콘크리트의 재료 - 골재

안녕하세요.

오늘은 저번에 이어서 콘크리트 중에서 큰 비율을 차지하고 있는 골재에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

콘크리트 재료(Concrete Material)

골재 (Aggregate)

 

 콘크리트에서 골재는 용적 비율로 60%~75%나 차지하여 종류나 성질에 따라 콘크리트의 품질을 크게 좌우한다. 골재는 잔골재와 굵은 골재로 구성되어 있다.

1) 잔골재(Fine Aggregate)

 콘크리트 표준시방서(이하, 시방서) 2장 1.5(64)에서 5mm 체를 기준으로 하여,

1. 10mm 체(호칭 치수)를 전부 통과하고, 5mm 체를 거의 다 통과하며, 0.08mm 체에 거의 다 남는 골재, 또는
2. 5mm 체를 통과하고 0.08mm 체에 남는 골재를 잔골재로 규정하고 있다.

잔골재에는 강이나 육지의 모래 또는 바닷모래와 부순 모래가 있으며, KS F 2544에서 제시하고 있는 고로슬래그(blast-furnace slag) 잔골재도 있다. 잔골재는 깨끗하고 강하고 내구적이며 알맞은 입도를 가지며, 먼지, 흙, 유기불순물, 염화물 등의 유해량을 허용한도 이상을 함유해서는 안 된다고 시방서 2.1.3.1(2)에서 규정하고 있다.

 

2) 굵은 골재(Coarse Aggregate)

 시방서 2장 1.5(21)에서,

1. 5mm 체에 거의 다 남는 골재, 또는
2. 5mm 체에 다 남는 골재를 굵은 골재로 규정하고 있다.

 굵은 골재에는 천연 자갈, 부순 골재, 고로슬래그 굵은 골재 등이 있다. 굵은 골재는 깨끗하고 강하고 내구적이며 알맞은 입도를 가지며, 얇고 가느다란 석편, 유기불순물, 염화물 등의 유해량을 함유해서는 안 되고 특히 내화성이 요구될 때는 내화적인 굵은 골재를 사용해야 한다고 시방서 2.1.4.1(2)에서 규정하고 있다.

 

3) 굵은 골재의 최대치수(Maximum Size of Coarse Aggregate)

 시방서 2장 1.5(22)에서는 굵은 골재의 최대치수를 질량비로 90% 이상을 통과시키는 체 중에서 최소치수 체 눈의 호칭 치수로 나타낸 굵은 골재의 치수로 정의하고 있다. 굵은 골재의 공칭 최대치수는 콘크리트구조기준(이하, 구조기준) 2.2.1(2)④에서 다음 값들을 초과하지 않도록 하여 굳지 않은 묽은 콘크리트를 거푸집에 배치할 때 굵은 골재가 걸리지 않도록 제시하고 있다.

※ 굵은 골재의 공칭 최대지수

- 거푸집 양 측면 사이의 최소 거리의 1/5 이하

- 슬래브 두께의 1/3 이하

- 철근, 긴장재 또는 덕트 사이 최소 순 간격의 3/4 이하

 그러나 구조기준에서는 이러한 제한은 콘크리트를 공극 없이 타설 할 수 있는 다짐 방법을 사용할 때 책임기술자의 판단에 따라 적용하지 않을 수 있다고 규정하고 있다. 또한, 시방서 2.4.6에서 굵은 골재의 최대치수는 부재 최소치수의 1/5, 피복두께(cover thickness) 및 철근의 최소 순 간격의 3/4을 초과해서는 안 되며 굵은 골재의 최대치수를 아래와 같이 제시하고 있다.

※ 굵은 골재의 최대치수

- 일반적인 경우 : 20mm 또는 25mm

- 단면이 큰 경우: 40mm

- 무근 콘크리트 : 40mm (단, 부재 최소치수의 1/4을 초과해서는 안 됨)

 

4) 경량골재(Low-Density Aggregate)

 경량골재에는 천연 경량골재와 인공 경량골재가 있다. 인공 경량골재는 시방서 2장 1.5(5)에서 팽창성 혈암(rotary kiln expanded shale), 팽창성 점토(expanded clays), 플라이애시(fly ash) 등을 주원료로 하여 인공적으로 소성하여 만든 인공 경량골재로써, 골재 알의 내부는 다공질이고 표면은 유리질의 피막으로 덮인 구조로 잔골재는 절건 밀도(절대 전조 밀도, absolute dry condition specific density)의 0.0018g/㎣ (1.8 t/m3) 미만, 굵은 골재는 절건 밀도가 0.0015g/㎣ (1.5 t/m3) 미만인 골재를 경량골재라고 정의하고 있다. 천연경량골재로는 경석(pumice) 화산자갈과 응회암, 용암(화산암재, scoria)이 있다. 경량골재를 사용한 경량골재콘크리트(low-density light weight aggregate concrete)는 보온, 방음(thermal and sound insulation), 지붕 재료(roof deck), 바닥이나 지붕의 표면 마감(leveling courses for floor or roof), 그리고 내화벽(firewall) 등에 사용된다. 구조용 경량콘크리트(structural lightweight concrete, low-density concrete)는 구조기준 1.4에서 골재의 전부 또는 일부는 인공경량골재를 사용하여 만든 콘크리트로 재령 28일의 설계 기준 압축강도가 15 MPa 이상이며 기건(공기 중 건조상태, room dry condition) 단위질량이 2,000kg/m3 미만인 콘크리트로 정의하고 있다. 잔골재와 굵은 골재 모두 경량골재를 사용한 콘크리트를 전 경량콘크리트(all-lightweight concrete)라고 부르고, 굵은 골재는 경량골재를 사용했지만, 잔골재는 자연산 모래를 사용한 콘크리트는 모래경량콘크리트(sand-lightweight concrete)라고 부르며, 부분적으로 경량골재를 사용한 콘크리트를 부분경량콘크리트라고 부른다.

 

5) 중량골재(High-Density Aggregate)

원자력발전소나 의료시설 또는 원자력연구소 등에서 방사선을 차단하기 위해서는 거대한 차폐용 벽(massive walls for shielding)이 필요하다. 콘크리트는 차폐용으로 매우 우수한 재료이며, 효과적인 차폐를 위해서 비중이 큰 중량골재를 사용한다. 콘크리트에 사용되는 천연 중량골재에는 갈철광(limonite), 자철광(magnetite), 중정석(barite), 철편(steel punching) 등과 같은 절건 밀도가 3.4~7.8 t/m3의 골재가 있다. 중량골재를 사용해서 만든 단위질량이 보통콘크리트보다 무거운 콘크리트를 중량콘크리트(high-density concrete)라 하고 대략 단위질량이 2,500kg/m3 이상의 콘크리트를 말한다. 시방서의 13장에서는 방사선 차폐용 콘크리트에 관한 규정을 제시하고 있다.