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건축이야기

고강도 콘크리트

by 왔썹 2021. 3. 29.

 

초고층건물의 증가와 중·저층이라도 장지간이 요구되는 구조물이 늘어나면서, 고강도 콘크리트의 도입은 보편화되고 있다.

 

 

고강도 콘크리트의 정의

압축강도는 콘크리트의 가장 중요한 성능 중 하나이며, 이는 주로 설계기준강도 fck로 표기된다. 고강도 콘크리트는 보통 콘크리트보다 높은 강도를 가진 콘크리트를 말하는데, 그 의미는 지역별로 차이가 있다.

미국의 경우, 보통 중량 콘크리트의 경우 42 MPa 이상. 경량 콘크리트의 경우 28 MPa 이상을 고강도 콘크리트로 구분한다. 최소 강도는 21 MPa로 설정하였으며, 상한은 없이 105 MPa 이상을 초고강도 콘크리트로 구분하고 있다.

일본의 경우는 27 MPa~36 MPa의 콘크리트를 고강도 콘크리트로 구분하며, 60 MPa 이상을 사용 시 허가 후 사용하도록 한다.

유럽은 압축강도를 8단계로 구분하고 있다.

우리나라의 경우는 극한강도 구조 설계법에서 1988년 구조용 콘크리트는 15 MPa 이상 42 MPa이하로 제한하였으나, 90년대 개정으로 19 MPa 이상으로 상한 조항을 삭제했다. 고강도 콘크리트의 정의는 1986년 27 MPa~36 MPa로 정의했으나 1994년 30 MPa 이상으로 개정되고, 2006년 40 MPa 이상으로 정의한다. 일반적으로 압축강도는 재령 28일의 압축강도가 표준이지만, 고강도 콘크리트의 늦게까지 강도 증진이 일어나는 특성상 70 MPa의 경우는 8주 100 MPa는 13주의 강도로 변경할 수 있다.

 

 

고강도 콘크리트의 특성

고강도 콘크리트는 낮은 물-결합재비를 사용하기 때문에 감수재 및 혼화재의 사용이 필수적이며, 이에 따른 제조에서 양생까지의 품질 자료가 확보되어야 한다.

고성능 감수제를 사용하면 보통 콘크리트와 다른 유동성을 갖는데, 점성 및 자중에 의해서는 서서히 유동하지만, 진동 등과 같은 외력에 대해서는 저항이 크다.

고강도 콘크리트는 파괴 시 높은 모르타르의 강도와 낮은 물-결합재비와 굵은 골재 표면의 거칠기 등의 상승에 따른 부착강도의 증가로 일반 콘크리트가 골재와 모르타르 사이를 통해 균열이 발생하는 부착 파괴의 형상을 띄는 것에 반해 골재를 관통하는 취성 파괴의 형상을 가진다.

철근의 탄성계수는 강도에 관계없이 일정하지만, 콘크리트의 탄성계수는 그 값이 작기는 하지만 강도에 따라 변화한다. 보통 √fck배로 증가하지만, 70 MPa 이상에서는 그 증가가 둔화된다. 또한 골재의 종류와 양생 방법에도 영향을 받는다.

 

 

 

고강도 콘크리트의 적용

일반적으로 고층건물에는 40~80 MPa, 180~210㎜의 고강도 콘크리트가 사용된다. 고강도 콘크리트를 사용하는 주요 목적은 기둥 단면의 축소 및 기둥수의 저감으로 인한 내부 공간의 확보. 철골구조에 비해 전체 구조물의 재료비 절감, 바람 등 횡력으로 인한 진동에 대한 사용성 및 내화성능의 확보이다.

국내의 초고층 구조는 대부분 내부 전단벽과 모멘트 프레임 구조에 아웃리거와 벨트 트러스로 횡방향 강성을 증대시키고 있다. 또한, 시공성과 경제성 확보를 위해 플렛 플레이트 구조를 주로 이용하는데, 적용을 위해서는 수평 부재의 처짐 및 바닥 진동 소음과 같은 사용성에 대한 고려와 철근비의 과대로 인한 이음 길이 증가 등과 같은 시공성, , 전단벽과 기둥 간의 부등 변형으로 인한 커튼월 등의 비틀림과 같은 구조적 문제도 고려되어야 한다.

 

 

 

고강도 콘크리트 적용 현황

50층 규모의 경우 45~50 MPa 정도를, 100층 건물의 경우 70~100 MPa가 주로 사용되고 있다. 미국에서는 60년대부터 고강도 콘크리트를 적용하여 1988년 이미 실 구조물에 117 MPa를 적용하였고, 일본에서도 1995년 100 MPa를 2004년 130 MPa를 적용하였다. 국내의 경우도 90년대에 40 MPa 이상의 고강도 콘크리트가 시험 타설을 시작으로 본격적으로 시작되었으며. 2003년 도곡동의 타워팰리스 Ⅲ에 80 MPa가 시공되며, 40~60 MPa가 일반적인 콘크리트가 되었다.

 

 

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