개념 한 쪽
콘크리트의 성능은 배합과 재료 비율에 의해 좌우되므로 설계 목적별로 종류와 설계기준을 명확히 구분해야 한다. 배합강도 산정에는 설계기준강도와 표준편차를 반영한 보수적 규칙을 적용한다. 워커빌리티는 시멘트 페이스트량과 골재 비율의 상호작용으로 결정되며, 수밀성 기준에서는 물-시멘트 비율의 상한을 둔다.
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출제기준 단원 「콘크리트의 종류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 설계하중 계산 | 1 | 고정·활하중에 규정된 계수를 곱해 합산한 설계하중을 구하기 |
| 전압축력 계산 | 1 | 단순화한 직사각형 응력블록으로 콘크리트 전압축력을 수치 계산하기 |
| 물-시멘트비 판단 | 1 | 수밀성 목적 배합에서 물-시멘트 최대허용값을 판정하기 |
콘크리트의 배합강도(ƒcr)는 설계기준강도(ƒck)와 시험에 의해 구한 표준편차(s)를 고려해 산정한다. KS 규정에 따라 ƒcr는 ƒck+1.34s와 (ƒck-3.5)+2.33s 두 식을 계산한 후 더 큰 값을 채택하여 보수적으로 설정한다. 이는 제작·시공상의 편차를 감안해 구조적 안전을 확보하기 위한 조치이다.
워커빌리티는 콘크리트가 시공 중 작업하기 쉬운 정도를 뜻한다. 시멘트 페이스트의 양과 점도, 혼화제 사용, 단위수량이 워커빌리티를 개선하는 요인이다. 반면 골재의 비율이 상대적으로 많아지면 입자 간 마찰이 증가하여 워커빌리티가 저하된다. 이 관계를 바탕으로 배합을 조정해야 작업성이 확보된다.
강도설계법에서는 압축영역을 단순화한 직사각형 응력블록을 가정하여 전압축력과 내력평형을 계산한다. 콘크리트 전압축력 C는 0.85×fck×b×a 공식을 적용하여 산정한다. 또한 등가 응력 블록의 깊이 계산에서 β1 계수는 fck에 따라 달라지며, fck가 28MPa를 초과하면 0.85-0.008(fck-28)으로 보정한다.
내구성 관점에서는 목적에 따라 물-시멘트 비율을 제한한다. 특히 수밀성을 기준으로 배합할 때 물-시멘트의 최대값은 50%를 표준으로 삼는다. 물-시멘트 비율은 강도와 수밀성, 워커빌리티 사이의 균형을 고려해 결정해야 한다.
예1) 강도설계법에서 콘크리트 전압축력 계산 예시를 풀어본다. 보의 폭을 400mm, 등가응력 블록의 깊이를 100mm로 설정하고 fck=30MPa일 때 전압축력은 C=0.85×fck×b×a 이므로 C=0.85×30N/mm²×400mm×100mm=1,020,000N=1,020kN이 된다. 단위 환산과 0.85 계수 적용에 유의한다.
예2) 보의 구조계산에 적용할 설계하중 산정 예시를 보인다. 고정하중 2tonf/m, 활하중 3tonf/m인 경우 설계하중은 고정하중×1.4 + 활하중×1.7으로 계산하므로 2×1.4 + 3×1.7 = 7.9tonf/m가 된다. 하중 계수 적용을 통해 안전여유를 확보한다.
고정 하중 2tonf/ｍ, 활 하중 3tonf/ｍ를 지지해야 할 경간 5ｍ의 단순보를 단철근 직사각형 보로 설계하려고 한다. 이 보의 구조계산에 적용되는 하중은 얼마인가?
정답 ② · 강도설계법을 적용할 때의 설계하중은 고정하중에 1.4를 곱하고 활하중에 1.7을 곱하여 합산합니다. 계산식은 (2tonf/m × 1.4) + (3tonf/m × 1.7) = 2.8 + 5.1 = 7.9tonf/m 입니다.
설계하중은 고정하중에 1.4, 활하중에 1.7을 곱한 합계로 계산하며, 결과는 7.9tonf/m이다.
단철근 직사각형보에서 b=30㎝, a=15㎝, fck=280kgf/cm²일 때 콘크리트의 전압축력은 얼마인가? (단, 강도 설계법임)
정답 ② · 강도설계법을 적용하는 단철근 직사각형보에서 콘크리트의 전압축력은 0.85 × fck × b × a 로 계산됩니다. 주어진 수치를 대입하면 0.85 × 280 kgf/cm² × 30cm × 15cm = 107,100 kgf = 107.1 tonf가 됩니다.
콘크리트 전압축력 C는 0.85fck×b×a 공식으로 계산되며, 주어진 치수에 대입하면 107.1tonf가 된다.
콘크리트의 배합에서 수밀성을 기준으로 하는 경우 물-시멘트의 최대값은 어느 정도를 표준으로 하는가?
정답 ③ · 콘크리트 배합에서 수밀성 기준의 물-시멘트비 최대값을 묻는 문제이다. 수밀성을 확보하기 위해서는 물-시멘트비를 낮게 제한해야 하며 그 최대 표준값은 50%이다.
콘크리트 수밀성 확보를 위한 물-시멘트 비율의 최대 표준값은 50%이다.
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