최근 생태 친환경 건축이 화두로 등장하면서 친환경 건축재료인 점토벽돌과 공기의 흐름과 수분의 이동이 가능한 석회모르타르의 사용이 증가하고 있다. 하지만 국내 연구는 콘크리트벽돌과 시멘트모르타르에 집중되고 있어 점토벽돌 및 석회모르타르에 대한 연구가 거의 없는 실정이며, 조적조의 국내 기준 또한 국내에서 사용되는 재료와 다른 물리적 값을 사용하고 있는 국외기준을 바탕으로 제정되어 국내 실정을 적절히 반영하지 못하고 있다. 따라서 본 연구는 프리즘압축강도, 부착강도, 전단 및 사인 장강도 실험을 통해 점토벽돌과 석회모르타르를 사용한 조적구조의 물리적 특성을 파악하고자 한다. 또한, 콘크리트벽돌과 시멘트모르타르를 사용한 조적구조와의 물리적 특성을 비교분석하여 국내 조적기준을 개정하기 위한 근거를 제시하고자 한다. 점토 벽돌과 석회모르타르를 적용한 조적구조는 콘크리트벽돌과 시멘트모르타르를 사용한 조적구조와는 다른 양상을 보이므로 점토벽돌과 석회모르타르를 적용한 조적구조의 프리즘압축강도와 탄성계수에 대한 추정식을 제안한다.
최근 생태 친환경 건축이 화두로 등장하면서 친환경 건축재료인 점토벽돌과 공기의 흐름과 수분의 이동이 가능한 석회모르타르의 사용이 증가하고 있다. 하지만 국내 연구는 콘크리트벽돌과 시멘트모르타르에 집중되고 있어 점토벽돌 및 석회모르타르에 대한 연구가 거의 없는 실정이며, 조적조의 국내 기준 또한 국내에서 사용되는 재료와 다른 물리적 값을 사용하고 있는 국외기준을 바탕으로 제정되어 국내 실정을 적절히 반영하지 못하고 있다. 따라서 본 연구는 프리즘압축강도, 부착강도, 전단 및 사인 장강도 실험을 통해 점토벽돌과 석회모르타르를 사용한 조적구조의 물리적 특성을 파악하고자 한다. 또한, 콘크리트벽돌과 시멘트모르타르를 사용한 조적구조와의 물리적 특성을 비교분석하여 국내 조적기준을 개정하기 위한 근거를 제시하고자 한다. 점토 벽돌과 석회모르타르를 적용한 조적구조는 콘크리트벽돌과 시멘트모르타르를 사용한 조적구조와는 다른 양상을 보이므로 점토벽돌과 석회모르타르를 적용한 조적구조의 프리즘압축강도와 탄성계수에 대한 추정식을 제안한다.
Clay bricks with lime mortar are recently popular since they are eco- and environment-friendly construction material being capable of air flow and moisture movement. However, there is little study on those of clay brick an lime mortar while relatively many researches on the structural characteristic...
Clay bricks with lime mortar are recently popular since they are eco- and environment-friendly construction material being capable of air flow and moisture movement. However, there is little study on those of clay brick an lime mortar while relatively many researches on the structural characteristics of concrete bricks with cement mortar are available in Korea. Furthermore, the current Korean Building Code of masonry structures was established on the base of the Foreign Codes which does not reflect Korean masonry construction circumstance, such as material characteristics and section properties. To overcome these problems, experiments of masonry structures constructed using clay bricks with lime mortar were carried out to evaluate their structural characteristics such as, prism compressive strength, adhesive strength and diagonal tensile(shear) strength. Also this research compares the mechanical characteristics between clay bricks with lime mortar and concrete bricks with cement mortar to provide information that will be used for revisions of the domestic standards for masonry structures. As masonry structures constructed with clay bricks and lime mortar show different aspects over the ones constructed with concrete bricks and cement mortar, we suggest estimation equation of prism compressive strength and diagonal tensile strength on masonry structures constructed with clay bricks and lime mortar.
