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건축구조실험 - 콘크리트 균열 및 보수보강

콘크리트 균열 및 보수보강Ⅰ. 콘크리트 균열조사1.1 균열조사의 목적구조물의 안전성과 사용성 그리고 유지성을 확보하기 위한 선행조사로서 자료, 시공, 환경 및 구소성능 미흡으로 인한 원인을 밝혀내어 유지관리 대책 및 보수?보강을 위한 기초자료 제공에 있다.1.2 균열조사 종류1.2.1 표준균열조사일반균열 조사는 콘크리트 구조물의 외관 검사에 있어서 복잡한 시험이나 장기간의 검토를 필요로 하지 않는 빠질 수 없는 기초조사이고 구조물의 하자나 거동을 감지하기 위한 1차적 조사행위를 말한다.1) 균열현상의 조사 : 패턴, 폭, 길이, 관통의 유무, 이물질 층진의 유무2) 균열주변의 조사 : 표면건조상태, 오염상태, 박리, 박락 등3) 균열경과의 조사 : 발생 또는 발전시기, 성장과정 등4) 균열정도의 조사 : 누수, 백화, 철근의 녹발생, 부재의 처짐 및 미관의 손상정도5) 균열정도의 경화시간 : 균열의 발생 또는 진행여부조사6) 설계도서류의 조사 : 설계도, 구조계산서 등7) 시공기록 조사 : 사용재료, 배합, 타설, 양생방법, 공정, 관리시설, DATA, 지반의 상황, 사용거푸집의 종류 환경조건 등8) 구조물의 사용환경상태 조사 : 사용할때의 하중조건, 건습조건의 변화, 입지조건 등과 그들의 경과시간1.2.2 정밀 균열조사정밀 균열조사는 표준조사의 범위에서는 원인추정, 보수?보강의 여부 및 보수?보강 방법이 결정되지 않는 경우에 실시한다. 정밀조사는 일반적인 조사 및 기술자의 판단을 위한 조사로 나눌 수 있다.(1) 일반 조사1) 콘크리트 강도시험 : 콘크리트 코어에 의한 압축강도시험2) 단면치수의 설계도와의 조사3) 하중조건조사 : 설계도와 계산서의 재검토를 포함4) 지반조사 : 수평면(처마아래, 바닥 등)레벨 조사 및주변상황조사5) 철근의 배근조사6) 중성화 조사7) 누수경로의 조사8) 균열의 상세조사① 패터의 조사② 전달경로의 조사③ 폭 변동 상호의 조사④ 균열 단면의 조사(2) 기술자의 판단을 위한 조사콘크리트의 분석① W/C비② 단위 시멘트량③ 혼화제의방서나 규준은 최소한의 규정이며, 모든 상세한 내용은 포함할 수 없으므로 각 경우에 따라 해당 담당 기술자가 판단하여 처리할 사항이 많은데 그 판단력은 콘크리트에 대한 지식을 필요로 한다.셋째, 시공의 저급함이다. 우리나라의 시공정도는 시공자 자체만의 문제뿐만 아니라 감리 감독 체제도 문제가 크다고 볼 수 있다. 구조적 결함을 갖는 균열의 대부분은 철근 위치의 부정확성, 철근 이음 위치 및 이음 길이의 미확보, 타설시 가수에 의한 콘크리트의 강도의 저하 등이다. 이러한 문제는 물론 시공하는 전문지식의 한계 등을 고려할 때 기술 감독자가 철저히 도면을 이해하고 감독하는 것이 최선의 길이라고 본다.2.2 경화전 콘크리트의 균열콘크리트는 시멘트, 모래, 자갈, 물 등과 같은 여러 가지의 재료를 혼합해서 만든 복합재료이다. 여러 가지 재료들을 소요의 강도가 발휘 될 수 있도록 적저하게 배합하여, 소기의 목적을 달성할 수 있도록 만든 콘크리트에 균열이 발생하면- 구조내역, 강성의 저하- 철근방청 성능의 저하- 물, 공기 등에 대한 차폐성능의 저하- 외관성능의 저하 등을 가져오는 것은 물론 건축주나 사용자에게 경제적 손실과 안정성에 대한 불안감을 조성이와 같이 구조물에 치명적인 결함을 주 수 있는 균열을 경화전?중?