흙의 액성 한계 시험【시험 목표】이 시험은 흙의 컨시스턴시(consistency) 중 액성 한계를 구하기 위한 시험인데, 액성 한계는 흙이 액상을 나타내는 최소의 함수비를 말하며, 세립토의 판별분류 및 흙의 공학적 성질을 판별하는 데 쓰여진다.【재 료】(1) 흙 시료 (2) 증류수 (3) 헝겊【기계 및 기구】(1) 액성 한계 측정기(2) 홈파기날(3) 반죽용 주걱(spatula) 20cm 정도의 스테인레스(4) 흙 반죽용 주걱(5) 용기(6) 증발 접시(함수비 시험용)(7) 천칭(저울)(8) 항온 건조기(9) 분무기【시료의 준비】(1) 시료는 KS F 2301에 의하여 조제한 것으로 자연 건조 시료를 No.40체로 쳐서 통과한 시료 100g을 액성 한계 1회 시험용 시료로 취한다.(2) 시험은 보통 3∼5회 정도 하므로 여분의 시료가지 생각하면 500g정도를 준비한다.(3) 시료를 유리판에 엷게 펴서 증류수를 가하고 잘 반죽한다.(4) 반죽된 시료에 젖은 헝겊을 덥고 약 10∼20분 방치한다.【안전 및 유의 사항】(1) 시료를 준비할 때에는 공기 건조하여 시료가 No.40체로 체질할 수 있을 정도로 자연 함수비의 40% 정도 건조하여 통과 시료를 취하면 된다.(2) 액성 한계 시험은 된반죽 상태에서 첫회 시험으로 하여 1회 시험이 끝날 때 마다 물 1∼3㎖ 정도씩 함수량을 증가시켜 가며 시험한다. 반죽된 것이 너무 질어 함수량을 줄여서 시험을 해야 할 때에는 마른 흙을 혼합하는데, 이 때에는 충분히 혼합하여 30분 정도 방치한 다음에 시험을 하도록 한다.(3) 시료에 물을 줄 때에는 전체를 고루 축일 수 있도록 분무기를 사용하는 것이 좋다.(4) 황동 접시를 시료를 깔 때에는 흙 속에 공극이 생겨 틈이 생기지 않도록 누르면서 깐다.(5) 황동 접시를 낙하할 때 시료가 접시에서 떨어져 분리되든가 흘러내려서는 안된다. 접시에 물기가 있으면 흘러내리므로 마른 걸레로 잘 닦은 다음 시료를 까는 것이 좋다.(6) 정확한 시험을 위해서는 많은 숙련이 요구되므로 시험을 반복, 기능을 익혀야 정확한 값을 얻을 수 있다.(7) 시험할 때 이상적인 타격 횟수는 10∼40이며, 4∼5회 실시한다.【실습 순서】1. 액성 한계 시험기의 황동 접시 낙하 높이를 1㎝로 조정한다.2. 시료는 No.40체 통과 시료 약 100g 정도를 준비한다.3. 시료를 유리판 또는 팬 위에 넓게 편다.4. 시료에 분무기로 증류수를 뿌려 주걱으로 잘 반죽한다. 이 때, 흙은 연한 퍼티(putty, 버터 상태)로 될 때가지 반죽한다.5. 젖은 헝겊을 덮어 10∼20분 방지하여 흙을 포화시킨다.6. 황동 접시를 손에 쥐고 가장 깊은 곳의 시료 두께 1㎝가 될 때까지 주걱으로 누르면서 깐다.7. 홈파기날은 접시 밑에 수직으로 대고 접시의 지름에 따라 시료를 2등분으로 긁어 낸다. 이 때, 시료가 2등분으로 되지 않으면 시료는 비소성으로 구분 하며, N.P(non-plastic)라고 기록한다.8. 황동 접시를 시험기에 부착시킨다.9. 크랭크를 돌려 1초 동안에 2회전의 속도로 접시를 고무 낙하판에 낙하시켜, 홈이 패인 밑 부분의 흙이 접촉하는 데 있어서 흙의 접촉 길이가
