건축물의 철근 콘크리트 구조의 재료 - 철근 콘크리트 구조 2

1. 철근 콘크리트 구조의 재료

  (1) 개요

- 철근 콘크리트는 콘크리트와 철근을 함께 사용한 구조재이다.

- 콘크리트는 시멘트, 골재, 물 등의 재료를 혼합하여 만든다.

  (2) 콘크리트

    1) 개요

- 콘크리트는 시멘트에 골재와 물을 혼합하여 만들며 필요에 따라 혼화 재료를 첨가한다.

- 콘크리트는 초기에 습윤 상태를 유지해야 강도를 증진시킬 수 있다.

- 콘크리트는 타설 된 후에 28일 정도가 지나면 목표했던 강도에 도달한다. 이를 설계 기준 강도라고 한다.

- 설계 기준 강도는 일반적으로 압축 강도와 같으며 210~270 kgf/㎠ 정도가 된다. 

    2) 콘크리트의 재료

① 시멘트

- 포틀랜드 시멘트 : 보통 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 중용열 포틀랜드 시멘트

- 고로 슬래그 시멘트

- 플라이 애시 시멘트

- 특수 시멘트

② 골재

- 잔 골재 : 5mm 체게 85% 이상이 통과하는 입자의 크기를 가진 골재이다. 모래가 해당한다.

- 굵은 골재 : 5mm 체에 85% 이상이 남는 입자의 크기를 가진 골재이다.

 

[ 분류 방법에 따른 골재의 종류 ]

1. 생산 방식에 따른 분류 : 천연 골재, 인공 골재, 재생 골재

2. 채취 장소 : 강 자갈, 육지 자갈, 산 자갈, 바닷 자갈, 화산암

3. 치수 : 굵은 골재, 잔 골재

4. 비중 : 중량 골재, 보통 골재, 경량 골재, 초경량 골재

5. 용도 : 구조용 골재, 비 구조용 골재, 콘크리트용 골재, 도로용 골재

 

③ 혼화 재료

- 콘크리트의 품질을 개선하기 위해 콘크리트에 혼합하는 재료이다.

- 사용량에 따라 혼화제와 혼화재로 분류한다.

- 혼화제는 소량을 사용하여 콘크리트의 품질에 영향을 주는 것으로 AE제, 감수제, 촉진제, 발포제, 착색제 등이 있다.

- 혼화재는 시멘트 대용으로 다량을 사용하여 콘크리트의 품질에 영향을 주는 것으로 포촐라나, 고로 슬래그 미분말, 플라이 애시, 팽창제 등이 있다.

- AE 감수제 : 콘크리트의 강도를 얻는 데 필요한 단위 수량 및 단위 시멘트 량을 감소시켜서 워커빌리티를 향상하고 내 동해성을 향상한다.

- AE제 : 콘크리트 속에 공기의 기포를 연행시켜 콘크리트의 시공성과 동결과 융해에 대한 저항성을 향상한다.

- 고로슬래그 미분말 : 슬래그를 건조하여 미 분쇄시킨 것으로 해수 등에 대한 저항성을 증대시키고, 장기 강도를 증대시키지만 초기의 강도는 크지 않다.

- 플라이 애시 : 석탄을 연소할 때 발생하는 재의 미립자를 집진 장치로 포집한 것이다. 콘크리트의 유동성을 개선하며 단위 수량을 감소하며 장기 강도가 증대되고, 초기 강도가 발현되기까지 시간이 걸린다.

- 포촐라나 : 사용하면 시공 연도가 좋아지고 블리딩 및 재료 분리가 감소된다. 수밀성이 좋다. 강도 증진은 늦으나 장기 간도는 크며 발열량이 적다.

  (3) 보강용 강재

    1) 강재의 종류

- 보강용 강재의 종류는 철근, 철선, 용접 철망 등이 있다.

- 보강용으로 사용하는 철근은 이형 철근을 사용해야 한다.

- 원형 철근의 지름은 Φ로 표시하고, 이형 철근의 지름은 D로 표시하며 단위는 mm이다.