후로 나누고, 경화전에 균열을 발생시키는 원인을 살펴보면 다음과 같다.- 지반과 거푸집의 구조적인 이동- 콘크리트의 침하수축- 응결수축 등을 들 수 있다.(1) 침하균열콘크리트 타설시 재료분리 등에 의한 블리딩이 생기며, 이 블리당의 양은 1-2%로 대단히 크므로, 보 부분과 바닥부분을 동시에 타설하든가, 철근 등이 콘크리트의 침하를 방해하면, 침하균열이 발생할 염려가 있다. 즉 비중이 큰 재료가 블리딩에 상당하는 침하를 일으켜 골재, 또는 철근이 침하하며 콘크리트 페이스트를 끌어 내려 생기는 균여로 加水로 인한 블리딩의 과다, 밀실하지 못한 거푸집의 사용으로 인한 콘크리트의 누출, 충분치 못한 다짐, 과조밀한 철근의 배근과 과대한 골재의 크기 등이 그 원인이을 조사하여 적합한 보수 및 보강을 하여야 하고, 이후 재발하지 않도록 하여야 한다.(1) 탄성화에 의한 균열(Carbonation Shrinkage Crack)콘트리트 내부의 공극은 Ca(OH)2로 보화되어 있어 콘크리트를 강알칼리성(PH≥12.6)으로 유리시킨다. 그러나 대기중의 CO2가 공극을 통하여 콘크리트 속으로 침투하면 공극내의 Ca(OH)2와 결합하여 다음과 같은 화학반응을 한다.Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 +2H2O화학반응후 생성되는 H2O가 콘크리트 표면에서 증발하면 콘크리트의 수축현상으로 인장응력이 발생되며 이것이 인장강도를 초과하면 표면균열이 생긴다.이런 Carbonation Shrinkage Crack에 대한 대책으로는 콘크리트속의 공극량을 줄이면 되는데 이를 위해서는 W/C비를 낮추어야 한다.(2) 건조수축 균열건조수축이란 굳지않은 콘크리트의 소성수축에서 콘크리트 내부의 수분이 모세관 작용으로 표면으로 상승하여 증발하는 것과는 달리 경화된 콘크리트 또는 시공중인 콘크리트 구조물에서 내부 수분이 공극을 통하여 표면으로 이동하여 대기중으로 증발하면서 나타나는 체적 감소현상을 말한다. 이런 과정을 `Diffusion'이라고 하고 이때 수분은 증기상태로 이동된다.이런 건조수축의 증기 Diffusion 계수는 아주 작으므로(∼10-10m2/s) 인장응력의 크기는 Creep에 의해서 감소된다.건조수축에 의한 콘크리트에서 발생되는 응력은 구속조건에 따라 구속된 인장응력이 발생되고 이 값이 인장강도를 넘어설 때 균열이 발생된다. 건조수축 균열을 억제하기 위해서는 배합시에 굵은 골재량을 증가시키고 단위수량을 감소시키거나, 대기가 건조한 경우에는 콘크리트 표면에 Sprinkler를 살수하는 방법을 취하기도 한다. 또한 수축조인트나 배력철근을 적절히 배치하여 제어할 수도 있고 건조수축 보상시멘트를 사용하여 제어할 수도 있다.(3) 화학 반응에 의한 균열① 알칼리 골재반응시멘트의 알칼리 성분(Na,K)과 알칼리 용해성 규산을 함유한 골재와의 반응으는 수화하지 않은 물이 남아서 동결할 수가 있는데 일반적인 경우(경화된 콘크리트)에는 자유공극수가 동결하면서 동해현상(파열)을 일으킨다.경화중인 콘크리트에서는 수화하지 않은 혼합수의 동결 이외에도 강도 발현속도가 아주 낮아지므로 이점 유의해야 한다. 그러나 자연상태에서는 콘크리트의 동해는 여러요인에 의해 그리 심각하지 않다. 즉 콘크리트 품질이 양호하거나 w/c비가 0.5∼ 0.6 이하에서는 별로 동해를 받지 않는다.동해에 의한 콘크리트의 손상은 다음 그림 5 에서와 같이 설명된다. 