콘크리트의 재료 - 물과 공기 혼화 재료

안녕하세요

오늘은 콘크리트의 재료인 물, 공기 그리고 혼화재료에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

콘크리트 재료(Concrete Material)

물과 공기 (Water and Air)

 시멘트풀(paste)은 시멘트와 물 그리고 갇힌 공기(entrapped air) 또는 일부러 연행한 공기 (entrained air)로 구성되어 있다. 일반적으로 시멘트풀은 콘크리트의 총 25%~40%에 이른다.

 이 중에서 시멘트질 체적은 7%~15%가 되고, 물은 14%~21%, 공기는 굵은 골재의 최대치수에 따라 콘크리트의 총 8%에까지 이르게 된다. 따라서 시멘트풀의 질에 따라 콘크리트의 질이 상당히 좌우되게 된다. 물은 시멘트와 수화작용을 하여 경화하고 골재를 적셔서 시멘트풀과의 분리를 방지하며, 콘크리트에 적당한 소요의 유동성을 주어 작업을 수행할 수 있도록 한다. [즉, 작업성 (workability)] 콘크리트의 혼합과정에서 공기가 포함되는 것을 피할 수 있다. 지름이 1mm 이상인 커다란 갇힌 공기구멍은 강도를 저하하는 요인이 되지만 AE제 (air-entrained admixture)와 같은 혼화제를 사용하여 강제로 연행된 미세한 크기(지름이 0.01mm~ 1mm이며, 대부분의 공기 방울의 지름은 0.1mm 이하)의 공기 방울은 경화 전의 콘크리트에서 볼 베어링(ball bearing) 작용하여 작업성(workability)을 개선하고 경화 후에는 미세기포가 동결-용해 시에 연행된 팽창압을 흡수하여 내구성을 현저히 높여준다.

 

1) 물(Water)

 특별한 맛이나 냄새가 없는 대부분의 마실 수 있는 자연수는 콘크리트의 배합수로서 적합하다. 시방서 2.1.2에서는 물은 기름, 산, 유기불순물, 혼탁물 등 콘크리트나 강재의 품질에 나쁜 영향을 미치는 물질을 유해량 이상 함유해서는 안 된다고 규정하고 있으며, 혼합수는 콘크리트의 응결 경화, 강도의 발현, 체적변화, 작업성 등의 품질에 나쁜 영향을 미치거나 강재를 녹슬게 하는 물질의 허용함유량을 초과해서는 안 되고, 해수는 강재를 부식시킬 염려가 있으므로 보강철근이나 프리스트레스를 도입하기 위하여 사용하는 고강도의 긴장재가 배치되는 보강 콘크리트에는 흔할 수로써 사용해서는 안 된다고 규정하고 있다.

 

혼화 재료 (Admixtures)

 혼화 재료는 콘크리트 혼합 시에 첨가하여 굳지 않은 콘크리트나 경화한 콘크리트의 성질을 개선하거나 향상할 목적으로 사용되는 재료를 말한다. CAC(Cement Association of Canada)에서는 다음과 같은 4가지 이유가 혼화 재료를 사용하는 주된 목적이라고 제시한다.

1. 콘크리트의 시공 시 공사비를 감소시키기 위해서
2. 효과적으로 콘크리트의 어떤 특성을 달성하기 위해서
3. 이상 온도면 콘크리트의 배합, 운반, 배치 및 양생 중에 콘크리트의 품질을 확신하기 위해서
4. 콘크리트의 생산 시 발생할 수 있는 긴급상황에 대처하기 위해서 혼화 재료를 사용한다고 하였다.

 혼화 재료에는 사용량이 비교적 많아서 시멘트의 대체재료로서 배합계산에 포함되는 시멘트 중량의 5% 정도 이상의 혼화 재료를 혼화재라 하고, 사용량이 적어 배합계산에서 무시되는 통상 시멘트 중량의 1% 정도의 혼화 재료를 혼화제라 한다.

 

 혼화재의 종류는 다음과 같다.

1. 포졸란(Pozzolan) 작용이나 잠재 수경성이 있어 시멘트의 대체재료로써 이용되는 것 : 플라이애시(fly ash), 고로슬래그 미분말(iron blast-furnace slag), 실리카 흄(Silica fume), 화산재(fine volcanic ash), 규조토, 규산 백토
2. 경화 과정에서 팽창을 일으키는 팽창재(expansive producing admixtures) : 석회계열 팽창재, 소석회와 석고 및 알루미나의 조합소성물(aluminum powder) - 수축보상용(shrinkage – compensating) 및 화학적 프리스트레스용 콘크리트, 충전용 모르타르 등에 사용
3. 착색제(coloring admixtures), 폴리머(polymer) 등

 

 혼화제의 종류는 다음과 같다.

1. 작업성(workability)과 내동해성을 개선하는 것 : AE제, AE감수제, 고성능 AE감수제
2. 작업성을 향상해 소요의 단위 수량이나 단위시멘트량을 감소하는 것 : 감수제(water reducer), AE감수제
3. 배합이나 경화 후에 품질을 변하지 않도록 하고, 유동성을 개선하는 것 : 유동화제
4. 큰 감수 효과로 강도를 크게 높이는 것 : 고성능 감수제(super plasticizers)
5. 응결, 경화시간을 조절하는 것 : 촉진제(accelerators), 급결제(quick setting admixtures), 지연제(retarders)
6. 그 외에도 방수제(water-proofing admixtures), 기포제(gas formers), 발포제, 방청제(corrosion inhibitors), 수중불분리성 혼화제, 수중 콘크리트용 혼화제 등이 있다.