Transcript 건축재료

건축재료-중간시험
수원과학대학교
김 재홍
총 론
2
 사용목적에 의한 분류

구조재료(건축물의 뼈대 : 기둥, 보, 벽체 등 내력부분을 구성하는 재료)


마감재료(내력부분 이외의 간막이, 장식 등을 목적으로 하는 바닥 등의 내외장재)


타일, 도벽, 유리, 금속판, 보드류, 도료 등
차단재료(방수, 방습, 차음, 단열 등을 목적으로 사용하느 재료)


목재, 석재, 콘크리트, 철강 등
아스팔트, 시일링재, 페어글라스, 글라스울 등
방화, 내화재료(화재의 연소방지 및 내화성의 향상을 목적으로 하는 재료)

방화문, PC부재, 석면시멘트판, 규산칼슘판, 암면 등
총 론
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 건축재료의 일반적 성질

역학적 성질

탄성, 소성, 점성

탄성(彈性) : 재료에 외력이 작용하면 변형이 생기며, 이 외력을 제거하면 재료가
원래의 모양, 크기로 되돌아가는 성질

소성(塑性) : 외력을 제거하여도 재료가 원상으로 돌아가지 않고 변형된 그대로의
상태로 남아 있는 성질

점성(粘性) : 외력이 작용하였을 때의 변형이 하중속도에 따라 영향되는 성질
즉 엿 또는 아라비아고무와 같이 유동화 하였을 때 각부에 서로 저항이
생기는 성질

비탄성 : 소성과 점성을 총징
총 론
 응력 – 변형률(stress-strain curve)

탄성성질을 나타내는 재료의 수직응력(normal stress)
4
총 론
5
 P점 : 비례한계(propotional limit)

O-P점 : 응력과 변형률 사이의 일차원적 비례관계
P점은 응력의 비례한계
 E점 : 탄성한계(elastic limit)


응력이 비례한계 이내에서는 하중을 제거할 때 당
연히 O점으로 되돌아가며 응력을 P점보다 다소 높
은 E점까지 높일 때도 하중을 제거하면 O점으로
되돌아간다.
이러한 E점의 응력을 탄성한계라 한다.
 Y1점 : 상항복점(upper yielding point)


하중을 E점까지 증대시키면 그래프는 곡선상이 되
며 Y1점에서 갑자기 하중이 내려가고 변형률이 급
증하기 시작한다.
이 Y1점의 응력을 상항복점이라 한다.
 Y2점 : 하항복점(lower yielding point)


상항복점에서 일단 저하한 응력에서 변형률만 진
행된다.
이때 Y2점의 응력을 하항복점이라 한다.
총 론
6
 S점 : 변형률 경화(strain hardening)

항복이 끝나고 S점에서 응력이 다시 상승하는 현상
 M점 : 극한강도 또는 인장강도

항복이 끝나고 나서 다시 응력을 증가시켜 최대응력
M점에 도달하면 시험편의 국부가 늘어난다.

이때의 M점을 극한강도 또는 인장강도라 한다.
 B점 : 파괴점

M점을 지나면 응력은 급격히 감소되고 B점에 이르
러 파괴된다.
총 론
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 탄성계수

각종 재료의 응력-변형률 곡선

후크의 법칙

재료의 대부분이 실용범위 내에서 응력과 변형률이 비례하는 성질
 P / A P l
E 

 l / l A  l

P=외력, A=단면적, σ(P/A)=응력, ε(Δl/l)=변형률
총 론

8
E : 탄성계수 또는 영계수(단위=㎏/㎠)



탄성계수의 값이 클수록 그 물체는 변형되기 어렵다.
구조재료로서 갖추어야 할 성질이지만 강도와 일치하지는 않다.
탄성계수는 전단력이 작용할 경우에도 구할 수 있다.
 Q / A Q l
G 

 ls / l A  ls


τ=전단력, γ=전단변형률, G=전단탄성계수 또는 강성률
프아송비(Poisson’s ratio)
프아송비(v) 


횡방향변형률 1

종방향변형률 m
프와송수(m) 
1
v
이 값은 재료에 따라 일정하며 보통은 3~4이다.
탄성계수(E), 전단탄성계수(G), 프와송비(v)와의 관계
E  2G (1  v)
m E
G
2(m  1)
총 론
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 강도(strength)

강도:재료에 외력(하중)을 작용하였을 때 그 외력에 저항하는 최대응력
(㎏/㎠)

응력(stress) : 외력을 받는 재료의 내부에 생기는 외력에 저항하는 힘

응력도 : 단위면적에 대한 응력(㎏/㎠)

강도에는 외력 작용상태에 따라 압축강도, 비틀림강도 등이 있다.

