콘크리트 재료의 종류와 특성

콘크리트 재료의 종류와 특성 

 1) 시멘트 

   (1) 종 류  
     - 포틀랜드 시멘트 - 보통 PC, 중용열 PC, 백색PC
     - 혼합 시멘트 - 고로시멘트, silica cement, Flyash cement
     - 특수 시멘트 - 알루미나 cement,  color cement, 팽창  cement
   
   각 시멘트의 특성은 다음과 같다.   

   ① 보통포틀랜드시멘트     ․특수한 경우를 제외하고 일반적으로 사용
                                       ․혼화재료 첨가하여 성질개선 가능
   ② 중용열포틀랜드시멘트  ․ 조기강도 적고 장기강도 크다.
                                       ․ 발열량 및 체적변화 적다.
                                       ․화학작용에 대한 내구성 크다.
                                       ․Dam같은 massive한 구조물이나 화학작용 구조물에 적합
   ③ 조강포틀랜드시멘트     ․경화속도 빠르고 조기강도 크다.
                                       ․수화열 높아 균열이 발생하기 쉽다.
                                       ․긴급 요하는 공사, 한중 콘크리트 유리
   ④ 백색포틀랜드시멘트     ․순백색 나타내는 것으로
                                       ․내외장재에 사용 
                                       ․인조 대리석
                                       ․채광
   ⑤ 고로시멘트                 ․조기강도 적으나 장기강도 크다.
                                       ․화학적 침식에 대한 저항성 크고,
                                       ․수밀성 크고 발열량이 적으며 건조수축 크다.
                                       ․해수작용 받는 구조물, 터널, 하수도 등에 유리
   ⑥ silica cement             ․장기강도 , 화학물질에 대한 저항성 크다. 
                                       ․수밀성 크고 고열에 견딘다.
                                       ․발열량 작고 유동성 크다.
                                       ․건조수축 커 균열발생 쉽다.
   ⑦ Flyash cement           ․장기강도 크다.
                                       ․유동성 커 단위수량 감소시킬수 있다.
                                       ․발열량 작고 건조수축 작다. 
                                       ․화학물질에 대한 저항성 수밀성 크다.
                                       ․수리 구조물에 유리
   ⑧ 알루미나 cement        ․조기강도 크고 화학물질에 대한 저항성 크다.
                                       ․발열량 커서 양생에 주의해야 하고
                                       ․알카리성에 약하므로 철근이 부식되기 쉽다. 
                                       ․긴급요하는 보수공사 사용, 겨울공사, 내구물, 화학공장에 시공.
                                       . 6-12HR에 28일 압축강도 발현
   ⑨ color cement             ․착색한 cement로서
                                       ․의장에 사용(도료에 사용)
   ⑩ 팽창시멘트                 ․수축율 보통 PC의 20～30%
                                       ․일반적으로 초기재령 습윤상태에서 팽창
                                       ․시멘트 수축성 개선시키며
                                       ․교량의 보수, 석유용 지하 Tank공사, self-prestressing 공사 등에 사용

   (2) 시멘트 특성   

   ① 수화반응 
     ․

     ․분말도, 온도, 단위수량, 혼화재료
   ② 응결 
     ․시간이 경과함에 따라 유동성,  점성이 상실되어 固化 
     ․초결 - 1시간후, 중결 - 10시간 이후 (3～6시간사이 응결 그 이후 경화 )
   ③ 비중 - 3.15 (원석), 3.05 (보통)
   ④ 단위체적중량 - 1500 kg/㎥
   ⑤ 분말도 - Blarne 시험 , 비표면적 2800～3600 
   ⑥ 수화열 - 70～100 cal/g (보통 포틀랜드 시멘트)
   ⑦ 수축 - 수분증발, 수축, 장력발생
   ⑧ 강도 - Mortar 강도측정 → con'c강도추정, ±10%→±8～10% 차이 
   ⑨ 안정성 - 무수황산에 의한 ETTRingite 생성, 1mg 5%감량 이내 
   ⑩ 풍화 - CaCO3 생성 , 수화반응 방해

