Transcript 콘크리트강의노트제7장(8월20일).

제7장 골재
(1) 골재의 특성으로는 공극률, 입도, 흡수율, 형상과 표면조직, 분쇄강도, 탄성
계수, 존재하는 유해물의 종류
(2) 이러한 특성은, 모암인 광물 조성, 모암의 폭로 상태, 골재 생산 방법과 설비
종류에 따라 영향
(3) 모암의 기초적 사항, 광물의 분류, 골재의 특성에 영향을 주는 처리방법
(4) 산업폐기물 골재 : 고로 슬래그, 플라이애쉬, 도시 폐기물, 재생콘크리트
7.1 중요성/ 분류와 명칭
(1) 골재는 콘크리트 속의 골재로서 체적의 60-80%를 차지함
(2) 굵은골재 : 4.75mm(No.4 체가름)보다 큰 입경 - 50mm 또는 150mm
잔골재 : 75mm(No.200체) - 4.75mm
천연골재의 단위용적질량 : 1520 - 1680 kg/m3
콘크리트의 단위체적질량 : 2400 kg/m3
경량골재 단위용적질량 : 1120 kg/m3 미만
중량골재 단위용적질량 : 2080 kg/m3 이상
천연 광물질 골재 : 천연 모암으로 만든 모래, 자갈, 부순돌
인공골재 : 팽창성 점토나 혈암과 같은 열처리하여 만든 재료
골재의 분류
천연골재
강모래, 강자갈, 바다모래, 바다자갈, 산모래, 산자갈, 천연경량골재
인공골재
쇄사, 쇄석, 슬래그 쇄사, 슬래그 쇄석, 인공경량골재, 인공중량골재
7.2 천연 광물질 재료/ 암석의 종류
(1) 암석의 종류
암석은 기원에 따라 화성암, 퇴적암, 변성암의 주요한 세가지 그룹으로 분류
화성암은 지구 표면 가까이의 마그마의 냉각으로 만들어 진다.
(2) 퇴적암으로 된 골재의 특성
암석 종류(일반적인 명칭) : 실리카질암(자갈 등), 물리적 퇴적&화학적 결합
(사암), 화학적 퇴적&고화(수암, 부싯돌), 탄산염암(석회암, 백운모암)
(3) 화성암으로 된 골재의 특성
암석의 종류(일반적인 명칭) : 심성암(화강암, 현무암), 반심성암(안산암, 현
무암), 분출성 또는 화산성(흑요석, 진주암), 기타(경석, 소석, 응회암)
(4) 변성암은 지표면의 물리적 화학적 조건에 따라 그들 원래 조성, 결정 구조
또는 광물 조성이 변화한 화성암 또는 퇴적암(대리석, 편마암)
7.3.2 광물의 종류
(1) 실리카 광물
석영은 결정 SiO2로 구성된 매우 일반적인 단단한 광물이다.
(2) 실리게이트 광물
장석, 철마그네슘, 운모, 점토광물이 이 범주에 속한다.
(3) 탄산염 광물
방해석, 탄산칼슘(CaCO3)이 이 범주에 속한다.
석고와 경석고는 가장 풍부한 탄삼염 광물로 혈암속의 불순물로 존재
(4) 황화 광물과 황산염 광물
철을 함유한 황화광물(황철광, 백철광, 자황철광)이 이 범주에 속한다.
7.4 경량골재/ 중량골재
(1) 단위용적질량이 1120 kg/m3 이하인 골재를 경량골재라 한다.
(2) 천연경량골재는 경석, 소석, 응회석과 같은 화산성 바위를 처리하여 제조
인공경량골재는 점토, 혈암, 슬레이트, 규조토, 진주암, 고로슬래그, 플라이
애쉬와 같은 재료를 열처리하여 제조함
(3) 경량골재는 단열 콘크리트에 적합하다.
(4) 단위용적질량이 2400 kg/m3 이상인 골재를 중량골재라 한다. 중량골재를 사
용한 콘크리트는 2880-6080 kg/m3 의 질량이 있으므로 핵방사선 차폐벽에
적용된다.
