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9-3 시멘트 콘크리트 설계기준 배합비 개정(안) 연구개발실-2294

(2010. 7. 8)

Ⅰ 제안 배경

n 고속도로에서의 콘크리트 구조물은 2003년 이후부터 습염식 제설방법의 적용과 제설제 살포량의 급격한 증가로 과거에 비해 더 높은 내구성이 요구되고있으나,

n 근래에는 콘크리트 사용재료(잔골재, 공기연행제)의 품질 저하 등으로 인해동결융해 및 제설염에 노출된 콘크리트 구조물이 충분한 [내구성]을 확보하지 못하여 콘크리트 구조물의 조기 손상이 증가하고 있는 실정이다.

n 또한, 2007년부터 콘크리트 표준시방서에 [내구성]편이 신설되는 등, 구조물에 내구성에 대한 중요성이 국가적으로 부각되고 있고, 노출환경에 따라 콘크리트 특성치를 다르게 적용하고 있다.

n 따라서, 동해 및 제설염해 등의 열화 환경에 노출되어 있는 기계타설 소구조물 콘크리트의 내구성을 확보할 수 있는 시멘트 콘크리트 설계기준 배합비를 수립하여 실무에 적용하고자 한다.

Ⅱ 현실태 및 문제점

n 2004년부터 제설제 염해 및 동결융해를 동시에 받는 조건하의 콘크리트 구조물인 포장, 교량 바닥판, 중분대, 측구, 다이크, 교량 난간방호벽 등에서 조기손상에 따른 유지관리 비용이 증가하고 있다.

n 2007년부터 국토해양부 제정 콘크리트구조설계기준 및 콘크리트표준시방서에서는 표 1, 2와 같이 “노출상태에 따른 최소 설계기준압축강도 및 내동해성기준”을 제정하여 시행하고 있다.

n 그러나 우리공사의 중분대, L형측구, 다이크, 교량 난간방호벽 등의 기계타설 소구조물용 콘크리트는 제설제 및 동결융해 노출 환경에 대한 강도, W/C비, 동결융해 내구성 등이 모두 미흡한 실정이다.

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노출 상태	최대 물-결합재비 (%)	최소 설계기준 압축강도 fck(MPa)
물에 노출되었을 때 낮은 투수성이 요구되는 콘크리트	0.50	27
습한 상태에서 동결융해 혹은 제빙 화학제에 노출된 콘크리트	0.45	30
제빙 화학제, 염, 소금물, 바닷물에 노출되거나 이런 종류들이 살포된 콘크리트의 철근 부식방지	0.40	35

 

 

 

기상조건		기상작용이 심하고 동결융해가 자주 반복될 때		기상작용이 심하지 않고 온도가 동결점 이하로 지는 경우가 드물 때
단면		얇은 경우1)	보통의 경우	얇은 경우	보통의 경우
구조물의 노출상태	(1) 연속해서 또는 반복해서 물에 포화되는 경우	85	70	85	60
	(2) 일반적인 노출상태로 (1)에 속하지 않는 경우	70	60	70	60
1) 단면의 두께가 0.2m 이하인 구조물

 

 

 

Ⅲ 검토내용

n 동결융해 내구성 확보를 위해 공기량 상향 조정에 따른 콘크리트 종별 강도

시험 및 분석(붙임 1)

- 강도 : 설계기준강도 대비 20～30% 높아 배합강도 기준 만족

n 내구성 확보를 위한 공기량 상향조정에 따른 콘크리트 종별 재료사용량 분석(붙임2)

- 골 재 : 잔골재 및 굵은골재 량은 증감량 변화가 약 ±5.0% 미만

- AE감수제 : 공기량 증가로 인해 기존대비 사용량 약 2～3배 증가

- 공기연행제(AE제) : 기계타설 소구조물과 포장 콘크리트 배합에서 감수제

량의 5.0～7.5% 추가 사용

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n 현행 설계기준 배합표의 문제점 개선(붙임 4)

