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7. 콘크리트 시험
7.1 개요
7.1.1 콘크리트 시험의 역활
- 여러 구성 재료 이루어진 콘크리트의 특성 파악.
- 특별한 종류의 콘크리트 성능 파악.
- 물리적인 상수 값의 결정(ex. 탄성계수 E).
- quaility control testing-콘크리트의 품질 파악.
7.1.2 표준시험의 필요성
- 시험 시 다양한 변수에 의해 측정값이 변화.(습기, 온도, 시험체의 상태...)
- 시험 결과치의 오차를 줄이기 위해 시험기준 제시.(ASTM, RILEM. CSA...)
7.1.3 시험의 중요성
(1) 샘플을 이용하여 구조체 내에서의 콘크리트의 품질을 예측.
(2) 시험체를 이용하여 측정한 값은 실제 값과 오차 존재.
- 실험실에서 제작된 시험체를 사용.(적합한 성분, 배합비...)
- 콘크리트 생산과정에서의 오차 존재.
- 재료 및 주위 환경의 변화 발생.
- 생산, 운반, 타설 과정에서의 부주의.
(3) 구조체에 문제 발생 시 시험 보고서를 이용하여 문제 해결.
(4) 공사 수행과정에서도 다양한 기준 제시.(거푸집 존치 기간 등)
7.2 콘크리트 시험
7.2.1 콘크리트의 압축강도 시험
- 콘크리트 구조설계에 있어서 압축강도 가장 중요시됨.
- 압축강도를 이용하여 휨강도, 전단강도 등의 대략적인 값 추정 가능.
(1) 원주형 공시체 시험
- φ150x300 mm공시체 사용.(φ100x200 mm 공시체 : 강도보정계수 0,97)
- KS F 2403(콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작 방법)에 따라 제작.
1) 몰드
- 반복사용몰드 : 단단한 금속 혹은 비흡수성 재질.
- 1회 사용몰드 : KS F 2801에 따른다.
2) 다짐 방법 및 콘크리트 넣기
슬럼프(㎝) 다짐방법
7.5이상 다 짐 대
2.5~7.5 다짐대 또는 진동기
2.5이하 진 동 기
Table 7.1 슬럼프에 따른 다짐 방법(KS F 2403)
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공시체의 종류공시체의
높이(㎝)다짐형식 층의 수
층의
대략깊이(㎝)
압축강도
시험용
30까지 다짐대사용 3
30이상 다짐대사용 필요에 따라 10
30~46 진동대사용 2
46이상 진동대사용 3 또는 2 이상 20정도
Table 7.2 콘크리트를 몰드에 채우는 층의 수(KS F 2403)
3) 양생
- 타설후 24~28시간 동안 16~27°C로 양생.
- 이후 몰드 제거한 후 23±2°C로 습윤양생.
- 거푸집 존치 기간을 측정하기 위한 경우 구조체와 동일한 조건으로 양생.
4) 공시체 상면 마감
- 마무리한 면의 평면도는 0.05㎜이내.
- 시멘트 페이스트에 의한 방법과 유황과 내화점토의 혼합물에 의한 캡핑.
- 캡핑을 하지 않을 때는 끝면을 연마하여 마무리.
5) 압축강도의 측정
- 매초 0.15~0.35 MPa의 재하속도로 공시체가 파괴 될 때 까지 시험.
- 분당 1mm의 변형으로 시험.
(2) 입방형 공시체 시험(영국, 독일)
- 영국 150mm 입방형 공시체, 독일 200mm 입방형 공시체 사용.
- 원주형과 입방형 공시체간 강도 차이로 보정계수 사용.
(150mm-0.8, 200mm-0.83)
(3) 압축강도 측정에 영향을 주는 요소
1) 공시체의 응력 분포
- 가정 : 1축 압축력 작용.(전 단면에 걸쳐 동일한 압축응력 분포)
- 공시체와 가력면 사이에 마찰력으로 인해 공시체 단부가 구속된 상태.
- 단부에서 구속력 최대, 45° 각도로 감소.(강도 증가)
- l/d의 비가 2.0이하일 경우 강도 증가.(장방형>원주형)
- 압축강도 시험 시 직각 방향으로 인장력 발생으로 강도 도달전 파괴.
(인장 변형율 0.0001~0.0002로 제한)
2) 실험 장치
- 가력면과 공시체 간의 수직문제.
- 가력면의 재질에 따른 응력 분포 변화.
- brush platen의 사용 - 마찰저항 감소로 1축 압축력과 가까워짐.
(압축 강도 값이 일반적인 강재 가력면의 경우에 비해 저하)
3) l/d 비에 따른 영향
- l/d가 2.0이하일 경우 측정 압축강도 증가.(보정계수 이용)
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Table 7.3 Relationship between l/d Ratio and Compressive Strengtha
l/d Ratio Strength Corection Factors2.00 1.00
1.75 0.98
1.50 0.96
1.25 0.93
1.00 0.87aFrom ASTM C 42. Copyright ASTM INTERNATIONAL. Reprinted with permission
4) 공시체의 형태
- 공시체의 형태에 따라 측정 강도 변화.(원주형<장방형)
- 공시체의 크기가 커질수록 강도와 편차가 작아짐.
- 작은 공시체일 경우 내부 결함이 적음. - “weakest link"
5) 하중 재하 속도
- 하중 재하 속도가 빠를수록 측정 강도가 커짐.
- 내부 균열의 진행 정도와 변형율의 문제로 인한 현상.
6) 수분 함유
- 건조 상태의 공시체일수록 측정 강도가 커짐.
- 수분으로 인한 내부 마찰력 변화와 공극의 압력으로 인한 현상.
- OD상태 공시체의 경우 측정 강도가 10~15% 증대.
