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철근콘크리트 구조의 특성과 시멘트의 종류별 기능
2003년 9월 16일 (화) 12:13:00 |   지면 발행 ( 2001년 10월호 - 전체 보기 )

철근콘크리트 구조의 특성과 시멘트의 종류별 기능

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콘크리트는 시멘트와 물, 골재가 혼합된 것을 말한다. 이밖에 시멘트와 물, 모래가 혼합되어 진 것은 시멘트 몰탈이라 하고, 시멘트와 물만 이 혼합된 것을 페이스트 또는 시멘트밀크라 하며, 다시 철근과 콘크리트가 합쳐져 철근 콘크리트가 되는데, 여기에 다시 철골이 포함되 어 지면 철골 철근 콘크리트가 된다. 콘크리트는 시멘트, 물, 모래, 자갈이 충분히 혼합되었을 때 타설을 한다. 물론 여기서 제일 중요한 재료는 시멘트인데, 그렇다고 시멘트가 많이 들어가야 만이 꼭 좋은 것은 아니다. 튼튼하고 견고한 콘크리트가 되기 위해서는 배합비율이 좋아야 한다.
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철근콘크리트구조란 현대 사회의 건축 및 건설에서 가장 많이 쓰이는 구조로 철근과 콘크리트라는 서로 전혀 다른 두 가지의 자재가 합쳐져, 또 다른 형태의 강한 구조물이 만들어진 것이다.

철근은 탄력이 있어 어느 한계까지는 충격을 받아도 원상회복이 가능하나 그 한계를 벗어나 한번 힘을 잃으면 원상회복이 불가능해진다. 또 콘크리트는 견고하지만 탄력이 없어 충격에 약하다. 따라서 둘이 합쳐지게 되면 콘크리트가 철근이 원상회복의 한계를 벗어나지 않도록 힘을 보태주게 됨으로써 견고하면서도 탄력이 있고, 때문에 충격에 강한 구조물이 된다. 한마디로 철근의 탄력과 콘크리트의 견고함이 서로 보완작용을 하는 그런 이상적인 구조물이 되는 것이다.

콘크리트와 철근과의 보완작용

콘크리트가 철근과 서로가 보완하여 합쳐질 때 얻어지는 결과를 더 자세히 살펴보면 우선, 주위를 감싸고 있는 콘크리트로 인해 철근이 녹스는 것과 하중에 의해 좌굴되는 것이 방지되며, 철근이 온도의 변화에 잘 적응 할 수 있게 된다. 콘크리트가 철근을 보호하여 열과 압력에 버티는 힘을 도와주면서 튼튼하고 견고한 구조물이 되는 것이다. 또 철근과 콘크리트는 팽창계수가 같아 부착이 용이하다.

이러한 철근콘크리트의 구조물이 성능을 요구할 때는 우선, 안정성이 있어야겠고 편리하게 사용할 수 있으며 구성자체가 튼튼하여 열이나 외부의 영향을 받아 철근이 부식되지 말아야 될 것이다. 또 콘크리트 자체가 충분한 강도를 가져야 되겠지만 시공할 때 불편함이 없도록 충분히 골고루 충진 시킬 수 있어야 된다.

그런데 여기서 무엇보다도 중요한 것은 앞서 말한 바와 같은 철근과 콘크리트의 보완작용을 이해하고, 두 자재가 서로 가장 이상적인 상태에서 보완관계를 이루도록 설계(구조해석)를 해야한다는 것이다. 그리고 철근콘크리트 구조공사는 물을 사용하는 공사로 겨울철은 피하는 것을 원칙으로 한다.

철근콘크리트 구조공사의 과정은 먼저 철근 심는 공사를 하고 그 다음 이를 거푸집으로 감싼 후 콘크리트로 타설하고 양생(잘 굳도록 물과 그늘막 등을 보완해줌)을 하게 된다. 그리고 타설한 콘크리트가 완전히 굳어지면 다시 거푸집을 탈형하고 여기에 마감재로 마감을 하면 된다.

