콘크리트 중량배합 - konkeuliteu junglyangbaehab

배합강도는 시험을 30회 이상 해서 표준편차를 반영하는 식으로 결정합니다. 그러나 압축강도 시험 횟수가 29회 이하이고 15회 이상인 경우는 계산된 표준편차를 보정해서 사용하도록 규정하고 있습니다.

그리고 공사 초기에 콘크리트 압축강도의 표준편차를 알지 못하거나 압축강도의 시험 횟수가 14회 이하인 경우 다음 식으로 정할 수 있다고 규정하고 있습니다.

공사 초기라서 표준편차를 알지 못한다고 하면 배합강도는 다음과 같이 됩니다.

배합강도 = 24 + 8.5 = 32.5MPa

식만 본다면 8.5MPa이 과다하게 생각되기도 합니다. 그런데 8.5MPa 정도 목표값을 높게 설정해서 배합하면 나중에 문제가 발생하더라도 우리가 원하는 24MPa를 달성할 수 있을 가능성이 높다고 이해하면 될 것 같습니다. 

2. 물-결합재비의 결정

물-결합재비는 압축강도와의 관계식으로 정해야 하는데 시험에 의해 정하는 것을 원칙으로 하고 있습니다. 시험 데이터가 없다고 하면 참고식을 이용할 수 밖에 없는데 여기서는 미국(ACI)의 다음 식을 이용하는 것로 하겠습니다.

 f28 = -7.6 + 19.0(B/W)

따라서 B/W = (f28 + 7.6) ÷ 19.0이 됩니다. 대입해보면

B/W = (32.5 + 7.6) ÷ 19.0 = 2.11

W/B = 1/2.11 = 0.47로 계산할 수 있습니다.

3. 단위수량의 결정

단위수량은 최대 185 kg/㎥ 이내의 작업이 가능한 범위 내에서 될 수 있는 대로 적게 사용하며, 그 사용량은 시험을 통해 정하도록 규정하고 있습니다. 만을 시험 데이터가 없다는 해설 표를 이용할 수 있습니다.

여기서는 계산과정을 단순화하기 위해 AE제를 사용하지 않는 걸로 계산해보겠습니다. 

위 표에서 굵은 골재의 최대치수가 25mm일 때 단위수량은 187kg을 대략값으로 사용할 수 있습니다. 그런데 위 표의 값은 보통의 입도를 가진 천연 잔골재(조립률 2.8 정도)와 부순 굵은 골재를 사용한 물-결합재비 55% 정도 슬럼프 80mm 정도의 콘크리트에 대한 것이라, 우리가 가진 재료의 조건과 차이가 있기 때문에 보정해야 합니다.

현재 우리가 원하는 콘크리트의 슬럼프는 120이기 때문에 보정 항목에 해당하는 것은 다음 항목입니다.

현재 목표로 하는 슬럼프와의 차이는 120-80 = 40입니다. 따라서

슬럼프에 의한 보정값은 4 × 1.2% = 4.8 %입니다.

슬럼프를 더 크게 하려면 단위수량을 4.8%만큼 더 넣어줘야 한다는 것입니다. 따라서 

187 × 0.048 = 8.976kg을 더 추가해야 하고

187 + 8.976 = 196.0kg이 됩니다.

단위수량은 최대 185 kg/㎥ 이내의 작업이 가능한 범위 내에서 될 수 있는 대로 적게 사용하도록 규정하고 있지만 일단 이 196.0kg을 그래도 사용하는 것로 계산하도록 하겠습니다.

4. 단위결합재량의 결정

단위결합재량은 앞에서 구한 물-결합재비와 단위수량을 이용해서 구할 수 있습니다. 

앞에서 구한 물-결합재비(W/B)는 0.47입니다. 

단위수량은 196.0kg입니다. 따라서 단위결합재량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

W/B = 0.47 --> B = W/0.47

B= 196.0/0.47  = 417.0kg 입니다. 

콘크리트 1000L 제조에 필요한 단위수량과 단위결합재량을 구했습니다. 이제 나머지 잔골재와 굵은 골재의 양만 결정하면 됩니다. 그 전에 먼저 결정해야 하는 것이 잔골재율입니다.