- 광물성 혼화재 및 저슬럼프 콘크리트는 공기연행제(AE제) 사용 반영

☞ 불연탄소에 의한 공기량 감소 영향을 고려하여 AE제 추가

☞ 저슬럼프 콘크리트의 동해저항성에 필수적인 연행공기 확보를 위해

AE제 추가

- L형측구(다이크), 중분대, 교량 난간 콘크리트는 기계타설 소구조물 배합

의 일원화 및 노출환경을 고려한 내구성 배합으로 개정

☞ L형측구(다이크), 중분대, 교량 난간으로 분류된 현행 설계기준 배합표

를 기계타설 소구조물 콘크리트로 일원화

☞ 콘크리트표준시방서 및 구조설계기준에 부합할 수 있게 물-결합재비

(W/B), 공기량, 강도 조정(붙임 4)

☞ 동결융해 일수가 많고 제설제 살포량이 많은 다설한랭 지역에서 조기

손상이 다수 발생함에 따라 기계타설 소구조물 콘크리트는 노출환경에

따라 구분하여 적용

☞ 최근 알칼리골재 반응이 다수 발생하고 있어, 기계타설 소구조물 콘크

리트는 반응성 억제와 내구성 개선 효과가 있는 플라이애시 혼합 배합

을 추가

n 우리공사 전문시방서 및 방침, 콘크리트 관련 시방서 내용 일부 반영

- 내구성 확보를 위한 굵은골재치수 변경

☞ 기계타설 소구조물 콘크리트(교량 난간, L측구 및 다이크) : 19mm⇒

25mm, 포장 : 32mm⇒30mm

- L형 측구(다이크) 콘크리트의 석분 사용 배합 삭제

- 제설염과 동결융해에 직접 노출되는 도수로 집수거, 중분대 및 갓길 집

수정 콘크리트는 3종에서 2종으로 변경

☞ 제설제 염해 및 동해 저항성 확보

- 특수환경(제설염과 동결융해에 노출) 및 재료품질 변화에 대응하기 위한

광물성 혼화재 사용 배합 추가

☞ 포장 콘크리트 : 플라이애시 20%를 시멘트 대체재로 혼합

☞ 노출바닥판 : 3성분계(시멘트, 슬래그 미분말, 플라이애시) 배합

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Ⅴ 제안 내용

n 개정 배합표(붙임 4)는 고속도로공사용 『시멘트 콘크리트 설계기준 배합

표』로 적용

n 동결융해 내구성 향상을 위해 공기량을 4～6% 에서 5～7%로 상향 조정(붙임 4)

n 제설염과 동결융해, 알칼리골재 반응에 대한 내구성을 확보하기 위해 기계타

설 소구조물 콘크리트는 플라이애시를 혼합한 배합을 추가(붙임 4)

n 제설염과 동결융해에 노출되는 도수로 집수거, 중분대 및 갓길 집수정 콘

크리트(붙임 4)는 내구성 향상을 위해 3종(W/C 53%, 강도 21 MPa)에서 2

종(W/C 49%, 강도 24 MPa)으로 변경

n L형측구(다이크), 중분대, 교량 난간으로 분류된 현행 설계기준 배합표(붙임

1)는 기계타설 소구조물 콘크리트로 일원화(붙임 4) 하고, 『노출환경 등급

지침』(붙임 5)을 적용

Ⅵ 기대효과

n 노출환경에 맞는 배합에 의한 구조물 내구성 확보로 유지관리비용 절감

n 콘크리트 관련 시방서와 우리공사 표준배합과의 상충으로 인한 구조물 하자

발생시 시공사와의 책임소재 분쟁 소지 해결

붙임 1. 시멘트 콘크리트 설계기준 배합비의 공기량 상향 조정에 따른 강도시험 결과

붙임 2. 설계기준 배합비의 공기량 상향 조정에 따른 단위재료사용량 비교 결과 [표준/시험]

붙임 3. 현행 L형측구 콘크리트 설계기준 배합과 시험 배합의 내구성 비교 결과

붙임 4. 시멘트 콘크리트 설계기준 배합비 개정(안)

붙임 5. 노출환경 등급 지침

 

붙임 4. 시멘트 콘크리트 설계기준 배합비 개정(안)

 

