철근 콘크리트 종류 및 쓰임

1. 콘크리트

콘크리트는 시멘트, 골재(잔골재와 굵은골재), 물을 혼합하여 만든 것으로서 필요에 따라 혼화 재료를 첨가할 수 있습니다.
콘크리트는 사용 용도에 따라 골재의 종류와 비율을 달리하여 사용합니다. 콘크리트를 중량에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
① 경량콘크리트
주로 건물의 내장 재료로 사용되며 단위질량이 800~2,000kg/㎥ 범위입니다.
② 보통콘크리트
흔히 사용되는 콘크리트로서 단위질량이 2,200~2,400kg/m 범위이며 일반적으로 2/㎥ 정도입니다.
③ 중량콘크리트
원자력발전소 등에 사용되는 콘크리트로서 단위질량인 2,800~ 5 /㎥ 범위입니다.

 

2. 시멘트와 불

가장 일반적으로 사용되는 시멘트는 포틀랜드 시멘트(Portland cement)로서 영국의 Joseph Asp din이 1824년 석회석과 점토를 혼합하여 탄산가스가 발생할 때까지 소성(burning)하여 분말로 한 것으로 특허를 받은 것입니다. 이 시멘트의 색이 영국의 'Portland Stone'이라는 돌의 색과 같다 하여 포틀랜드 시멘트라고 명명하게 되었습니다. 그 종류로는 다음과 같습니다.
① 보통 포틀랜드 시멘트(1종 ; normal)
일반적인 공사에 가장 많이 사용되며(시멘트 총생산의 약 80%), 광범위한 용도에 쓰입니다.
② 중용열 포틀랜드 시멘트(2종 ; moderate-heat)
조강 포틀랜드시멘트의 성질과 달리 강도의 증진이 느리고 또한 경화에 따르는 열 발생도 적습니다. 따라서, 댐 등과 같이 규모가 큰 구조물이나 화학작용을 받는 구조물에 적당합니다.
③ 조강 포틀랜드 시멘트(3종 ; high-early strength) 
경화가 빠르고, 재령 7일의 압축강도는 보통 포틀랜드 시멘트의 28일 강도와 거의 같기 때문에 긴급을 해야 하는 공사에 유리합니다. 그러나 수화열이 높기 때문에 양생을 충분히 하여야 하며, 균열이 발생할 수 있으므로 주의할 필요가 있습니다. 따라서, 댐과 같이 콘크리트의 부피가 큰 구조물에 부적합합니다.
④ 저열 포틀랜드 시멘트(4종 ; low heat)
중용열 포틀랜드 시멘트보다 수화열이 낮은 시멘트로 부피가 큰 콘크리트와 고강도콘크리트 등에 쓰입니다. 또한, 조기강도는 작지만 큰 특징을 가지고 있습니다.
⑤ 내황산염 포틀랜드 시멘트(5종; sulfate resisting)
황산염의 침식작용에 대한 저항성이 크므로 황산염을 함유한 공장폐수, 하수, 지하수, 흙 등에 접하는 콘크리트에 사용됩니다.
그 외 혼합시멘트(고로 시멘트, 실리카 시멘트, 플라이 애시 시멘트)와 특수시멘트(알루미나 시멘트, 초속경 시멘트) 등이 있습니다.
한편, 시멘트는 물과 결합하여 수화반응(hydration)에 의해 경화(hardening)되는데, 필요한 이론적인 물의 양은 시멘트 중량의 약 25%정도라고 알려져 있습니다. 그러나 수화를 위해서는 어느 정도의 유동성(mobility)을 가져야 하므로 10~15% 정도의 물을 더 요구하게 됩니다. 따라서, 수화에 필요한 물의 최소량은 35~40% 정도이고 소요의 작업능률(workability)을 얻기 위해서는 이보다 많은 양이 필요합니다. 이때 수화에 사용되고 남은 물은 증발하여 시멘트 풀 속에 공극을 남기게 되고, 이 공극은 콘크리트의 강도를 감소시킵니다. 따라서 물- 시멘트비는 강도에 영향을 미치는 가장 중요한 요인으로서, 물- 시멘트비가 증가하면 작업능률은 좋아지지만 감소하게 됩니다. 

3. 골재(aggregate)

콘크리트 골재란 모를 터(mortar) 또는 콘크리트를 만들기 위하여, 시멘트와 물에 혼합하는 모래, 자갈, 부순 돌, 부순 모래, 그 외 이와 비슷한 재료를 말합니다.
골재가 콘크리트 내에서 차지하는 용적 비율은 약 65~85% 정도이므로 골재의 종류나 품질이 콘크리트 성질에 미치는 영향은 매우 큽니다. 입경의 크기에 따라 모래나 쇄사와 같은 끝에 잔골재(NIE aegregates)라 하고 자갈, 쇄석, 고로슬래그와 같은 골재를 굵은골재(coarse aggregate)라 합니다.
콘크리트 표준시방서에서는 잔골재와 굵은골재를 다음과 같이 구분하고 있습니다. 잔골재는 10 mm에 전부 통과하고 5m 치(No.4)를 중량비 85% 이상 통과하며 0.08 m 체(No.200)에 거의 다 남은 골재 또는 5mm에 다 통과하고 0.08 mm 체에 다 남는 골재를 말합니다.
굵은골재는 5mm 체에서 중량비로 85% 이상 남는 골재 또는 5 mm 체에 다 남는 골재를 말합니다. 또한, 굵은골재 최대치수는 중량비로 90% 이상을 통과시키는 체중에서 최소 치수의 체 눈의 호칭 치수로 표시합니다. 또 골재는 천연골재와 인공골재로 나뉩니다.
콘크리트 구조설계 기준에서 규정한 굵은골재의 공칭 최대치수는 거푸집 양 측면 사이의 최소 거리의 15 이하, 슬래브 두께의 1/3 이하, 철근 순간적인 3/4 이하, 과다 철근 부재의 경우 주철근의 최소간격보다 5mm 작은 것 중 작은 값으로 규정하고 있으며, 콘크리트 시방서에서는 일반적인 경우 25mm, 단면이 큰 경우 40m, 무근콘크리트의 경우 40ml 그러나 부재 최소 치주의 14 미만)로 규정하고 있습니다.
골재는 함수 상태, 즉 골재에 부착 또는 흡수되어 있는 수분 상태에 따라서 다음과 같이 4가 지 경우로 구분할 수 있습니다.
(1) 절대건조상태(absolute dry condition) 
건조상태(절건상태)라고도 하며, 110°C 정도의 온도에서 24시간 이상 골재를 건조한 상태를 의미합니다.
(2) 공기중건조상태
기건상태라고도 하며, 골재를 실내에 방치한 경우 골재 입자 표면과 내부의 일부가 건조된 상태를 의미합니다.
(3) 표면건조포화상태(saturated surface dry condition)
표건 상태라고도 하며, 골재 내부는 수분이 포화한 상태이지만 외부는 건조된 상태를 의미합니다. 표면건조포화상태는 시방배합에서 고려되는 상태입니다.
(4) 습윤상태(wet condition)
골재 내부에 수분이 포화한 상태이고, 표면에도 수분이 부착되어 있는 상태를 의미합니다. 골재는 다음과 같은 성질을 가지고 있어야 합니다.
① 단단하고 강할 것
② 쓰레기, 진흙, 유기물을 함유하지 않을 것
③ 기상적용에 의한 영향을 받지 않을 것
④ 비중이 클 것
⑤ 단위 용적 질량이 클 것
⑥ 마모되지 않을 것
⑦ 흡수율이 작을 것