하중속도 및 작용에 따라 정적강도, 충격강도, 피로강도, 크리프강도가
있다.
총 론

10
경도(hardness)
재료의 단단한 정도를 경도(硬度)라 한다.

강성(rigidity, stiffness)
재료가 외력을 받아도 잘 변형되지 않는 성질 외력을 받아도 변형을 적게 일으키는
재료를 강성이 큰 재료라 한다. 강성은 탄성계수와 밀접한 관계가 있으나 강도와는
직접적인 관계가 없다.

연성(ductility)
재료가 탄성한계 이상의 힘을 받아도 파괴지 않고 가늘고 길게 늘어나는 성질

취성(brittleness)
재료가 외력을 받아도 변형되지 않거나 극히 미미한 변형을 수반하고 파괴되는
성질. 취성을 가진 재료는 충격강도와 밀접한 관계가 있어 갑자기 파괴될 위험성이
크다.

인성(toughness)
재료가 외력을 받아 변형을 나타내면서도 파괴되지 않고 견딜수 있는 성질

전성(malleability)
금속재료의 일반적인 성질의 하나로 압력이나 타격에 의해서 파괴됨이 없이 판상
으로 되는 성질
2장 시멘트
수원과학대학교
김 재홍
2. 시멘트

포틀랜드 시멘트(portland cement, KS L 5201)

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


1종
2종
3종
4종
5종
:
:
:
:
:
보통포틀랜드 시멘트
중용열포틀랜드 시멘트
조강포틀랜드 시멘트
저열포틀랜드 시멘트
내황산염포틀랜드 시멘트
백색포틀랜드시멘트(KS L 5204)
고로슬래그시멘트(KS L 5210)
플라이애쉬시멘트(KS L 5211)
포틀랜드포졸란시멘트(KS L 5401)
내화물용알루미나시멘트(KS L 5205)
마그네시아단열시멘트(KS L 5214)
석면단열시멘트(KS L 5215)
팽창질석을사용한단열시멘트(KS L 5216)
팽창성수경시멘트(KS L 5217)
12
2. 시멘트

13
시멘트의 화학성분, 화합물

포틀랜드시멘트의 화학성분

주요성분 : 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 석회(CaO)

소량의 산화철(Fe2O3), 마그네시아(MgO), 아황산(SO3), 알칼리(K2O,Na2O),
탄산가스(CO2), 물 등이 존재



3CaO · SiO2 (C3S) – 아리트(alite)

수화반응이 비교적 빠르고, 시멘트의 초기강도(3~28일 강도)를 지배

수화열도 C3A(아루미나이트) 다음으로 크며 수축률은 중간 정도
2CaO · SiO2 (C2S ) – 베라이트(belite)

장기에 걸쳐서 강도가 증진하고, 건조수축이 작으며, 수화열도 작다.

28일 이후의 강도를 지배
3CaO · Al2O3 (C3A) – 아루미나이트(aluminate)

함유량은 작으나, 수화속도는 가장 빠르며, 응결 및 1일 강도에 기여

수화열이 매우 크고, 수축률도 매우 크다.
2. 시멘트

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시멘트의 물리적 성질

비 중

시멘트 비중 = 3.0~3.2, 단위용적중량 = 1500㎏/㎥

이물질의 혼입여부 판별, 클링커의 소성정도, 급냉정도 추정

콘크리트의 배합, 단위용적, 중량계산 등에 필요

클링커의 소성이 불충분할수록, 혼합물이 썩여 있을수록, 풍화할수록, 저장기간이
길어질수록 시멘트의 비중은 작아진다.


르샤틀리에의 비중병에 의해 측정
분말도

단위중량에 대한 표면적, 즉 비표면적에 의해여 표시

분말도가 큰(미세한) 시멘트일수록 수화반응이 촉진되어 응결 및 강도의 증진이 큼

분말도가 클수록 블리딩이 적고 색은 밝게 되며 비중도 가벼워진다.
※ 블리딩 : 아직 굳지 않은 모르터나 콘크리트에 있어서 위면에 물이 스며 나오는 성질

분말도가 너무 크면 풍화되기 쉽고 수화열에 의한 축열량이 커지는 단점이 있다.]

