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콘크리트는 현대 건축에서 핵심적인 재료로, 그 특성과 성능에 따라 다양한 용도로 활용됩니다. 아래에서는 콘크리트의 장단점, 성능 특성, 혼화 재료, 그리고 다양한 종류의 콘크리트에 대해 자세히 설명하겠습니다.
1. 콘크리트의 장단점
장점
압축강도가 크다: 콘크리트는 높은 압축강도를 가지며, 이는 건축물의 구조적 안정성을 확보하는 데 중요합니다.
내화, 내구, 내수적이다: 콘크리트는 화재에 강하고, 시간이 지나도 내구성이 뛰어나며, 물에 대한 저항력이 뛰어납니다.
강재와의 접착이 우수하다: 강철과 잘 결합하여 방청 효과가 있으며, 이는 구조물의 내구성을 더욱 향상합니다.
단점
무게가 무겁다: 철근콘크리트는 약 2.4t/㎥로 상당히 무겁습니다. 이에 따라 구조물의 하중이 증가할 수 있습니다.
인장강도가 작다: 인장강도는 압축강도의 1/10~1/13 수준으로 상대적으로 낮습니다.
경화 시 수축에 의한 균열 발생: 콘크리트는 경화 과정에서 수축하여 균열이 발생할 수 있습니다.
2. 콘크리트의 압축강도와 각종 강도의 비교
콘크리트의 강도는 4주간(28일) 양생한 시험체의 압축강도를 기준으로 합니다. 콘크리트의 주요 강도 비교는 다음과 같습니다:
인장강도 / 압축강도: 1/10~1/13
휨강도 / 압축강도: 1/5~1/7
전단강도 / 압축강도: 1/4~1/7
3. 콘크리트 강도에게 영향을 주는 요소
콘크리트의 강도에 영향을 미치는 주요 요소는 다음과 같습니다:
물, 시멘트비: 물과 시멘트의 비율이 강도에 가장 큰 영향을 미칩니다.
골재 혼합비: 골재의 비율도 강도에 영향을 미칩니다.
골재의 성질과 입도: 골재의 특성 및 크기 분포가 콘크리트의 성능에 영향을 줍니다.
시험체의 형상과 크기: 시험체의 형상과 크기에 따라 강도가 달라질 수 있습니다.
양생 방법과 재령: 양생 방법과 콘크리트의 경과 시간도 강도에 영향을 미칩니다.
시험 방법: 강도 측정 방법도 결과에 영향을 미칠 수 있습니다.
4. 콘크리트 종류별 물, 시멘트비
콘크리트의 종류에 따라 물과 시멘트의 비율이 달라집니다:
밀봉, 고강도, 제치자, 해수, 동결융해 콘크리트: 물, 시멘트비 55% 이하
경량, 한중, 차폐, 고성능 콘크리트: 물, 시멘트비 60% 이하
보통, 유동화 콘크리트: 물, 시멘트비 65% 이하
보통 콘크리트: 물, 시멘트비 50~70%
5. 혼화 재료
혼화 재료는 콘크리트의 성질을 개선하기 위해 사용하는 재료입니다. 혼화 재료는 다음과 같이 구분됩니다:
혼화제: 포졸란, 플라이 애시, 고로 슬래그 분말, 실리카 흄
혼화제: AE제, 감수제, AE감수제, 응결/경화 촉진제, 발포제, 방수제, 방동제, 유동화제, 착색제
6. 감수제와 AE감수제
감수제: 시멘트 입자에 대한 분산 작용을 통해 콘크리트의 단위 수량을 감소시키고, 작업성과 내구성을 개선합니다.
AE감수제: 콘크리트의 작업성을 향상하며, 블리딩을 줄이고 내구성 및 수밀성을 증가시킵니다.
7. 콘크리트의 건조 수축
콘크리트가 건조하면서 수축하는 현상입니다. 주요 요인은 다음과 같습니다:
단위 시멘트량 및 단위 수량: 시멘트량과 수량이 많을수록 수축이 커집니다.
골재의 점도: 점도 분이 많을수록 수축이 커집니다.
공기량: 공기량이 많으면 공극이 많아져 수축이 증가합니다.
골재의 경질성과 탄성계수: 경질 골재일수록 수축이 적습니다.
충분한 습윤 양생: 양생이 충분할수록 수축이 줄어듭니다.
8. 콘크리트의 크리프
하중이 지속해서 자해될 경우, 시간에 따라 변형이 증가하는 현상입니다. 주요 요인은 다음과 같습니다:
단위 수량: 단위 수량이 많을수록 크리프가 커집니다.
온도: 온도가 높을수록 크리프가 증가합니다.
시멘트 페이스트의 양: 시멘트 페이스트가 많을수록 크리프가 커집니다.
물시멘트비: 물시멘트비가 클수록 크리프가 증가합니다.
작용 능력: 작용 능력이 클수록 크리프가 커집니다.
재한 재령: 재한 재령이 빠를수록 크리프가 커집니다.
