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O - 중성화된 부분으로 물과 공기가 침투하면 철근부식의 원인이 됨. 내화성 불에 견딜 수 있는 성질 일정 이상의 고온을 받으면 강도 및 탄성계수, 철근과의 부착력이 저하됨. 고온(260Co)을 받을 경우 콘크리트는 다공질로 변하고, 균열이 발생하며, 흡수성이 증대되어 중성화 속도가 빨라져 내구성이 저하됨. 내구성 장기간의 세월에 걸쳐 사용에 견딜 수 있는 성질 내구성 영향요인 기상작용 동결융해, 한서, 건조습윤 등의 반복 작용 화학물질에 의한 침식작용 황산염, 산류 등 중성화와 철근의 부식 반응성 골재의 영향 70

71 기타 경화된 콘크리트의 성질 동결융해 : 콘크리트에 포함된 수분의 동결팽창(9%)에 의한 수압이 콘크리트를 파괴하는 현상
해수 등에 의한 염해 : 콘크리트 중에 염화물이 존재하여 강재가 부식함으로써 콘크리트 구조물에 손상을 끼치는 현상 화학적 부식 외부에서 화학적 작용을 받아 수화생성물이 변질 또는 분해되어서 결합능력을 잃어버리는 열화현상으로 침식부위는 중성화되고 피복콘크리트의 박락과 철근의 부식 유발 산류, 알칼리류, 염류, 유류, 부식성 가스 등 산성하천유역의 구조물, 하수도 관련 시설물, 화학공장 및 식품공장의 특수환경 알칼리 골재 반응 반응 생성물의 생성과 흡수에 동반하는 팽창에 의하여 콘크리트에 균열이 발생하는 현상 알칼리 실리카반응(통상적인 알칼리 골재반응)/알칼리 탄산염반응/알칼리 실리케이트반응 등 콘크리트 구조물의 균열 : 무근콘크리트 거북등 균열 / 철근콘크리트는 주근 방향으로 균열 71

72 특수 콘크리트 유동화 콘크리트 한중 콘크리트 서중 콘크리트 수밀 콘크리트 프리팩트 콘크리트 해양 콘크리트 매스 콘크리트
고강도 콘크리트

73 특수 콘크리트 유동화 콘크리트 미리 비벼낸 콘크리트에 유동화제(고성능 감수제)를 첨가하여 유동성을 증대시킨 콘크리트
※ 온도가 낮으면 수화반응이 지연되어 콘크리트의 응결경화가 늦어지며, 초기동해를 받으면, 강도저하, 균열, 내구성의 저하 등 품질이 현저히 저하됨. ※ 온도가 높으면 단위수량의 증가, 슬럼프의 저하, 응결촉진, 급격한 수분증발 등에 의해 콜드조인트 및 균열이 발생하고 장기강도가 저하됨. 유동화 콘크리트 미리 비벼낸 콘크리트에 유동화제(고성능 감수제)를 첨가하여 유동성을 증대시킨 콘크리트 감수율 20~30%, 시공성은 종래의 콘크리트와 동일하게 하고, 단위수량 및 시멘트량을 저감시킴으로써 건조수축 및 블리딩의 감소, 수밀성 및 내구성의 향상, 수화열에 의한 균열의 감소를 도모 한중콘크리트 콘크리트를 부어넣기 후 동결할 위험이 있는 경우에 시공하는 콘크리트(일평균 기온 4℃ 이하) 감수제 사용하고 재료의 가열, 보온 양생 등 필요 서중콘크리트 일평균기온이 25℃를 넘는 시기에 시공되는 콘크리트 지연형 감수제를 사용하고 재료온도를 낮추며, 운반을 짧게 하고 습윤양생 73

74 특수 콘크리트 수밀콘크리트 수밀성이 크거나 투수성이 작은 콘크리트
수밀을 요하는 콘크리트 구조물은 투수, 투습에 의해 안정성, 내구성, 유지관리, 외관 등에 영향을 받는 구조물로 각종 저장시설, 지하구조물, 수리구조물, 저수조, 수영장, 상하수도 시설, 터널 등에 사용 AE제, 감수제 등을 사용해 물시멘트비와 내부공극을 감소시키기거나 미분말 혼화재료, 팽창재 등을 사용 프리팩트콘크리트 특정한 입도를 가진 굵은 골재를 거푸집에 채워놓고 그 공극 속에 유동성이 크고 재료의 분리가 적은 콘크리트를 주입해 만든 콘크리트 수중이나 공기 중에서 시공하고 플라이애쉬 또는 고로 슬래그 미분말을 사용 74

75 특수 콘크리트 해양콘크리트 해면 아래 있는 구조물 또는 파랑이나 해수, 물보라, 조풍 등에 영향을 받는 육상 구조물에 사용되는 콘크리트로 수중콘크리트 또는 프리팩트 콘크리트로 시공 해수작용에 내구적인 플라이애쉬 시멘트, 고로슬래그 시멘트 등을 사용 매스콘크리트 부재 또는 구조물의 치수가 커서 시멘트의 수화열로 인한 온도의 상승과 하강에 따른 콘크리트의 과도한 팽창과 수축을 고려하여 시공해야 하는 콘크리트 대체적으로 넓은 슬래브나 기둥형상의 부재에서는 두께 80cm 이상, 하단이 구속된 벽체 형식의 구조물에서는 두께 50cm 이상 온도균열 제어 대책으로는 적절한 콘크리트 품질 및 시공방법의 선정, 균열 제어 철근 사용, 콘크리트 Pre-cooling, Pipe-cooling 등 적용 고강도콘크리트 650kgf/cm2 이상의 콘크리트 낮은 물시멘트비(50% 이하)에 고성능 감수제를 사용하여 소정의 워커빌리티를 확보하며, 시멘트 대신 플라이애쉬, 고로 슬래그 분말, 실리카 흄 등을 사용 75