철근콘크리트 역학실험 결과보고서 - 11.콘크리트의 배합설계

목차

Ⅰ. 시험의 목적 .......(2쪽)

Ⅱ. 설계의 시작
1) 배합설계 방법 .......(3쪽)
2) 배합설계 예제 .......(11쪽)

Ⅲ. 콘크리트의 배합 설계시작 전 설계 계획 (예비보고서) .......(14쪽)

Ⅳ. 콘크리트 배합결과

Ⅴ. 콘크리트 배합결과의 해석

본문내용

4mm
슬럼프범위
120+(or-)15mm
120+(or-)15mm
공기량범위
4.5%
4.5%
단위량(10L 배합)
물
2.237kg
2.0845kg
시멘트
4.63kg
9.9306kg
잔골재
7.14kg
4.686kg
굵은골재
9.067kg
7.122kg
슬럼프
175mm
슬럼프플로우
260mm
850mm
1-2. 강도별 단위량

0.1kg 물 5번 추가로 넣음.
물 시멘트비:
21%에서 26%로 증가.
감수제:
시멘량의1.2% = 0.119kg
Ⅴ. 콘크리트 배합결과의 해석 **
1) 콘크리트 배합설계실험은 실험 조원들이 모두 설계한 배합계획(고강도에 대한 목표강도도 서로 달랐음)이 달랐기 때문에 배합 계획 기준을 하나 정해 실시했다. 그렇기 때문에 내가 직접 작성한 배합계획(예비보고서)대로 배합설계가 실시되지는 않았다.
2) 배합
100MPa의 강도를 갖는 콘크리트에 대한 배합 설계는 실험이 실패했기 때문에 다시 배합설계를 해야만 했다. 초기 배합설계결과는 아래와 같다. 위에서 나타낸 100MPa 배합설계는 다시 계획한 수정된 배합설계이다.
물
시멘트
잔골재
굵은골재
초기량 (실패)
1.99
13.64
3.43
5.30
변동량 (수정)
2.08
9.93
4.69
7.12
추가량
2.08+0.1*5=2.58
감수제 0.119kg
초기량대로 실행했던 배합은 배합 도중에 시멘트의 유동성이 거의 사라졌기 때문에 실패로 돌아갔다. 배합설계에서 결정된 물의 양으로 고강도 콘크리트를 손으로 직접 배합하는 것은 매우 어려웠다. 시멘트는 물과 반응하면 굳어지려는 경향이 있기 때문에 계속 섞어주는 과정에서 많은 노력이 필했다.
100MPa(고강도) 콘크리트 배합 시 시멘트 량에 대한 물의 양 비가 26%였으며 30MPa의 경우의 비 48%보다 절반에 가깝게 비율이 줄었다. 더 적은 물의 양으로 배합을 해야 했기 때문에 고강도 콘크리트를 배합하는데 더 힘이 많이 들었다. 물의 양을 추가하기 전에는 시멘트 물 비가 21%였는데, 이 계획대로 물의 양을 첨가하면 너무 물의 양이 적어 배합이 불가능했기 때문에 0.1kg의 물은 5번 추가로 첨가하고 감수제도 0.119kg 첨가하였다.
고강도콘크리트 배합의 경우 30MPa강도의 콘크리트보다 굵은 골재의 양과 잔골재의 양이 더 줄었고, 시멘트의 양이 크게 늘었다(시멘트에 대한 물의 비율은 감소했다). 다음 글을 살펴보자.
「고강도콘크리트는 배치플랜트나 중앙식 믹서, 트럭믹서 또는 양쪽에서 공동으로 배합할 수 있으며, 배합과정은 건설부 건축공사 표준시방서에서 권장하고 있는 방법에 따라 실시한다. 믹서의 성능을 결정하기 위해서는 일정한 기간동안 배합한 표본을 추출하여 일련의 균질성 시험을 실시하여야 하며, 고강도 콘크리트의 경우 시멘트량이 많고, 단위수량이 적으며, 굵은골재의 크기가 작아 일반콘크리트보다 배합하는데 더 어려움이 발생한다. 필요한 배합시간은 10∼30% 정도 증가되나 믹서의 성능에 따라 결정되며, 일반적으로 건설부 시방서의 지침에 따르면 된다. 」