블레인 공기투과장치에 의하여 시멘트 1g이 가지는 비표면적이 표준체 44μ에
의하여 잔류되는 비율로 나타내고 블레인치는 ㎠/g로 표시
2. 시멘트

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강도(strength)

시멘트가 경화하는 힘의 대소를 나타내는 것

시멘트 품질의 대표적인 특성치로서 품질관리상 매우 중요

시멘트 강도는 실험에 의한 모르터 강도로부터 추정

물시멘트비

골재혼합비

골재의 성질과 입도

시험체의 형상과 크기

양생방법과 재령

시험방법 등에 의해 변함
각종시멘트의 강도발현
※ 시멘트 강도는 재령이 커질수록 강도는 상승하지만 일반적으로 초기강도가
큰 경우는 장기강도가 늘어나지 않고, 초기 강도가 작은 것일수록 장기강도가 크게
되는 경향이 있다.
2. 시멘트

응 결


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시멘트에 약간의 물을 혼합시켜 시간이 지나면 유동성을 잃고 응고하는 현상
응결시간

분말도가 미세한 것일수록 수량이 작고 온도가 높을수록 짧아진다.

석고 – 시멘트의 급속한 응결의 지연제로서 작용(초속경 시멘트 등에 응용)

경 화 : 시간이 경과함에 따라 강도를 더하는 현상

수화열

시멘트의 수화반응 또는 발열반응에서의 발생열

수화열은 시멘트의 종류, 화학조성, 물시멘트비, 분말도 등에 의해서 달라짐

시멘트가 물과 완전히 반응하면 125㎈/g 정도의 열을 발생

수화열은 콘크리트 내부 온도를 상승시키므로 한중콘크리트에서는 유효하게
수화열을 이용하는 경우도 있으나 매스콘크리트에서는 수화열이 축적되어
온도상승을 일으켜 온도상승이 최대로 달하였다가 온도강하에 이르게 되면
내외의 온도 차에 의하여 균열 발생의 원인이 된다.

시멘트가 풍화되면 수화열은 감소하고, 물시멘트비가 높을수록 커진다.
2. 시멘트
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 각종 시멘트의 특징

포틀랜드 시멘트


보통포틀랜드 시멘트

생산되는 시멘트의 대부분을 차지, 혼합시멘트 등의 베이스시멘트로 사용

일반적으로 시멘트 또는 포틀랜드시멘트라고 말할 때는 보통포틀랜드시멘트를 말함.
중용열포틀랜드 시멘트

C3S 나 C3A가 적고, 장기강도를 지배하는 C2S를 많이 함유하여, 수화속도를
지연시켜 수화열을 작게한 시멘트

수화열이 보통시멘트보다 적고 조기강도는 낮으나 장기강도는 같거나 약간 높다.

건조수푹은 가장 작고 화학저항성이 크며 내산성이 우수하고 내구성도 우수함

댐 등의 매스콘크리트 공사나 도로포장 원자로의 차폐용 콘크리트 등에 이용
2. 시멘트

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조강포틀랜드 시멘트

보통포틀랜드시멘트에 비해 재령의 조기에서 고강도를 나타내는 석회계의 시멘트

보통포틀랜드시멘트가 28일에 나타내는 강도를 재령 7일 정도에 나타냄

조기강도가 높고 장기에 걸쳐 강도를 증진. 따라서 거푸집 회전율이 좋고 양생기간
및 공기 단축 가능


콘크리트의 수밀성, 방수성, 화학적 침식에 대한 저항성이 큼

수화속도가 빠르고 수화열이 커서 저온시에도 강도발현성이 크므로 동기공사에 유리

수축이 크고 수화열이 많으므로 단면이 큰 콘크리트에 부적당

긴급공사, 시멘트 2차제품, 프리스트레스콘크리트 등에 이용
초조강포틀랜드 시멘트

수화성이 큰 시멘트 광물을 소성하여 수화활성을 잃지 않게 미분쇄한 시멘트

단기에 고강도를 발현하고, 장기에 있어서도 증진을 계속한다.