철근의 종류

철근의 종류에는 원형철근과 이형철근 이렇게 두 가지가 있다. 굵은 철사처럼 밋밋하게 아무런 지장물이 없는 것을 원형철근이라 하고, 우리 나라에서 가장 많이 쓰이는 철근으로 콘크리트가 잘 부착되도록 날개가 있고 또 마디마디가 이루어져 있는 것을 이형철근이라고 한다. 이러한 철근은 굵기가 다양하면서 건축법상 규격과 길이가 정해져 있으며 제질 상태도 기준이 마련되어있다.

콘크리트의 피복두께

또한, 철근을 감싸고 있는 콘크리트의 두께를 피복두께라고 하는데, 이에도 기준이 있다. 지상의 경우에는 두께를 3∼4㎝로 하는 것을 원칙으로 하고, 물을 접하거나 땅에 묻히는 경우에는 1∼2㎝가 더 추가되어 5∼6㎝까지 철근을 감싸게 하여 물이 침투로 철근이 녹슬지 못하도록 해야 한다.

시멘트의 종류와 기능

콘크리트는 시멘트와 물, 골재가 혼합된 것을 말한다. 이밖에 시멘트와 물, 모래가 혼합되어 진 것은 시멘트 몰탈이라 하고, 시멘트와 물만이 혼합된 것을 페이스트 또는 시멘트밀크라 하며, 다시 철근과 콘크리트가 합쳐져 철근 콘크리트가 되는데, 여기에 다시 철골이 포함되어 지면 철골 철근 콘크리트가 된다.

콘크리트는 시멘트 + 물 + 모래 + 자갈이 충분히 혼합되었을 때 타설을 한다. 물론 여기서 제일 중요한 재료는 시멘트인데, 그렇다고 시멘트가 많이 들어가야 만이 꼭 좋은 것은 아니다.

튼튼하고 견고한 콘크리트가 되기 위해서는 배합비율이 좋아야 한다. 따라서 콘크리트를 만들 때는 적당한 량의 시멘트를 첨가해야 하고, 물 역시도 청결수를 사용해야 한다. 또 모래의 굵기와 재질 등을 비롯 여러 가지를 확인해야 하는데, 불순물은 혼합되어져 있지 않는지, 바다모래(해사)등은 충분히 씻어냈는지 등을 면밀히 확인하고 자갈의 굵기와 모양에 따라 적당한 혼합배율을 찾아야 한다.

콘크리트에서 가장 중요한 재료인 시멘트에는 여러 가지 종류가 있다. 그 중 가장 많이 사용되는 것은 1종(보통)시멘트로써 포틀랜드 시멘트라고 하는데, 우리나라에서의 사용량이 90%에 달한다. 포틀랜드 시멘트는 처음 생산된 지방의 이름을 따 왔다고도 하고, 이 시멘트와 색깔이 같은 포틀랜드 대리석에서 유래됐다는 이야기도 있다.

여하튼 시멘트는 석회석 + 점토 + 규석 + 산화철원료 + 석고로 혼합되어져 있는데, 여기서는 가장 중요한 원료가 석회석이다. 우리나라에서 생산되는 석회석은 일본 것보다 양질로 강원도 묵호나 삼척, 재천, 단양 등에 가면 큰산을 허물어트리며 석회석을 채취하는 현장을 많이 볼 수 있다. 때문에 우리나라에서는 석회석을 다 채취한 후 반드시 자연환경을 복구하도록 법으로 규정하고 있다.

석회석의 종류에 따른 분류

석회석에도 다양한 종류가 있다. 따라서 그 종류만큼이나 시멘트의 성능 또한 세분화되어 진다.