- 실제 건조 상태를 조절하기가 어려움.
7) 시험 온도
- 시험 온도가 높을수록 측정 강도는 낮아짐.
- 온도가 높을수록 공시체의 수분 손실이 빠름.
8) 결과의 해석
- 표준시험 방법을 준수하여 시험을 행하며 결과 값 비교.
7.2.2 기타 콘크리트 시험
(1) 인장 강도 시험
RILEM (direct tension)
- 공시체와 가력판을 접착시켜 인장강도 측정.
- 초당 0.05 MPa의 하중으로 파괴될 때까지 가력.
U.S Bureau of Reclamation (spillitng test)
- 쪼갬 인장 강도 시험 : “splitting tensile test"
1) 수직 압축 응력 :
2) 수평 인장 응력 :
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3) 단부에는 압축응력이 작용하지만 중앙부에는 균등한 인장응력 발생.
4) 분당 0.06±0.04 MPa의 하중으로 쪼개질 때가지 가력.
5) 장방형 공시체의 경우 :
(2) 휨 강도 시험
1) 공시체 크기 : 150 x 150 x 500 mm
공시체의 종류공시체의
높이(㎝)다짐형식 층의 수
층의
대략깊이(㎝)
휨강도 시험용
20까지 다짐대사용 2
20이상 다짐대사용 3 또는 2 이상 10
20까지 진동대사용 1
20이상 진동대사용 2 또는 2 이상 20정도
Table 7.4 콘크리트를 몰드에 채우는 층의 수(KS F 2403)
공시체의 종류공시체의 지름(㎝)
공시체의 윗면적(㎠)다짐대의 지름(㎜) 다짐회수/층
휨강도 시험용
160㎠이하 10 25
165~310㎠ 10 윗면적 7㎠당 1회
320㎠이상 10 윗면적 14㎠당 1회
Table 7.5 다짐막대를 사용할 경우 다짐 횟수(KS F 2403)
2) 3등분점 재하 방식
① 매초 0.06±0.04 MPa의 하중으로 파괴될 때까지 가력.
② 휨강도 :
③ 3등분점의 바깥쪽에서 파괴된 경우에는 시험결과 무효.
④ 실제 값보다 측정값이 크게 나옴. (nonlinear stress-strain curve)
※ Center point loading - ASTM C 293
- 가운데 한점에 하중 작용.
- 휨에의한 영향 이외에 응력 집중에 의한 전단력 작용.
- 3등분점 재하 방식에 비해 측정 강도가 크게 나옴.
3) 부재 사이즈에 따라 측정 강도 변화.
① 공시체의 크기가 작을수록 측정 강도는 커짐. - “weakest link"
② 하중 작용점 간 거리가 멀어질수록 측정 강도 적어짐.
③ 하중 작용 속도가 빨라질수록 측정강도 커짐.
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(3) 탄성계수(Ec)
- chord modulus of elasticity, Ec 측정.(ASTM C 469)
- 초당 241±34 kPa의 하중으로 가력하여 stress-strain curve를 얻음.
- chord modulus of elasticity :
- Poisson's ratio :
- 전단 탄성계수 :
(4) 동탄성계수(Ed)
- 공시체의 고유 진동주기 측정.
- Dynamic Modulus of Elasticity :
- Dynamic Shear Modulus of Elasticity :
- Dynamic Poisson's ratio :
(5) Accelerated Tests (ASTM C 684)
- 28일 강도를 빠른 시간에 예측 가능.
- 실제 28일 강도와는 다소 차이가 있으며 시험 방법에 따라 오차 존재.
1) Warm water method
- 콘크리트 공시체 제작 후 35±3°C의 물에 담근 후 23.5h 경과시켜 재령 24h±15 min에
시험.
2) Boiling water method
- 21±6°C의 습윤 상태에서 23h 양생 후 3.5h동안 끓는 물에 넣고 뺀 후 1h동안 냉각시켜
재령 28.5±15 min에서 시험.
3) Autogenous method
- 밀봉된 그릇에서 48h양생 후 재령 49h±15 min에 시험하는 방법으로 자체 수화열을
이용하여 양생.
4) High temperature and preesure method
- 고온 고압의 밀봉된 용기에서 5h 양생 과정 중 마지막 15min 양생 기간 중 시험.
7.2.3 콘크리트의 품질 평가
(1) Core Tests
1) Core Tests
- 구조물의 실제 강도를 측정할 수 있는 신뢰성 높은 시험.
- 콘크리트와 철근을 실제 구조체에서 채취하여 시험.
- 공시체 측정 강도가 낮을 경우, 크랙이 나타나는 경우, 일반적인 상황에 비해 큰 응력을
받는 경우 등에 실시.
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2) Core Test의 문제점
① 표준 공시체에 비해 낮은 측정 강도.(실제 구조체에서의 강도)
② 코어강도와 표준 공시체 강도 간에 비율이 상이함.
③ 구조체의 부위에 따라 코어 강도 변화.
④ 타설 방향과 코어 채취 방향에 따라 강도 변화.
⑤ 표면과 내부 수분 함유량 차이에 따라 강도 변화.
3) 높이 / 직경비에 따른 보정
h/d 보정계수 비 고
2.00 1.00h/d가 중간값일 경우에는
직선보간법을 이용하여
보정 계수를 구한다.
1.75 0.98
1.50 0.96
1.25 0.93
1.00 0.89
Table 7.6 코어공시체의 높이/직경비에 의한 압축강도 보정계수
4) 코어 강도의 평가
-한 위치에서 3개의 코어강도 시험 후 평균강도가 설계강도의 85% 이상이고 그 중 어느 한
코어도 75%이하로 저하되지 않으면 적정.