Clay bricks with lime mortar are recently popular since they are eco- and environment-friendly construction material being capable of air flow and moisture movement. However, there is little study on those of clay brick an lime mortar while relatively many researches on the structural characteristics of concrete bricks with cement mortar are available in Korea. Furthermore, the current Korean Building Code of masonry structures was established on the base of the Foreign Codes which does not reflect Korean masonry construction circumstance, such as material characteristics and section properties. To overcome these problems, experiments of masonry structures constructed using clay bricks with lime mortar were carried out to evaluate their structural characteristics such as, prism compressive strength, adhesive strength and diagonal tensile(shear) strength. Also this research compares the mechanical characteristics between clay bricks with lime mortar and concrete bricks with cement mortar to provide information that will be used for revisions of the domestic standards for masonry structures. As masonry structures constructed with clay bricks and lime mortar show different aspects over the ones constructed with concrete bricks and cement mortar, we suggest estimation equation of prism compressive strength and diagonal tensile strength on masonry structures constructed with clay bricks and lime mortar.
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문제 정의
하지만 국내 연구는 콘크리트벽돌과 시멘트모르타르에 집중되고 있어 점토벽돌 및 석회모르타르에 대한 연구가 거의 없는 실정이며, 조적조의 국내 기준 또한 국내에서 사용되는 재료와 다른 물리적 값을 사용하고 있는 국외 기준을 바탕으로 제정되어 국내 실정을 적절히 반영하지 못하고 있다. 따라서 본 연구는 프리즘 압축강도, 부착강도, 전단 및 사인장강도 실험을 통해 점토벽돌과 석회모르타르를 사용한 조적구조의 물리적 특성을 파악하고자 한다. 또한, 콘크리트벽돌과 시멘트모르타르를 사용한 조적구조와의 물리적 특성을 비교분석하여 국내 조적기준을 개정하기 위한 기초적 자료를 제시하고자 한다.
따라서 본 연구는 프리즘 압축강도, 부착강도, 전단 및 사인장강도 실험을 통해 점토벽돌과 석회모르타르를 사용한 조적구조의 물리적 특성을 파악하고자 한다. 또한, 콘크리트벽돌과 시멘트모르타르를 사용한 조적구조와의 물리적 특성을 비교분석하여 국내 조적기준을 개정하기 위한 기초적 자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
ASTM E 518-02 및 519-81에 따라 수준별로 3개씩 제작하여 28일 양생 후 측정한다. 사인장전단강도 실험체는 6켜로 막힌 줄눈으로 쌓아 마름모형태로 세워 측정하므로 실험체를 지지할 수 있는 치구를 제작하여 측정한다.
가 주장한 값을 표시한 것이다. KBC에는 실험을 행하지 않고 개체와 모르타르의 강도로 프리즘 압축강도를 추정할 수 없어 UBC에 제시된 일반 건축물에 사용되는 S형 모르타르가 적용된 경우의 프리즘압축강도를 점선으로 표시하였다.
시멘트모르타르는 배합비가 클수록 감소하는 경향을 보이지만 석회모르타르는 배합비와 상관없이 유사한 값을 보인다. 모르타르의 종류에 따른 오차율을 보면 시멘트모르타르는 5%, 석회모르타르는 18%로 상대적으로 큰 오차율을 나타냄으로 모르타르의 종류에 따른 추정식을 제안한다.
모르타르의 플로우값은 현장에서 사용되는 200±10 mm를 기준으로 하고, 28일간 기건양생하여 측정한다.
ASTM E 518-02 및 519-81에 따라 수준별로 3개씩 제작하여 28일 양생 후 측정한다. 사인장전단강도 실험체는 6켜로 막힌 줄눈으로 쌓아 마름모형태로 세워 측정하므로 실험체를 지지할 수 있는 치구를 제작하여 측정한다.
조적조는 조적개체와 이를 연결시켜주는 줄눈으로 구성되어 Table 10과 같이 조적개체는 압축강도를, 모르타르는 배합재료와 배합비(1:1, 1:2, 1:3)를 실험요인으로 두어 프리즘 압축강도 60개, 부착강도 21개, 전단강도 21개 및 사인장전단강도 14개로 총 116개의 실험체를 제작하여 실험을 행한다. 조적개체는 내부포화표면건조상태의 벽돌을 사용하여 흡수율의 영향을 배제하였다. 모르타르의 플로우값은 현장에서 사용되는 200±10 mm를 기준으로 하고, 28일간 기건양생하여 측정한다.
