[건설재료시험기사 필기] 17년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

숏크리트는 압축공기로 모르타르·콘크리트를 뿜어 붙이는 공법이라 표면이 거칠어 평활한 마무리면을 얻기 어렵다. 거푸집이 필요 없고 건식법·습식법 두 가지가 있으며, 특히 건식법은 분진 발생이 많다.

매스 콘크리트로 다루어야 하는 부재 치수는 넓이가 넓은 평판구조에서 두께 0.8m 이상, 하단이 구속된 벽체에서 두께 0.5m 이상이 표준이다. 0.3m는 기준에 미치지 못한다.

고로 슬래그 시멘트는 초기 수화가 느려 습윤양생 기간을 보통 포틀랜드 시멘트보다 길게 잡아야 한다. 일평균기온 15℃ 이상에서 보통 포틀랜드 시멘트가 5일인 데 비해 고로 슬래그 2종은 7일이 표준이다.

슬럼프는 5mm 단위로 측정·표시한다(KS F 2402). 다짐봉 지름 16mm·길이 500~600mm, 거의 같은 양의 3층으로 채워 각 층을 앞 층에 거의 도달하도록 다진다는 나머지 서술은 맞다.

철근 부식은 전기화학적 반응이므로 콘크리트 표면과 철근 사이의 전위차를 재는 자연전위법으로 부식 활성도를 판정한다. 초음파속도법은 강도·내부결함, 전자유도법과 전자파 레이더법은 철근 위치·피복두께 탐사용이다.

경량골재는 밀도가 작아 같은 반죽질기라도 슬럼프가 작게 측정된다. 탄성계수는 보통골재 콘크리트의 40~70%, 공기량은 1% 정도 크게 잡고, 다질 때는 진동기 간격을 좁히거나 진동시간을 길게 해야 한다.

단위수량을 줄이면 물-결합재비가 낮아져 조직이 치밀해지므로 투수율은 오히려 감소한다. 압축·휨강도 증진, 부착력 증가, 건조수축 감소는 모두 단위수량 감소로 얻는 이점이다.

PS 그라우트는 덕트를 빈틈없이 채워야 하므로 재료 분리가 없어야 하며 블리딩률은 0%를 표준으로 한다. 5% 이하까지 허용한다는 서술이 틀렸다.

수중 콘크리트는 완전한 물막이가 어려울 때 유속을 1초간 50mm 이하로 억제해야 재료 분리와 시멘트 유실을 막을 수 있다. 100mm는 기준의 두 배다.

블리딩 시험(KS F 2414)에서는 콘크리트 표면이 용기 가장자리보다 (30±3)mm 낮아지도록 고른다. 표면이 낮아야 스며 나온 물이 고여 스포이트로 빨아낼 수 있다.

서중 콘크리트는 비빈 뒤 타설이 끝날 때까지 1.5시간을 넘겨서는 안 된다. 타설 시 콘크리트 온도 35℃ 이하, 살수·덮개로 표면 건조 억제, 기온 10℃ 상승당 단위수량 2~5% 증가는 맞는 서술이다.

압축강도 시험은 1일 1회 이상, 또는 구조물의 중요도와 공사 규모에 따라 120m3마다 1회, 배합이 변경될 때마다 1회 실시한다. 500m3는 기준보다 훨씬 성긴 값이다.

철근 중량을 포함한 콘크리트의 단위중량은 보통 콘크리트가 24kN/m3이다. 20kN/m3은 제1종 경량골재 콘크리트에 쓰는 값이라 보통 콘크리트에 적용할 수 없다.

AE제가 만든 미세 기포와 플라이애시의 구형 입자는 볼베어링처럼 작용해 유동성을 높이므로 워커빌리티가 개선된다. 각진 골재는 입자 간 마찰이 커져 워커빌리티가 나빠지고, 콘크리트 온도가 높을수록 슬럼프는 감소한다.

먼저 입도를 보정한다.
$S=\dfrac{100\times 800-5(800+973)}{100-(3+5)}=773.2\ \mathrm{kg}$
$G=\dfrac{100\times 973-3(800+973)}{100-(3+5)}=999.8\ \mathrm{kg}$
잔골재 표면수율이 3.8-1.3=2.5%이므로 표면수 $773.2\times 0.025=19.3\ \mathrm{kg}$을 더해 잔골재는 792.5kg, 단위수량은 $170-19.3=150.7\ \mathrm{kg}$이 된다. 773kg은 표면수 보정을 빠뜨린 값이다.