5. 잔골재율 산정 

잔골재율은 전체 골재의 용적에서 잔골재가 차지하는 용적의 비율을 나타냅니다. 잔골재율은 소요의 워커빌리티를 얻을 수 있는 범위 내에서 단위 수량이 최소가 되도록 시험에 의해 결정하도록 정하고 있습니다. 

만일 시험값이 없다면 단위수량을 결정할 때 사용했던 표를 이용할 수 있습니다. 위에 있는 표를 보시면 굵은 골재 최대치수가 25mm일 때 잔골재율은 45%로 제시되어 있습니다.

그런데 이 값도 보정을 해야 합니다. 보정 항목에 해당하는 것은 다음과 같습니다.

현재 우리가 가지고 있는 잔골재의 조립률은 2.98입니다. 그리고 물-결합재비는 0.47입니다.

표의 조립률 기준값은 2.8이므로 조립률 차이에 맞추어 보정을 하면

조립률 차이값이 2.98-2.8 = 0.18 이므로,

(0.18÷0.1)×0.5 = 0.9입니다.

또 표의 물-결합재비 기준값은 0.55이므로 물-겹합재비 차이에 맞추어 보정을 하면

물-결합재비 차이값은 0.47-0.55 = -0.08 이므로,

(-0.08/0.05)×1= -1.6입니다.

따라서 45+0.9-1.6 = 44.3%입니다.

6. 골재량 산정 

이제 잔골재와 굵은 골재의 양을 계산해 보겠습니다. 우선 골재 전체의 양을 계산해야 합니다. 우리가 제조하려는 콘크리트의 양은 1000L이므로, 1000L에서 물, 결합재, 공기의 부피를 빼면 골재의 부피를 계산할 수 있습니다.

여기서 공기의 용적은 단위수량을 계산할 때 사용한 표에서 구할 수 있습니다. 

표를 보면 1.5%의 공기가 포함된다고 제시되어 있습니다. 따라서 1000L에는 공기가 1.5%인 15L가 포함됩니다.

또, 앞에서 계산한 결합재의 양은 중량(kg)이므로 부피로 환산해야 합니다. 이때 비중값을 이용할 수 있습니다. 

비중 = 무게/부피 이므로 부피 = 무게/비중이 됩니다. 우리가 가진 결합재의 비중은 3.15였습니다. 따라서 앞에서 계산한 결합재 417.0kg의 부피는

417/3.15 = 132.38L 입니다.

따라서 골재의 용적 = 1000L - (196(물)+ 132(결합재) + 15(공기)) = 657L 입니다.

골재 전체의 용적에서 잔골재율을 곱하면 잔골재의 용적을 계산할 수 있습니다. 

잔골재의 용적 = 657×0.443 = 291L

굵은 골재의 용적 = 657-291 = 366L

이것을 각각 중량으로 환산하려면 비중(무게 = 부피×비중)을 이용합니다.

잔골재의 무게 = 291×2.6 = 756.6kg

굵은 골재의 무게 = 366×2.64 = 966.2kg

자 그럼 우리가 원하는 콘크리트 1000L를 제조하려면 다음과 같이 배합하면 됩니다.

물 : 196kg

결합재 : 417kg

잔골재 :  757kg

굵은 골재 : 966kg

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건축재료 목차

건축재료와 관련한 내용들입니다. 각 항목을 클릭하시면 관련 내용으로 이동합니다. 시멘트에 대한 내용입니다. 시멘트/콘크리트 관련 표준 용어 모음 시멘트의 제조와 화학 성분 포틀랜드 시

콘크리트 배합설계

카테고리 없음 2020. 3. 6. 07:39

목 차

Ⅰ. 용어의 정의

Ⅱ. 배합설계

Ⅲ. 현장배합 수정

Ⅰ. 배합설계 용어 정의

1. 용어의 정의

1) 배합설계

- 콘크리트 각 재료의 비율을 정하는 것

2) 물-시멘트 비 (W/C)

- 물과 시멘트의 무게 비

- 콘크리트 강도에 가장 큰 영향을 줌

3) 설계기준강도(fck)