조적조는 조적개체와 이를 연결시켜주는 줄눈으로 구성되어 Table 10과 같이 조적개체는 압축강도를, 모르타르는 배합재료와 배합비(1:1, 1:2, 1:3)를 실험요인으로 두어 프리즘 압축강도 60개, 부착강도 21개, 전단강도 21개 및 사인장전단강도 14개로 총 116개의 실험체를 제작하여 실험을 행한다. 조적개체는 내부포화표면건조상태의 벽돌을 사용하여 흡수율의 영향을 배제하였다.
KBC에는 프리즘의 두께에 대한 높이(h/t)비에 따른 프리즘압축강도 수정계수를 규정하고 있으나 조적개체에 따른 구분이 되어있지 않아 부득이하게 UBC(Standard 21-17)를 적용한다. 콘크리트벽돌은 줄눈이 2개 있는 3단으로, 점토벽돌은 줄눈이 4개 있는 5단으로 제작․양생 후 프리즘압축강도를 측정한다.
대상 데이터
이러한 건축물은 당시 유럽중심으로 유행하던 조적조형태로 지어졌으므로 벽돌의 수요가 급격하게 증가되었다. 당시 근대기에 사용된 점토벽돌은 국내에서 생산되지 않아 중국(청)에서 수입하여 사용하였다. 하지만, 1894년 발발한 청일전쟁으로 청으로부터의 벽돌수입이 중지됨에 따라 국내에서 점토벽돌이 생산되기 시작하였다.
5 MPa로 콘크리트벽돌과 유사함으로 본 실험결과를 바탕으로 근대기에 사용한 점토벽돌의 재료적 특성을 유추할 수 있으리라 생각한다. 레미탈(Ready Mixed Dry Mortar)은 배합비 1:4의 조적용으로 시중판매되는 제품을 사용한다.
성능/효과
(1) 프리즘 압축강도는 시멘트모르타르를 사용한 경우가 석회모르타르를 사용한 경우보다 콘크리트벽돌은 22 0%, 점토벽돌은 75% 큰 값을 나타낸다. 점토벽돌 프리즘 압축강도는 국내 제안식 추정값의 48~55%정도 작은 값을 갖는다.
근대기에 사용된 점토벽돌의 압축강도는 평균 10.5 MPa로 콘크리트벽돌과 유사함으로 본 실험결과를 바탕으로 근대기에 사용한 점토벽돌의 재료적 특성을 유추할 수 있으리라 생각한다. 레미탈(Ready Mixed Dry Mortar)은 배합비 1:4의 조적용으로 시중판매되는 제품을 사용한다.
배합비가 클수록 시멘트모르타르 압축강도는 감소하는 경향을 보이며 프리즘 압축강도 역시 개체에 따라 감소비는 다르나 배합비에 따라 유사한 비율로 감소하는 것을 볼 수 있다. 시멘트모르타르 감소비는 30%이고, 프리즘 압축강도의 감소비는 콘크리트벽돌을 사용한 경우는 5%, 점토벽돌은 15%이다.
콘크리트벽돌 프리즘 압축강도는 UBC의 기준강도값과 개체압축강도 35%의 값을 초과하여 두 값을 만족한다. 배합비별로 보면, 배합비 1:1의 모르타르 압축강도는 콘크리트벽돌 압축강도의 286% 큰 값이고, 레미탈의 압축 강도는 콘크리트벽돌 압축강도의 50% 작은 값으로 차이를 보이나 프리즘 압축강도는 모르타르 압축강도에 상관없이 유사한 값을 나타낸다. 배합비 1:3의 시멘트모르타르 압축강도는 콘크리트벽돌과 유사한 강도로 이를 기준으로 비교하면 배합비 1:1은 8%, 배합비 1:2는 7%가 증가하고 레미탈은 10%가 감소한다.
실험값과 제안식에 의한 추정값과의 오차율은 평균 11%이며, 표준편차는 0.28로 정규성을 따른다고 할 수 있다. 제안식에 의한 추정값과 실험값을 비교하면 Fig.