즉 표면의 미세한 모르터층에서 공극수가 동결하면 공극벽이 압축력을 가하고 이에 따라 동결부주위에 응력상태가 형성되어 이들 응력이 골재와 시멘트 경화체 경계면의 부착강도와 시멘트 경화체의 인장강도를 넘어서면 모르터층이 본체로부터 떨어지면서 파손되기 시작한다. 이런현상은 골재표면에 발생되있는 미세균열에 의해서 더욱 용이하게 진행된다.② 제설제 사용에 따른 균열대체로 겨울철 눈이 오거나 도로가 얼면 NaCl, CaCl2, MgCl2 등의 제설제가 노면에 살포되는데 NaCl 은 온도가 -10℃ 까지, 그리고 CaCl2, MgCl2 는 약 -20℃ 까지에서 사용된다. 이들 염은 콘크리트에는 별로 해가 되지 않으나 환경문제, 차체부식 및 교량에서는 철근부식의 위험성이 있다.또한 이들 염은 물의 빙점을 강하시킴으로써 눈이나 얼음을 녹이고, 여기에 필요한 용해열은 거의 절대적으로 콘크리트에서 충당한다. 이때 콘크리트 표면의 온도는 1 분에 7∼14 도씩 강하하는 급격한 냉각현상(열충격)이 나타나면서 인장응력이 발생하고 경우에 따라서는 이것이 인장강도를 넘어 서기도 한다.제설제는 Diffusion에 의해서 콘크리트 안으로 침투하여 농도경사를 형성하며 이에 의해 각 깊이에 따라서 빙점이 다르다. 따라서 콘크리트 온도와 제설제의 빙점이 교차하는 점이 생기고 빙점보다 낮은 콘크리트 부위는 빙결하게 된다(표면층, 어느정도 깊이의 층). 계속적인 냉각으로 이들 사이의 층역시 빙결한다. 이때 인접 빙결층의 방법이라하겠다. 또한 이렇한 예방을 소홀히 하였을 경우 발생하는 결함을 사후에 조치하기 위해서는 많은 인력 및 장비와 비용이 소요됨을 인식하여, 철저한 시공관리를 행하여야 할 것이다.2.6 설계조건에 의한 균열구조물에 대한 설계나 설계상세의 잘못으로 부터도 균열이 발생될 수 있다. 설계잘못에 의한 대표적인 균열은 일축 인장력에 의한 관통균열, 휨모멘트에 의한 휨균열 및 전단력에 의한 전단균열을 들 수 있다. 또한 균열을 유발할 수 있는 설계상세의 오류로는 벽체에서 창문의 코너 부분에서의 잘못, 철근의 상세오류, 수축조인트의 결여, 기초의 설계오류 등 여러 가지 예를 들 수 있다. 부재의 각이 진 코너부분에서는 응력의 집중현상이 존재하므로 균열발생 가능성이 아주 높다. 구조물의 기초를 제대로 설계하지 않을 경우 부등침하의 원인이 되고 이것은 균열발생의 원인을 제공하게 된다.Ⅲ. 구조물 보수?보강공법 현황 및 문제점 분석3.1 보수보강 재료3.1.1. 개 요보수공법이 결정되면 보수재료가 사용되는 곳에서의 공용환경조건, 시공조건, 내용년수 등의 보수재료설계에 필요한 조건을 명확히 한 후, 보수재료에 요구되는 성능을 설정한다.요구성능으로서 보호성능,, 시공성능, 내구성능을 들고 있다. 이들 요구성능을 참고로 해서 적용 가능한 보수재료와 재료의 구성을 선정한다. 여기서 선정되는 재료는 ○○계의 재료라고 하는 재료계 선정의 경우와 이것에 기초하여 시판보수재료의 선정까지 하는 경우가 있지만, 조사에서는 구체적인 수치가 필요하기 때문에 구체적인 재료선정까지 하도록 한다. 최종적으로는 요구되는 성능과 경제성의 조사를 해서 보수재료를 결정한다.3.1.2. 보수재료에 대한 요구성능의 설정설계조건으로부터 부수재료에 요구되는 성능을 설정한다. 일반적으로 보수재료는 성능저하된 콘크리트 구조물의 성능을 회복시키기 위해서 사용되는 것이고, 부수재료에 요구되는 성능은 콘크리트가 갖고 있는 성능이라고 할 수 있다.부수재료에서는 성능회복과 그 유지성능이 중요하고, 이러한 성능을 발현시키도록 하.