- 설계에서 기준으로 한 소요의 압축강도

- 재령 28일 강도가 기준

4) 배합강도(fcr)

- 콘크리트 배합시 목표로 하는 강도 (재령 28일 강도가 기준)

- 일반적으로 설계기준강도 보다 크게 잡음

- 배합강도는 전체 배합되는 콘크리트의 평균강도의 개념의 아니므로,

  어느 한 부분이라도 설계기준강도 보다 작아서는 안됨

5) 단위량 (㎏f/㎥)

- 콘크리트 1㎥를 만드는데 필요한 각 재료양 (㎏f)

6) 잔골재율 (S/a)

- 전체 골재량에 대한 잔 골재량의 절대 부피비 (%)

7) 시방배합

- 시방서 또는 책임 발주기관에서 지시한 배합

※시방서 : 도면으로 나타낼 수 없는 사항을 문서로 적어서 규정한 것

8) 현장배합

- 시방배합을 현장의 골재상태에 맞도록 고친 것

2. 용어의 정의(재료)

1) 시멘트 : 교착재(결합재)의 총칭으로 여러 재료를 교착시키는 역할

    - 보통 포틀랜드 시멘트(1종)

    - 중용열 포틀랜드 시멘트(2종)

    - 조강 포틀랜드 시멘트(3종)

    - 저열 포틀랜드 시멘트(4종)

    - 내황산염 포틀랜드 시멘트(5종)

2) 골재 : 몰탈 또는 콘크리트를 만들기 위하여 시멘트 및 물 등과

일체로 굳어지는 불활성 재료

- 잔골재 : 규격 5㎜ 표준 체를 중량 비로 85%이상 통과하는 골재

- 굵은골재 : 규격 5㎜ 표준 체를 중량 비로 85%이상 남는 골재

3) 혼화재료 : 모르터나 콘크리트 제조시 혼합하여 소요의 성질을 부여하거나 개선,

향상시키기 위해 사용되는 재료

- 혼화재 : 시멘트 중량에 대하여 5%이상 첨가하는 재료(플라이애쉬, 고로슬래그 등)

- 혼화제 : 시멘트 중량에 1% 전후 첨가 하는것 (고성능AE감수제, AE제, 촉진제 등)

Ⅱ. 배합설계 

1. 배합설계 목적

- 강도, 내구성, 수밀성, 균열저항성, 철근 또는 강재를 보호하는 성능과 시공성에

필요한 워커빌리티(workability) 를 가진 경제적인 콘크리트의 배합을 결정

2. 배합설계 사전준비

- 사용재료 품질실험 : 골재의 비중, 골재의 입도분석, 흡수량 ,단위용적중량, 마모율 등

4. 시험 배합설계

1) 배합강도 결정

- 배합강도(fcr)≥설계기준강도(fck)

- 35㎫≥ fck인 경우

① fcr = fck + 1.34s (㎫)

② fcr = (fck-3.5)+2.33s (㎫)

- 35㎫＜ fck인 경우

① fcr = fck + 1.34s (㎫)

② fcr = 0.9fck + 2.33s (㎫)

여기서 : fcr : 배합강도(㎫)

fck : 설계기준강도(㎫)

S : 압축강도의 표준편차(㎫)

→ 30회 이상의 시험 실적으로 결정(보정 계수표)

2) W/B 비 결정

- 소요의 강도, 내구성, 수밀성, 균열저항성 고려

(1) 압축강도를 기준으로 정하는 경우

a) 시험에 의하여 정하는 경우(원칙)

- B/W 비와 f28(재령28일 강도) 의 관계로 결정

b) 배합에 사용할 W/B비는 기준 재령의 B/W비와

압축강도와의 관계식에서 배합강도에 해당하는

B/W비 값의 역수로 한다.

