잔골재율

왜 배우는가: 잔골재율은 콘크리트의 단위수량, 워커빌리티, 재료분리, 강도와 직결되는 배합설계의 핵심 변수다. 실무에서 현장 배합을 조정할 때 가장 먼저 확인하는 인자이며, 시험에서는 정의와 영향을 함께 묻는 문제로 반복 출제된다.

출제 이력: 제130회 1교시 7번, 제93회 1교시 10번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 잔골재율은 콘크리트 전체 골재량에서 잔골재가 차지하는 절대용적 백분율로, 단위 잔골재량을 단위 골재량으로 나눈 값이다(s/a).

핵심 키워드

• 잔골재율(s/a)
• 단위 잔골재량, 단위 골재량
• 절대용적
• 단위수량
• 워커빌리티
• 재료분리
• 물시멘트비(W/C)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 콘크리트 속 모래와 자갈의 비율이다. 모래를 얼마나 쓰느냐에 따라 콘크리트의 물 요구량과 치밀함이 달라진다.

정식 정의는 다음과 같다. 잔골재율은 전체 골재의 절대용적에 대한 잔골재의 절대용적 비율을 백분율로 나타낸 값이다. 식으로 쓰면 s/a = \frac{V_s}{V_s + V_g} \times 100(\%) 이며, V_s는 잔골재의 절대용적(㎥), V_g는 굵은골재의 절대용적(㎥)이다. 중량 기준으로 쓰면 s/a = \frac{S}{S+G} \times 100(\%) 이다. 여기서 S, G는 각각 단위 잔골재량, 단위 굵은골재량(kg/㎥)이다. 두 식은 골재 비중을 반영하면 서로 환산된다.

핵심 용어 풀이

• 잔골재율: 골재 전체에서 잔골재가 차지하는 비율이다. 단위는 백분율(%)을 쓴다.
• 절대용적: 골재의 중량을 비중으로 나눈 값이다. 공극을 제외한 고체 부분의 부피를 뜻한다.
• 단위수량: 콘크리트 1㎥를 만드는 데 필요한 물의 양(kg/㎥)이다. 잔골재율이 바뀌면 함께 변한다.

잔골재율은 골재의 입도와 표면적을 반영하는 지표다. 잔골재는 굵은골재보다 표면적이 커서 같은 워커빌리티를 얻으려면 더 많은 물과 시멘트 페이스트가 필요하다.

3. 등장 배경과 필요성

콘크리트 배합은 물, 시멘트, 잔골재, 굵은골재를 정해진 용적으로 맞추는 작업이다. 초기에는 골재 비율을 경험으로 정했으나, 잔골재가 과하면 단위수량이 늘고 강도와 건조수축이 나빠지며, 너무 적으면 재료분리와 마감 불량이 생긴다. 이 두 한계 사이의 적정점을 찾기 위해 잔골재율 개념이 쓰이게 되었다.

현장에서는 골재의 입도와 표면수가 매번 달라진다. 잔골재율을 기준으로 배합을 정해 두면 골재가 바뀌어도 워커빌리티와 강도를 일정하게 맞추기 쉽다. 특히 펌프 압송과 고강도 배합에서는 잔골재율 선정이 시공성과 품질을 직접 좌우한다.

잔골재율은 물시멘트비가 최소가 되는 지점에서 강도가 최대가 되는 원리와 연결된다. 실험에서 잔골re율을 높이면 단위수량이 줄고 물시멘트비가 낮아지는 구간이 있으며, 그 구간을 넘으면 오히려 물 요구량이 급증한다. 따라서 적정 잔골재율을 찾는 것이 배합설계의 출발점이다.

4. 구성요소·원리·절차

잔골재율(Sand Aggregate Ratio, s/a)은 골재 전체 절대용적 중 잔골재가 차지하는 백분율이다. 콘크리트 골재는 잔골재와 굵은골재로 나뉘므로, 두 절대용적의 합이 골재 전체 절대용적이 된다. 잔골재율이 정해지면 골재 배합의 골격이 정해지고, 단위수량과 단위시멘트량이 함께 결정된다.

$s/a = \frac{V_s}{V_s + V_g} \times 100\,(\%)$

여기서 V_s는 잔골재 절대용적(L), V_g는 굵은골재 절대용적(L)이다.

위 표는 세 재료가 잔골재율에 따라 서로 영향을 주고받는다는 것을 보여 준다. 굵은골재 사이의 공극은 잔골재가 먼저 채우고, 남은 공극을 시멘트 페이스트가 채운다. 잔골재율이 지나치게 낮으면 모르타르가 부족해 굵은골재가 분리되고 거친 콘크리트가 된다. 반대로 지나치게 높으면 골재 표면적이 커져 같은 워커빌리티를 얻는 데 필요한 물이 늘어난다.

잔골재율은 같은 작업성에서 단위수량이 최소가 되는 값으로 정한다.

실험에서도 물시멘트비가 최소가 되는 잔골재율이 가장 적정한 값으로 나타나고, 그 이상에서는 물시멘트비가 급격히 커진다. 따라서 잔골재율은 강도와 작업성을 함께 고려해 배합시험으로 확정한다.

잔골재율 기준 배합 계산은 다음 순서로 진행한다.

• 목표 슬럼프와 골재 최대치수를 정한다.
• 강도와 내구성 조건에서 물시멘트비를 정한다.
• 목표 슬럼프와 최대치수에 따라 단위수량을 정한다.
• 단위시멘트량을 단위수량을 물시멘트비로 나눈 값으로 구한다.
• 잔골재율을 표준값 또는 배합시험 결과에서 선정한다.
• 1000L에서 시멘트·물·공기의 절대용적을 뺀 골재 절대용적을 구한다.
• 골재 절대용적에 잔골재율을 곱해 잔골재 절대용적을 구한다.
• 절대용적에 비중과 1000을 곱해 질량으로 환산한다.

잔골재 절대용적은 다음 식으로 구한다.

$V_s = (1000 - V_c - V_w - V_a) \times \frac{s}{a}$

여기서 V_c는 시멘트 절대용적(L), V_w는 물 절대용적(L), V_a는 공기량 절대용적(L)이다. 괄호 안은 골재 절대용적이며, 잔골재 질량은 V_s에 잔골재 밀도(kg/L)를 곱해 구한다.

5. 관련 법령·기준·표준

잔골재율 자체를 정한 법령 조항은 없다. 설계기준과 표준시방서가 골재 최대치수, 입도, 잔골재율 범위를 제시하고, 현장에서는 배합시험으로 값을 확정한다. 골재의 품질 기준은 KS 골재 규격을 따르며, 콘크리트 설계와 시공은 콘크리트 표준시방서와 KDS 콘크리트 설계기준 계열을 따른다.

표의 잔골재율 범위는 시공 여건에 따라 달라지므로, 설계값을 그대로 쓰지 않고 현장 골재의 입도와 최대치수를 반영해 조정한다. 흡수율과 비중은 골재 품질 시험 결과로 확인한 값을 쓰며, 표면건조포화상태를 기준으로 한다는 점을 함께 적는다.

잔골재 입도는 체 통과 질량 백분율로 관리한다. 0.15mm 체를 통과하는 세립분이 많으면 워커빌리티는 좋아지나 단위수량이 늘어날 수 있으므로, 입도 기준과 잔골재율 선정을 함께 검토한다.

골재 절대용적 합이 1000L라는 기준은 배합 계산의 출발점이다. 이 값은 콘크리트 1㎥를 구성하는 모든 재료의 절대용적 합을 뜻하며, 잔골재율 계산은 이 틀 안에서 이루어진다.