종별		fck (MPa)	골재 최대 치수(㎜)	슬럼프 (cm)	공기량 (%)	W/C (%)	S/a (%)	단위재료사용량(kg/㎥)						단위혼화제량(kg/㎥)				비 고
								물	시멘트	플라이 애시	슬래그 미분말	잔골재	굵은골재	AE 감수제	AE제	유동 화제	고성능 AE감수제
구     조     물     공	고 강 도 (PSC)	45	13	15	4～7	32	42	160	500	-	-	689	970	-	-	-	6.000	PSM교 세그먼트
						31	43	156	503	-	-	709	958	-	-	-	7.042	FCM교 세그먼트, 조강시멘트, f3=32MPa
		40	20	15	4～7	36	41	173	481	-	-	666	976	-	-	-	4.800	PSC빔, PSC 박스거더 및 슬래브, Preflex 하부 플랜지
						34	42	173	407	102	-	672	953	-	0.101	-	4.070
	일   반   콘   크   리   트	30	25	13	6.5±1.5	40이하	40	159	249	41	124	691	1051	-	-	-	2.500	교량 노출바닥판
		27		13	5～7	46	43	174	378	-	-	733	991	2.268	-	-	-	주형교량 슬래브, PSC빔교 바닥판, RC 슬래브, Steel Box 거더교, 교각, 중분대기초
				15		45	45	156	346	-	-	800	997	-	-	-	3.114
		24	25	15	5～7	50	42	167	335	-	-	739	1041	2.004	-	-	-	라이닝 등 필요시
			30	15	5～7	49	40	164	334	-	-	707	1081	2.004	-	-	-	교량하부구조(교대, 우물통본체), 교량날개벽, RC옹벽, 연석, 암거, 암거접속슬래브, 방음벽 기초, 도수로 집수거, 중분대 및 갓길 집수정
		24	25	＊45±5	4이하	45	45	184	409 (41)	-	-	756	949	1.227		2.454		수중 콘크리트 호칭강도 : 30MPa ＊ : 슬럼프플로우
						45	45	184	409	-	-	779	971	1.227	-	4.090	증점제: 2.50
		21	25	8	5～7	51	44	156	306	-	-	797	1034	1.830	-	-	-	절성토부 도수로, V․L․U형측구
				15		53	43	167	315	-	-	764	1032	2.205	-	-	-
			40	8	1～2	54	42	171	317	-	-	779	1097	-	-	-	-	중력식 옹벽, 매스콘크리트, 부대시설기초, 배수관기초
						53	42	157	237	59	-	793	1116	-	-	-	-
		15	40	8	1～2	59	36	135	229	-	-	728	1318	-	-	-	-	레벨링 콘크리트, 속채움콘크리트(우물통기초)
	기계 타설 소구 조물	24	25	2～5	5～7	45	48	151	337	-	-	864	954	1.685(감수제)	0.084	-	-	일반지역(중분대, 교량 난간, L형 측구, 다이크)
								151	270	67	-	853	942	1.685(감수제)	0.118	-	-
		30	25	2～5	5～7	41	46	151	368	-	-	816	976	2.268(감수제)	0.136	-	-	특수지역(중분대, 교량 난간, L형 측구, 다이크)
								151	295	74	-	804	962	2.268(감수제)	0.170	-	-
포장		fbk=4.5	30	4이하	5～7	45	38	147	326	-	-	691	1149	1.956	-	-	-	기계타설
				8		44	40	161	365	-	-	700	1070	2.190	-	-	-	인력포설
				4이하		43	36	150	280	70	-	630	1150	-	0.070	-	1.050	기계타설
								159	300	70	-	610	1110	-	0.074	-	1.110	기계타설(한중)
빈배합		f7=5.0	40		1～2	79	33	125	158	-		695	1449	-	-	-	-	포장중간층용 콘크리트
숏크리트		f28=20	13	8～12	1～2	44	65	194	441	-	-	1100	608	22.050 (급결제)	-	4.410	-	강섬유 미첨가
		fbk=4.5				45	65	216	480	40(강섬유)	-	1042	576	24.000 (급결제)	-	4.800	-	강섬유 첨가

 

 

※ 적용 재료 비중 : 시멘트(1종, 3.15), 잔골재(2.60), 굵은골재(2.65), 플라이 애시(2.20), 고로슬래그(2.90)

※ 교량 노출바닥판, 포장(플라이애시 사용 배합) 콘크리트는 기 시행한 배합비를 적용하였음.