현대 건축의 핵심재료 : 콘크리트 2-1편 (물성)

지난 포스팅에서는 건축디자인 요소 : 재료 [기본편] 과 기본편에서 언급된 콘크리트 재료의 구성요소 및 물성과 어떻게 활용되고 있는지를 알아보고 있는데요. 지난 포스팅이 궁금하신 분은 아래의 링크 Click!

 

자토바이 자전거 배달 팻바이크 스쿠터 전기 전동

https://wkduwoorizip.tistory.com/57

건축디자인의 요소 : 재료[기본 편]

https://wkduwoorizip.tistory.com/59

현대 건축의 핵심재료 : 콘크리트 1편 (구성요소 및 제조과정)

 

 

 

지난 포스팅에 이어 이번포스팅에서는 콘크리트가 가지는 물성과 콘크리트의 종류에 대해 구체적으로 알아보려고 합니다. 콘크리트가 가지는 물성에는 압축강도, 인장강도, 강도등급, 밀도, 수분흡수, 탄성률, 노후화, 불연성, 화학적 안정성과 같은 특성이 있습니다. 각 물성이 가지는 정의가 무엇인지 알아보고 그와 관련된 내용을 자세히 알아보고자 해요. 물성에 관한 포스팅은 1부 2부로 나누어서 진행하려고 하며 1부에서는 압축강도에서부터 수분흡수까지 2부에서는 탄성률에서부터 화학적안정성까지 다뤄볼 예정이니 많은 관심 부탁드립니다. 그럼 1부 시작해 볼까요?!

 

[ 목차 ]
01. 재료의 구성요소
02. 재료의 제조과정
03. 재료의 물성
04. 콘크리트의 종류
05. 재료의 장ㆍ단점
06. 재료의 활용
07. 재료를 활용한 디자인 방법 및 사례

 

03. 콘크리트의 물성

1. 압축 강도 (Compressive Strength)

**압축강도 (Compressive Strength)란 무엇인가요?**

이것은 콘크리트가 얼마나 큰 압력을 견디는지를 나타내며, 일반적으로 파스칼 (Pascal) 또는 메가파스칼 (MPa)로 표시됩니다. 콘크리트는 압축 강도가 높아 구조물의 안정성을 제공하는 데 사용됩니다. 고강도 콘크리트는 압축 강도가 40MPa 이상으로 분류됩니다.

**측정 단위**

압축강도는 일반적으로 두 가지 단위로 표시됩니다
 - 파운드 퍼 스퀘어 인치 (psi):미국에서 일반적으로 사용됩니다.
 - 메가파스칼 (MPa):국제적으로 널리 사용됩니다.

**시험 절차** 

압축강도 측정은 콘크리트 시편을 만들고 시편을 압축하면서 파손까지 가하는 시험을 통해 이루어집니다. 시편은 보통 원통형 또는 입방체 모양을 가지며, 시편을 압축하다가 파손되는 하중을 기록하여 압축강도를 측정합니다. 압축 시험은 일반적으로 7일, 14일 및 28일 등의 시험 연령에서 수행됩니다.

**중요성**

압축강도는 건설 산업에서 중요한 속성 중 하나로, 콘크리트 요소의 구조적 무결성과 하중 수용 능력을 측정합니다. 엔지니어와 건축가는 구조물의 설계 및 안전을 결정하기 위해 압축강도 값을 고려합니다.

**영향을 미치는 요소** 

다양한 요소가 콘크리트의 압축강도에 영향을 미치며, 압축강도는 건축 및 구조물 설계에서 핵심적인 역할을 합니다. 올바른 압축강도를 확보하면 안전하고 내구성 있는 구조물을 설계하고 건설할 수 있으며, 이는 구조물의 수명과 성능에 큰 영향을 미칩니다.

 

물-시멘트 비율 (Water-Cement Ratio)

물-시멘트 비율은 콘크리트의 강도에 큰 영향을 미칩니다. 물의 양이 적으면 강도가 향상되며, 물의 양이 많으면 강도가 감소할 수 있습니다.

시멘트 종류(Type of Cement)

사용된 시멘트 종류, 예를 들어 포틀랜드 시멘트 또는 특수 시멘트,는 강도에 영향을 줄 수 있습니다.

골재 품질(Aggregate Quality)

골재 입자의 크기, 모양 및 품질이 압축강도에 영향을 줍니다.

혼합 및 경화 조건

콘크리트 혼합물을 올바르게 혼합하고 경화시키는 것이 중요합니다. 올바른 혼합 및 경화는 강도 개발을 도울 수 있습니다.

계획된 서비스 조건

구조물이 어떤 환경에서 사용되느냐에 따라 필요한 압축강도가 달라질 수 있습니다.

