건설안전기사 필기 - 건설재료학(시멘트 및 콘크리트)

시멘트의 성분 및 주요 구성 화합물, 제조법

□ 시멘트의 성분

- 주성분 : 석회 60~66%, 실리카 20~25%(흙성분), 알루미나 4~9%

- 기타성분 : 산화철 2~4%, 산화마그네슘 1~3.5%, 무수황산 1~3%

□ 시멘트 주요 구성 화합물

- 주요 구성 화합물
규산삼석회, 규산이석회, 알루민산삼석회, 알루민산철사석회

- 시멘트 구성 화합물의 특성

규산삼석회 : 시멘트의 초기강도 조기강도 좌우

규산이석회 : 장기강도에 영향

알루민산삼석회 : 수화작용이 빠르고 발열량이 많음

알루민산철사석회 : 수화작용, 수화열, 조기강도가 낮으며 시멘트 중 함유율 35~37%

□ 시멘트의 제조 및 제조방식

- 시멘트의 제조

시멘트의 주원료 : 석회석 + 점토

응결시간조절제 : 3%이하의 석고를 사용

제조법 : 석회석과 점토의 비율 4 : 1, 클링커에 석고를 가하고 분해

- 제조방식 : 건식법, 반습식법, 습식법

 

시멘트의 성질 및 저장

□ 시멘트의 비중

- 보통 포틀랜드 시멘트의 비중 : 3.10~3.15

- 시멘트 비중의 감소원인

소성이 불충분 / 소성온도가 높을경우 / 불순물 혼입 / 성분중 실리카, 산화철이 부족 / 대기중 수분이, 탄산가스 흡수 / 저장기간 길경우 / 바람먹은 풍화될 경우(강도가 현저히 떨어짐)

□ 분말도(미세한정도)

- 분말도 시험 : 수화작용과 강도를 예측하기 위함

- 표시 : 비표면적 또는 표준체 44의 잔분

- 분말도 = 체에남은시멘트중량 / 실전체중량 x 100(%) : 참고할것

- 분말도가 높은 경우 일어나는 현상

수화작요이 촉진, 응결이 빠르고, 초기강도가 높아짐, 블리딩이 적어짐

워커빌리티(시공연도), 공기량, 수밀성, 내구성 등에 영향

수축균열이 생기기 쉬우며, 내구성이 나빠짐(단점) / 풍화되기 쉽다(단점)

□ 시멘트의 응결 및 경화

- 응결시작과 응결의 종결은 각각 1시간(시작) 이후 10시간(종결) 이내 규정

- 첨가된 석고량이 많거나 물 시멘트가 높을수록 지연 / 분말도가 높고 알칼리가 많을수록 빨라짐

- 온도와 습도가 높으면 응결 시간이 짧아짐 / 경화가 촉진, 풍화된 시멘트는 응결이 늦어짐

- 위응결(이중응결) : 발열치않고 10분~20분만에 굳어졌다가 다시 풀리면서 응결하는 현상

□ 시멘트 강도에 영향을 주는 요인

- 시멘트 성분 : 규산삼석회가 많을수록 조기강도가 높아지고, 규산이석회가 많을 수록 장기강도가 높아짐

- 분말도 : 분말도가 클수록 조기 강도가 증가

- 풍화 : 강렬감량이 많아져서 조기강도 저하

- 양생조건 : 30도까지는 온도가 높을수록 강도가 증가하며 재령이 커짐에 따라 강도가 증가

- 풍화된 시멘트의 특징

초기강도가 작다 / 압축강도가 작다 / 비중이 작다 / 비표면적이 작다 / 응결시간이 늦다

□ 시멘트의 저장시 유의사항

- 방습적인 구조 / 기밀한 구조 / 13포대 이하 / 30cm이상 되는 마루위 / 입하된 순서대로 / 덩어리가 생겼을 경우 사용하지 않음

 

시멘트의 종류별 특성

□ 보통 포틀랜드시멘트 : 중용열과 조강의 중간

□ 중용열 포틀랜드시멘트 : 3Ca 양을 적게, C2S의 양을 많게, 바사능 차폐용, 매시브한 구조물에 사용

- 장기강도크다 / 화학저항성 / 내구성이 큼 / 건조수축이 적음

□ 조강 포틀랜드시멘트 : CaO를 2.2 ~ 2.7배 만큼 증가 조기가도가 큼

- 수화열이 많고 동절기 수중공사 적합 / 수화열을 크게하기 위해 알루민산삼석회 많이 사용 / 건조수축 균열생기기 쉬움 / 재령 7일로 보통 시멘트 28일 강도