2) 골재

  (1) 분류
    ① 입경의 크기 (#4체 기준) 
     ․굵은 골재 :#4체에 100%남는 골재
     ․잔골재 : #4체에 100%통과, #200체 100%남는 골재
    ② 생산에 따라 
     ․천연골재 : 자갈, 모래, 해사 등
     ․인공골재 : SLag, 쇄석, 쇄사등
    ③ 중량에 따라
     ․중량골재 : 자철광, 중경석, 절건비중 3이상
     ․경량골재 : 절건비중 2이하 ( 0.8～1.7 )
   (2)요구되는 특성  
    ① 깨끗하고 유해물이 유해량 이상 함유되지 않을 것
    ② 물리적으로 안정 내구성이 클것
    ③ 화학적으로 안정할것
    ④ 긴경, 강교할 것 - 압축강도 800kg/㎠ 이상
    ⑤ con'c volum의 65～80%차지
    ⑥ 시멘트풀과 부착력 큰 표면 조직 갖을 것
    ⑦ 대소립 혼합의 정도, 즉 입도가 양호할 것
    ⑧ 소요의 중량 갖을 것
    ⑨ 내구성이 있을 것 - 압축성 큰 골재 Paste의 응력흡수
   (3)품질특성기준
    ① 입도  
    ② 비중 및 흡수량
    ③ 단위중량
    ④ 안정성
    ⑤ 마모, 감량
    ⑥ 형상
    ⑦ 유해물함량, 점토덩어리,  #200체 통과량, 경량요인,  염화물( NaCl 0.02%초기시 대책) 등  
   (4)굵은 골재 최대치수 
    ① 굵은 골재란 중량으로적어도 90%이상을 통과시키는 체중에서 체눈 크기가 가장 작은 것의 호칭치수를 말한다. 
    ② 클수록 ․단위수량, 단위시멘트량 값, 경제적 구조적으로 안정
      ․비표면적 감소, Bleeding증가하면 공극발생하여 강도저하 
      ․동일반죽한기, 단위시멘트량 경우 → w/c감소로 강도증가 
      ․고강도 경우 일정치(10～12.7m/m)이상 비경제적
     ③ 철근순간격 3/4이하, 부재 최대치의 1/5 (무근 콘크리트 1/4 이하) 중 작은 것 택한다.


3) 물

   (1) 맛, 냄새, 색깔, 탁도 등이 없는 것을 사용
   (2) 유해물, 함유량을 조사 적정여부 판단하여
   (3) 유해물 함유된 물은 콘크리트 경화, 강도발현, 부피변화, 백화현상, 워커빌리티에 영향 미친다.

4) 혼화제 및 혼화재  

  (I) 개요
    ① 시멘트, 물, 골재 이외의 재료로서 혼합시 필요에 따라 con'c성분을 첨가하여 굳지않은 콘크리트나 경화한 콘크리트의 성질개선이나 공사비절약 목적으로 사용하는 재료.
    ② 시설량이 비교적 적어서 약품적인 성질인 것은 혼화제(agent)라고 하고 비교적 대량으로 사용되는 재료는 혼화재라한다.
  (2) 사용목적
    ① 시멘트 사용량을 절약하고 재료분리방지
    ② 시공연도 개선
    ③ 응결 및 경화의 지연 또는 촉진과 조기강도 증진
    ④ 내구성, 수밀성 및 화학적 저항성 증진
    ⑤ 철근의 부식방지 및 부착력 증진
    ⑥ 작업의 용이 및 양질 con'c 생산
  (3) 종류
    혼화제(agent)에는
    ① 표면활성제 (AE제, 감수제, AE감수제)
    ② 성질개량 및 종량제 (포졸란, Flyash)
    ③ 응결경화촉진제
    ④ 응결지연제
    ⑤ 방수제
    ⑥ 방동제
    ⑦ 발포제
    ⑧ 착색제
    ⑨ 방청제
    ⑩ 팽창제
    ⑪ 기타
 (4) 특징
  A.표면활성제
   A) AE제(air entraning agent)
     ① 역할 - 미세한 기포를 연행(생성)하여 con'c  시공연도, 수밀성 및 내구성을 향상 시키기 위해 쓰는 혼화제
     ② 표준공기량
          i) 3~5% 허용오차 ±1%
          ii) 공기량이 6%초과시 급격한 강도저하
     ③ AE제 con'c특징 
          i) 단위수량감소 
          ii) 내구성, 수밀성증가 
          iii) 시공연도 향상, 깬자갈, 사용도 유리
          iv) 재료분리, Bleeding 현상감소
          v) 알카리 골재 반응의 영향 감소
          vi) 중화에 따른  발열량 감소 
          ⅶ) 단가저렴 
          ⅷ) 빈 배합시 동일 시멘트량에 따른 압축강도 증가
          ⅸ) 공기량 증가 따라 압축강도 저하
          ⅹ) 철근의 부착강도 저하
          xi) 거푸집 측압증가
     ④ 사용할 때 주의사항
         ⅰ) 배합, Mixing, 운반, 타설에 주의 (계량오차 3%이하)
         ⅱ) KSF2560에 따라 적합한 것 사용
         ⅲ) AE제 사용량 정확
         ⅳ) Mixing시 소요공기량보다 1/4 ~1/6정도 많게
         ⅴ)잔골재 입도는 일정하다.
  B) 감수제(분산제)
    ① 역할
         i) 시멘트의 입자를 분산시킴에 의하여 시공연도 및 감수효과 향상
         ii) 공기연행은 작용하지 않음, 동결융해에 대한 저항성 향상은 기대할수 없다.
    ② 특징
         i) 단위수량 감소
         ii) 
         ⅳ) 수화열 저감 (수화열에 의한 온도상승)
         ⅴ) 콘크리트 운반에 따른 slump저하 방지
         ⅵ) cold joint발생방지
         ⅶ) 중성화에 대한 저항성 증대
         ⅷ) 수밀성 향상
         ⅸ) 콘크리트 표면개량
         ⅹ) 콘크리트 원가 절감
          xi) AE제, AE감수제와 병용
    ③ 용도 - 서중 con'c , 고강도 con'c, 제물치장 con'c, MASS con'c(수화열 감소), slip form, pump공법 con'c
  C) AE감수제
    ① 역할 
          i) AE제와 감수제의 성질을 겸한 것, 표준형 , 촉진형, 자연형이 있다.
          ii) 시멘트입자에 대한 강력한 분산작용 및 공기연행작용으로 콘크리트 시공연도 및 내구성 향상을 위해 쓰이는 혼화제
    ② 특징 - 단, 내, 수, 재, B, 알, 발, 강, 부, 촉,

