부식으로부터 철근 보호
오늘날의 유로코드에 따르면 콘크리트 피복층(cnom)의 최소 두께가 규정되어 있다. 이러한 콘크리트 피복층의 두께는 철근콘크리트 요소의 외표면에서 첫 번째 철근까지의 최소 거리이다. 선형 요소에서는 이것이 스터럽이고, 면 요소에서는 하부 종방향 철근이다. 공칭 피복층은 다음과 같이 정의된다: cnom = cmin + Δcdev
cmin은 최소로 규정된 피복두께로서, 그 값은 콘크리트와 철근의 부착 조건, 환경 조건, 철근의 피복 등급 등에 따라 달라집니다. Δcdev는 시공 오차를 나타내는 값입니다. 철근콘크리트 부재의 노출 등급에 따라 공칭 피복두께의 값은 서로 다르며, 일반적으로 2,5 cm에서 3,5 cm 범위입니다. 기초의 경우에는 5cm로 봅니다.
시멘트 모르타르와 콘크리트의 잦은 가열 및 냉각에 대한 거동
신선한 콘크리트의 강도는 증기로 서서히 가열하거나 점차 가열된 물 속에 두었다가 이후 천천히 냉각함으로써 빠르게 증가시킬 수 있다. 이렇게 하면 하루의 처리 후 일반적인 방법으로는 몇 주가 지나야 도달하는 강도가 나타난다. 효과의 정도는 시멘트와 골재의 종류에 따라 달라지며, 그러나 연한 콘크리트에서는 치밀한 콘크리트보다 훨씬 더 좋은 결과를 얻는다.
가열과 냉각이 넓은 범위에서 이루어질 경우, 이를 빠르게 시행하면 콘크리트 부재에 상당한 응력이 발생한다. 이러한 경우, 특히 반복이 잦을 때에는 외부에서 내부로 진행하는 균열이 생길 수 있으며, 이는 콘크리트의 기계적 특성에 영향을 미친다. 이때 여러 시멘트는 서로 다르게 거동하므로, 실용적 적용을 위해서는 신중한 시멘트 선택이 권장된다.
콘크리트의 열투과성
콘크리트의 열전도계수는 골재와 시멘트의 특성, 시멘트량, 혼합에 사용된 물의 양, 콘크리트의 수분함량, 그리고 온도에 따라 달라집니다. 10 cm 두께의 판과 충분히 건조된 콘크리트에 대한 시험에서, 열전도계수 λ는 1,163 W/mK로, 10 oC에서 측정되었으며, 물속에 보관된 콘크리트 판의 경우 최대 2,326 W/mK로 나타났습니다. 더 두꺼운 판일수록 더 큰 열전도계수를 보였으며, 최대값은 2,38 W/mK였습니다.
열에 의한 콘크리트의 팽창
팽창은 주로 골재에, 그다음으로 콘크리트의 수분 함량에, 또한 시멘트 자체에 크게 좌우된다. 지금까지 알려진 0에서 40 oC까지의 한계값은 각 도마다 약 6에서 13*10-6 m/m이다.
반복 하중에 대한 저항성
1. 피로 압축강도. 여기서 피로강도라는 개념은 일반적인 의미로 사용되었다. 기술적 적용을 위해서는 항상 피로강도(압축, 인장, 반복 압축 및 인장, 굽힘, 전단, 순수 전단, 좌굴)와 하중 방식(정적만, 반복만, 부분적으로 정적이고 부분적으로 반복)을 명시해야 한다.
정상 하중에 의한 피로 시 압축강도: 장기 하중에 대한 저항은 일반적인 압축시험에서 나타나는 강도의 최소 ¾는 되어야 할 것으로 예상해야 합니다.
반복 하중에 의한 피로 압축강도 (기본 동적 강도): 다양한 조성의 콘크리트 기둥, 특히 서로 다른 시멘트량과 서로 다른 골재 입도에서의 기본 동적 압축강도는, 일반적인 하중으로 파괴될 때의 프리즘 강도의 최소 0,5에 해당하는 것으로 나타났다. 이때 분당 260회의 하중 사이클을 가하였다. 이 기본 동적 강도를 결정한 총 사이클 수는 200만 회였다. 분당 사이클 수를 늘리면(분당 10에서 450회까지 시험함) 파괴에 이르는 반복 횟수도 증가하였다.
