6장. 철근콘크리트구조 (콘크리트-2)

4. 배  합

 

(1) 개  요

콘크리트는 소요강도가 충족되고, 밀실 균일하여 내구성이 커야 하며, 시공이 용이해야 한다. 콘크리트의 소요강도는 구조계산서에 정한다. 콘크리트의 강도는 시멘트의 강도와 물시멘트비로 결정된다. 시멘트 강도가 클수록, 물시멘트비는 적을수록 콘크리트의 강도는 커진다. 밀실균일한 콘크리트를 만들기 위해서는 시공하기 좋은 콘크리트의 묽기, 즉 시공 연도가 적당하여야 한다. 이것을 도식으로 나타내면 다음과 같다.

 

 

(2) 콘크리트의 배합법

콘크리트의 각 재료를 섞어 비빌 때 그 콘크리트를 구성하는 각 재료의 비율, 또는 단위 용적의 콘크리트 중에 포함되는 각 재료의 양으로서, 표시방법에 따라 중량배합과 용적배합으로 구분한다. 콘크리트를 구성하는 각 재료의 비율은 보통 시멘트를 1로 하고 잔골재·굵은골재의 순으로 나타난다. 다만, 시멘트의 무게는 1m³당 보통 1,500kg으로 한다. 용적배합과 현장계량용적배합이 있다. 표준계량은 골재의 단위용적 중량을 시방서 등이 규정하는 방법으로 계량하는 것이고, 표준계량배합 또는 표준배합은 표준계량방법에 의하여 콘크리트 1m³당의 사용재료를 용적으로 계량하여 표시한 것이다. 그러나 이방법은 실제로 거의 쓰이지 않는다. 중량배합은 콘크리트에 사용되는 각 재료의 양을 중량으로 표시한 배합비이고, 콘크리트 1m³당의 각 재료의 양은 무게(kg)로 표시한다.

 

(3) 배합설계의 순서

배합설계, 즉 배합을 결정하는 순서는 다음과 같다.

 

a) 배합설계의 조건

# 시멘트종류·강도  - 시험값 또는 통계적 평균값의 조사

# 모래·자갈 - 입도·겉비중·표면수율 등의 측정

# 소요강도 - 콘크리트의 설계요구강도 (보통 180kg/cm²)

# 소요슬럼프 - 진동다짐일 때와 아닐 때를 구분하여 정한다. 

# 혼화제 사용 - AE제 사용량 (시멘트 중량의 약 0.01%)

# 기후조건 - 시공시기·동계보정

# 시공급별·믹서용량 - 공사 정도·공사량에 따라 결정한다.

 

b) 배합설계의 순서

# 배합강도의 결정

# 시멘트강도 K의 결정 (최대값보정 또는 동계보정)

# 물시멘트비의 결정

#표준배합표 또는 시험비빔으로 중량배합의 결정

# AE제와 표면수율의 보정

# 믹서 한 비빔의 배합량 결정

 

(4) 배합강도

콘크리트배합강도 (F)는 불합격률을 없애기 위하여 소요강도에 시공표준편차를 가산한 것으로 하며, 배합강도의 결정방법은 아래 표와 같다.

 

콘크리트 배합강도의 결정방법

 

(5) 시멘트강도 K

시멘트강도는 강도시험과 통계적 평균값을 조사 결정하고, 최댓값 수정 또는 통계보정을 한다. 

강도시험은 현장에 반입된 시멘트는 강도시험을 한다. 약 1,000 포대에 1회 시험하는 것을 표준으로 하여 콘크리트의 28일 압축강도를 정한다. 28일 압축강도는 3일·7일의 단기강도로부터 추정할 수 있다. 제조회사의 통계적 평균값 또는 권위있는 연구소·시험소의 시험성적의 평균값으로 정하며  정한 시험값과 통계적 평균값을 비교 검토한다. 대개 그 차이는 20kg/cm²의 범위 내로 드는 것이 기대된다. 즉 강도시험값이 보다 클때는 통계적 평균값을, 작을 때는 강도시험값을 K로 한다. 기동에 따른 시멘트강도의 최댓값보정 및 레미콘 사용 시의 지정강도는 아래 표와 같다.

