콘크리트의 압축강도를 알아보자

콘크리트의 압축강도는 콘크리트의 품질을 나타내는 기본적인 재료특성으로서, 콘크리트의 강도라고 하면 일반적으로 압축강도를 말합니다. 콘크리트의 압축강도는 시간이 지나면 증가하는 특성이 있어서 재령으로 콘크리트를 생산한 후의 경과시간을 표현하며 일반적으로 일로 나타냅니다. 콘크리트는 타설한 후 약 28일까지 초기에 매우 빠르게 강도를 발현하며 그 이후의 강도 증진은 완만한 형태입니다. 따라서 콘크리트 구조물의 설계에서는 재령 28일의 강도를 기준으로 하고 있습니다. 콘크리트를 습윤 양생할 대는 재령 7일과 14일에 각각 28일 강도의 20% 정도와 85~90% 정도의 강도를 나타냅니다. 증기 양생을 할 대는 재령 2일 내지 3일에서 28일 강도의 70~80%, 재령 7일에 28일 강도의 90% 내외의 강도를 나타냅니다. 콘크리트의 압축강도 시험방법, 압축강도에 영향을 주는 요인, 콘크리트 배합 및 양생의 참고사항은 다음과 같습니다.

 

 

콘크리트의 압축강도에 영향을 주는 요인은?

콘크리트의 압축강도는 여러 가지 요인에 다라 영향을 받는데, 그 중 주요 항목은 다음과 같습니다.

 

1. 재령

콘크리트의 압축강도는 시간에 경과함에 따라 증가하게 됩니다. 특히 초기 재령에서 압축강도가 크게 증가합니다. 재령 28일 이후에는 강도 증진이 완만하여, 6개월 똔느 1년 후에는 강도가 크게 변화하지 않습니다. 재령에 따른 압축강도의 증진은 양생방법에 따라 차이가 있으며, 시멘트의 종류와 대기 온도 및 상대 습도 등에도 영향을 받습니다.

 

2. 물시멘트비 및 물결합재비

콘크리트의 압축강도는 물시멘트비 또는 물결합재비에 크게 영향을 받습니다. 물시멘트비가 증가하면 콘크리트의 압축강도는 감소하게 됩니다. 작은 물시멘트 비로 배합하여 물의 양을 감소시키면, 시멘트 풀의 강도가 증가하여 콘크리트의 압축강도도 증가하게 됩니다. 그러나 물시멘트비를 감소시키는 데는 한계가 있습니다. 왜냐하면 시멘트가 완전히 수화하는데 필요한 물의 양이 시멘트 중량의 약 25% 정도이고, 물이 시멘트 입자에 도달할 수 있도록 시멘트 풀 속의 물이 유동성을 가져야 하므로 10~15% 정도의 물이 더 필요하기 때문입니다. 따라서 유동성 증진을 위한 혼화재료를 사용하지 않는다면 시멘트의 수화 반응에 필요로 하는 최소한의 물시멘트비는 일반적으로 35~40% 정도입니다. 수화에 쓰이고 남은 물은 증발하여 시멘트 풀 속에 공극을 형성하게 되는데 경화한 콘크리트 시멘트 풀의 강도는 공극의 부피에 반비례하여 감소합니다. 따라서 물시멘트비가 증가하면 콘크리트의 압축강도는 감소하게 됩니다.

 

3. 시멘트 종류 및 응결 시간 조절용 혼화제

동일한 28일 압축강도를 가진 콘크리트라도 사용한 시멘트의 종류에 다라 강도 증진의 특성이 다릅니다. 보통 포틀랜드 시멘트(1종)를 사용하는 경우에 비하여 조강 포틀랜드 시멘트(3종)를 사용하는 경우에 조기 강도가 크게 발현됩니다. 그러나 조강 시멘트를 사용하는 경우, 20일 이후의 장기 강도는 보통 시멘트를 사용하는 경우에 비하여 크게 증진되지 않습니다. 한편, 시멘트 이외에도 촉진제나 지연제 등의 응결 시간 조절용 혼화제를 첨가하면 강도발현 특성이 달라지게 됩니다.