시험 횟수가 15회이므로 표준편차에 보정계수 1.16을 곱한다: $s=3.5\times 1.16=4.06\ \mathrm{MPa}$
$f_{cr}=28+1.34\times 4.06=33.4\ \mathrm{MPa}$
$f_{cr}=(28-3.5)+2.33\times 4.06=34.0\ \mathrm{MPa}$
두 값 중 큰 값 34MPa가 배합강도다.

2층 이상으로 나누어 칠 때 상층은 하층이 굳기 시작하기 전에 쳐서 콜드조인트를 막아야 한다. 타설한 콘크리트를 횡방향으로 이동시키는 것은 재료 분리를 부르므로 금지이고, 배출구와 타설면의 높이는 1.5m 이하, 두꺼운 부재에는 내부진동기 사용이 원칙이다.

프리텐션 방식에서 프리스트레싱할 때 콘크리트 압축강도는 30MPa 이상이어야 한다. 최대 압축응력의 1.7배 이상 확보, 그라우트는 프리스트레싱이 끝나고 8시간 경과 후 되도록 빨리 시공한다는 서술은 맞다.

계량 허용오차는 잔골재·굵은골재·혼화제가 ±3%인 데 비해 혼화재는 ±2%로 더 엄격하다. 물은 -2~+1%, 시멘트는 -1~+2%로 규정한다.

알칼리골재반응은 골재 속 반응성 실리카와 시멘트의 알칼리가 반응해 팽창하는 현상으로, 골재라는 재료 자체가 원인이며 거북등 모양 균열로 나타난다. 온도변화·화학작용·동결융해는 환경적, 피복두께·정착길이 부족은 설계적, 재료분리·콜드조인트는 시공적 요인이다.

소성변형은 여름철 고온으로 아스팔트가 연화된 상태에서 중차량이 차선을 따라 같은 위치를 반복 통과할 때 혼합물이 흘러 생긴다. 수막현상은 노면 물막에 의한 미끄럼 문제일 뿐 소성변형의 원인이 아니다.

성토재료는 다진 뒤 침하가 작아야 하므로 압축성이 작아야 한다. 투수성이 낮고, 시공장비의 트래피커빌리티 확보가 쉬우며, 다진 뒤 전단강도가 큰 흙이 좋은 성토재료다.

다짐 후 $1\ \mathrm{m^2}\times 0.3\ \mathrm{m}=0.3\ \mathrm{m^3}$는 원지반으로 $0.3\div 0.9=0.333\ \mathrm{m^3}$, 습윤중량은 $0.333\times 1.8=0.6\ \mathrm{t}=600\ \mathrm{kg}$이다.
건조중량이 $W_s=\dfrac{600}{1+0.08}=555.6\ \mathrm{kg}$이므로 필요한 살수량은 $555.6\times(0.15-0.08)=38.9\ \mathrm{kg}$이다.

시간과 물량을 갖지 않는 명목상의 작업을 점선 화살표로 표시한 것이 더미(dummy)다. 작업 사이의 선후관계만 나타내는 용도이며, 실제 작업(activity)은 실선 화살표로 그린다.

프리스프리팅은 굴착선을 따라 미리 균열면을 만들어 여굴을 줄이는 제어(조절)발파로 1차 발파에 속한다. 1차 발파로 생긴 큰 원석을 잘게 쪼개는 2차 발파(소할발파)에는 블록보링·스네이크보링·머드캐핑이 쓰인다.

ILM은 교대 뒤 제작장에서 만든 상부구조를 잭으로 밀어내는 공법이라 압출 궤적이 일정해야 하므로 직선 또는 일정한 곡률의 교량에만 적용된다. 곡선 변화가 많은 교량에는 부적합하다.

품질관리는 품질특성의 선정에서 출발해 품질표준 결정, 작업표준 결정, 데이터 채취와 관리도 작성으로 이어진다. 무엇을 관리할지 특성을 먼저 정해야 표준값과 관리한계를 정할 수 있다.