공학/기술| 2020.07.28| 10페이지| 3,000원| 조회(311)

보수보강, 콘크리트 균열, 건축구조실험

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건축구조실험 - 고강도강재 보고서

고강도 강재1. 고강도 강재강교량의 합리화를 위하여 최근 플랜지와 복부판에 고강도강재를 적용한 2주형 I-거더가 활발히 이용되고 있다. 큰 압축력이 작용하는 플랜지와 부모멘트에 고강도 강재를 사용하고 정모멘트부에는 상대적으로 낮은 항복점을 갖는 강재를 사용하는 하이브리드 단면(Hybrid section)이 널리 사용되고 있다. I-거더 형식의 연속교 교각 부근에서는 큰 부모멘트가 작용하게 되며 이로 인하여 소성힌지가 생성된다. 소성힌지가 형성됨에 따라 교각 부근의 부모멘트는 감소하게 되며, 정모멘트부의 휨모멘트는 반대로 증가하게 된다. 이러한 모멘트 재분배가 원활히 발생하기 위해서는 취성적 파괴를 방지하기 위하여 소성힌지가 충분한 휨연성 혹은 단면회전 능력을 가지고 있어야 한다. 하지만 고강도 강재에 있어 재료연성이 다소 떨어지는 경향이 있고, 재료의 항복응력이 증가할수록 I-거더의 탄성 변형량은 이에 비례하여 증가하므로, 소성변형 능력 및 휨연성이 감소하는 것으로 알려져 있다. 여기서 휨연성(Flexural ductility)은 거더에 소성모멘트 이상의 하중이 작용할 때 내력을 유지하며 소성 변형할 수 있는 능력을 나타낸다. 이러한 휨연성이 충분히 확보되지 않은 경우 소성단면설계에 영향을 줄 뿐만 아니라, 부모멘트부의 회전 능력 부족으로 모멘트 재분배(Moment redistribution) 이론에 바탕을 둔 설계에 불리할 수 있으므로 이를 개선할 필요성이 대두되고 있다.여러 연구자들에 의하여 I-거더의 휨연성에 관한 연구가 수행되었다. Yura et al. (1978)은 휨모멘트-처짐각 곡선을 이용하여 거더의 휨연성을 정의하고 에 따른 거더의 휨파괴 모드를 구분하였다. Kemp et al. (1996)은 I-거더 부모멘트부의 압축플랜지 세장비, 복부판의 세장비, 가로보간격 등의 변수에 따른 휨연성 산정식을 제안하여 실험결과와 비교 검증하였다. Earls et al. (2002)은 HPS483W (fy=539)이 적용된 I-거더 연속교 부모멘트부의 조밀단면 수로 유한요소해석과 실험을 수행하고 고강도 강재 적용 I-거더의 휨강도 및 연성을 평가하였다.그림 1 고강도 강재와 일반 강재의 응력-변형률 곡선그림 2 연속교의 부모멘트부 및 모멘트 선도고강도강재는 일반강재와는 다른 재료 특성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 고강도 강재는 그림 1에서 보는 바와 같이 일반강재에 비하여 높은 항복강도와 인장강도를 갖고 있어서 탄성변형이 증가하나, 완전소성구간이 없이 항복 후 바로 변형률 경화 구간이 나타나며, 항복강도와 인장강도의 비율인 YT ratio가 작다. 또한 인장강도에 도달하였을 때의 변형률의 크기가 일반강재에 비하여작고, 파단시의 변형률도 작다. 이러한 재료적 특성으로 인하여 고강도 강재를 적용한 거더는 휨연성이 부족한 것으로 알려져 있다.그림 2는 2경간 연속교 및 등분포 하중이 작용하는 경우의 휨모멘트 선도를 나타낸다. 일반적인 연속교에서 부모멘트부의 크기는 전체 지간의 20%에서 30%의 범위를 갖게 되며, 이 그림에서 알 수 있듯이 교각 부근에서 큰 부모멘트가 발생하게 된다. 이로 인하여 교각 부근의 단면이 정모멘트부의 단면보다 먼저 극한 상태에 도달하게 되며, 부모멘트 단면에는 완공 후에도 상부 콘크리트가 인장력에 저항할 수 없다는 가정에 따라 하부 플랜지에 큰 압축력이 작용하게 된다. 따라서 부모멘트부의 단면은 비합성 단면으로 설계를 하게 된다. 또한 AASHTO LRFD APPENDIX B6 (2007)는 부모멘트부의 모멘트 재분배를 고려한 설계를 허용하고 있으나 이를 위하여는 I-거더의 휨연성이 충분히 확보되어야 한다. 일반적으로 연속교에 작용하는 부모멘트부를 모사하기 위하여 그림 2와 같이 단순보에 집중하중을 가하는 모델을 이용하여 실험연구와 해석연구를 수행한다.그림 3은 Yura et al. (1978)에 의하여 제안된 휨모멘트-회전각 곡선에 따른 휨파괴 모드의 분류를 나타낸다. 그림 3에서 x및 y축은 각각 I-거더의 회전각 와 작용하고 있는 휨모멘트 M을 나타낸다. 여기서, p는 그래프의 초가 감소하는 경우이다. 따라서 그림 2의 ①번과 같이 소성모멘트 를 상회하면서 충분한 휨연성 을 확보하기 위하여는 전체 및 국부좌굴 모두 방지되어야 한다. Yura et al. (1978)는 휨연성을 과같이 정의 하였으며, 그림 3의 ①번과 같은 조밀단면이 되기 위한 조건으로 이 3이상의 값을 가져야 한다고 제안하였다.그림 3 거더의 모멘트-회전각 관계 곡선 및 휨연성 정의그림 4 집중하중 작용시 모멘트 선도 및 곡률 분포 (a) (b)2. 고강도 강재 I-거더의 휨연성 산정Kemp & Dekker. (1991)는 거더의 곡률 분포를 통하여 휨연성 산정식을 제안하였다. Kemp & Dekker. (1991)가 제안한 휨연성 산정식은 일반 강재의 응력-변형률 곡선을 바탕으로 유도 되었다. 