우선, 규산 삼석회(Alite), C3S가 많이 들어가면 초기에 빨리 굳어 경화되고 강도가 높아 통행이 빈번한 작업장에서 사용되어 진다. 또 규산, 이석회(Belite), C2S가 많이 들어가면 천천히 굳지만 화학물질에의 저항성이 커 적합한 용도에 사용되고, 알루민 산철 사석회(Felite), C4S(AF)가 많으면 강도는 덜하지만 화학물질에의 저항이 크기 때문에 전체적인 구조물을 이루는 것보다는 덧발라 보호보강 측면에서 사용된다. 그리고 용강로, 목욕탕, 도자기 굳는 연돌 등에는 알루민산 삼석회(Celite), C3A를 첨가되어 열에 강한 벽돌과 내부벽을 구축하는데 사용된다.

시멘트는 단순히 원료가 혼합되어져 있는 상태에서는 화학적 반응을 일으키지 않다. 그러나 여기에 물이 첨가되어지면 화학적 반응을 시작하게 되는데, 이런 현상을 수화반응이라고 한다. 그리고 수화반응이 일어나면 급속히 높은 열을 내면서 돌덩이처럼 굳어지는데, 이때 급속한 반응을 조금 완화시켜주는 역할을 하는 것이 석고다. 따라서 석고의 양을 늘림으로써 시멘트가 늦게 반응하도록 하여 경화시간이 길어지게끔 할 수 있다.

혼합물에 따른 시멘트의 분류

일반 시멘트의 색깔이 국방색(회색)인 것은 철성분이 많이 혼합되어져 있기 때문이다. 그리고 백시멘트는 철성분을 혼합하지 않았기 때문에 조금은 가볍고 하얗다. 중국 시멘트 중에는 아주 새카맣게 된 풀라이에쉬라는 시멘트가 있는데, 이는 화력 발전소에서 타고남은 재(석탄재)를 혼합하여 제조했기 때문이다.

이밖에 우리 나라 시멘트의 고로 시멘트는 포항 제철소 등에서 나온 고로슬래그를 혼합하여 만든 것이고, 실리카 시멘트는 반도체에서 사용되는 칩을 만들면서 나오는 미세한 가루를 첨가하여 만든 특수 시멘트다. 그리고 이러한 특수 시멘트에는 종별로 혼합비율이 정해져 있어 사용 용도에 따라 다양하게 선택할 수 있다.

입자의 크기에 따른 분류

시멘트는 입자의 크기에 따라 분류하기도 한다. 시멘트 1g을 가지고 1㎠를 평면으로 펼 수 있는 시멘트 갯수를 통해 분류하는 것인데, 시멘트 입자가 가늘면 가늘수록 시멘트 입자수가 많아진다. 우리나라에서 가장 많이 쓰이는 1종(보통)시멘트(포플랜드시멘트)는 입자수가 3천이고, 이외에도 특수시멘트에는 6천이나 8천 등이 있다.

성능을 변화시키는 약품들

시멘트 콘크리트의 성능과 재질 또는 사용 용도를 달리하게 하는 약품이 있다. 공기구멍이 발생되는 기포제 시멘트가 부풀어 나게 하는 발포제, 철근이 녹슬지 않게 하는 방정제, 구조체에 방수가 되도록 하는 방수제, 색깔을 낼 수 있는 착색제, 빨리 굳게 하는 촉진제, 천천히 경화될 수 있게 하는 지연제, 급결제, 초지연제 등이 그것이며, 이러한 약품들은 콘크리트의 강도에는 영향이 없기 때문에 인정되고 있다.

예로, 베트남지역은 우기가 길고 습한 지역이 많아 콘크리트 구조물이 세워지면서 벽면이나 교각, 옹벽 등에 이끼가 끼는데, 이러한 문제점을 해결하기 위해 콘크리트 타설시 항균제를 첨가하고, 우리나라에서도 복개천 내부를 이를 덧 부치고 미장하여 처리한다.田

■ 글 고동판(물막는 사람들 대표 080-006-0404)


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