콘크리트의 역사 및 분류

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콘크리트의 역사 및 분류

콘크리트의 역사

콘크리트는 로마시대에 화산회(火山灰)와 석회석을 써서 만들어진 것이 그 시초라고 하나, 일반적으로는 19세기 초기에 포틀랜드시멘트(Portland cement)가 발명된 후 1867년 프랑스에서 철망으로 보강된 콘크리트가 만들어진 것이 최초이다. 그 후 독일을 중심으로 철근콘크리트의 개발이 계속되어 근년에는 댐이나 도로포장, 교량 등의 토목공사나 건축용 구조재료의 중심이 되고 있다. 

 콘크리트의 분류(1)
사용되는 골재의 종류, 사용부분, 혼화제(混和劑)의 유무, 콘크리트의 성질에 따라 다음과 같이 분류된다. 

⑴ 보통콘크리트
강모래ㆍ강자갈 등과 같이 비중 2.65 정도의 보통골재를 사용하며, 단순히 콘크리트라고 하는 경우이다. 특성으로는 소정의 거푸집을 사용함으로써 자유로운 형상의 내구성(耐久性)이 있는 고강도의 구조물을 일체로 만들 수 있는 점이다. 

재료는 따로따로 운반할 수 있고 시공은 비교적 용이하여 경제적이고 내화ㆍ내진성능(耐震性能)도 있다. 한편 결점은 비중이 크므로 구조물의 각 단면이 목조 등에 비해 커지고 압축에는 강하나 인장에 약하며 균열이 
많다. 

또 한번 경화된 콘크리트는 파괴가 곤란하며, 철골 등은 재사용 방법이 없다. 그러나 최근 혼화재의 발달과 시공 기술의 향상으로 양질의 콘크리트의 대량 생산이 가능해졌다. 콘트리트의 조합(調合)은 조성재료(組成材料)인 시멘트ㆍ세조골재(細粗骨材) ㆍ물 ㆍ혼화재료의 비율을 말하며 토목에서는 배합이라고 한다. 

콘크리트의 조합은 필요한 강도 ㆍ균질성(均質性) ㆍ수밀성(水密性) ㆍ내구성(耐久性) 및 시공에 있어서의 작업성(workability) 등을 충족시키고, 그 위에 경제적인 콘크리트를 얻을 수 있도록 결정된다. 조합설계가 끝나면 이 배합에 따라서 재료를 계량하고, 이를 교반(攪拌)하여 현장으로 운반하고 타설(打設) ㆍ다지기 ㆍ양생함으로써 콘크리트의 구조물로서의 특성이 발휘된다. 강도는 재령(材齡), 즉 콘크리트를 친 후에 경과한 시간에 비례하여 향상되며 보통은 재령 28일이 되어야 콘크리트가 특성을 완전히 발휘할 수 있다고 한다. 

다만 증기양생(蒸氣養生)과 같은 촉진양생을 하면 재령 28일까지 기다리지 않아도 된다. 성질은 아직 굳지 않은 콘크리트(fresh concrete)와 굳은 콘크리트로 나누어서 생각한다. 굳지 않은 콘크리트의 표시방법에서 특히 일반적으로 사용되는 것은 작업성이며 타설작업의 난이도(難易度)를 의미하고, 시멘트의 양이나 사용수량(使用水量), 골재의 입도, 혼화재의 유무 등에 의해 콘크리트의 시공 난이가 좌우되며, 특히 물의 양은 큰 영향을 준다.

작업성의 판정에는 보통 슬럼프시험(slump test)을 하게 된다. 굳은 콘크리트의 성질은 물리적 성질과 화학적 성질로 나눠지며, 물리적 성질 중에서 가장 중요한 것은 강도이다. 강도가 강한 것은 거의 모든 경우 이외에 요구되는 성질도 대체로 갖추고 있는 정도이며 강도 시험은 콘크리트의 성질을 더욱 단적으로 판별할 수 있는 시험항목이다. 그 중에서도 압축강도시험은 중요하며, 다른 인장 ㆍ굽힘 ㆍ전단강도는 대략 압축강도에 비례하고 있다.

 강도 이외의 물리적 성질을 표시하는 것에는 탄성계수 ㆍ푸아송비 ㆍ신축성 ㆍ흡수율, 또는 열팽창계수 ㆍ비열 등의 열적 성질이나 비중 등이다. 화학적 성질은 중성화 ㆍ내약품성 등으로 나타낸다. 그 중에서도 콘크리트의 중성화는 콘크리트 내철근을 녹슬게 하므로 철근콘크리트 구조물의 내구성을 생각하는 데 있어서의 중요한 요인이다. 중성화는 콘크리트의 알칼리성이 공기 중의 탄산가스에 의해 중화되는 현상이며, 중성화가 철근 표면까지 미치면 녹이 슬어 철근의 내력이 떨어져 위험하게 된다. 또한 내약품성은 일반적으로 산(酸)에 약하며 특히 무기산은 콘크리트의 경화 생성물을 분해하므로 각별한 주의를 요한다.

⑵ 경량콘크리트
보통 콘크리트의 결점인 비중이 큰 점을 경량골재를 사용함으로써 해결한 것이며, 보통 기건비중(氣乾比重) 2.0 이하의 콘크리트를 가리킨다. 골재에 천연산의 화산자갈 ㆍ경석 등의 경량골재를 사용하는 경량콘크리트는 구조용 이외에도 칸막이벽이나 차열용 등의 비구조용으로 사용된다. 제2차 세계대전 후 팽창혈암(膨脹頁岩) ㆍ팽창점토 등의 인공경량골재의 발달에 의해 구조용의 고강도 경량콘크리트가 나타났다. 