주로 긴급공사, 한중공사, 콘크리트제품, 그라우팅용으로 적합
2. 시멘트

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백색포틀랜드 시멘트

흰색의 석회석으로 사용, 점토는 천연의 점토로서 산화철을 가능한 한 포함 하지
않도록 하며 분쇄과정에서도 철분, 기타 착생제의 혼입을 막아야 하는 등 제조 과정
에서 특별한 처리가 요구

각종 안료를 섞어 넣어 착색시멘트 제조, 도장용 · 장식용 · 채광용 · 인조대리석
제조용으로 사용

내황산염포틀랜드 시멘트

시멘트 중의 알루민산제3칼슘의 함유량을 4%이하로 낮게 하여 토양이나 배수,
해수 중의 황산마그네슘, 황산나트륨 등의 황산염에 대해 저항성을 높인 시멘트

온천지대나 하수도공사에 이용
3장 골 재
수원과학대학교
김 재홍
3. 골 재
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개 요


골재란 : 모래 · 자갈 · 부순돌 · 슬래그 · 기타 이와 비슷한 재료를 통칭
요구조건

청정 · 견고, 물리적 · 화학적 안정성, 유해량의 먼지 · 흙 · 유기불순물 ·
염류 등이 포함 되지 않을 것, 내화성과 내구성 확보
종 류

입자의 크기에 따른 분류

잔골재

잔골재는 10㎜(호칭치수 9.5㎜)체에 전부 통과하고 No.4(5㎜)체에 거의 다 통과하며,
No.200(0.074㎜)체에 거의 다 남는 골재 또는 No.4체를 다 통과하고 No.200체에 다
남는 골재를 말한다.

건축공사 표준시방서에 의하면 체규격 5㎜의 체에서 충량비로 85% 이상 통과하는
골재
3. 골 재


22
굵은골재

굵은골재는 No.4(5㎜)체에 거의 다 남는 골재 또는 No.4체로 쳐서 남는 골재

건축공사 표준시방서에 의하면 체규격 5㎜의 체에서 충량비로 85% 이상 남는 골재
용도에 의한 분류
분 류
종 류
구조용 콘크리트 골재
용 도
단열, 흡음용 콘크리트골재
치장용콘크리트골재
입 경
잔골재
굵은골재
설 명
양질의 천연골재 및 인공골재 등
천연 및 인공경량골재 등
화강암, 석회석 등
5㎜체를 중량으로 85%이상 통과한 골재
5㎜체를 중량으로 85%이상 남는 골재
3. 골 재

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흡수율

골재의 함수상태

절건상태 : 110℃ 정도의 온도에서 24시간 이상 골재를 건조시킨 상태

기건상태 : 실내에 방치한 경우 골재입자의 표면과 내부의 일부가 건조한 상태

표건상태 : 골재의 입자의 표면에 물은 없으나 내부의 공극에는 물이 꽉 차 있는 상태

습윤상태 : 골재입자의 내부에 물이 채워져 있고 표면에도 물이 부착되어 있는 상태
3. 골 재
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 단위용적중량, 실적률, 공극률

단위용적중량

정 의 : 기건상태에 있어서 1㎥의 골재 중량

특 성

다른 조건이 같으면 비중이 큰 골재일수록 단위용적중량은 크다.

단위용적중량은 함수상태에 따라서 변하게 된다.

굵은 골재의 경우에는 함수량이 변해도 단위중량은 거의 변하지 않는다.

잔골재의 경우에는 습기가 차면 팽창하게 되는데, 단위용적중량은 건조상태에 있을
때에는 오히려 작게 된다.

잔골재에 표면수가 있을 때에는 부착력에 의해 사립(砂粒)의 낙착(落着)이 방해 되어
용적이 증가 한다. 이러한 현상을 벌킹(bulking)이라고 한다.

골재의 단위용적중량은 실적률 및 공극율의 산정, 소규모 현장의 골재계량 등에
이용된다.
3. 골 재
25
 반응성 광물, 유해 광물

반응성 광물

알칼리 실리카 반응

알칼리 골재 반응 중 가장 많은 것

시멘트 중의 알칼리 금속(Na과K)과 골재 중의 실리카(SiO )가 물의 존재 하에
2
있어서 장기간에 걸쳐 반응하고 규산소다(혹은 규산칼륨)를 만드는 반응으로
그 때의 팽창압에 의해 콘크리트의 균열이 발생하게 된다.

콘크리트는 반응생성물인 겔(gel)이 보이고 단면을 보면 골재주변에
검은색이 보인다.

시멘트 속의 알칼리원소는 0.6% 이하이면 문제시 되지 않지만 이양이
많아지면 반응이 증가한다.

바다 모래나 촉진형 감수제를 이용하면 반응이 촉진 될 우려가 있어
시공시 주의를 요한다.
2.6 콘크리트의 체적변화
(1) 건조수축(Drying
Shrinkage): 시멘트겔
(cement gel)속의 수분이
증발하여 발생하는 수
축
(2) 크리프(Creep): 지속적인
하중이 작용할 때 변형
률이 점진적으로 증가
하는 현상
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