 

 

4. 골재의 강도와 용적율 및 입도와 최대 치수

콘크리트는 골재를 시멘트 풀로 결합시킨 것이므로, 콘크리트의 강도는 골재의 강도와 시멘트 풀의 강도로 결정되게 됩니다. 시멘트 풀의 강도보다 골재의 강도가 더 높은 보통강도 콘크리트는 시멘트 풀의 강도가 콘크리트에 강도에 큰 영향을 미치게 됩니다. 시멘트 풀의 강도가 매우 높은 고강도 콘크리트는 골재의 강도가 콘크리트 강도에서는 골재가 차지하는 체적비, 즉 용적율이 높으면 콘크리트의 강도가 높아집니다. 왜냐하면 경화한 시멘트 풀의 강도는 공극의 부피에 반비례하여 감소하는데, 골재의 용적율이 높아지면 시멘트 풀의 양이 상대적으로 적어져서 공극의 부피가 감소하기 때문입니다. 한편, 다양한 크기의 골재가 골고루 섞여서 빈틈이 최소가 되도록 하여야 강도 증진에 효과적이므로, 골재의 입도가 좋아야 합니다. 또 작은 크기의 골재는 체적에 대한 표면적의 비율이 높기 때문에 시멘트 풀과의 부착성능이 향상되므로, 골재의 최대치수가 작으면 콘크리트의 강도가 증가합니다.

 

5. 다짐

콘크리트는 골재와 시멘트 풀이 치밀하게 잘 채워져야 강도가 높아지므로, 콘크리트 타설 작업 중의 다짐이 굳은 콘크리트의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 완벽하게 다짐이 되었을 때는 물시멘트비가 감소할수록 콘크리트 압축강도가 증가하지만, 다짐이 제대로 되지 않으면 오히려 강도가 떨어집니다. 콘크리트의 다짐은 수작업이나 기계적인 방법을 사용합니다. 수작업은 콘크리트를 타설하는 도중에 봉으로 콘크리트를 쑤시거나, 나무망치 등으로 거푸집이 변형되나 않을 정도의 강도로 거푸집을 타격하여 진동을 주는 방법입니다. 기계적인 방법은 봉상 진동기를 사용하여 콘크리트를 타설하는 도중에 진동을 가하는 방법입니다.

 

6. 양생방법

콘크리트는 타설한 뒤의 양생 방법이 콘크리트의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 아무런 조치 없이 대기 중에 노출된 상태로 콘크리트를 양생하면 강도 증진이 크지 않습니다. 천으로 만든 양생포로 콘크리트를 감싸고 양생포가 젖은 상태를 유지하도록 물을 뿌려주는 습윤 양생을 하면, 강도 증진에 매우 효과적이며 크리프와 건조수축이 감소하는 효과를 보이게 됩니다. 콘크리트를 밀할하게 감싸고 내부에 높은 온도의 증기를 공급하는 증기 양생은 초기 강도 증진에 매우 효과적입니다.

 

7. 온도

콘크리트 양생 중의 온도가 콘크리트의 압축강도에 영향을 미칩니다. 만일 너무 춥거나 너무 더운 상태에서 콘크리트를 양생하는 경우에는 사람이 활동하기에 적당한 상온에서 콘크리트를 야생하는 경우에 비하여 콘크리트의 강도가 제대로 발현되지 않습니다. 65도 정도에서 양생하는 경우에는 초기 강도는 높지만 28일 이후의 강도는 상온에서 양생하는 경우보다 오히려 낮게 됩니다. 5도 정도에서 양생하는 경우에는 초기 강도뿐만 아니라 장기 강도도 상온에서 양생하는 경우보다 낮게 됩니다.

 

8. 하중 재하 속도

콘크리트의 압축강도는 압축강도 시험에서 하중을 가하는 속도에도 영향을 받습니다. 콘크리트의 압출응력-변형률 곡선에서, 재하속도가 바른 경우에는 재하속도가 느린 경우에 비하여 동일한 변형률에서 더 높은 응력을 나타내게 됩니다. 따라서 재하속도가 빠른 경우에는 최대 응력을 나타내는 콘크리트의 압축강도도 더 높게 나타납니다. 이와 같이 동일한 콘크리트라도 재하속도에 따라 콘크리트의 압축강도가 다르게 나타나기 때문에 압축강도를 시험할 대의 재하속도를 동일하게 규정하고 있습니다.