⑶ 특수 콘크리트
보통콘크리트에 대해 사용재료나 시공방법이 특수하거나 콘크리트에 특수한 성질을 부여한 것이다. 
이 의미에서는 경량콘크리트도 특수콘크리트라고 할 수 있다. 이들 중 중요한 것을 들면 다음과 같다.

① 기포콘크리트:다공질 콘크리트라고도 하며 어떤 방법에 의해 콘크리트 속에 다량의 기포를 함유시켜 비중이 작고 단열성이 풍부한 불연재료로 한 것이다. 현장시공되는 것과 공장생산되는 것이 있다. 특히 알루미늄분말을 발포제로 사용하고 고온증기양생(高溫蒸氣養生)을 하여 공장 생산되는 ALC(autoclaved lightweight concrete)는 경량이며, 단열성이 풍부하여 건축용의 벽판 ㆍ바닥판 ㆍ지붕판으로 널리 사용된다.

② AE콘크리트:보통콘크리트에 콘크리트 혼화제로 AE제(air entraining agent)를 가한 것이다. 지름 0.03～0.3 mm 정도의 다량의 미세 기포를 고루 분산시켜 기포에 의해 작업성을 높이거나 기포의 탄성에 의해 내동해(耐凍害) 및 내구성을 높인 콘크리트이다. 

③ 레디믹스트콘크리트(ready mixed concrete):생콘크리트라고 부르고 있으며, 처음 미국에서 고안되었다. 현장 이외에서 배처플랜트(batcherplant)에 의해 제조된 프레시콘크리트(아직 굳지 않은 콘크리트)를 운반차로 타설 현장으로 반입하는 것이다. 

④ 프리팩트(prepact) 콘크리트:거푸집에 미리 골재를 채우고 뒤에 호스로 모르타르를 압입하는 것이다. 기초말뚝의 현장시공 및 수중공사에 사용된다 

 콘크리트의 분류(2)
1. 무근 콘크리트(Nonreinforeced Concrete)
철근 등 보강재를 사용하지 않은 콘크리트를 칭하는 것으로 주로 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하여 시공을 한다.

2. 철근 콘크리트(Reinforced Concrete)
콘크리트가 인장이나 전단력이 매우 약하기 때문에 이를 보강하기 위하여 철근을 넣은 것을 철근 콘크리트라고 한다. 이렇게 하면 콘크리트는 압축력에 대하여 작용을 하고 철근은 인장력에 대하여 강하기 때문에 이상적인 구조체를 만들 수가 있다. 대부분의 건물에 가장 많이 사용하는 방법이다.

3. 레디믹스드 콘크리트(Ready Mixed Concrete)
레미콘(Remicon)으로 더 잘 알려진 콘크리트로서 제조 공장(Batcher Plant) 에서 표준 배합설계에 의해 미리 제조된 콘크리트를 사용 위치까지 공급해 주는 것을 말하는 것으로서 현대건축, 토목공사에 보편적으로 사용되어지는 방법이다.

① 장점
ㆍ 장소의 크고 작음에 영향없이 공사 수행이 가능하다.
ㆍ 정확한 배합설계에 의한 공장 생산으로 품질이 우수하다.
ㆍ 대향생산에 의한 공기의 단축 효과가 있다.
ㆍ 불필요한 공정의 생략으로 원가절감의 효과가 있다.

② 단점
ㆍ 현장과 제조공장간의 긴밀한 협조가 필수적이다.
ㆍ 공장에서의 운반시간이 과다할 경우 강도가 저하될 수 있다.
ㆍ 수요가 폭주할 경우 공장의 생산량이 수요를 따르지 못하여 공사에 차질을 가져올 수 있다.

4. 경량 콘크리트(Light Weight Concrete)
경량골재나 기포를 흡입시켜 콘크리트의 중량을 경량화 시킨 것을 말하며 강도는 일반 콘크리트 보다 덜어지나 건물중량을 감소시킬 수 있으며 열전도율이 낮고, 내화성 및 방음효과가 우수하므로 피복용이나 열차단용으로 쓰인다. 종류로는 보통 경량콘크리트, 기포콘크리트, 다공질 콘크리트 등이 있다.

5. 프리캐스트 콘크리트(Procast Concrete:P.C)
공장에서 현장에 필요한 부재를 설계에 의하여 제작한 기성 제품을 말하는 것으로 접합의 이음부가 약하고 중량물이어서 설치에 장비 등의 제약을 받으나 유니트화된 건축물의 대량 생산에 경제성이 있기 때문에 현대 건축물에 많이 사용되어지는 콘크리트이다.

6. 제물치장 콘크리트(노출콘크리트:Exposed Concrete)
매끄럽고 평활한 형틀을 이용하여 콘크리트 표면을 마감처리하지 않고 콘크리트면 자체를 마감재료로 사용한 콘크리트로서 현대건축의 내외장재로서 많이 쓰여지고 있는 것을 말한다. 거푸집은 깨끗하고 정확한 조립을 필요로 하며 잔골재를 사용하여 배합하고 콘크리트를 부어 넣을 대는 다짐을 잘하여 표면이 매끄럽게 나올 수 있도록 한다.

7. ALC(Autoclaved Lighweight Concrete)
경량기포 콘크리트의 공장 생산제품으로서 시멘트와 규사, 생석회등 무기질 원료를 고온 고압으로 증기 양생시킨 프리캐스트 제품으로서 건식 조립식 공법으로 시공하며 인건비, 공사기간, 공사비용을 절감할 수 있는 제품이다. 특성으로는 내화성, 단열성이 매우 우수하며 목재와 거의 같은 중량의 경량성 제품으로서 차음성과 평활성이 매우 뛰어나며 간편한 시공으로 내외장재로서 각광받는 재료이다.