부재 단면 크기: 부재의 단면이 작을수록 크리프가 커집니다.
외부 습도: 외부 습도가 낮을수록 크리프가 증가합니다.
9. 콘크리트의 중성화
경화된 콘크리트는 알칼리성을 가지며, 시간이 지남에 따라 CO₂와 반응하여 중성화가 발생합니다. 중성화는 다음과 같은 영향을 미칩니다:
철근의 녹 발생: 철근이 부식하여 부피가 팽창하고, 콘크리트에 균열이 발생합니다.
균열을 통한 물과 공기 유입: 균열 부위로 물과 공기가 유입되어 철근 부식이 가속화됩니다.
철근 및 콘크리트 강도 약화: 구조물의 내구성이 저하되고, 강도가 감소합니다.
수밀성 저하: 균열로 인해 수밀성이 떨어져 누수가 발생할 수 있습니다.
실내 환경의 변화: 누수로 인해 실내 습기가 증가하고 곰팡이가 발생할 수 있습니다.
10. AE 콘크리트
AE 콘크리트는 콘크리트 표면활성제(AE제)를 사용하여 미세한 기포를 생성하는 콘크리트입니다. 이에 따라 다음과 같은 장점이 있습니다:
시공 연도 향상: 작업성이 개선됩니다.
단위 수량 감소: 물과 시멘트의 비율이 줄어듭니다.
동결융해 저항성 증가: 동결융해에 대한 저항력이 높아집니다.
수화열 감소: 수화열이 줄어들어 균열이 감소하고, 철근 부식이 방지됩니다.
내구성, 수밀성 향상: 내구성과 수밀성이 증가합니다.
재료 분리 및 블리딩 감소: 블리딩 현상이 줄어듭니다.
11. 한중 콘크리트
한중 콘크리트는 저온 환경에서 콘크리트 작업을 위한 특별한 콘크리트입니다. 다음과 같은 조건을 만족해야 합니다:
W/C 비: 60% 이하
재료 가열 온도: 60℃ 이하, 시멘트는 가열하지 않음
믹서 내 온도: 40℃ 이하, 시멘트는 마지막에 투입
AE제 사용: AE제, AE감수제 또는 고성능 AE감수제를 사용
초기 동해 피해를 방지하기 위해 5MPa 이상의 강도를 가지도록 하고, 5℃ 이상의 온도를 유지하여 양생합니다.
12. 수밀 콘크리트
수밀 콘크리트는 물의 침투를 방지하기 위해 사용됩니다. 주요 특성은 다음과 같습니다:
물결합재비: 50% 이하
혼합과 진동 다짐: 혼합은 3분 이상 충분히 하고, slump 값은 18cm 이하로 유지합니다.
AE제 사용: 수밀성을 개선하기 위해 AE제를 사용합니다.
13. 경량 콘크리트
경량 콘크리트는 경량 골재를 사용하여 구조물의 무게를 줄이기 위해 사용됩니다. 주요 특성은 다음과 같습니다:
설계기준강도: 24 MPa 이하
기건비중: 2.0 이하
단위용적중량: 1.4~2.0t/㎥
장점:
건물의 무게 경감
내화성, 방음성, 단열성 우수
단점:
강도가 상대적으로 낮음
건조 수축이 크며, 동결융해 저항성이 떨어짐
14. 쇄석 콘크리트
쇄석 콘크리트는 인공적으로 부순 돌을 사용하는 콘크리트로, 보통 강자갈 대신 사용됩니다. 주요 특성은 다음과 같습니다:
강도: 보통 콘크리트보다 10~20% 증가
시공 연도: AE제를 사용하여 개선합니다.
배합설계: 시멘트량은 보정하지 않으며, 모래량을 증가시키고, 자갈량을 감소시킵니다.
15. 매스 콘크리트
매스 콘크리트는 단면이 큰 구조물에서 수화열로 인한 온도 균열을 제어하기 위해 사용됩니다. 주요 사항은 다음과 같습니다:
재료 온도: 적정 온도 이하로 유지
수화열: 중용 열 포틀랜드 시멘트 사용
혼화제: 플라이 애시, 고로슬래그, 실리카 흄 등을 사용하여 수화열을 줄입니다.
16. ALC
ALC(Autoclave Lightweight Concrete)는 고온 고압 증기로 양생한 경량 기포 콘크리트입니다. 주요 원료는 생석회, 규사, 규석, 시멘트, 플라이 애시, 알루미늄 분말입니다.
장점:
경량성: 기건비중이 보통 콘크리트의 1/4 정도
단열성: 열전도율이 보통 콘크리트의 약 1/10 정도
불연성: 내화성 뛰어남
흡음성: 흡음률이 10~20% 정도
시공성: 가공이 용이하고 인력에 의해 취급 가능
균열 발생이 적음: 건조 수축률이 매우 낮음
단점:
강도가 비교적 낮음
흡수성이 크고, 동해에 대한 방수, 방습 처리가 필요함