□ 백색 포틀랜드시멘트 : 산화철 성분이 적음, 백색 점토와 석회석사용

- 도자용 / 장식용 / 채광용 등에 사용

□ 혼합시멘트

- 고로 시멘트(용광로에 나오는회분) / 실리카 시멘트 / 포졸란 시멘트 / 플라이애시(연탄보일러 회분)

- 조기강도가 작은대신 장기 강도가 크며, 내구성이 크다

- 워커빌리티가 크고 / 블리딩이 작고 / 화학저항성이 크다

□ 특수시멘트

- 알루미나 시멘트 : 보크사이트와 석회석을 혼합 / 조기강도가 크다(1데이 시멘트) / 발열량이 큼(영하 10도 한중공사 이용) / 산에 약하나 알칼리에 강함

- 초속경 시멘트 : 재령 1일 조강시멘트 3일강도 / 단시간에 강도를 나타내는 1 hour 시멘트

□ 팽창 시멘트 : 팽창을 유발시켜 수축으로 인한 결점을 개선

 

 

 

콘크리트 개요

□ 콘크리트 재료의 구성 비율

- 몰탈 = 시멘트풀 + 잔골재 + 공기

- 콘크리트 = 시멘트 10% + 골재 70% + 물 15% + 공기5%

□ 콘크리트의 장점

- 압축강도가 매우 큼

- 내화성, 내수성, 내구성, 내진성, 차음성이 좋음

- 강알칼리성 철강재의 방청상 유리

- 경제적

□ 콘크리트의 단점

- 중량이 크다

- 압축강도에 비해 인장강도와 휨강도가 작다

- 경화시 수축에 의한 균열이 발생하기 쉽다

 

골재

□ 골재의 종류

- 보통골재 : 2.5~2.7

- 경량골재 : 2.0 이하

- 중량골재 : 2.8 이상

□ 골재의 품질

- 견강하고 내화성, 내구성

- 청정

- 표면이 거칠고 구형이나 입방체가 좋음

- 골재는 잔 것과 굵은것이 적당히 혼합

- 골재는 경화한 시멘트 풀 강도 이상

□ 골재의 염화물 함유량

- 해사가 콘크리트에 미치는 영향 : 철근체적이 2.5배 정도 팽창, 큰크리트의 균열을 발생

- 염화물 규정 : 잔골재의 염화물이온량 - 골재 절건중량의 0.02%, 염분으로 환산하면 0.04%

- 콘크리트 염화물이온량 : 50.3kg/m^3 이하

□ 골재의 성질

- 비중이 클수록 치밀하며 흡수량이 낮고 내구성이 크다

- bulking : 건조 상태의 잔골재가 물을 함유함에 따라 부풀어 오르는현상

- inundate : 최대로 부푼 것에 물을 더 가하면 이번에는 용적이 감소되고 포화상태일 경우에는 마른 모래와 거의 같은 용적이 됨

- 실적률 : 비중에 따른 용적중량

- 공극률 : 단위 용적중의 공극의 비율

□ 골재의 함수상태의 및 함수량

함수량 = 흡수량 + 표면수량

흡수량 = 기건함수량 + 유효함수량

 

굳지 않는 콘크리트의 성질

□ 콘크리트 성질을 나타내는 용어의 정의

- 워커빌리티(시공연도) :  재료분리에 저항하는 정도, 작업의 난이도정도

- 콘시스텐시(반죽질기) : 유동성의 정도

- 플라스티시티(성형성) : 거푸집에 순응하여 채우기 쉽고 분리가 일어나지 않음

- 피니셔빌리티(마무리성) : 골재의 입도, 표면의 마무리 정도

- 블리딩 : 콘크리트 표면에 물이 떠오르는 현상

- 레이턴스 : 블리딩에 의해 떠오른 미립물이 콘크리트 표면에 엷은 막으로 침적되는 현상

□ 워커빌리티에 영향을 주는 요인

- 시멘트의 양 : 적을수록 분리 현상이 일어남

- 시멘트의 품질 : 혼합시멘트가 좋음

- 단위수량 : 단위수량이 증가하면 워커빌리티가 나빠짐

- 골재의 입도와 형상: 연속입도가 중간에서 끊어진 불연속입도보다 좋으며, 입형이 둥긍 둥글한 자연모래가 좋음

- 기타, 배합 및 비빔 혼화재료

□ 워커빌리티의  측정법

- 슬럼프 시험 : 물이 많을수록 시간이 빠르고, 많이 퍼짐

- 다짐계수시험 : 진동 다짐해야 하는 된비빔

- 기타, 비비시험, 흐름시험, 구관입시험, 리몰딩 시험

□ 콘시스텐시에 영향을 미치는 요인 : 슬럼프값으로 표시

- 단위수량이 많을수록 반죽이 커지고, 작업성은 용이해지나 재료 분리를 일으키기가 쉽다

- 잔골재율을 증가시키면 슬럼프값은 작아짐

- 콘크리트의 온도가 높을수록 반죽질기는 작아짐

- 공기량에 비례하여 슬럼프 값이 커짐

□ 재료 분리 현상

- 재료 분리를 일으키면 콘크리트는 분균질하게 되어 강도, 내구성, 수밀성등이 저하

- 재료 분리 현상을 일으키는 원인

굵은골재의 치수가 너무큰경우 / 거친입자와 잔골재를 사용하는 경우 / 단위 골재량이 너무 많은 경우 / 단위수량이 너무 많은 경우 / 배합이 적당하지 않는경우