 

 

2. 인장 강도 (Tensile Strength)

**인장강도 (Tensile Strength)란 무엇인가요?**

 

콘크리트의 인장강도는 콘크리트가 얼마나 큰 인장력 또는 인장하중을 견딜 수 있는지 측정하는 물성 중 하나입니다. 이것은 콘크리트가 끌어 당겨지는 힘에 얼마나 강력하게 저항하는지를 나타냅니다.

**측정 단위**

인장강도는 주로 파운드 퍼 스퀘어 인치 (psi) 또는 메가파스칼 (MPa)로 표시됩니다. psi는 미국에서 주로 사용되고, MPa는 국제적으로 널리 사용됩니다.

**인장강도의 측정 방법**

콘크리트의 인장강도는 콘크리트 시편을 만들고 이 시편을 튕기거나 끌어 당기는 시험을 통해 측정됩니다. 이 시험은 주로 원기둥 시편을 사용하며, 시편을 끌어 당기면서 인장하중을 적용합니다. 시편이 파손될 때까지 얼마만큼의 인장하중을 견딜 수 있는지를 측정하여 인장강도를 결정합니다.

**인장강도의 영향을 미치는 요소**

콘크리트의 인장강도는 여러 요소에 영향을 받습니다.

골재 품질(Aggregate Quality)

골재의 품질과 종류는 인장강도에 큰 영향을 미칩니다. 더 큰 골재 입자와 골재 간의 결합이 강한 경우 인장강도가 향상됩니다.
시멘트 종류(Type of Cement)

사용된 시멘트 종류도 인장강도에 영향을 줄 수 있습니다. 특정 종류의 시멘트는 인장강도를 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

물-시멘트 비율 (Water-Cement Ratio)

물-시멘트 비율이 낮으면 인장강도가 향상될 수 있습니다.

경화 조건

올바른 혼합 및 적절한 경화 조건은 인장강도에 영향을 미칩니다. 적절한 시간 동안 충분한 수분 공급 및 온도 유지가 필요합니다.

 

**인장강도의 중요성**

인장강도는 콘크리트의 구조적인 사용에서 중요한 역할을 합니다. 특히 교각, 높이가 있는 구조물, 그리고 콘크리트를 휘거나 끌어당기는 하중에 노출되는 곳에서 중요한 역할을 합니다. 안전한 구조물을 설계하고 건설하려면 인장강도를 고려해야 합니다. 콘크리트는 압축 강도보다 인장 강도가 낮습니다. 따라서 구조물에는 일반적으로 철근과 같은 보강재가 사용되어 인장 강도를 향상시킵니다. 인장 강도는 강도 등급을 정하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

3. 강도 등급 (Strength Grade)

**콘크리트 강도 등급이란 무엇인가요?**

콘크리트 강도 등급은 콘크리트의 강도를 표시하는 척도 중 하나입니다. 이는 콘크리트가 얼마나 강한지를 나타내며, 구조물의 설계 및 건설에서 중요한 역할을 합니다.

 

**측정 단위**

콘크리트 강도 등급은 주로 메가파스칼 (MPa) 단위로 표시됩니다. 국제적으로 널리 사용되며, 예를 들어 "C30/37"과 같이 표기됩니다. 여기서 "C"는 콘크리트를 나타내며, 숫자는 강도 등급을 나타냅니다.

 

**콘크리트 강도 등급의 의미**

강도 등급은 콘크리트가 얼마나 큰 하중을 견딜 수 있는지를 나타냅니다. 예를 들어, C30/37은 콘크리트가 압축 강도에서 30MPa(메가파스칼)를, 인장 강도에서 37MPa를 견딜 수 있음을 의미합니다.

 

**강도 등급의 종류**

다양한 강도 등급이 존재하며, 사용되는 콘크리트의 용도에 따라 다르게 지정됩니다. 몇 가지 일반적인 콘크리트 강도 등급에는 다음과 같은 것들이 있습니다. 

• C20/25: 일반적인 구조물용 콘크리트
• C30/37: 보강 콘크리트 또는 대형 건축물용 콘크리트
• C40/50: 다리와 같은 고강도 요구 구조물용 콘크리트
• C55/67: 특별한 요구 사항을 충족하는 고강도 콘크리트

**강도 등급의 중요성**

강도 등급은 구조물의 안전 및 내구성에 큰 영향을 미칩니다. 올바른 강도 등급을 선택하고 적절한 혼합물을 사용함으로써 건설 프로젝트의 성공과 안전을 보장할 수 있습니다. 또한 설계 및 구조물의 사용 목적에 맞는 적절한 강도 등급을 선택하는 것이 중요합니다.