고강도 강재는 일반강재에 비하여 높은 항복강도와 인장강도를 갖고 있어서 탄성변형이 증가하나, 완전소성구간이 없이 항복 후 바로 변형률 경화구간이 나타나며, 항복강도와 인장강도의 비율인 YT ratio가 작다. 또한 인장강도에 도달하였을 때의 변형률의 크기가 일반강재에 비하여 작고, 파단시의 변형률도 작다. 이러한 이유로는 Kemp & Dekker. (1991)의 제안식은 고강도 강재 적용 거더의 휨연성 예측에 한계가 있다. Jooet al. (2012)는 Kemp & Dekker (1991)의 이론을 바탕으로 고강도 강재의 응력-변형률 곡선을 이용하여 휨연성 산정식을 제안하였다. 주거더의 재료모델과 항복범위 및 소성범위를 이용하여 , 을 구하고,theta _{a}를 구한다. 고강도 강재는 일반강재와 달리 완전소성 구간이 없이 바로 변형률 경화가 나타난다. Joo et al. (2012)는 이상화한 응력-변형률 곡선을 이용하여 거더에 따른 곡률 분포 곡선을 제안하였다. Est는 변형률 경화계수이며 탄성계수와 변형률 경화계수의 비는e=E/Est와 같이 나타낼 수 있다.그림 4(a)는 거더가 소성모멘트 Mp에 도달하였을 때 강재의 응력-변형률 곡선에 의한 거더의 항복범위와 곡률 분포 거리 L의 비는 l=Lp/L와 같이 나타낸다. 그림 4(b)의 관계에 의하여 최대모멘트비 m과 소성범위비 l은 l=1-1/m과 같이 나타낼 수 있다. 소성범위와 항복범위를 이용하여 거더의 곡률 분포 곡선을 구할 수 있으며 그림 4의 (b)와 같다. 곡률 분포 곡선의 넓이를 계산하여 비탄성회전각 을 구하면 식(2)과 같이 나타낼 수 있다.(2)theta _{m}을 구하기 위해서는 거더의 국부좌굴과 횡-비틂 좌굴을 고려하여 소성범위 Lp를 구해야 한다. Lay & Galmbos (1967)는 소성범위와 탄성범위를 갖는 거더의 횡좌굴식을 유도하였으며, 플랜지와 복부판의 세장비를 고려한 국부좌굴식과 함께 고려하여 소성범위 Lp를 구했다. Kemp & Dekker (1991)는 Lay & Galmbos (1967)의 식을 확장하여 국부좌굴에 의한 소성범위, 탄성범위와 소성범위를 등가 길이로 치환하여 전체좌굴을 고려한 식을 제안하여 반복계산법을 통한 최종적인 소성범위 Lp를 구했다. Joo et al. (2012) 이 두 가지 방법을 적용하여 최종적인 비탄성회전각을 구하고 실험 및 유한요소해석 결과와 비교하였다.3. 휨연성 향상을 위한 최적 가로보 위치휨연성 확보방안의 대표적인 예로 Earls et al. (2002)과 Felkel et al. (2007)은 가로보의 위치를 변경하여 휨연성을 확보하고자 하였다. 이러한 방법은 부재의 추가적인 설치 없이 가로보 간격의 변화만으로 휨연성을 확보할 수 있으므로 경제적인 방법으로 판단된다. 하지만 그들의 연구는 부재의 항복강도가 고강도 강재의 항복강도 보다 상대적으로 작으며, 가로보 부등배치에 대한 이론적 배경과 최적 위치에 대한 연구가 미흡하다. 주현성 외 (2010)는 앞 절에서 제안한 고강도 강재 적용시의 항복범위를 이용하여 가로보의 최적 위치에 대한 연구를 수행하고 그 타당성을 검토하였다. 그림 5는 가로보가 부등배치된 2주형 I-거더를 나타낸다. 그림 5에서 Lb1은 교각 근처의 가로보 간격을 나타내며, Lb2는 모멘 최대 휨모멘트에 도달하게 되고, 거더 중심으로부터Lpr에 항복 휨모멘트 My가 발생된다. 여기서 Lpr는 거더의 항복범위 길이를 나타낸다. 극한 하중 이후 상부 플랜지에서 발생하는 면외 변위는 상부 플랜지의 항복 이후 상부 플랜지의 휨 저항능력 상실에 기인한 것이므로 가로보의 배치를 Lb1이 Lpr과 같이 설정하여 면외 변위를 줄인다면 우수한 휨연성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 항복범위 경계의길이는 식 (4)와 같이 나타낼 수 있다.(4)따라서, 우수한 휨연성을 확보할 수 있는 최적 가로보 배치를 위한 값은 제안식 식 (3)을 이용하여 식(5)과 같이 구할 수 있다.(5)그림 5 가로보 부등 배치그림 6 가로보 부등 배치에 따른 변형형상 및 항복 범위(a) =0.5 (b) =0.8 (c) =0.9그림 6은 가로보 배치에 따른 거더의 변형 형상 및 응력 분포를 나타낸다. 그림 6에서 붉은 색깔을 가지는 곳은 부재의 응력이 항복응력에 도달했음을 나타낸다. 그림 6에서 볼 수 있듯이 가로보가 등간격으로 배치된 경우 ( =0.5) Lb1안쪽의 거더 일부분만 항복응력에 도달한 것을 알 수 있으며, 이 부분에서 I-거더의 꺾임 현상이 발생하는 것을 알 수 있다. 이 때 Lm은 중앙부 가로보 간격 보다 작게된다. 여기서 Lm은 I-거더 중심으로부터 최대 면외 변위가 발생한 위치까지의 거리를 나타낸다. 이와는 반대로 가 0.9인 경우에는 Lb1과 Lb2에 걸쳐 거더의 상당 부분이 항복응력에 도달하고 최대 면외 변위는 Lb2구간에서 발생한다. 따라서, Lm은Lb1보다 큰 값을 가지게 된다.4. 실험연구휨연성 산정식과 휨연성 향상 방안을 검증하기 위하여 가로보 배치를 다르게 적용한 두 개의 2주형 I-거더를 제작하여 실험을 수행하였다. 실험체의 형상과 계측장치 설치도는 그림7과 같다. 부모멘트 구간을 모사하기 위하여 3점 재하 실험을 수행하였으며, UTM을 사용하여 가력부의 면외 변위를 방지하였다. 실험체 주거더에 적용된 강재는 HSB800 강재이며, 시험체의 델은

