[건축공학] 콘크리트의 특성

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목차

제 2 장 - 콘크리트 특성

2.1 개요
2.2 콘크리트의 특징

1. 포를랜드시멘트의 역사

2. 콘크리트의 성분


3.콘크리트 장점
4.콘크리트 단점
2.3 굳지 않은 콘크리트

1. 용어

2.4 굳은 콘크리트

1. 강 도

본문내용

균열이 발생하는 원인이 된다.
콘크리트의 건조수축 변형률은 큰크리트 표준시방서에 의해 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.
여기서, : 콘크리트의 수중양생 후 경과된 시간(일)
: 습윤양생일 경우 35, 증기양생일 경우 55
: 콘크리트의 체적과 표면적과의 비에 따른 보정계수
: 상대습도 보정계수
: 최초 건조수축 변형률
콘크리트의 건조수축에 미치는 영향요인을 살펴보면 다음과 같다.
단위수량 : 단위수량이 가장 큰 영향을 미치며 단위시멘트량 및 물-시멘트비의 영향은
비교적 적다. 동일한 단위수량에서 시멘트량이 많은 경우 건조수축이 크다.
시멘트 : 시멘트의 화학성분 중 함유량이 크고 분말도가 높을수록 건조수축이
크다. [ : 알루민산철 3석회 (화학식: 3CaO Al2O3)]
혼화재 : 플라이애시나 고로슬래그 미분말을 사용한 경우에는 보통시멘트보다 건조수축
이 크게 발생하지만 충분히 수중양생을 실시하면 동등하거나 약간 작아지기도 한다.
골재 : 흡수량이 많은 골재일수록 건조수축이 크다.
온도, 습도 : 온도가 높을수록 습도가 낮을수록 건조수축이 크다.
(3) 콘크리트의 크리프(creep)
콘크리트의 크리프란 콘크리트에 일정 하중을 지속적으로 작용하였을 때 응력의 변화가 없어도 변형이 시간에 따라 증가하는 현상을 의미한다. 콘크리트의 크리프가 발행하는 원인은 다음과 같다.
시멘트풀의 점탄성적 성질과 시멘트풀과 골재 사이의 소성작용
시멘트풀의 점성유동, 결정의 이동 및 미세균열의 발생
연속재하에 의한 겔 수의 완만한 압출(壓出)
크리프 해석을 위한 중요한 법칙으로서는 다음과 같은 것들이 있다.
Davis-Granville의 법칙 : 지속응력이 콘크리트 강도의 40% 이내에 있으면 크리프
변형률은 응력에 비례한다.
Whitney의 법칙 : 하중을 천천히 가할수록 변형률이 적다.
그림 2.10은 콘크리트의 크리프-시간 곡선으로 하중이 재하되는 순간에 탄성변형이 발생하고 시간이 경과함에 따라 크리프 변형량이 증가한다. 크리프 증가속도는 시간에 따라 반비례함을 알 수 있다. 하중을 제거할 경우 탄성회복과 동시에 약간의 크리프 회복을 걸쳐 영구변형이 발생하는 것을 보여주고 있다.
크리프에 영향을 주는 요인을 살펴보면 다음과 같다.
온, 습도 : 온도가 낮을수록 크리프 변형은 커지고, 수중에서 크르프가 가장 작다.
재령 : 재하 시 재령이 작을수록 크리프가 커진다. 실용상 재하기간 3개월에 전 크리프
의 약 50%, 1년에 약 80%가 완료되었다고 간주할 수 있다.
부재치수 : 부재에 단면적에 비해 표면적이 큰 것일수록 크리프가 커진다.
재하응력 : 재하응력이 클수록 크리프가 커진다. (Davis-Granville의 법칙)
콘크리트의 품질 : 물-시멘트비가 클수록, 공극이 많을수록 크리프가 커진다. 또한
강도가 작을수록 크리프 변형이 크다.