콘크리트 내구성의 저해 요인-----------------------------------------● 종래 일본에서는 콘크리트 구조물은 강구조물과 달리 강도만 충분하면 유지관리 없이 반영구적으로 사용할 수 있다고 생각해 왔다. 사실 대부분의 붕요한 콘크리트 구조물은 대규모의 보수 등을 행하지 않고 이용해 왔다고 해도 좋다, 특히 1955년대는 일본의 고도 성장기이고, 건물 등은 설비, 기능 등의 면에서 10년도 지나지 않았는데 개축해야 하는 상황이었다. 이 때문에 내구성은 거의 고려할 필요도 없이 일시적인 구조로 대처하게 되었다. 그러나 1975년대 이후은 닝ㄹ본도 안정 성장기가 되고, 건설된 많은 콘크리트 구조물을 유지 관리하여 보다 장기간 사용하는 것이 필요하게 되었다.한편 최근 콘크리트 구조물의 내구성에 대해서 의문을 갖게 된 것은 「염해」나 「알칼리 골재반응」에 의한 열화현상이다. 이러한 열화는 종래 그다지 주목받지 않았고, 그 원인도 충분히 명백하게 되어 있지 않았지만, 전자는 주로 「반응성 골재」와 「고알칼리 시멘트」의 사용이 원인이었다. 이런한 문제에 대처하기 위해서 많은 조사·연구가 실시되어 방지방법 등 많은 것을 알았지만, 이러한 것을 고려하지 않고 건설된 콘크리트 구조물이 다수 남아 있다. 이러한 구조물 전체가 내구성이 부족하다고 할 수 는 없지만 종래에 유지관리가 불필요하다고 생각한 콘크리트 구조물을 와전히 견해를 바꾸어 「내구성을 확보하기 위한 유지관리」를 실시하는 것이 필요하다고 말할 수 있다.알칼리 골재반응이나 철근의 염분 부식 등에 기인하는 콘크리트 구조물의 조기열화가 일본에서도 전국적인 규모로 발생하고 있는 것이 명백하게 되어 "콘크리트의 내구성 신화의 붕괴"등과 매스컴으로도 크게 채택된 것은 수년전의 일이다. 콘크리트 구조물이 10년이나 20년에 외관에 이상이 인정될 때까지 열화하는 것은 구조물의 시공시점에서 여러가지 열화요인을 내포했기 때문이다. 예를 들면 허용량을 초과하는 염화물을 포함하는 바다모래나 혼화제, 알칼리량이 많은랭지에서 흔히 볼 수 있는 동결 융해 작용에 의한 동해, 해안에서 직접 파랑의 영향을 받거나 해수의 작용을 받아 열화되는 현상과 최근 문제화되고 있는 바다모래의 사용에 의한 염해, 건축물이나 도시부에 있어서 철도, 도로 구조물에서 볼 수 있는 화재에 의한 피해, 공장 폐수나 오수로 인해 화학적으로 침식되는 것, 콘크리트 표면에 발생한 균열에 의한 열화 등 그 형태는 광범위하게 걸쳐 있다. 그리고 이 열화의 현상은 내적 요인과 외적 용인이 복잡하게 관련되어 있고 건전도의 판정이나 보수 방법의 검토에는 구조물의 사용 조건, 피해의 종류에 따른 소사가 필요하게 된다.1) 알칼리골재반응① 알칼리골재반응이란 콘크리트 등의 수산화알칼리를 주성분으로 하는 세공용액(알칼리금속이온 Na , K , 수산이온 OH 가 용출되어 있다)과 골재중의 알칼리반응성광물과의 사이에 일어나는 화학반응을 말한다. 반응생성물(알칼리 실리카겔)의 생성과 흡수에 동반하는 팽창에 의하여 콘크리트에 균열이 발생하는 현상을 포함하여 알칼리 골재반응이라고 부르는 경우가 많다.② 알칼리골재반응은 알칼리실리카반응(ASR), 알칼리탄산염암반응, 알칼리 실리케이트반응의 3종류로 분류되고 있으나 보통 알칼리골재 반응이라고 부르는 경우에 알칼리실리카 반응을 가리키는 경우가 많다. 다음에 알칼리실리카반응에 대하여 기술한다.③ 알칼리실리카반응이 진행하면 콘크리트구조물에는 균열, 겔의 석출, 부재의 엇갈림이나 이동 등의 성능저하가 생긴다. 