B. 성질개량제 및 증량제
  A) 포졸란(규조토 같은 점토성분)   
    ① 시멘트가 수화반응 할 때 생기는 수산화 칼슘( 과 화합하여 강도, 내구성(해수 등에 대한 화학적 저항성) 수밀성 등의 성질 개선
    ② 특징
        i) 시공연도 향상, Bleeding 및 재료분리 감소
        ii) 장기강도, 인장강도 증대
        iii) 내구성, 수밀성 향상 - 단위수량감소 안됨 
  B) Fly ash
    ① 입자가 미세하고 미끈한 알맹이 상으로 시공연도 향상 및 사용수량감소 수밀성개선, 내부온도상승에 의한 균열 발생 억제효과
    ② 용도 - Dam con'c사용(MASS con'c), prepacked con'c 증량재료 사용
※ AE제, 감수제, AE감수제, 포졸란, 플라이애쉬의 공통점 → 내구성, 수밀성, 시공연도 향상

C. 응결 경화 촉진제 - 한중 콘크리트에 사용하는 염화칼슘, 규산소다
                               철근을 녹슬게 하므로 RC조에 사용주의
D. 지연제 - 서중콘크리트에 사용, 레미콘 운반거리 멀 때, 시공이음부 감소, 과잉사용 경우 경화불량 발생
E. 방수제 - 지하구조체, 물탱크 등 사용, 공기연행성이 증가, 흡수 및 투수성에 대한 저항성 증대
F. 방동제 - 빙점을 강화시키는 것으로 동결을 방지, 초기 동해를 막아 강도와 내구성 확보
                염화칼슘, 식염
                철근부식성으로 RC에서는 사용않음
G. 발포제 - AC분말로 기포 콘크리트나 Grouting용 Mortar사용
H. 착색제, 방림제, 팽창제 등

(5) 사용상 주의사항
   ①사용량은 소량이며 사용 시멘트량의 수%이내이므로 10~20배의 희석액으로 만들어 쓴다.
   ② 제조회사의 시방에 용도, 사용수량, 철저히 따른다.
   ③ 선정시 주의사항  : 사용목적, 사용할 때 다른성질에 미치는 영향여부, 사용실적 및 결과 검토, 경제성검토,
                                 효과에 대한 검토
   ④ 저항시 주의사항 : 업체시방준수, 재료자체 품질시험, 시공된 제품의 품질시험
                                배수, 방류방지 - 환경, 수질오염