골재의 조립률(입도)

골재 대·소립의 분포 상태를 골재의 입도(Grading of aggregate)라고 하는데 골재의 입도가 양호하면 콘크리트가 균질하게 되어 재료분리도 감소하게 됩니다. 골재의 입도는 체가름 시험으로 확인할 수 있습니다. 그렇다면 골재의 조립률은 무엇을 나타내는 것일까요?

잔골재의 체가름 시험 결과

조립률

골재의 조립률(FM; Fineness Modulus)은 75, 40, 20, 20, 10, 5, 2.5, 1.2, 0.6, 0.3, 및 0.15mm 체 등 10 개의 체를 1조로 하여 체가름 시험하였을 때, 각 체에 남은 누계량의 전체 시료에 대한 질량 백분율의 합을 100으로 나눈 값으로 정의됩니다. 

정의가 조금 어려운데요, 일단 조립률은 체가름 시험의 결과값으로 계산하는 것입니다. 그런데 체가름 시험을 하게 되면 각체에 남는 골재의 질량을 측정할 수가 있습니다. 그런데 이렇게 각 체에 남아 있는 골재의 질량으로는 한 눈에 골재의 특성을 파악하기 어렵습니다. 결국 골재의 조립률은 골재 입도를 한 눈에 파악하기 위해 만들어낸 수치입니다.

예를 들어 체가름 시험을 한 결과가 다음과 같다고 해보겠습니다.

체의 종류	각 체에 남은 양(g)
5mm	30
2.5mm	50
1.2mm	100
0.6mm	150
0.3mm	100
0.15mm	50
0.08mm	20

 

조립률을 구하기 위해 정의를 다시 보시죠. "각 체에 남은 누계량의 전체 시료에 대한 질량 백분율의 합을 100으로 나눈 값"입니다. 이해하기 쉽도록 몇 단계로 나누어 보겠습니다. 1. 각체에 남은 누계량을 구하고, 2. 이것을 질량 백분율로 환산한 후, 3. 그 합을 100으로 나눈다. 그럼 순서대로 해 보겠습니다.

1. 각체에 남은 누계량을 구합니다.

체의 종류	각 체에 남은 양(g)	각 체에 남은 누계량
5mm	30	30
2.5mm	50	80
1.2mm	100	180
0.6mm	150	330
0.3mm	100	430
0.15mm	50	480
0.08mm	20	500

 

2.5mm 체에 남은 누계량을 계산한다면 5mm체에 남은 양까지 더하면 됩니다. 즉 5mm 체에 남은 모래는 5mm 체가 없는 상태로 친다면 2.5mm 체에 도 당연히 남겠죠? 이런 식으로 순서대로 자신보다 한 치수 큰 체에 남은 누계량을 모두 더하는 식으로 계산해가면 됩니다.

2. 질량 백분율로 환산한다.

"각 체에 남은 누계량의 전체 시료에 대한 질량 백분율" 값은 각 체에 남은 누계량을 전체 시료의 중량으로 나누면 됩니다. 0.08mm 체에 남은 누계량이 이 실험에 사용된 전체 시료의 중량이므로 500입니다. 따라서 5mm 체에 남은 누계량의 질량 백분율을 구한다면

(30 ÷ 500) × 100 = 6% 입니다. 

이런 식으로 체의 종류별로 질량 백분율 값을 구하면 다음과 같습니다.

체의 종류	각 체에 남은 양(g)	각 체에 남은 누계량	질량 백분율
5mm	30	30	6
2.5mm	50	80	16
1.2mm	100	180	36
0.6mm	150	330	66
0.3mm	100	430	86
0.15mm	50	480	96
0.08mm	20	500	100

 

3. 전체 합을 100으로 나눈다.

이제 전체 합을 구해서 100으로 나누어줍니다. 이 때 주의할 점은 조립률을 구할 때는 "75, 40, 20, 20, 10, 5, 2.5, 1.2, 0.6, 0.3, 및 0.15mm 체 등 10 개의 체"만을 사용한다는 것입니다. 즉 위 표에서 0.08mm 체는 제외해야 합니다.

체의 종류	각 체에 남은 양(g)	각 체에 남은 누계량	질량 백분율
5mm	30	30	6
2.5mm	50	80	16
1.2mm	100	180	36
0.6mm	150	330	66
0.3mm	100	430	86
0.15mm	50	480	96
			306

 

조립률은 이렇게 구한 합계를 100으로 나누어서 나타냅니다. 즉

306/100 = 3.06 입니다.

 

조립률의 활용

조립률을 조금 번거롭게 구하기는 했습니다. 그렇지만 이렇게 구한 조립률 값을 보면 대략 모래의 입도를 한 눈에 파악할 수 있습니다. 어떻게요?

일반적으로 굵은 입자가 많다면 조립률값은 커지게 됩니다. 조립률의 정의를 다시 보면  "각 체에 남은 누계량의 전체 시료에 대한 질량 백분율의 합을 100으로 나눈 값"입니다. 즉 각 체에 남은 누계량을 더해서 계산하기 때문에 체 눈이 큰 것에 많이 걸릴수록 값이 커지게 됩니다. 위 표에서 본다면 처음부터 5mm 체에 걸린 양이 많다면 누계량도 커지기 때문에 조립률 값이 커질 수 밖에 없습니다. 

일반적으로 잔골재는 조립률이 2.3∼3.1 정도를 보입니다. 2.3에 가까울수록 가는 모래가 많다는 것이고, 3.1에 가까울수록 굵은 모래가 많다는 뜻이 됩니다. 굵은 골재는 보통 6∼8 정도의 값을 보입니다. 굵은 골재는 정의상 5mm체에 대부분이 남는 골재이니까, 5mm 체를 포함해서 이것보다 작은 체 6개체에 누계량으로 남을 수 밖에 없기 때문에 기본적으로 6보다 큰 값을 보이겠죠?

조립률의 조정

만일 잔골재의 조립률을 측정했더니 2.0 정도가 나왔다고 가정해 보겠습니다. 이 잔골재는 가는 입자가 많기 때문에 적합하지 않습니다. 가는 입자가 많으면 그만큼 표면적이 증가해서 물을 더 많이 넣어야 합니다. 따라서 조립률이 높은 모래를 섞어서 사용해야만 합니다.

그럼 조립률이 4.0 정도가 되는 잔골재를 섞으면 조립률은 어떻게 될까요? 조립률 2.0과 조립률 4.0을 부피비로 2:1의 비가 되게 혼합했다고 하면 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

조립률이 4.0으로 높은 잔골재를 혼합했기 때문에 원래의 조립률보다 높아지는 것을 알 수 있습니다.

2.67이면 기준을 만족하기 때문에 사용이 가능하겠죠?