- 재료분리 현상을 줄이기 위한 유의사항

잔골재율(모래)을 크게하고, 잔골재중 0.15~0.3mm정도의 세입분을 많게한다 / 물을 적게쓴다 / 플라스티시티를 증가시킨다 / AE제(공기연행제), 플라이애시 등을 사용

□ 블리딩 현상

- 재료분리현상으로 품질 및 수밀성, 내구성을 저하

- 단위수량을 적게 / 골재입도가 적당해야 함 / 적당한 혼화재를 사용

 

경화된 콘크리트의 성질

□ 압축강도

- 재령 28일의 압축강도를 콘크리트 강도라한다

- 강도에 영향을 주는 요인

사용재료의 품질 / 물, 시멘트 비 / 공기량 1% 증가 강도 4~6% 감소 / 기계비빔이 강도 10~20%증대 / 4~40도 범위에서는 온도가 높을수록 강도가 높아짐

□ 인장강도 및 기타강도

압축강도 > 전단강도 > 휨강도 > 인장강도

□ 탄성계수 : 콘크리트의 탄성계수는 압축강도 및 밀도가 클수록 커진다

□ 크리프 현상

- 일정한 하중이 장기간 가해질 때 하중의 증가가 없어도 변형이 증대되는 현상

- 크리프가 커지는 경우

재령이 짧을수록 / 부재의 단면치수가 작을수록 / 외부습도가 낮을수록 / 대기온도가 높을수록 / 배합이 적절치 않고 시멘트비가 클수록 / 단위 시멘트 양이 많을수록

□ 건조수축

- 흡수하면 팽창하고 건조하면 수축, 단위수량이 영향을 미친다

- 건조수축이 커지는 경우

분말도가 낮은 시멘트 / 흡수량이 많은 골재 / 온도가 높을수록 / 습도가 낮을수록 / 단면치수가 작을수록

□ 수밀성(방수)

- 수밀성이 커지는 경우

물 시켄트비가 작을수록 / 골재최대치수가 작을수록 / 습윤양생이 충분하고 다짐이 충분 할수록

- 혼화제 : 적게씀 / 혼화재 : 많이씀 - 혼화재료를 사용하면 수밀성이 좋아짐

□ 내화성

- 고온을 받으면 강도 및 탄성계수가 저하되고, 철근과의 부착력이 떨어짐

- 110도 전후에는 팽창, 260도 이상 되면 결정수가 없어지며 강도가 감소

- 350도 이상이 되면 강도가 현저히 떨어지며 500도에서는 상온 강도의 35%정도로 저하

 

콘크리트의 내구성 저하

□ 중성화 속도가 빨라지는 경우

- 탄산가스 농도가 높을수록

- 온도가 높을수록

- 습도가 낮을수록

- 경량콘크리트일수록

- 물 시멘트비가 클수록

- 분말도가 작은 시멘트일수록

□ 알칼리 골재반응의 방지대책

- 반응성 골재를 사용하지 않을것

□ 콘크리트 재료적 성질에 기인하는 콘크리트 균열의 원인

- 콘크리트 중성화

- 알칼리 골재 반응

- 시멘트의 수화열

□ 콘크리트의 품질검사

- 강도시험은 사용콘크리트량 100~150m^3마다 1회이상

- 1회 시험강도는 3개의 공시체 평균

- 시료의 양생온도는 20+-3도

□ 워커빌리티 측정방법

슬럼프시험 / 다짐계수시험 / 비빔시험

□ 반죽질기 측정방법

- 슬럼프 시험 / 다짐계수시험 / 비빔시험 / 관입시험 / 리몰딩시험 / 드롭테이블시험

 

 

콘크리트 배합

□ 콘크리트의 배합 : 배합이란 콘크리트의 조성재료인 시멘트, 잔골재, 굵은골재 및 물 등의 비율

□ 배합의 표시

- 시멘트 C : 잔골재 S : 굵은골재 G

- C : S : G를 1 : m : n으로 표시하는 것을 nominal mix

- 빈배합 : 적은 시멘트를 사용 / 부배합 : 단위시멘트량보다 많은 시멘트 사용

□ 배합 설계의 순서

소요강도 결정 - 배합강도 결정 - 시멘트 강도 결정 - 물,시멘트비 - 슬럼프값 - 굵은골재 - 잔골재 - 단위수량 - 시방배합의 산출 - 현장배합으로 수정

