콘크리트의 배합설계

1 개요

콘크리트의 배합설계(配合設計) 또는 줄여서 배합설계는 특정 목적의 콘크리트 품질을 확보하기 위해 필요한 콘크리트 재료의 비율을 정하는 것으로, 콘크리트의 강도, 내구성, 수밀성 따위를 고려하였을 때 가장 경제적인 조합을 정하여 비율을 설계하는 일. 배합설계는 이처럼 현장에서 요구되는 목적에 맞는 콘크리트배합 방법인 시방배합과 이를 위한 사전 테스트 작업인 시험배합 그리고 현장의 재료상태에 맞게 시방배합을 조정하는 현장배합으로 구분할 수 있다.

2 배합설계

콘크리트의 시방배합은 일반적으로 아래의 순서로 시험배합의 경험치를 통해서 얻게된다.

1. 시멘트의 비중, 골재의 비중, 입도, 흡수량, 단위 용적중량, 마모율 등 사용재료의 품질을 시험한다.
2. 굵은 골재 최대치수와 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프 및 공기량을 결정한다.
3. 구조물의 종류 및 용도를 고려하여 물-시멘트비를 결정한다.
4. 단위수량이나 단위시멘트량 및 혼화재량을 결정한다.
5. 잔골재율은 콘크리트의 워커빌러티를 얻는 범위에서 최소가 되도록 한다.
6. 잔골재량 및 굵은 골재량을 결정한다.

3 현장배합의 예

콘크리트의 배합설계에의한 시방배합이 정해졌어도 시방배합표의 각 재료의 단위량과 현장에서의 재료의 상태가 상이할수있는데 이경우 현장의 골재 상태가 시방배합표의 골재와 서로 다를수있기 때문이다.

• 시방배합표

단위수량 (W)	단위 잔골재량(S)	단위 굵은골재량(G)
20 kg/m3	70 kg/m3	110 kg/m3

• 현장 골재 상태

잔골재 (S)	굵은골재량 (G)
잔골재중 5mm체에 남은 량 (a) 4% 잔골재 표면수량 2%	굵은골재중 5mm체를 통과한 량 (b) 3% 굵은골재 표면수량 1%

현장배합시 골재의 입도조정은 다음과 같다. (단, 5mm체에 통과된 크기를 잔골재, 5mm체에 남는 골재를 굵은 골재)

입도가 조정된 잔골재 S의 양을[math]\displaystyle{ x }[/math]라하고 또한 입도가 조정된 굵은골재 G의 양을 [math]\displaystyle{ y }[/math]라고 한다면, 이때

[math]\displaystyle{ x+y= S + G = 70+110 }[/math] 이고

[math]\displaystyle{ G = 0.04x + (1-0.03)y= 110 }[/math]이 성립한다.

[math]\displaystyle{ x= 70+110 -y }[/math]

[math]\displaystyle{ 0.04x + (1-0.03)y= 110 }[/math]

[math]\displaystyle{ 0.04(70+110 -y) + (1-0.03)y= 110 }[/math]

[math]\displaystyle{ (0.04\times70)+(0.04\times 110) -(0.04y) + 1y-0.03y= 110 }[/math]

[math]\displaystyle{ 0.04(70+110) -0.07y + 1y= 110 }[/math]

[math]\displaystyle{ -0.07y + 1y = -0.04(70+110) + 110 }[/math]

[math]\displaystyle{ 0.93y = -2.8+ (-4.4) + 110 }[/math]

[math]\displaystyle{ 0.93y = 102.8 }[/math]

[math]\displaystyle{ y = {{102.8}\over {0.93}} }[/math]

[math]\displaystyle{ y = 110.54 }[/math]이고

[math]\displaystyle{ x= 70+110 -110.54 }[/math]

[math]\displaystyle{ x= 69.46 }[/math]

이를 일반화 하여 일반식을 구하면

[math]\displaystyle{ x= S + G-y }[/math]

[math]\displaystyle{ G = ax + (1-b)y }[/math]

[math]\displaystyle{ a(S + G-y) + (1-b)y =G }[/math]

[math]\displaystyle{ aS + aG-ay + 1y-by =G }[/math]

[math]\displaystyle{ 1y-ay -by =G -aS - aG }[/math]

[math]\displaystyle{ 1y-(a +b)y =G -a(S +G) }[/math]

[math]\displaystyle{ 1y-(a +b)y =G -a(S +G) }[/math]

[math]\displaystyle{ y(1-(a +b)) =G -a(S +G) }[/math]

[math]\displaystyle{ y ={{G -a(S +G)}\over{1-(a +b)}} }[/math]

입도조정 공식을 얻게된다.

한편 [math]\displaystyle{ x }[/math]에 대해서는

[math]\displaystyle{ x ={{S -b(S +G)}\over{1-(a +b)}} }[/math]

을 얻을수있다.

• 입도조정

잔골재 (S) = [math]\displaystyle{ 69.46 }[/math]

굵은 골재 (G) = [math]\displaystyle{ 110.54 }[/math]

• 표면수조정

잔골재 (S) = [math]\displaystyle{ 69.46 \times 0.02 = 1.39 }[/math]

굵은 골재 (G) = [math]\displaystyle{ 110.54 \times 0.01 = 1.11 }[/math]

• 현장배합

잔골재 (S) = [math]\displaystyle{ 69.46 + 1.39 = 70.85 }[/math]

굵은 골재 (G) = [math]\displaystyle{ 110.54 + 1.11=111.65 }[/math]

단위수량의 조정후 물량 (W) = [math]\displaystyle{ 20-(1.39+1.11)=17.5 }[/math]

4 레미콘 회사

현대에 이르러서는 시멘트 산업의 발달 및 레미콘 회사의 고도화된 기술로 다양하고 수많은 콘크리트 배합기술이 등장하였으며 현장에서의 콘크리트 배합설계 및 제조같은 복잡하고 정밀한 대량의 작업은 이러한 레미콘 회사에 의해 대체되고 있다.

5 함께보기

• 시멘트
• 슬럼프
• 드라이 몰탈(Dry mortar)

7 같이 보기

• 압축강도
• 콘크리트의 탄산화

8 참고

• 위키백과 "콘크리트의 배합설계"
• 위키낱말사전 "콘크리트의 배합설계"
• 다음사전 "콘크리트의 배합설계"
• 다음백과 "콘크리트의 배합설계"
• 네이버사전 "콘크리트의 배합설계"
• 네이버백과 "콘크리트의 배합설계"
• 나무위키 "콘크리트의 배합설계"
• 리브레 위키 "콘크리트의 배합설계"