 

기온에 따른 콘크리트강도의 보정값 및 레미콘 사용시의 지정강도

(6) 물시멘트비의 결정

a) 개  요

물시멘트비란 콘크리트를 비빌 때 넣은 물의 양을 사용하는 시멘트의 중량에 대한 비율로 나타낸 것이고, 물을 적게 넣을수록, 즉 물시멘트비가 적을수록 콘크리트의 강도는 커지고 내구성은 좋아지지만 시공 연도는 나빠진다. 물시멘트비는 배합강도 (F)와 시멘트강도 (K)로 아래 표의 식으로 구한다.

 

물시멘트비를 구하는 식

 

b) 시공연도

시공 연도는 강도가 크고 내구성있느 완전한 콘크리트를 제작할 수 있는 묽기. 즉 시공용이성을 뜻하며, 단순히 물을 많이 부어 묽게 하는 것과 근본적으로 다르다. 시공연도는 시멘트의 분말도·골재입도·자갈과 모래의 다고·자갈의 성질·배합비·비빔의 가부에 따라서 영행을 받는다. 적당한 연도가 아니면 시공이 어렵고 재료의 분리·빈틈·블리딩·레이던스 등의 결함과 아울러 강도가 저하된다. 적당한 시공연도는 슬럼프시험을 하여 정한다. 

 

c) 슬럼프시험

슬럼프시험은 반죽의 질기를 측정하고 시공 연도를 판단하며, 성형성 및 마무리의 용이성을 가늠하는 수단이기도 하다. 윗지름 10cm, 밑지름 20cm, 높이 30cm의  철제 재두원추 형틀을 평탄한 수밀판에 놓고 비빈 콘크리트를 4회로 나누어 넣고 매회 다짐막대로 막대의 끝이 아래층에 닿을 정도로 15회 찔러 다진 후 형틀을 들어 올려 콘크리트가 낮아지는 길이를 재어 cm로 나타낸 것을 슬럼프값이라 하고 시공 연도의 비교 표준으로 한다. 연도의 조절은 물의 양의 가감으로 하는 것이 아니라. 소정의 물시멘트비를 우지하면서 시멘트풀의 증감으로 조절한다. 

 

표준슬럼프값

 

d) 물시멘트비를 정하는 법

물시멘트비는 콘크리트의 압축강도, 내구성, 수밀성을 각기 고려하여 정한다.

# 압축강도를 고려하여 정할 때

슬럼프 시험

 

# 콘크리트의 내구성을 고려하여 정할 때

0.2% 이상의 황산염을 함유하는 흙·지하수 또는 염류의 작용을 받는 콘크리트는 45% 이내로 한다. 기상작용을 받지 않는 구조물 내부나 완전지하구조물은 내구성으로 정할 필요가 없다.

 

# 수밀성을 고려할 때

 

내구성을 위한 최대 물시멘트비

 

(7) 배합의 결정

배합은 표준배합표에 의하거나 시험비빔으로 결정한다. 동일강도, 동일물시멘트비일 때, 동일슬럼프를 얻기 위해서는 가는 모래일수록 시멘트 사용량은 많아지고 5mm 이하의 모래와 0.5mm 이하의 모래의 시멘트사용량은 약 5%의 차이가 생긴다. 자갈에 있어서도 20mm 이하와 25mm 이하일 떄에 약 5%의 차이가 난다고 한다. 따라서 콘크리트에 다른 지장이 없다면 알이 큰 것을 사용하는것이 경제적이다. 또 물시멘트비 5%의 증가로 시멘트사용량은 콘크리트 1m³당 약 20kg이 감소된다. 

 

(8) 배합의 보정

표준배합표는 강모래, 강자갈을 사용한 보통 콘크리트일 때이고, AE제를 쓰거나 부순돌을 쓴 콘크리트에서는 다음과 같은 보정을 한다. 

 

AE제 부순돌을 쓴 떄의 표준배합의 보정량

 

(9) 믹서 한 비빔의 배합량

믹서용량에 따른 믹서 한 비빔의 단위시멘트사용량에 대하여 모래·자갈·물 및 AE제 등의 사용량을 구한다.