점토벽돌 프리즘 압축강도는 UBC 기준값을 모두 만족 하지 못하고, 개체압축강도의 35% 값은 배합비 1:1과 1:2만이 만족한다. 점토벽돌 프리즘 압축강도는 모르타르의 배합비 1:1(레미탈 기준, 68% 증가)과 1:2(59% 증가) 그리고 배합비 1:3(13% 증가)과 레미탈이 유사하게 나타나 배합비 1:2에서 1:3으로의 변화가 프리즘 압축강도에 크게 영향을 미치고 배합비 1:3을 넘으면 영향이 감소함을 보여준다.
점토벽돌 프리즘 압축강도는 모르타르의 배합비 1:1(레미탈 기준, 68% 증가)과 1:2(59% 증가) 그리고 배합비 1:3(13% 증가)과 레미탈이 유사하게 나타나 배합비 1:2에서 1:3으로의 변화가 프리즘 압축강도에 크게 영향을 미치고 배합비 1:3을 넘으면 영향이 감소함을 보여준다.
후속연구
점토벽돌과 석회모르타르를 사용한 조적조의 전단탄성계수에 대해 더 많은 실험을 행하고 구체적인 분석을 하여 국내 실정에 맞는 기준을 제정하기 위한 연구가 진행되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
벽돌을 개체로 사용한 조적조는 어떤 문명에서부터 사용되었는가?
벽돌을 개체로 사용한 조적조(이하 조적조라 칭함)는 고대 메소포타미아문명에서부터 사용되어진 구조형식으로서 국내에서는 삼국시대의 고분이 가장 오래된 유구이다. 고분에 사용된 개체는 길이에 비해 높이가 낮은 전(塼, 전통적 개념의 점토벽돌로 전돌이라 칭함)형태이고 모르타르를 사용하지 않는 건식방식으로 대부분 축조되었다.
실학자들에 의해 벽돌이 중국을 통해 유입된 시기는?
고분에 사용된 개체는 길이에 비해 높이가 낮은 전(塼, 전통적 개념의 점토벽돌로 전돌이라 칭함)형태이고 모르타르를 사용하지 않는 건식방식으로 대부분 축조되었다. 임진왜란 이후, 실학자들에 의해 벽돌이 중국을 통해 유입되었고 강화성, 남한산성을 개축 또는 보수 공사하는데 사용되었다. 박제가는 ｢북학의｣의 전축성론에서 성(城)을 벽돌과 석회모르타르를 사용하여 축조하면 벽돌이 마치 엿 뭉치처럼 서로 합쳐져서 대포를 맞아도 성벽 전체가 부서지지 않으므로 벽돌이 성을 쌓는 재료로서의 우수성을 말하고 있다.
1876년 강화도조약 이후에 건축된 양옥들은 어떤 형태로 지어졌는가?
1876년 강화도조약 이후, 서구열강과의 수교․통상조약이 체결되면서 서구문화가 들어와 공사관, 영사관, 상관, 성당, 교회 등의 양옥들이 국내에 건축되기 시작하였다. 이러한 건축물은 당시 유럽중심으로 유행하던 조적조형태로 지어졌으므로 벽돌의 수요가 급격하게 증가되었다. 당시 근대기에 사용된 점토벽돌은 국내에서 생산되지 않아 중국(청)에서 수입하여 사용하였다.
참고문헌 (16)
권기혁, 유혜란, "조적조 건축물의 석회 모르타르 특성에 관한 실험적 연구", 구조물진단학회, 2009. 9, pp.133-141.
American Society for Testing and Materials, Annual Book of American Society for Testing and Meterials Standards, E518(02, 03)/519(81), 2010.
British Standards Institution, Code of Practice for Structural Use of Masonry, BS 5628 Part 1(Unreinforced Masonry), British Standard Code of Practice for Use of Masonry, BS 5628 Part 2(Structural Use of Reinforced and Prestressed Masonry), 1997.
British Standards Institution, 영국공업규격(British Standard) 6073(콘크리트벽돌)/6677(점토벽돌), 1986.
International Code Council, inc, International Building Code, 2009.
International Council of Building Officials, Uniform Building Code, 2009.
JAMES E. AMRHEIN, Reinforced Masonry Engineering Handbook(Clay and Concrete Masonry), 1992.
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