무근콘크리트구조물에서는 거북이등과 같은 균열이 생기며, 철근 콘크리트구조물에서는 주근방향으로 균열이 발생한다.④ 알칼리실리카반응에 의한 균열이 발생하여도 콘크리트구조물과 부재의 내력이 바로 저하하는 것은 아니지만 동해나 화학적 침식에 대한 저항성이 저하하여 콘크리트 중의 철근이 부식할 가능성이 커진다.알칼리골재반응은 시멘트 중의 알칼리 성분이 시멘트 풀의 모세관 공극 중의 수산화칼슘을 함유한 고알칼리성의 공극용액과 골재 중에 함유된 반응성 실리카질 광물에 의해서 일어나는 화학반응으로서, 알칼리성이 저하된다. 천연 상태로 공기중에 존재하는 탄산가스량은 0.03%로 pH 값은 약 9이하로 저하된다. 이와 같이 외부에서 콘크리트 내부에 침입되는 과정을 중성화 또는 탄산화, 그 반응이 생긴 층을 중성화층 또는 탄산화층이라고 한다. 이 층의 두께는 콘크리트의 조직과 환경 조건에 따라서 지속은 있으나 그렇게 급속히 증대되는 것은 아니라는 것이 일반적인 인식이다.토목·건축 관계 구조물의 대개는 RC 조이며 역학적 파괴나 특별한 화학적 부식을 제외하면 보통 반영구적 수명이라고 생각되나 그 중에는 보통 대기 중의 환경 아래에 있어도 콘크리트의 중성화에 의해 철근이 부식되는 예를 볼 수 있는 것처럼 콘크리트 알칼리성과 철근의 부식은 중성화에 관한 가장 큰 문제가 된다.경화된 콘크리트는 표면에서 공기중의 이산화탄소(CO2)의 작용을 받아 서서히 수산화칼슘[Ca(OH)₂]이 탄산칼슘(CaCO₃)으로 바뀐다.Ca(OH)₂+ CO₂ → CaCO₃+ H2O이 반응은 콘크리트에 수축과 균열발생의 위험성을 가져오며 동시에 콘크리트가 알칼리성을 상실하는데, 이것을 중성화 또는 탄산화라고 한다.철근 주위를 둘러싸고 있는 콘크리트가 중성화하여 물과 공기가 침투하면 철근이 산화제 1 철에서 산화제 2철로 되어 붉은 녹이 발생하고, 철근이 녹슬면 체적이 팽창하여 균열이 발생하며 콘크리트의 피복이 박락 하여 파괴되는 등의 구조물의 내력과 내구성을 상실한다.중성화가 콘크리트 내부로 진행해가는 속도를 중성화 속도라고 부르며, 중성화 속도를 알면 어떤 피복두께를 가진 철근까지 중성화가 도달해가는 시간을 알 수 있으며 철근 콘크리트 구조물의 수명계산이 가능하다. 중성화의 판정은 페놀프탈레인 1%의 알콜용액을 콘크리드의 단면에 뿌려 조사하는 방법이 일반적이다. 중성화되지 않은 부분은 붉은 보라색으로 착색되고 중성화 부분은 착색되지 않는다.3). 동해콘크리트의 동결 융해에 대한 저항성은 사용 재료의 종류, 품질, 콘크리트의 배합, 타입, 다지기, 양생 등의 내적 요인과 구조물의 종류와 형상,트구조물에 손상을 끼치는 현상으로서, 철근 콘크리트 구조물의 열화의 주원인이 되고 있다. 염소이온의 침입은 크게 나누어 해사, 혼화제, 혼합수 등이 직접 콘크리트중으로 들어가는 경우와 해양환경에서 해수 및 대기중의 염화물 또는 동결방지제(융빙제)가 콘크리트 중으로 침입하는 두 가지 경우가 있으며, 특히 해안부근의 구조물에서는 해수의 비말을 받기도 하고 바람에 의해 날아오는 염분이 콘크리트 표면에 부착해 내부로 침입하는 경우가 많이 나타나고 있다.콘크리트는 시멘트의 수화반응에 의해서 수산화칼슘Ca(OH)2를 생서하기 때문에 콘크리트는 보통 pH = 13.2 정도의 고알카리성을 나타내며, 이와 같은 고알카리성 환경하에서는 콘크리트 중에 매입된 강재가 부식되지 않도록 강채표면에는 부동태피막이 형성되어 있다. 