공학/기술| 2020.07.28| 10페이지| 3,000원| 조회(185)

거더, 건축구조실험, 고강도 강재, 휨연성

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화학 종이크로마토그래피 실험보고서

종이 크로마토그래피실험목적종이 크로마토그래피에서 정지상과 이동상은 무엇이며 분리원리는 어떤 것인지 혼합 색소의 분리를 통해 알아보고, 각각 Rf값을 비교함으로써 미지의 물질을 확인한다.원리크로마토그래피는 혼합물을 흡착제에 대한 친화도의 차이, 즉 분별흡차현상을 이용하여 분리 정제하여 정성 정량할 수 있는 방법이다. 즉, 고정된 흡착제(고정상,stationary phase)에 혼합물을 적당한 용매(이동상, mobile phase)로 전개시키면 혼합물 중 흡착성이 강한 물질과 약한 물질은 고정상을 이동하는 속도가 다르기 때문에 흡착층의 모양 끝부분에 만들고 이 종이 끝을 용매 속애 잠기게(반점은 잠기지 않게) 하면 용매가 종이를 따라 스며 올라가면서 혼합물이 불리되어 각각의 반점을 형성한다. 종이 크로마토그래피에서는 종이의 섬유질에 세게 흡착되어 있는 극성인 액체상(보통은 물)과 용출용매 사이에 시료가 분포되므로 이것은 액체-액체 분배 크로미토그래피(partition chromatography)이다.종이 크로마토그래피에서 용질의 이동율(rate of flow) Rf는 다음 식으로 구할 수 있다.Rf={용질(A)이`이동한`거리} over {용매(물)가`이동한`거리} ={a} over {h}용질이 이동한 거리는 반점의 중심까지의 거리를 취한다. 값은 용매, 온도, 거름종이 등의 조건이 일정하면 순수한 물질 또는 인위적인 혼합물일 경우 재현성이 있는 일정한 값으로, 이를 이용하여 그 물질을 확인할 수 있다.실험기구 및 시약실험기구: 척도자, 크로마토그래피용 거름종이(2m x 20m), 피펫(5ml), 큰 시험관(3m x 25cm), 코르크마개, 클립, 전기건조기시 약: 여러 가지 색의 수성펜(빨강색, 파랑색, 검정색)실험방법1. 크로마토그래피용 거름종이의 한쪽끝에서 약 2cm 떨어진 곳에 연필로 출발성을 긋는다.2. 수성펜으로 출발선 중앙에 점을 찍는다.3. 거름종이를 건조시킨다.4. 피펫으로 증류수를 약 1cm높이가 되도록 시험관에 넣는다.5. 거름종이를 시험관에 넣는다.6. 거름종이 면에서 물이 증발되지 않도록 시험관에 마개를 하여 가만히 둔다.7. 거름종이의 위 끝에서 1~2cm 되는 곳까지 물이 모세관현상으로 스며 올라오게 되면 거 름종이를 꺼낸다.8. 물이 스며올라온 자리에 연필로 줄을 긋고, 전기건조기(100‘c) 속에서 거름종이를 매달아 말린다.9. 거름종이 위에 색소가 분리된 자리를 연필로 둥글게 표시한다.10. 출발성에서 이동한 거리를 재어서 Rf 값을 계산한다.종이크로마토그래피Ⅰ. 측정 결과1. 용매의 출발점으로부터의 거리빨간색 3.6cm파란색 6.8cm검정색 4.6cm2. 각 색소의 출발점으로부터의 거리색깔거리(cm)빨간색보라1.1분홍1.9노랑2.5파랑색보라6.2하늘6.5검정색보라2.1연두2.4하늘2.7Ⅱ. 실험결과각 색소의 Rf 값을 계산색깔Rf값빨간색보라0.31분홍0.53노랑0.69파랑색보라0.91하늘0.96검정색보라0.46연두0.52하늘0.59결론 및 고찰이번실험은 종이 크로마토그래피였다. 이 실험은 크로마토그래피용 거름종이에 수성사인펜을 찍어 분리해내는 실험이다. 저번 주 실험 때는 사인펜으로 점을 크게 찍어 실험이 잘 되지 않았다고 하여서 이번 주 실험 때는 점을 작게 한번만 찍어 실험이 보다 더 잘될 수 있었다. 하지만 그럼에도 실험에서 오차가 생겼다. 그 이유를 생각해보니 사인펜을 크로마토그래피용 거름종이에 찍은 후 증류수에 담궜을 때 비커에 거름종이를 딱 붙이는 상황이 있었었고, 또 거름종이를 정확히 수직으로 들지 않아서 오차가 발생하였다.