□ 배합의 결정

- 설계기준강도(재령 28일기준 압축강도) 및 배합강도(설게기준강도에 할증계수)의 결정 

- 굵은골재 최대치수 결정

- 슬럼프값의 결정

- 물시멘트비의 결정(물,시멘트비가 크면 시공연도가 증가 내구성 감소 / 너무 작으면 균열발생)

 

시멘트의 혼화재료

□ 혼화제 : 사용량이 적어서 배합계산에서 무시

- 계면활성작용에 의해 워커빌리티나 내구성을 향상시키는 것 : AE제, 감수제, 유동제

- 응결, 경화시간을 조절하는 것 : 촉진제, 지연제, 급결제

- 방수효과 : 방수제

- 기타, 기포제, 발포제, 응집제

□ 혼화재 : 사용량이 많아 배합계산에서 고려

- 포졸란 작용이 있는것 : 플라이애시, 고로슬래그, 규산백토 미분말

- 경화과정에서 팽창을 일으키는 것 : 팽창제

- 기타, 규산질 미분말, 착색제, 폴리머 증량제

 

각종 콘크리트

□ 경량 콘크리트

- 골재를 경량골재 사용, 기건비중 2.0이하

- 건물 중량을 경감, 열전도율이 낮음, 내화성, 방음효과 흡음율이 큼

- 다공질로 강도가 작고, 건조수축이 큼

- 흡수율이 커서 동해에 대한 저항성이 작음

□ 중량콘크리트

- 방사선 차폐 

- 중량콘크리트에 사용하는 골재 : 중정석, 자철광, 화강암쇄석, 철광석

□ A.E 콘크리트

- AE제(공기 연행제) 사용하여 만든 콘크리트

- 방수성이 크고, 화학작용에 대한 저항성이 큼

- 미세기포의 조활작용으로 연도가 증대되고, 응집력이 있어 재료분리가 적음

- 블리딩 및 침하가 적다

- 강도가 저하, 철근 부착강도가 저하

□ 프리팩트 콘크리트(주입콘크리트)

- 거푸집에 미리 굵은 골재를 넣어 놓고 몰탈을 압입 주입

- 수밀성이 크고 염류에 대한 내구성이 큼

- 조기 강도는 작으나 장기 강도는 비슷

- 굵은 골재를 사용 재료 분리나 수축이 적음

- 기성 콘크리트나 암반 또는 철근과 부착력

□ 프리스트레스트 콘크리트

- 외력에 의한 응력에 견디도록 콘크리트에 미리 인장력을 주어 만든 콘크리트

- 프르텐션 방식 : 강선긴장 - 콘크리트타설경화 - 부착

- 포스트텐션 방식 : 시드 - 타설경화 - 강선삽입, 긴장, 고정 - 그라우팅

□ PC 콘크리트

- 공장에서 기성제품화한 콘크리트

- 양질의 부재 경제적 생산 / 기계화 공기 단축 / 기상과 관계없음, 한냉기의 유리

- 큰 치수 부재 운반할때 제약 / 접합의 이음부가 약함

□ 레디믹스트 콘크리트(레미콘)

- 센트럴믹스트 : 완전히 비벼진 콘크리트

- 시링크믹스트 : 반 혼합, 운반중 계속 혼합

- 트랜싯믹스트 : 운반중에 혼합

- 레드믹스트 콘크리트 사용

소량의 콘크리트 / 혼합설비 설치하기가 어려울때

□ 한중콘크리트 : 평균기온이 약 3도 이하(물,시멘트비 60%이하, 압축강도 초기양생 기간내에 50kg/cm^2)

□ 서중콘크리트 : 하루평균 기온이 25도 또는 최고온도가 30도를 초과할 때

□ 매스콘크리트 : 부재단면치수 80cm 이상, 내부 외부 온도차가 25도 이상인 콘크리트

□ 고강도콘크리트 : 설계기준 강도가 보통 콘크리트에서 400kg/cm^2 이상

□ 수밀콘크리트 : 방수콘크리트

- 시공시 유의사항

물,시멘트비 55%이하 / AE제 사용 / 골재는 둥글고 굳은것 / 슬럼프 값 18cm 이하 / 다짐은 진동다짐 / 이음부는 적게함

□ ALC : 경량기포콘크리트

- 발포제에 의하여 내부에 무수한 기포를 독립적으로 분산시켜 중량을 가벽게 한 고온 고압 증기양생

- 기건비중 25% / 불연재인 동시에 내화재료 / 흡수율이 큼 / 동결해에 대한 저항성이 크며 내약품성 증대