(5) 중량골재를 생산하는데 적합한 광물은 바륨광물, 철광석, 티타늄 등이다.
7.6 고로슬래그 골재/플라이애쉬 골재/재생콘크리트 골재
(1) 고로슬래그 골재 : 철 몰드에서 서서히 냉각한 고로슬래그를 골재로 사용하
기에 접합하도록 파쇄한 것, 단위 체적 중량은 1120-1360 kg/m3 으로 천연
골재와 구조용경량골재의 중간에 있다. 콘크리트 2차 제품에 널리 사용된다.
(2) 슬래그 속에 과도한 황산철이 존재하면 콘크리트 제품의 변색과 내구성에
문제를 주기 때문에 시방서에서는 SO3와 총황화물 유황의 양은 각각
0.7%, 2%로 제한하고 있다.
(3) 플라이애쉬는 화력플랜트로 분말탄이 연소할 때 만들어지는 소구상입자로
이루어진 알루미나 규산 글라스이다.
(4) 양질의 골재가 부족하고 폐기물 처리 비용이 경제성 분석에 포함되는 곳에서
적합한 골재 공급원이다.
7.9 골재 생산
(1) 현대적인 쇄석 플랜트에서는 파쇄, 물씻기, 선별 및 소비자 규정에 일치하도
록 혼합설비를 갖추고 있다.
(2) 인공경량골재는 파쇄하고, 크기를 같게 하고, 갈아 으깨고, 팰릿(pellet) 모양
으로 된 원료를 1000-1100oC 정도의 온도로 소성하여 생산한다.
(3) 관리가 쉽도록 함수상태에서 제품을 공급한다.
7.9 골재 성질과 중요성
(1) 골재 성질에 대해서는 배합설계와 굳지 않은 것 및 경화 콘크리트의 거동에
주는 영향의 두가지 특성 부분으로 구분할 수 있다.
(2) 다공성에 의존하는 특성
- 밀도, 흡수성, 강도, 경도, 탄성계수, 안정성
(3) 과거의 폭로 상태 및 처리 방법에 의존하는 특성
- 입경 크기, 형상, 조직
(4) 화학적 및 광물적 조성에 의존하는 특성 : 강도, 경도, 탄성계수, 유해물질
모암
미세구조
과거의 폭로상태
및 처리 조건
다공성/물질
입자특성 :
치수
형상
조직
콘크리트
배합설계
광물조성
파쇄경도
마모 저항성
탄성계수
안전성
굳지 않은 콘크리트의 성질
1. 반죽질기
2. 점착성
3. 단위용적질량
경화 콘크리트의 성질
극한 강도
마모 저항성
치수 안전성
내구성
7.10.1 밀도와 겉보기 비중
(1) 천연골재의 공극 : 심성암(2%), 밀실한 퇴적암(5%), 다공질인 사암 또는 석
회암(10-40%)
(2) 겉보기 비중 : 내부 기포를 함유한 재료의 밀도로 정의, 대략 2.6-2.7
화강석 2.69, 사암 2.65, 석회암 2.60
(3) 부피 밀도 : 단위 용적이 차지하는 골재 부분의 질량으로 정의
(4) 골재의 대략적인 부피 밀도는 1300-1750 kg/m3 의 범위이다.
7.10.2 흡수율과 표면수
(1) 표면건조포화상태(SSD) : 내부의 기공이 채워지면 골재 표면에 수막이 없는
상태
(2) 습윤상태 : 골재 내부가 물로 채워지고 표면에도 물이 있을 때
(3) 절대건조상태 : 100oC 까지의 가열로 모든 물이 증발한 상태
(4) 흡수량 : 절대건조상태의 골재를 표면건조포화상태까지에 요하는 총수분량
(5) 유효 흡수량 : 공기 중 건조상태에서 표면건조포화상태에 요하는 총수분량
(6) 표면수 : 표면건조포화상태 이상 함유한 과잉수
(7) 콘크리트 배합설계에 필요한 정보이며, 심성암이나 조밀한 퇴적암에 대한
수량 보정은 적지만, 퇴적암, 경량골재, 축축한 모래의 경우에는 커진다.
