콘크리트 재료

콘크리트의 유동성이나 수밀성 및 내구성 등 품질을 개선하기 위하여 콘크리트에 혼합하는 재료로서 소량을 사용하여 품질에 영향을 주는 것을 혼화제라 하고, 비교적 다량을 사용하여 콘크리트가 증량이 되는 것을 혼화재라 한다. 혼화제로서 AE제, AE감수제 등은 콘크리트의 시공성과 내동해성을 개선시키며, 고성능 AE감수제는 큰 감수 효과를 얻어 고강도 콘크리트를 얻을 수 있다. 감수제나 AE 감수제는 워커빌리티를 향상시켜 소요의 단위수량이나 단위 시멘트량을 감소시키는 것이고, 응결, 경화시간을 조절하는 것으로는 촉진제, 지연제, 급결제, 초지연제 등이 있다. 또한 방수제와 기포제, 발포제, 방청제, 수중불분리성 혼화제, 보수제, 방동제, 건조 수축 저감제, 수화열 억제제, 방오제, 분진 방지제 등이 콘크리트의 요구되는 기능을 개선할 목적으로 사용된다. AE제는 공기연행제 하며, 계면활성제의 일종으로서 콘크리트 속에 무수히 많은 독립된 공기포를 연행시켜 이 공기포가 볼베어링 역할을 함으로써 콘크리트의 워커빌리티 개선과 동결융해에 대한 저항성을 향상시키기 위해 사용하는 혼화제이다. 감수제는 시멘트 입자에 대한 습윤, 분산 작용에 의해 콘크리트의 워커빌리티를 향상시켜 소정의 컨시스턴시 및 강도를 얻는데 필요한 단위수량 및 단위 시멘트량을 감소시키는 혼화제이다. 한국산업규격에서는 레디믹스트 콘크리트의 경우 AE콘크리트를 표준으로 하고 있기 때문에 AE감수제가 일반적으로 사용되고 있다. 고성능 감수제는 시멘트 입자의 분산 성능이 우수하여 물시멘트비의 저감과 고강도화가 가능하며, 동일한 물시멘트비의 콘크리트에 첨가하여 콘크리트의 품질은 변동 없이 작업성을 크게 향상시키기 위해 사용할 경우에는 유동화제로 불리운다. 혼화재에는 주로 광물질 혼화재가 사용되며, 고로슬래그 미분말과 플라이애시, 실리카흄, 팽창재, 착색재 등이 있다. 고로슬래그 미분말은 용광로에서 선철과 동시에 생성되는 용융슬래그를 물로 급랭시켜 얻은 입상의 수쇄슬래그를 건조하여 미분쇄한 것으로 사용목적에 따라 석고를 첨가하여 포틀랜드 시멘트와 혼합하여 고로슬래그 시멘트를 만드는데 사용된다. 이 경우 고로시멘트의 수화반응은 시멘트 클링커의 수화와 슬래그 수화의 2종류 반응으로 나누어져 진행된다. 후자인 슬래그의 수화는 시멘트 클링커의 수화에 의하여 얻어지는 수산화칼슘과 슬래그가 반응을 일으키므로 이 반응은 속도가 늦으므로 재령 28일 전후일 때 비로소 그 효과가 강도로 나타난다. 따라서 보통시멘트에 비하여 초기 강도는 약간 낮은 값을 나타낸다. 고로시멘트의 특징으로는 콘크리트의 수화발열속도의 저감 및 콘크리트의 온도 상승 억제 효과와 장기강도의 증진, 해수나 각종 광천수 등의 지하수에 대한 저항성이 우수하고, 수밀성의 향상 등 콘크리트의 특성을 개선하는 효과가 있다. 플라이애시는 미분말 형태의 석탄을 연료로 사용하는 발전소에서 이것을 연소할 때 굴뚝을 통해 대기 중으로 날아가는 재의 미립자를 집진장치로 포집한 것이다. 플라이애시는 천연적으로 발생하는 포졸란이나 시멘트와 유사한 성질을 가지고 있으며, 시멘트 페이스트의 유동성을 개선시키고, 콘크리트의 단위수량을 감소시키며, 장기강도가 커지고, 수밀성이 향상되지만 초기 강도 발현이 늦게 하는 특성이 있다. 실리카흄은 실리콘, 페로실리콘, 실리콘 합금 등을 제조할 때에 발생되는 폐가스 중에 포함되어 있는 SiO2를 집진기로 모아서 얻어지는 초미립자의 산업부산물이다. 실리카흄은 2000℃ 정도의 고온에서 얻어지는 구상의 입자이지만 분말도가 매우 미세하기 때문에 콘크리트용 혼화재로 사용할 경우 초고강도의 콘크리트를 얻을 수 있다. 또한 콘크리트의 수밀성이 커지기 때문에 투기, 투수성이 감소되어 콘크리트의 각종 물리적, 역학적 성질을 크게 개선한다. 팽창재는 시멘트의 수화반응 과정에서 에트링가이트 또는 수산화칼슘 등을 생성시켜 콘크리트의 경화 및 건조 시에 수축을 방지하고, 온도응력에 의한 균열 발생을 억제하기 위해 사용된다. 콘크리트는 소정의 압축강도가 나와야 하고, 부재 전체가 밀실 하고 균질하여 내구성이 커야 하며, 시공성이 유지되어야 한다. 콘크리트의 소요강도는 구조계산으로 정한다. 콘크리트의 강도는 시멘트의 강도와 물시멘트비에 의해서 결정되며 시멘트 강도가 클수록, 물시멘트비가 작을수록 콘크리트의 강도는 커진다. 좋은 콘크리트를 만들기 위해서는 시멘트, 골재, 물, 혼화재료 등의 적절한 배합비의 결정 즉 배합 설계가 무엇보다 중요하다. 콘크리트의 배합방법에는 중량 배합과 용적배합방법이 있으며, 중량 배합이 더 정확한 방법이다. 배합설계는 콘크리트에 사용되는 각 재료의 혼합비율이나 콘크리트 단위용적을 구성하는 각 재료의 양을 결정하는 것이다. 경화한 콘크리트의 성질에는 여러 가지가 있으나 가장 중요한 것은 압축강도이다. 콘크리트 구조물 설계 시에 압축강도가 가장 중요한 요소이며, 콘크리트의 기타 성질도 압축강도에 의해 크게 영향을 받는다. 압축강도 이외에도 인장강도, 휨강도, 전단강도, 부착강도가 구조물 설계 시에 채용된다. 일축 압축을 받는 경우의 극한 파괴는 시멘트 결정의 인장 파괴, 재하 방향과 직각인 방향의 부착 파괴, 경사 전단면에 생기는 활동 붕괴 중의 하나 또는 조합에 의하여 일어날 것이다. 극한 변형률은 파괴의 기준이 되며, 그 파괴 변형률은 콘크리트의 강도에 따라 변화한다. 즉 강도가 높을수록 극한 변형률은 낮아진다. 만일 원주형 공시체를 제작하여 습윤 양생 한 후 재령 28일에서 공시체가 파괴될 때까지 정적 재하시험을 하게 되면, 콘크리트 공시체는 작용인장응력(결착력 파괴), 작용전단력(활동 파괴), 압축 응력(파쇄) 또는 이들의 조합 응력에 의하여 파괴될 것이다.