그러나 콘크리트 중에 염소이온 Cl￣(정확하게는 염화물이온)가 일정량 이상 존재하면 강재표면에 형성된 부동태피막이 부분적으로 파괴되어 부식하기 쉽게 된다. 부동태피막이 파괴되면 콘크리트 중에서 각종 결함이나 밀실성의 차, 염분과 알칼리 농도의 차 등의 불균일하게 되어 아노드(양극)부와 캐소드(음극)부가 생겨 전류가 흘러 부식이 발생한다.강재의 부식에는 산소와 물이 필요하고 산소는 캐소드 반응을 촉진시킨다. 해수 중에 침척된 철근 콘크리트 구조물은 이 산소의 공급이 충분하지 않기 때문에 부식이 거의 일어나지 않으나, 비말대에 있는 구조물에서는 산소가 공급이 충분히 공급되기 때문에 부식이 쉽게 발생한다. 또 비바람에 접하기 쉬운 옥외구조물의 경우 실내구조물에 비해 공기가 습하여 수분의 영향을 많이 받기 때문에 부식이 잘 일어난다. 강재의 부식으로 생긴 녹 (수산화제 2철)의 체적은 원래보다 약 2.5배 정도 팽창하기 때문에 그 팽창압에 의하여 강재에 따라 균열이 발생한다. 균열이 발생하면 산소, 물, 탄산가스의 공급이 용이하게 되어 부식은 가속되며, 특히 해양환경하에서는 염소이온에 의하여 부식이 대단히 촉진되어 현저한 녹을 발생시키고, 피복 콘크리트의 박리와 박락,만 일반 화재에 대해서는 통상의 설계가 실시된 구조물이라면 거의 만족할 만한 것이며 PC 구조물도 적당한 대책을 실시한다면 화재 실험에서도 충분하다고 생각된다.화재로 인한 피해의 상태로서는 변형, 콘크리트 표면의 박리, 콘크리트 및 강재의 재질 변화, 표면의 그물 모양 균열이 대표적인 현상이다.구조물의 일부 재료가 한결같이 가열되어지는 일은 없기 때문에 가열 온도의 차이에 따른 각 구성재료 간의 열팽창의 차이가 생기며 또 단면 내에서 표면과 내부와의 온도차에 의한 이상한 변형이나 2차 응력이 생겨서 균열 이외의 피해가 생긴다. 특히 얇은 판 모양의 콘크리트는 급격히 가열되면 폭렬을 일으킨다. 이와 같은 현상은 콘크리트의 재질이 치밀할수록, 함수율이 높을수록, 가열이 급할수록 일어나기 쉽고 고온을 받으면 콘크리트 밀도가 줄어서 다공질이 되어 각종의 원인에 따른 균열이 생기게 된다. 이 때문에 흡수성이 증가되거나 중성화 속도가 빨라진다고 한다. 또한 고온에 놓인 콘크리트의 재질적 변화의 현저한 특성은 400∼500℃에서 상온 콘크리트의 10∼20%로 탄성이 저감되고 200∼300℃에서 콘크리트의 부착 강도가 격감된다는 것이 보고되어 있고 이것이 피해를 한층 증대시키고 있다.6). 균열콘크리트 구조물에서 앞에서 말한 동해, 염해, 화해 등의 열화 작용 이외의 원인으로 발생된 균열이 부식을 유발하여 내력의 감소를 초래하게 된다.균열 발생의 원인은 대단히 많고 더구나 그 원인이 복합되어 있는 경우가 보통이므로 원인 조사를 어렵게 하고 있지만 구조물에 있어서 대단히 유해한 것이나 그다지 우려할 필요가 없는 것 등 콘크리트가 시멘트 수화물인 한 재려과 함께 수축되는 본질적 성질상 균열에 대한 견해도 그 발생 원인과 위치, 성상, 구조물의 종류와 중요도, 사용과 환경 조건 등에서 종합적으로 판단해야 한다.균열은 극히 국소적인 것부터 중요 단면으로 폭 넓게 깊은 부분까지 도달한 것. 또 그 진행이 정지해있는 것과 진행되고 있는 것 등 여러 가지이며, 특히 진행성인 것에는 주의다.
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