위의 글에서처럼 고강도 콘크리트의 경우에는 시멘트 량이 30MPa의 경우보다 두배이상 증가하였으며 단위 수량이 적었다. 하지만 굵은 골재의 크기는 두 경우 같은 골재를 사용했기 때문에 같았다. 잔골재의 양보다 굵은 골재의 양이 줄어 든 것은 고강도 콘크리트에서는 골보다는 시멘트가 많이 들어갈수록, 골재의 크기는 작아질수록 골재와 시멘트 사이의 표면적이 넓어져 콘크리트가 dense하게 되어 강도가 높아지기 때문이다.
4) 물-결합재 비
「초고강도 콘크리트를 얻기 위해서는 물/결합재비를 낮게 하는데 대개 27%∼30% 범위내로 한다. 이때 물/결합재비가 적으면 시공성이 저하되므로 고성능 감수제를 사용하여 슬럼프값을 증가시킬 수 있으며, 따라서 워커빌리티를 개선시킬 수 있다. 국내에서 400∼500kgf/㎠사이의 고강도 발현을 위하여는 33%∼38%사이의 물/결합재비가 권장될 수 있으나 반드시 사전 시험배합이 이루어져야 하며, 특히 현장투여시 함수량과 표면수량의 측정후 최종배합이 결정되어야 한다. 」
고강도 콘크리트의 물/결합재 비는26%였으므로 위에서 말한 범위에 해당된다고 볼 수 있다. 또한 기계적으로 믹서를 사용한 것이 아니라 실험자가 직접 믹스했기 때문에 어려움이 많아, 감수제를 첨가하여 시공성을 향상시킬 수 있었다.
5) 고성능 감수제의 이용
「일반적으로 시멘트 등의 미립자는 그 표면에너지를 감소시키려고 하기 때문에 응집화경향이 강하다. 즉 시멘트 페이스트는 시멘트입자가 단독으로 분산된 상태가 아니라 상호의 2차 응집입자로 되어있어 유동상이 작은 상태로 된다. 이때, 고성능 감수제가 첨가되면 시멘트입자 표면에 흡착되면서 표면에 전하를 주게 되고 입자끼리 상호반반력도 생긴다. 그러므로 응집한 입자가 분산되고 상호반발력에 의해 유동성이 증가된다.」
6) 저강도와 고강도 콘크리트 모두 목표 강도만큼의 강도가 측정되도록 배합설계했고, 테스트시에 목표한 강도에 근접하게 강도를 얻어야 하는 동시에 목표 강도보다 낮은 강도가 측정되어서는 안 된다.
콘크리트의 고강도화의 원리를 보면 다음과 같다.
첫째, 시멘트페이스트의 강도개선
둘째, 골재의 강도 개선
셋째, 골재와 결합재의 부착강도의 개선
7) 배합한 콘크리트를 같은 조건에서 강도실험을 하기 위해서는 거푸집에 담아야 했는데(공시체 제작을 위해서), 믹스한 콘크리트를 거푸집에 담는 과정에서 문제점을 지적하고 싶다. 거푸집에 믹스된 콘크리트를 담을 때, 삽을 이용하여 퍼서 담았다. 따라서 원래 계획했던 결합재들의 비율대로 거푸집에 담게 되는 것이 아니다.
또한, 거푸집에 담을 후에는 골재분리를 막기 위해서 다지기가 필요하다.
8) 실험소감
콘크리트 배합설계 실험은 배합시작부터 콘크리트를 파괴할 때까지 온몸으로써 실험에 참여하게 되었다. 학부수준에서 했던 다른 실험들은 시간이 지나면 잊게 되더라도 이 능동적인 배합실험은 항상 기억에 남을 것이다. 철근콘크리트 역학 및 실험 수업을 통해 배운 이론적인 내용을 토대로, 직접 목표 강도를 정해서 그에 따른 배합설계를 하고, 배합을 직접 하여 공시체를 제작할 수 있어서 매우 흥미로웠다.

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