조강 포틀랜드시멘트는 보통 포틀랜드시멘트보다 크리프가 작다.
진동 다짐한 콘크리트는 크리프가 작다.
콘크리트 표준시방서(2003 개정)에 의하면 실험에 의하여 결정되지 않는 경우 다음과 같은 식을 이용하여 크리프 량을 구할 수 있다.
여기서,
일반적으로 크리프는 시간에 따라 철근콘크리트 보의 처짐을 현저하게 증가시킨다. 따라서 전체 하중에 비해 지속하중이 큰 구조물은 크리프의 영향을 설계에 고려하여야 한다. 또한 크리프로 인한 과대한 처짐이 문제가 될 때 압축 측에 철근을 배치하여 보강하면 유효하다. 철근콘크리트에서 압축철근이 없으면 최종 처짐은 초기 처짐의 2.5~3배에 달한다.
(4) 온도에 의한 체적변화
콘크리트의 열팽창계수는 배합과 골재의 종류에 따라 차이가 있지만 대략적으로 보통콘크리트인 경우 이고 경량골재 콘크리트인 경우 로 주어진다.
시멘트와 물에 의한 화학적인 결합은 열을 동반하고 이것은 콘크리트 표면을 통해서만 열전도가 되므로 콘크리트 구조물의 규모가 클수록 내부 온도와 표면과의 온도차이가 많이 일어나게 된다. 이러한 온도 차이에 의해 균열이 발생하는데 그것은 수화열에 의해 높아졌던 구조물의 온도가 상온으로 내려가면서 온도수축이 발생하며 이것은 내부에 인장응력을 유발하므로 균열이 생기게 되는 것이다.
또한 콘크리트에 태양광선 등에 의해 열을 가하게 되면 온도가 올라가고 이는 시멘트겔 속의 수분을 제거하므로 건조수축이 추가로 발생하게 된다.
이와 같은 여러 원인에 따라 온도변화에 의해 발생하는 콘크리트 속의 응력상태는 매우 복잡하므로 뜨거운 액체를 담는 탱크나 도로포장, 지붕 등에서는 신축 이음장치의 설계에 대한 세심한 주의를 기울여야 한다.
3. 단위중량
콘크리트의 단위중량이란 단위체적 당 콘크리트 중량의 크기로 표시한다. 단위 중량은 사용하는 시멘트나 골재의 비중, 입도, 최대치수 및 각 재료의 양의 비율을 나타내는 배합 등에 따라 다르다.
일반적으로 설계에 사용되는 단위중량은 무근콘크리트에서 , 철근콘크리트에서 이다. 콘크리트의 중량이 큰 것을 잘 활용한 것이 옹벽이나 댐이라고 할 수 있는데, 반면 구조물의 자중이 커진다는 단점도 있다. 자중을 감소 시키기 위해 인공 경량골재를 사용한 경량 콘크리트의 단위중량이 인 중량콘크리트도 만들 수 있다.
고정하중의 계산에 사용되는 무근콘크리트 및 철근콘크리트의 단위중량은 시험에 의해서 정하는 것을 원칙으로 하지만 시험에 의하지 않을 경우 콘크리트 표준시방서에 의한 값을 사용해도 무방하다.
4. 콘크리트의 내구성(durability)
콘크리트의 가용 수명기간은 다음과 같은 유해요소에 의해 영향을 받는다.
(1) 비나 동결과 같은 기후조건과 반복적인 습윤 및 건조에 의한 신장 및 수축의 반복
(2) 해수, 산업폐수 및 오수, 동식물 기름 등과 같은 용액에 의한 화학적인 침해
(3) 통행하중이나 차량, 파도, 물이나 바람에 실려 온 입자들에 의한 마모작용
기후조건에 의한 콘크리트의 열화 정도는 콘크리트의 수밀성에 직접적으로 관련을 가지므로 콘크리트에 물이 침투하지 않도록 충분한 다짐으로 공극을 최소화하도록 하여야 한다. 실험결과 시멘트량은 콘크리트의 투수성에 크게 영향을 미치지 않으며 최소 단위시멘트량이 이상이면 충분하다고 제안하고 있다.

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