(8) 축축한 모래는 물의 장력이 입자를 분리시키기 때문에 모래의 부피가 부푼다
골재의 함수상태
절대건조상태
(절건상태)
공기중 건조상태 표면건조포화상태
(기건상태)
(표건상태)
습윤상태
유효흡수량
흡수량
표면수량
7.10.3 파쇄 강도, 마모 저항성 및 탄성계수
(1) 골재의 파쇄강도, 마모 저항성 및 탄성계수는 공극과 밀접한 관계가 있다.
(2) 일반적인 골재의 파쇄강도는 210-210 MPa, 탄성계수는 70-90 GPa의 범위
7.10.4 안정성
(1) 건습이나 동결융해의 반복과 같은 풍화로 야기되는 골재의 체적 변화가 콘
크리트의 열화를 야기할 때 그 골재는 안정성이 낮다고 한다. 불안정성은
골재의 기공 구조와 관련이 있다.
(2) 불안정성은 골재의 총공극량 보다 세공의 크기 분포와 관련이 있다.
(3) 골재 입자가 젖은 상태에서 포화하는데 건조로 간단히 물이 배출되지 않는
그런 세공의 크기 분포는 골재 속에 큰 간극수압을 야기하는 원인이 된다.
7.10.5 입경과 입도
(1) 입도는 각 치수를 포함한 입상 재료의 일련의 체눈 각각 보다도 크든지 또는
작은 것의 누적 퍼센트
(2) 골재의 입도와 최대치수를 규정하는 이유 : 워커빌리티, 가격
(3) 골재의 최대치수란 중량으로 90% 이상 통과하는 체 중 최소의 호칭치수로
표시
(4) 조립율 : 지정된 일련의 체에 걸리는 골재의 누적 %를 더하여 맞추고 그 합
계를 100으로 나눈 것
(5) 조립율 결정에 사용되는 체는 No.100(150mm), No.50(300mm),No.30
(600mm), No.16(1.18mm), No.8(2.36mm), No.4(4.75mm), 9.5mm,
19mm, 37.5mm 및 그 이상의 것으로 이 치수는 2:1의 비로 증가한다.
(6) 입자지름이 큰 골재가 많으면 조립율의 값은 커진다. 양호한 조립율은 잔골
재에서 2.3 - 3.1, 굵은골재에서 6 - 8 이다.
표 7.6 잔골재로서 필요한 입도
체
통과 백분율
9.5 mm
4.75 mm
2.36 mm
1.18 mm
600 mm
300 mm
150 mm
100
90 – 100
80 – 100
50 – 85
25 – 60
10 – 30
2 - 10
골재입도의 계산
년월일
2011. 3. 2
시료
콘크리트용 모래
샘플의 질량
450g
체치수
잔류질량
잔류(%)
각체
누계
No. 4
0
0
0
No. 8
40.5
9.1
9
No, 16
86.0
19.1
28
No. 30
94.5
21.0
49
No. 50
135.9
30.2
79
No. 100
77.0
17.1
96
No. 200
13.5
3.0
99
팬(pan)
2.1
0.5
100
합계
449.5
조립률
2.61
굵은골재의 최대치수
구조물의 종류
굵은골재의 최대치수(mm)
일반의 경우
20 또는 25
단면이 큰 경우
40
무근콘크리트
40
부재 최소치수의 ¼을 초과하면 안된다.
7.10.6 형상과 표면 조직
(1) 골재 입자의 형상과 표면 조직은 경화 콘크리트보다도 굳지 않은 콘크리트
혼합물의 성질에 영향을 준다. 초기 재령 단계에서 콘크리트의 강도, 특히
휨강도는 골재의 조직에 따라 영향을 받으며 더 거친 조직은 시멘트풀과 골
조의 더욱 강한 물리적인 접착 형성을 도우지만 이후의 재령에서는 이 효과
는 그만큼 중요하지 않다.
