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8.1 적용 범위

이 규격은 시멘트 콘크리트의 선팽창률을 강체프레임(Rigid Frame)을 이용하

여 측정하는 방법에 대하여 규정한다.

8.2 인용 규격

인용 규격은 다음과 같다.

8.3 정의

이 규격에서 사용하는 주된 용어의 정의는 다음과 같다.

KS A 0021 수치의 맺음법

KS C 1602 열 전 대

KS C 1606 온도의 전기적 측정 방법

1) 길이 변화율 : 재료의 온도를 변화시켰을 때, 그 온도 범위에서 재료의 길이 변화량과

실온에 대한 길이의 비

2) 선팽창률 : 재료의 온도 변화와 길이 변화의 관계가 직선으로 나타날 때, 이 범위의 길이

변화율을 온도변화로 나눈 값 또는 직선 기울기를 실온에 대한 길이로 나눈 값

3) 평균 선팽창률 : 재료의 온도 변화와 길이 변화량의 관계가 직선으로 나타나지 않는 경우의

온도사이에서의 변화율을 그 2점 사이의 온도차로 나눈 값

부록 8. 시멘트 콘크리트 열팽창계수 측정 방법(안)

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8.4 측정 장치

측정 장치는 <그림 8.1>과 같이 강체프레임(rigid frame), 온도 조절 수조,

변위 계측기, 온도 계측기 등으로 구성되고 다음과 같다.

<그림 8.1> 측정 장치

1) 온도 조절수조 : 온도 조절수조는 정해진 승온 냉각 기능이 부착되고 10~50℃의 온도

범위를 가지며 0.1℃의 단위로 온도 조절이 가능한 것을 이용한다.

2) 강체프레임(Rigid Frame) : 재료의 열에 의한 길이 변화를 지그를 매개로 하여 변위계로

측정하는 것으로 강체프레임과 강체프레임에 장착된 변위계 및 지그로 구성하고 각각

다음과 같다.

① 강체프레임(Rigid Frame) 온도의 변화에 거의 변형을 하지 않는 invar (불변강으로

서 강철과 니켈의 합금)를 강체프레임 재료로 사용한다.

② 변위계 방수 기능이 되어져 있는 차동 트랜스형 변위계 등을 이용하고 0.00025mm

의 정밀도로 길이 변화를 측정할 수 있는 것으로 한다.

③ 지그 시료의 변위량을 변위계에 전달하는 것으로 강체프레임과 같은 재료로 제작한다.

3) 온도 측정기 : 온도 측정은 KS C 1606에 규정하는 B급 측정 방식 또는 이것에 준한 측정

방식을 이용한다. 온도 측정에는 측정 온도에 견디는 것으로 KS C 1602에 규정하는

T열전대 또는 K열전대 및 그것과 동등 이상으로 교정한 것을 사용한다.

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8.5 시료

1) 시료의 채취 시료는 길이 방향의 양 끝을 평행하고, 평활하게 마무리한

각기둥 또는 원기둥으로 한다. 그 길이는 약 180±2mm, 지름은

100mm로 하는 실린더 및 코어 시편을 사용한다.

2) 시료의 상태 조절 시료는 측정에 앞서 온도 23±2℃의 석회수에 완전히

침수하여 48시간 이내로 포화시킨다.

8.6 측정 순서

1) 강체프레임(Rigid Frame)을 온도 조절수조안에 설치 후 물을 채우고 4

개의 온도센서를 수조안에 설치한다. 변위계와 지그의 달라붙음을 방지하

기 위해 각각의 선단에 실리콘 수지를 도포하여 얇은 막을 생성시킨다.

2) 포화탱크(시료를 포화시키기 위한 시료저장고)로부터 시료를 꺼내어 상온

에서 시편의 길이를 0.1mm의 정밀도로 측정한다. 측정 후 시편을 강

체프레임(Rigid Frame)에 정치한다.

3) 수조안의 물의 온도를 10±1℃로 맞춘 후 시편의 온도가 수조의 온도와

같아질 때까지 유지시킨다.