공학/기술| 2020.07.28| 3페이지| 2,500원| 조회(749)

화학실험, 실험보고서, 종이크로마토그래피

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화학 액체와 고체의 밀도측정 실험보고서

액체와 고체의 밀도 측성실험목적물질의 밀도 부피에 질량의 관계를 측정하는 기본적 성질이다. 화합물의 질량 및 부피를 측정하여 주어진 온도와 압력에서 액체와 고체의 밀도를 측정한다.원리물질의 기본적 성질인 밀도를 측정하려면 주어진 물질의 질량m과 부피 v를 측정해야한다. 이들 양의 비, 즉 단위부피당 질량을 밀도라 하고 d=m/V라고 쓴다.미터 단위계로 이 비는 입방 센티미터 당 그램수(g/㎤)로 표시하거나 밀리리터 당 그램수(g/ml)로 나타낸다. 기체는 액체나 고체보다 밀도가 대단히 작기 때문에 리터당 그램 수(g/L)로 나타낸다. 물질의 질량은 온도나 압력에 관계없이 일정하나, 부피는 온도나 압력에 따라 변하므로 기체의 밀도는 온도변화에 대단히 민감하다. 따라서 밀도는 주어진 시료에 대하여 일정한 온도와 압력 하에서 측정하여야 한다.실험기구 및 시약실험기구: 저울, 메스실린더, 비커(50ml), 자, 가위시 약: 에탄올, 금속조각(나사), 알루미늄호일실험방법Ⅰ물의 밀도1. 깨끗하게 말린 메스실린더의 무게를 정확하게 측정한다.2. 4-5 ml의 물을 메스실린더에 넣는다.3. 물의 부피를 정확히 읽는다.4. 물이 든 메스실린더의 무게를 다시 측정한다.5. 물의 밀도를 계산한다.6. 반복하여 평균값을 구한다.Ⅱ에탄올의 밀도실험 1에서 물대신 에탄올을 사용하여 같은 방법으로 실험을 수행한다.Ⅲ 고체의 밀도1. 금속 조각(나사) 약 5g의 무게를 정확하게 측정한다.2. 5ml의 물을 메스실린더에 넣고 정확히 읽는다.3. 메스실린더를 약간 기울여 금속조각을 미끄러지게 넣는다.4. 다시 부피를 정확히 읽는다.5. 금속의 밀도를 계산한다.6. 반복하여 평균값 구한다.Ⅳ 알루미늄 호일의 밀도와 두께 측정1. 알루미늄 호일을 가로, 세로 10cm가 되도록 정확히 자른다.2. 꼭꼭 뭉쳐서 부피를 실험 3에서와 같은 방법으로 측정한다.3. 알루미늄의 밀도를 구한다.4. 알루미늄 호일의 부피로부터 단면적으로 나누어 두께를 계산한다.액체와 고체의 밀도 측정Ⅰ측정 결과1. 물의 밀도메스실린더의 무게 (g)7.37.4물의 부피(ml)55물과 메스실린더의 무게(g)12.312.3메스실린더의 무게 (g)7.47.4에탄올의 부피(mL)55물과 메스실린더의 무게(g)11.311.42. 에탄올의 밀도3. 고체의 밀도고체(클립)의 무게 (g)4.94.9물의 부피(mL)55물과 고체의 부피(mL)5.75.6알루미늄 호일의 무게 (g)0.30.4물의 부피(mL)55물과 알루미늄호일의 부피(mL)5.45.44. 알루미늄 호일의 밀도와 두께 측정Ⅱ 실험 결과1. 물의 밀도물의 무게 (g)54.9물의 부피(mL)55물과 밀도(g/mL)10.982. 에탄올의 밀도에탄올 무게 (g)3.94에탄올 부피(mL)55에탄올 밀도(g/mL)0.780.83.고체의 밀도고체(클립)의 무게 (g)3.94고체의 부피(mL)55고체과 밀도(g/mL)0.780.84. 알루미늄 호일의 밀도와 두께 측정알루미늄 호일의 무게(g)0.30.4알루미늄 호일의 부피(mL)0.40.4알루미늄 호일의 밀도(g/mL)0.751알루미늄 호일의 단면적(㎠)100100알루미늄 호일의 두께(cm)0.0040.004결론 및 고찰오랜만에 실험을 하게 되어 흥미로웠다. 비교적 간단한 실험이여서 조원이 둘밖에 없는 조이지만 쉽게 할 수 있었고 오히려 두 명이라 더 많이 참여할 수 있어 좋았다. 알루미늄 호일의 밀도를 측정할 때 메스실린더의 입구를 생각하지 못하고 무작정 동그랗게 뭉쳤다가 다시 펴서 길쭉하게 만들어야 했었다. 그리고 실험을 계속 반복하여 하다 보니 메스실린더에 물이 다 제거되지 못 하였다. 아마 남아있던 물들이 오차가 발생하게 된 원인인거 같다고 조원과 토의를 해 보았다. 이번 실험에서는 물과 에탄올, 클립과 호일의 밀도를 측정하였다. 식용유 같은 다른 액체나 아니면 물에 뜨는 고체들의 밀도를 더 알고 싶다.