(2) 내구성을 기준으로 W/B 결정

- 콘크리트의 내동해성 기준으로 하여 물 시멘트 비를 정하는

경우의 AE 콘크리트의 최대 물-시멘트 비(%)

기 상 조 건

기상작용이 심하고 동결융해 가 자주 반복될 때

기상작용이 심하지 않고 온도가 동결점 이하로 떨어지는 경우가 드물 때

단 면

얇은 경우

보통의 경우

얇은 경우

보통의 경우

구조물의

노출상태

(1)연속해서 또는 반복해서

물에 포화되는 경우

45

50

50

55

(2)일반적인 노출상태로

(1)에 속하지 않는 경우

50

55

55

60

- 특수노출상태에 대한 요구사항

- 황산염을 포함한 용액에 노출된 콘크리트에 대한 요구사항

(3) 제빙 화학제가 사용되는 경우 : 45% 이하

(4) 수밀성을 기준으로 정하는 경우 : 50% 이하

(5) 탄산화 저항성을 고려하여 정할 경우 : 55% 이하

(6) 해양콘크리트 : 해양콘크리트 표준시방에 따른다.

3) 단위수량의 선정

(1) 작업가능 범위 내에서 될수 있는 대로 작게 시험에 의해 정함

(2) 콘크리트의 단위 굵은골재용적, 잔골재율 및 단위수량의 대략 값

굵은골재의 최대치수(㎜)

단위굵은 골재 용적(%)

     공기연행제를 사용하지 않은

                콘크리트

                               공기연행 콘크리트

갇힌공기(%)

잔골재율(S/a) (%)

단위수량

    W

(Kgf/㎥)

  공기량     (%)

양질의 공기연행제를 사용한 경우

양질의 공기연행 감수제를 사용한 경우

잔골재율

S/a (%)

단위수량

W(Kgf/㎥)

잔골재율

S/a (%)

단위수량

W(Kgf/㎥)

15

58

2.5

53

202

7.0

47

180

48

170

20

62

2.0

49

197

6.0

44

175

45

165

25

67

1.5

45

187

5.0

42

170

43

160

40

72

1.2

40

177

4.5

39

165

40

155

주) : 잔골재 조립률 : 2.80, 물-시멘트비 55%, Slump : 80mm인경우의 표준값

(3) 배합수 및 잔골재율 보정 방법

구분

S/a의 보정(%)

W의 보정(kg)

모래의 조립률이 0.1 만큼 클(작을)때마다

0.5 만큼 크게(작게) 한다.

보정하지 않는다.

슬럼프 값이 10㎜ 만큼 클(작을)때마다

보정하지 않는다.

1.2% 만큼 크게(작게)한다.

공기량이 1% 만큼 클(작을)때마다

0.5~1.0 만큼 작게(크게)한다.

3%만큼 작게(크게)한다.

물-결합재 비가 0.05 클(작을)때마다

1 만큼 크게(작게)한다.

보정하지 않는다.

S/a 가 1% 클(작을)때마다

보정하지 않는다.

1.5kg 만큼 크게(작게)한다.

자갈을 사용할 경우

3~5만큼 크게 한다.

9~15kg 만큼 작게 한다.

부순모래를 사용할 경우

2~3만큼 크게 한다.

6~9kg 만큼 크게 한다.

주) 단위굵은 골재용적에 의하는 경우에는 잔골재의 조립률이 0.1만큼 커질(작아질)

때마다 단위 굵은 골재 용적률을 1%만큼 작게(크게)한다.

4) 단위 시멘트량

- 단위 시멘트량(Kgf/ ㎥)=단위수량과 물결합재비

5) 굵은 골재의 최대 치수

구조물의 종류

굵은골재 최대치수(㎜)

일반적인 경우

20 또는 25

단면이 큰 경우

40

무근 콘크리트

40

부재 최소 치수의 1/4을 초과해서는 안됨

6) 슬럼프 값

- 운반, 타설, 다지기 등의 작업에 알맞은 범위 내에서 될 수 있는 한 작은 값

                                              슬럼프의 표준값 (㎜)

종 류

슬럼프 값

철근 콘크리트

일반적인 경우

80 ~ 150

단면이 큰 경우

60 ~ 120

무근 콘크리트

일반적인 경우

50 ~ 150

단면이 큰 경우

50 ~ 100

7) 잔 골재율(S/a)

- 소요의 워커빌리티를 얻을 수 있는 범위내에서 단위수량이 최소가 되도록 시험에 의해서 결정

- 잔골재의 조립률이 ±0.2이상 일때 배합 수정

8) 공기량의 선정

- 굵은 골재 치수와 내동해성을 고려하여 다음 표와 같이 정한다.