 

4. 밀도 (Density)

**콘크리트의 밀도란 무엇인가요?**

콘크리트의 밀도는 단위 부피당 콘크리트의 무게를 나타내는 물성입니다. 이것은 콘크리트가 얼마나 높은 무게를 가지고 있는지를 측정하는 데 사용됩니다.

**밀도의 측정 단위(Units of Measurement)**

콘크리트의 밀도는 주로 킬로그램 단위로 표시되며, 특히 단위 부피당 킬로그램 (kg/m³)으로 나타내는 것이 일반적입니다.

 

**밀도의 계산(Calculation of Density)**

콘크리트의 밀도는 다음과 같이 계산됩니다. 콘크리트의 총 무게를 콘크리트의 총 부피로 나눈 것으로, 수식으로 나타내면 다음과 같습니다.   

  밀도 (ρ) = 콘크리트의 총 무게 (W) / 콘크리트의 총 부피 (V)
 Density (ρ) = Total Weight of Concrete (W) / Total Volume of Concrete (V)

 

**밀도의 중요성(Importance of Density)**

콘크리트의 밀도는 여러 가지 측면에서 중요한 역할을 합니다.

 

구조적 안정성(Structural Stability)

콘크리트의 밀도는 구조물의 안정성에 영향을 미칩니다. 더 높은 밀도는 더 큰 강도와 내구성을 제공할 수 있습니다.

단열성(Thermal Insulation)

높은 밀도는 단열성을 향상시킬 수 있으며, 이는 온도 변화에 대한 구조물의 민감도를 줄여줍니다.

내후성(Weather Resistance)

콘크리트의 밀도는 환경 요인에 대한 내후성을 결정합니다. 고밀도 콘크리트는 부식 및 화학적 공격에 더 잘 견디는 경향이 있습니다.

가공성(Workability)

콘크리트의 밀도는 가공성을 결정합니다. 높은 밀도의 콘크리트는 형태를 만들거나 다듬기 어려울 수 있습니다.

 

**밀도의 변동성(Variability in Density)**

콘크리트의 밀도는 혼합재료와 혼합 공정에 따라 다를 수 있으며, 콘크리트를 제조할 때 정확한 밀도를 유지하는 것이 중요합니다. 이는 강도와 내구성을 유지하기 위해 필요합니다.

 

5. 수분 흡수 (Water Absorption)

**수분 흡수(Water Absorption)란 무엇인가요?**

콘크리트의 수분 흡수는 콘크리트가 주변 환경에서 수분을 흡수하는 정도를 나타냅니다. 이것은 콘크리트가 물을 흡수하고 저장하는 물리적 특성을 나타내며, 콘크리트의 내구성과 환경에 대한 영향을 갖는 중요한 요소 중 하나입니다.

 

**수분 흡수량 측정(Measurement of Water Absorption)**

콘크리트의 수분 흡수는 일반적으로 **흡수율 (absorption rate)**이라는 단위로 측정됩니다. 흡수율은 콘크리트 시편을 특정 시간 동안 물에 담그고 물이 흡수되는 양을 기록하여 계산됩니다. 일반적으로 백분율로 표시되며, 흡수율이 낮을수록 콘크리트의 수분 흡수 능력이 낮아지며 내구성이 향상됩니다.

**수분 흡수와 내구성(Water Absorption and Durability)**

콘크리트의 수분 흡수는 구조물의 내구성에 중요한 영향을 미칩니다. 물이 콘크리트 내부로 흡수되면, 확산된 물은 콘크리트 내부에서 화학 반응을 일으키거나 부식을 유발할 수 있습니다. 따라서 수분 흡수를 제어하는 것은 구조물의 수명을 연장하고 유지 보수를 줄이는 데 도움이 됩니다.

**수분 흡수를 제어하는 방법(Methods to Control Water Absorption)**

수분 흡수를 제어하기 위해 콘크리트 혼합물을 조절할 수 있습니다. 수분 흡수는 구조물의 내구성과 유지 보수에 영향을 미치는 중요한 고려 사항 중 하나이므로 설계와 시공 단계에서 주의 깊게 고려되어야 합니다.

 

적절한 혼합비(Proper Mix Proportions)

콘크리트의 시멘트, 물, 모래 및 골재의 비율을 조절하여 수분 흡수를 줄일 수 있습니다.

방수 처리(Waterproofing Treatments)

표면에 방수 처리를 적용하여 콘크리트의 수분 흡수를 줄이는 방법도 있습니다.

밀폐재 적용(Sealing Products)

밀폐재를 콘크리트 표면에 적용하여 물의 침투를 방지할 수 있습니다.

 

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