- 이형 철근은 마디와 리브가 있어서 콘크리트와의 부착이 원형 철근보다 우수하다.

    2) 철근의 가공

- 철근의 단부나 이음의 끝에는 갈고리를 만들어야 한다.

- 단부 구부림의 각도는 180˚, 135˚, 90˚로 만들 수 있다.

- 이형 철근을 사용하는 벽과 바닥판에는 갈고리를 만들지 않고 겹친 이음을 사용하고, 보와 기둥 등에는 갈고리를 만드는 것이 안전하다.

- 갈고리를 만들어야 하는 부분은 원형 철근, 굴뚝 철근, 스터럽, 대근, 기둥 및 돌출부 철근 등이 있다.

    3) 철근의 이음

- 철근의 이음에는 겹치기 이음과 맞대기 이음이 있다.

- 중요한 부재의 이음 위치는 응력이 작은 부분이어야 한다.

- 원칙적으로 D35를 초과하는 철근은 겹친 이음을 하지 않아야 한다.

    4) 철근의 정착

- 철근 콘크리트 구조의 각 단면의 철근에 작용하는 인장력이나 압축력이 단면의 양쪽에서 발휘할 수 있어야 한다. 그래서 철근의 부착력을 확보하기 위해 묻힘 길이, 갈고리, 기계적인 정착, 또는 이들을 조합하여 철근을 정착해야 한다.

- 정착의 길이는 철근의 종류, 콘크리트의 강도에 따라 달라진다.

- 콘크리트의 강도가 클수록 짧아지고 철근의 지름이나 항복 강도가 클수록 길어진다.

- 인장력을 받는 이형 철근의 정착 길이는 기본 정착 길이에 철근의 순 간격, 피복 두께 등을 고려한 보정 계수를 곱해서 보정해야 한다.

 

[ 포틀랜드 시멘트의 제조 방법 ]

- 시멘트를 만드는 원료는 석회(석회석), 규사(점토), 알루미나(점토), 소량의 마그네시아와 약간의 알칼리가 첨가된다.

- 시멘트의 제조 공정은 원료를 조합, 건조, 분쇄, 혼합한다. 저장한 원료를 조합하는 공정, 조합한 원료를 가열하여 분해하여 소결 한 다음 냉각하여 클링커를 얻는 소성 공정, 소성한 클링커에 석고를 넣어 분쇄한 다음 포장하여 시멘트 제품을 만든다.

- 콘크리트를 만들 때 사용하는 시멘트는 주로 포틀랜드 시멘트이다. 칼슘과 알루미늄 규산염으로 구성된 곱게 분말화한 결정성 분말로 만들어진다. 이 분말에 물을 가하면 반죽이 되고 경화하게 되면 큰 강도를 가지게 되며 비중은 3.12~3.16이며, 무게는 1500kg/㎥이다.

 

[ 철근의 피복 ]

- 철근은 녹스는 것과 화재에 약하다는 단점이 있다.

- 350℃까지는 견디다가 강도가 급격히 떨어지므로 화재가 났을 때 600℃가 되면 철근으로서의 역할을 할 수 없게 된다.

그러므로 화재가 나서 1시간 이내에 소화될 것이라는 가정하에 철근에 무리가 가지 않게 하기 위해 최소 2㎝이상의 콘크리트 표면 두께를 갖추어야 한다. 콘크리트의 외부 표면에서 철근까지의 거리를 피복 두께라고 한다.

- 콘크리트는 공기 중의 수분이나 염분 등에 의해 중성화, 풍화되면 철근의 역할을 할 수 없게 되므로 피복 두께를 확보하여야 한다.

- 콘크리트를 타설 할 때 철근과 거푸집과 간격이 제대로 확보되어 있지 않으면 그 사이에 골재가 걸려서 하자가 발생하므로 콘크리트를 사용할 때의 피복 두께는 부위별로 다르게 해야 한다.

- 피복 두께가 얇으면 균열이 생기기 쉬우며, 피복 두께가 너무 두꺼우면 재료가 낭비되므로 철근 굵기의 1.5배 이상의 두께를 확보하는 것이 콘크리트의 부착력을 확보하는 데 좋다.