피로에 의한 압축강도, 정적 및 반복하중이 동시에 작용할 때: 반복하중에 정적하중이 더해지면, 정적하중이 증가할수록 원래 200만 회 반복되던 반복하중의 진폭 값은 감소하였다. 예를 들어, 그림 1은 반복하중 S의 진폭이 다음과 같았음을 보여준다:
- 정적 하중에서 σu = 6 kg/cm2 S = 109 kg/cm2
- 정적 하중에서 σu = 118 kg/cm2 S = 39 kg/cm2
- 정하중에서 σu = 157 kg/cm2 S = 8 kg/cm2
그림. 1
그림. 2
2. 콘크리트의 피로 휨강도. 그림 2에 제시된, 항상 습윤 상태로 유지된 보에 대한 시험 결과는 기본 동적 하중에서 피로 휨강도가 28 kg/cm2임을 보여주었고, 일반 휨강도는 53 kg/cm2였으며, 이는 0,53의 비에 해당한다.
경량 콘크리트
경량 콘크리트(콘크리트의 단위중량이 18 kN/m3 이하)는 다음과 같은 경량 다공성 골재, 즉 부석, 고로슬래그, 보일러 슬래그를 사용하거나, 모르타르를 천연 또는 인조 모래와 분말로 만들고 여기에 혼합 시 기체를 발생시키는 첨가물(기포 콘크리트) 또는 모르타르 내에서 발포를 일으키는 첨가물(발포 콘크리트)을 사용하여 얻는다.
경량 콘크리트는 그 외에도 벽과 지붕용 경석 블록과 판을 만드는 데 널리 사용된다. 건조 상태에서는 열전도성이 좋지 않으며, 강도는 보통 수준이지만 쉽게 조정할 수 있어 주거용 건물의 내력벽용 경량 블록을 안전하게 제작할 수 있다.
기포 콘크리트에서 기포를 발생시키는 재료로는 알루미늄 분말이 사용된다. 혼화재의 양과 기타 조건에 따라 다소 더 많거나 적게 다공성인 재료가 얻어지며, 건조 상태의 중량은 약 3 kN/m3에서 그 이상이다.
1. 경량 콘크리트의 체적중량. 천연 부석을 사용할 경우, 105 oC에서 건조된 상태를 기준으로 체적중량은 7 kN/m3 이상, 압축강도는 2 MPa를 보장할 수 있습니다. 예상되는 체적중량은 대체로 느슨한 상태의 골재와 시멘트의 합과 같습니다. 체적중량이 8 kN/m3를 넘는 기포콘크리트는 일반적으로 기술적으로 부적합합니다.
2. 경량 콘크리트의 압축강도. 충전 콘크리트는 특별한 조치 없이도 8 MPa의 강도를 얻을 수 있으며, 자갈을 사용하면 최대 12 MPa까지도 가능하다. 적합성에 대한 지속적인 시험이 필요하다. 다공성 콘크리트(가스콘크리트와 발포콘크리트)는 증기압 하에서 경화한 후에만 내력벽에 적합하다. 적절한 원료를 사용하면 6 kN/m3의 단위중량과 5 MPa의 압축강도를 보장할 수 있다.
3. 경량 콘크리트의 휨강도. 휨강도와 압축강도 사이의 비는 실용적 필요 범위에서 비교적 크게 나타났으며, 강도가 증가할수록 그 비는 감소합니다.
4. 경량 콘크리트의 수축 정도. 수축 정도는 주로 골재의 탄성 및 경화된 시멘트 조성의 양에 좌우되며, 경량 콘크리트의 수축은 자갈 콘크리트의 수축보다 더 크다. 벽돌 파쇄물 콘크리트는 1년 동안 총 수축 정도가 약 0,65 mm/m인 것으로 나타났다. 천연 부석으로 만든 방금 공급된 부재는 14 m개월 동안 약 0,8 mm/m만큼 짧아졌다. 공기 중에서 양생된 기포 콘크리트와 발포 콘크리트 시편은 훨씬 더 큰 수축, 심지어 2 mm/m를 초과하는 수축을 보였다. 어떤 콘크리트든 비나 녹은 눈에 젖으면 팽창하고, 이후 건조되면 다시 수축한다는 점을 잊어서는 안 된다.
그림. 3
5. 열전도율 계수. 열전도율 계수는 체적중량이 증가할수록 감소하며, 다른 조건이 같다면 공기 기공이 더 작고 더 균일하게 분포할수록 그 값은 더 작아진다. 공기 건조 상태의 쇄입 콘크리트의 경우 (λ = 0,4625 for 9 kN/m3; λ = 0,58 – 0,7 for 12 kN/m3; λ = 0,81 – 1,05 for 16 kN/m3)이었다. 공기 건조 상태의 기포 콘크리트에 대한 자료는 그림 3에 제시되어 있다.
참고:
- 0,1 kcal/mhoC = 0,1163 W/mK
- 0,1 kg/dm3 = 100 kg/m3 = 1 kN/m3