                                       공기연행 콘크리트 공기량의 표준값

굵은 골재의

최대치수(㎜)

공 기 량 (%)

심한노출

보통노출

10

15

20

25

40

7.5

7.0

6.0

6.0

5.5

6.0

5.5

5.0

4.5

4.5

9) 단위 혼화 재료의 단위량 선정

- 소요의 슬럼프 및 공기량을 얻을 수 있도록 시험에 의해 결정

제빙화학제에 노출된 콘크리트 최대 혼화재 비율

혼화재의 종류

시멘트와 화화재 전체에 대한

혼화재의 질량 백분율(%)

플라이 애쉬 또는 기타 포조란

25

고로슬래그 미분말

50

실리카 퓸

10

프라이애쉬, 고로슬래그미분말 및

실리카 퓸의 합

50

플라이애쉬또는 기타포졸란과 실리카 퓸의 합

35

10) 배합의 표시 방법

굵은골재의 최대 치수

(㎜)

슬럼프

범위

(㎜)

공기량 범위

(%)

물-결합

재비

W/B

(%)

잔골재율

S/a

(%)

단위질량(㎜㎏/㎥)

물

시멘트

잔골재

굵은골재

혼화재료

혼화재

혼화제

10) 단위 재료량의 선정

단위용적 1㎥(1000liter) 에서 공기, 시멘트, 물의 절대용적을 뺀 나머지가 골재의 절대용적

- a=1-[(W/1000+C/(Gw*1000)+단위혼화재량/(혼화재비중*1000)+A/100)]

- Vs (㎥ )= Vs+g * S/a(잔골재율)

- S(Kgf/ ㎥) = Vs * Gs * 1000

- Vg (㎥ )= Vs+g - Vs

- G(Kgf/ ㎥) = Vg * Gg * 1000

여기서 a : 단위골재량의 절대용적, Vs : 잔골재 용적, Vg : 굵은골재 용적

W : 단위수량(kg/㎥), C : 단위시멘트량(kg/㎥), A : 공기량(%)

GW :시멘트 밀도, GS :잔골재 밀도, Gg :굵은골재 밀도

11) 시방배합의 결정

(1) 계산에서 산출된 W/B, S/a, 단위수량, 골재량을 토대로 배합시험 실시

(2) 반복 배합을 통하여 최적의 물성치를 찾음(슬럼프, 워커빌리티 등)

(3) W/B-f28 관계식을 구하기 위한 공시체 제작 및 압축강도 측정

(최적 W/B ± 5%, S/a ± 1%) 3종류

(4) 물-결합재비의 결정 및 최종 시방배합의 결정

Ⅲ. 현장배합 수정

1. 시방배합의 골재상태

- 입 도 : 5mm체를 기준으로 잔골재와 굵은골재로 구분

- 함수상태 : 표면건조 포화상태

⇒ 현장의 골재는 보관상태나 환경적인 요인으로 표준적인 골재의 상태가 아님

2. 현장배합으로 고치기

① 입도에 대한 보정

② 표면수에 대한 보정

1) 입도에 대한 보정

- 잔 골 재 (X) = 5mm체 통과 시료(S) + 5mm체 잔류시료(G)

- 굵은골재(Y) = 5mm체 통과 시료(S) + 5mm체 잔류시료(G)

2) 표면수에 대한 보정

- 시방배합 : 골재의 함수상태 ⇒ 표면건조포화 상태

- 현 장 : 골재의 함수상태 ⇒ 표면건조포화 상태 아님

시방 배합의 물의 양 보정 필요

⇒ 현장 잔골재(X)의 표면수량 = X*(c/100)

⇒ 현장 굵은골재(Y)의 표면수량 = Y*(d/100)

∴ 보정된 단위수량

=시방배합단위수량 - (X의 표면수량 + Y의 표면수량)

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