공학/기술| 2020.07.28| 3페이지| 2,500원| 조회(398)

밀도측정, 화학실험, 실험보고서, 고체, 화학 액체

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화학 산-염기 표준용액 만들기 실험보고서

Report-화학 실험보고서-산-염기 표준용액 만들기실험목적메스플라스크를 이용하여 원하는 농도의 용액을 만드는 방법을 익히고, 실제 실험에 사용할 수 있는 산-염기의 표준용액을 만들어본다.원리일정량의 용액 속에 포함되어 있는 용질의 양을 농도라 하며 용액의 농도를 표시하는 방법에는 %농도, 몰농도(M), 몰랄농도 등이 있다.%농도= {용질의`질량} over {용액의`질량} TIMES 100%몰농도(M)= {용질의`몰수(mol)} over {용액의`부피(L)}몰랄농도(m)= {용질의`몰수(mol)} over {용매의`질량(kg)} 산 또는 duar의 표준용액의 농도는 정확해야 하는데, 산 또는 염기의 순도가 99.9% 이상인 일차 표준물질의 경우에는 일정량을 달라 물에 녹여 원하는 농도의 표준용액을 만든다. 그러나 일차 표준물질이 아닌 경우에는 대강의 농도를 만든 후, 일치표준물질인 산 또는 염기용액으로 적정을 하여 정확한 농도를 결정한다, 후자를 표준화(standardization)라 한다. 만일 수산화나트륨 표준용액으로 염산 시료용액을 적정한다면 이 때의 산 또는 염기의 농도계산은 다음과 같이 한다.M _{A BULLET } V _{A} =M _{T} BULLET V _{T}M _{T}는 이미 알고 있는 수산화나트륨 용액의 농도이며,V _{T}는 표준화 과정에서 소비된 수산화나트륨 용액이다. 그러므로 일정부피(V _{A})의 시료용액을 취하여 적정을 실시하면 염산용액의 농도(M _{A})를 쉽게 구할 수 있다.실험기구 및 시약실험기구: 비커(500mL), 메스플라스크(100mL, 500mL), 전자저울, 무게 다는 병(10mL), 무게 다는 종이, 약수저, 뷰렛(50mL), 홀피펫(10mL), 시약병, 라벨, 유리막대, 세척병, 메스실린더시 약: 옥살산, NaOH, 페놀프탈레인실험방법Ⅰ. 옥살산 표준용액 만들기1. 옥살산 약 6g을 무게 다는 병 속에 넣고 전자저울로 mg 단위까지 정확히 질량을 측정한다(w).2. 여기에 약 5mg의 증류수를 가하여 100mL 메스플라스크에 옮긴다. 이 과정을 여러번 반복하여 옥살산 전부 메스플라스크에 옮겨지도록 한다.3. 메스플라스크에 증류수를 가하여 옥살산 용액의 부피를 정확히 100mL로 만든 후, 다음의 공식에 의하여 옥살산 용액의 물농도를 경정한다.Ⅱ. NaOH 표준용액 만들기1. NaOH 약 20g을 500mL 비이커에 넣고 약 50mL의 증류수를 가하여 유리막대로 저어주면서 결정을 잘 녹인다.2. 이 용액을 500mL 메스플라스크에 옮기고 증류수로 2-3회 비커를 씻어 메스플라스크에 넣는다.3. 증류수를 메스플라스크의 눈금까지 채운다.4. 이 수산화나트륨 용액으로 뷰렛 속을 두 번 씻어낸 후, 뷰렛에 이 용액을 채운다. 나머지 수산화나트륨 용액은 시약병 속에 넣고 마개를 닫아 밀폐시킨다.5. 뷰렛의 콕크 밑부분에 공기가 남아있지 않도록 용액을 약간 흘려보낸 다음 콕크를 잠그고, 뷰렛 속의 수산화 나트륨 용액의 양을 정확히 읽어서 기록한다.6. 삼각플라스크에 Ⅰ에서 조제한 옥살산 표준용액 10mL를 홀피펫으로 정확히 취하여 넣고, 여기에 페놀프탈레인 용액 2-3방울을 가한다.7. 삼각플라스크에 수산화나트륨 용액을 뷰렛으로 조금씩 가한다. 떨어뜨릴 때마다 잘 흔들어 섞어야하며, 색깔이 느리게 사라지기 시작할 때부터는 특히 조심하여 한 방울씩 떨어뜨린다.8. 삼각플라스크 속의 용액이 없어지지 않는 옅은 붉은색으로 되면 뷰렛의 콕크를 잠그고, 뷰렛 속의 수산화나트륨 용액의 양을 정확히 읽어서 기록한다.9. 이와 같은 조작을 세 번 되풀이하여 수산화나트륨 용액의 농도를 계산한다.(옥살산 용액 1몰당 수산화나트륨 2몰이 반응한다.)10. 수산화나트륨이 든 시약병에 라벨을 붙여 인큐베이터 속에 보관한다.Ⅰ. 측정 결과1. 옥살산 표준용액 만들기사용한 옥살산의 무게6 g2. NaOH 표준용액 만들기취한 옥살산 표준용액의 부피10 mL소비된 수산화 나트륨 용액의 부피1회10.9 mL2회11 mL3회10.9 mLⅡ. 실험 결과1. 옥살산 표준용액 만들기옥살산 용액의 농도를 구하는 식몰농도(M)= {용질의`몰수(mol)} over {용액의`부피(L)}옥살산 용액의 농도0.4772 M

공학/기술| 2020.07.28| 3페이지| 2,000원| 조회(482)

화학실험, 실험보고서, 산 염기의 표준용액

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