4) 온도센서의 온도를 0.1℃의 정밀도로 측정하고 0.00025mm의 정밀도로 변위

를 측정한다. 이 때의 온도와 변위를 시작 값(initial readings)으로 기록한다.

5) 수조안의 물의 온도를 50±1℃로 맞춘 후 시편의 온도가 수조의 온도와

같아질 때까지 유지시킨다.

6) 5)와 같은 방법으로 온도와 변위를 측정하고 이 때의 온도와 변위

(second readings)를 기록한다.

7) 수조안의 물의 온도를 10±1℃로 맞춘 후 시편의 온도가 수조의 온도와

같아질 때까지 유지시킨다.

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8) 4)와 같은 방법으로 온도와 변위를 측정하고 이 때의 온도와 변위(final

readings)를 기록한다.

8.7 결과의 산출

선팽창률 또는 평균 선팽창률은 다음 식에 따라 산출하고, KS A 0021에 따

라 유효숫자 두 자리로 나타낸다.

팽창률(CTE1)에 대한 계산은 initial 과 second reading로부터 계산되어지며

수축률(CTE2)에 대한 계산은 second 와 final readings로부터 계산되어진다.

선팽창률 또는 평균 선팽창률(CTE)은 팽창률과 수축율의 차이가 내에 들어 갈 때까

지 실험하며 두 값의 평균으로부터 구할 수 있다. 즉, CTE=(CTE1+CTE2)/2이다.

8.8 길이 변화량의 교정 방법

길이 변화량의 교정 방법에 대하여 규정한다. 변위계의 지시값에는 시편의 길이

변화 외에 측정 장치의 변형 등이 포함되어 있다. 따라서 보다 엄격하게 길이

  ΔΔ Δ <식 8.1>

여기서, CTE : 선팽창률 또는 평균 선팽창률( )

ΔLa : 시험동안 시편의 실제 길이 변화량(=ΔLm+ΔLf)(mm)

ΔLm : 변위계에 의한 길이변화량(mm)

ΔLf : 측정장치에 의한 교정값(mm)[= Cf×Lo×ΔT(mm)]

Cf : 측정장치의 길이변화에 대한 보정계수

Lo : 상온에서 측정한 시편의 길이(mm)

ΔT : 온도 변화량(4개의 온도센서의 평균값)℃(온도의 증가=+, 온도의 감소=-)

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변화량을 구하고자 할 때는 교정할 필요가 있다. 이 교정값은 표준 시료를 이용

하여 다음과 같은 순서로 구한다. 표준 시료에는 측정 시료의 선팽창률이 거의

같은 값을 가진 것을 사용한다.

측정장치의 보정계수는 다음과 같다.

측정장치의 길이변화량은 다음과 같다.

기지의 열팽창계수를 통한 시편의 길이변화량은 다음과 같다.

보다 엄격한 결과를 원하고자 한다면 적어도 3번 이상의 실험을 통해 보정계

수를 적용하는 것이 바람직하다.

Δ   × ×Δ <식 8.3>

여기에서, ΔLf : 시험동안 측정장치의 길이 변화(mm)

Lcs : 상온에서 측정한 표준 시편의 길이(mm)

ΔT : 온도 변화량(℃)(온도의 증가=+, 온도의 감소=-)

ΔLa : 시험동안 표준 시편의 길이 변화량(mm)

(기지의 열팽창계수를 통한 시편의 길이변화량)

ΔLm : 시험동안 측정한 표준 시편의 길이 변화량(mm)

(실험을 통한 표준 시편의 길이변화량)

Δ  Δ  Δ <식 8.3>

  ΔΔ <식 8.2>

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8.9 보고

측정 결과는 다음 항목에 대해 보고한다.

1) 시료의 재료명

2) 시료의 치수, 밀도

3) 시료의 선팽창률 또는 평균 선팽창률 및 3개의 평균값

4) 측정 온도 범위, 필요에 따라 온도와 길이 변화율의 관계도

5) 측정 연월일

6) 측정 기관명 및 측정 실시자