(2) 구면율 : 굵은 골재의 용적에 대한 표면적의 비
구상 또는 평형이 잡힌 입자는 낮은 구면율을 나타내고, 세장하고 박편상의
것은 높은 구면율을 나타낸다.
(3) 형상이 너무 얇고 세장한 골재는 총골재 질량의 최대 15%로 제한 하여야 한
다.
(4) 표면조직 : 골재 표면이 매끈하고 둥금은 그 정도로서 정의
7.10.7 유해물질
(1) 유해물질은 잔골재 및 굵은골재의 성분으로서는 사소한 양이지만, 콘크리트
의 워커빌리티, 응결, 경화 및 내구성 특성에 나쁜 영향을 준다.
(2) 75 mm(No.200)체 보다도 잔재료 -> 워커빌리티에 영향 및 소요수량 증가
점토덩어리 -> 워커빌리티에 영향 & 마모저항성에 영향
부서지기 쉬운 알갱이 -> 워커빌리티에 영향 & 마모저항성에 영향
석탄 및 아탄 -> 내구성에 영향을 줌, 표면 오염의 원인
납과 아연 -> 시멘트의 수화작용을 강하게 지연
유기질 물질(식물성)과 부식토 -> 콘크리트의 응결과 경화에 문제
석고, 마그네슘, 나트륨 또는칼륨 황산염 -> 황산염 침식 촉진
표 7.7 콘크리트용 골재 속의 유해물 질량의 한계값
물질
콘크리트에 대한 유해
가능성
잔골재에 대한 최 굵은골재에 대한 최
대 허용량(질량%) 대 허용량(질량%)
75 m(No.200체)보다도
잔재료
마모를 받은 콘크리트 외의
모든 콘크리트
워커빌리티에 영향이
있고, 소요수량 증가
3
1
점토 덩어리 및
부서지기 쉬운 알갱이
워커빌리티와 마모 저
항성에 영향을 기침
5
3
1
5
석탄 및 아탄
콘크리트 표면이 중요한 곳
내구성에 영향을 줌,
더러움이 원인이 된다
0.5
0.5
외의 모든 콘크리트
(비중 2.4이하)
내구성에 영향을 줌
1.0
-
0.5
5
7.11 골재 특성 시험방법
특성
의의
시험명칭
마모 및 붕괴에 대한 저항성
골재 성질의 지표 : 바닥포장에서
의 마모 저항성
ASTM C 131
동결융해작용에 대한 저항성
표면의 박리, 거침, 각 이지러짐
ASTM C 666
황산염으로 인한 파괴에 저항성
풍화작용에 대한 안정성
ASTM C 88
알갱이 상태와 표면조직
굳지않은 콘크리트의 워커빌리티
ASTM C 295
입도
경제성, 워커빌리티
ASTM C 117
단위용적질량과 부피 밀도
배합설계와 계산, 분류
ASTM C 29
비중
배합설계계산
ASTM C 117
흡수량 및 표면수
콘크리트의 품질관리
ASTM C 70
골재성분
붕괴 및 유기질 재료의 양 결정
ASTM C 39
알칼리 반응 및 체적변화에 대한 저항성
체적 변화에 대한 안정성
ASTM C 125
계산에 사용되는 각 재료의 단위중량
재료
단위중량
(kg/m3)
재료
단위중량
(kg/m3)
강, 주강, 단강
주철
알루미늄
철근콘크리트
프리스트레스트 콘크리트
철근 경량 골재 콘크리트
7,850
7,250
2,800
2,450-2,500
2,500
1,850
콘크리트
시멘트 모르타르
목재
역청재
아스팔트 콘크리트 포장
경량 골재 콘크리트
2,300-2,350
2,150
800
1,100
2,300
1,700
Report #3
문제 1. 콘크리트용 골재의 세 가지 특성을 열거하고, 굳지 않은
콘크리트 및 경화 콘크리트에 주는 영향을 설명하시오.
문제 2. 제주도 스코리아(경량골재)의 특성과 적용에 기술하시오
문제 3. 잔골재로 사용하는 부순모래의 특성에 대하여 기술하시
오.