웰 포인트는 라이저 파이프 끝의 포인트를 1~2m 간격으로 촘촘히 박아 진공펌프로 지하수를 빨아올린다. 간격이 넓으면 지하수위가 충분히 내려가지 않는다.

기층은 표층에서 받은 하중을 넓게 분산해 보조기층으로 전달하고 교통하중에 의한 전단에 저항하는 층이다. 보조기층 아래가 노상, 그 아래 성토체가 노체다.

$C_m=\dfrac{60}{40}+\dfrac{60}{100}+0.25=2.35\ \text{분}$
본바닥 기준이므로 토량환산계수는 $f=1/L=1/1.25=0.8$을 쓴다.
$Q=\dfrac{60\times 2.3\times 0.8\times 0.65}{2.35}=30.5\ \mathrm{m^3/h}$

흙막이 지보공은 흙막이판·널말뚝·띠장·버팀대 등으로 굴착면의 붕괴를 막는 가설 구조물이다. 우물통(케이슨)은 가설 지보공이 아니라 그 자체가 하중을 받는 깊은 기초 형식이다.

본바닥 기준이므로 $f=1/L=1/1.2$를 쓴다.
$Q=\dfrac{3600\times 0.6\times 1.2\times \dfrac{1}{1.2}\times 0.7}{25}=60.48\ \mathrm{m^3/h}$
1일 8시간이면 $60.48\times 8=483.8\ \mathrm{m^3}$이므로 $\dfrac{20000}{483.8}=41.3$, 즉 42일이 걸린다.

운동장·광장처럼 넓고 평탄한 이용 공간은 지표에 배수로를 낼 수 없으므로, 자갈·모래를 채운 맹암거를 격자형·어골형으로 묻어 지하로 전면 배수한다.

틸트도저는 배토판을 좌우로 10~40cm 정도 기울일 수 있어 경사면 굴착이나 도랑파기에 유리하다. U도저는 토량을 많이 밀어내는 용도, 스트레이트도저는 직선 밀기, 레이크도저는 나무뿌리·전석 제거용이다.

침투수는 옹벽 저면과 활동면에 양압력을 키우고 흙을 포화시켜 무게를 늘리므로 활동·전도에 불리하게 작용한다. 수평저항력은 오히려 감소하므로 증가한다는 서술이 관계가 멀다.

RCD는 굴착공에 물을 채워 약 0.2~0.3kg/cm2의 정수압으로 공벽을 지탱하면서 케이싱 없이 연직으로 굴착하는 공법이다. 드릴파이프로 굴착토를 역순환 배출하는 구조라 경사말뚝 시공에는 적합하지 않다.

시공기면은 토공량이 최소가 되고 절토와 성토가 균형을 이루도록 정한다. 연약지반·산사태·낙석 위험지 회피, 비탈면 안정 고려, 암석 굴착 최소화는 맞는 원칙이다.

말뚝 지름 30cm, 간격 120cm이므로 $\phi=\tan^{-1}\dfrac{30}{120}=14.04^{\circ}$이고, 배치는 5열 4행(m=5, n=4)이다.
$E=1-\dfrac{\phi}{90}\cdot\dfrac{(n-1)m+(m-1)n}{m\,n}=1-\dfrac{14.04}{90}\times\dfrac{3\times 5+4\times 4}{20}=0.758$

TBM은 원형 커터헤드로 전단면을 기계 굴착하므로 안전성이 높고 여굴이 적으며 인력이 절약된다. 다만 기계가 특정 지질에 맞춰 제작되어 지질 변화가 복잡한 구간에는 대응이 어렵다.

Giesler 공식은 $V=20\sqrt{\dfrac{D\,H}{L}}$이다(V: m/s, D·H·L: m).
$H=\dfrac{L}{D}\left(\dfrac{V}{20}\right)^{2}=\dfrac{300}{0.2}\times 0.03^{2}=1.35\ \mathrm{m}$

담금질로 굳어진 강을 변태점 이하 온도로 다시 가열한 뒤 냉각해 인성을 회복시키는 처리가 뜨임(tempering)이다. 풀림은 조직 연화와 내부응력 제거, 불림은 조직을 균일화하려고 변태점 이상에서 공랭하는 처리다.

$\delta=\dfrac{PL}{AE}$이므로 탄성계수 E가 클수록 늘음량은 작아진다. 외력 P와 길이 L에 비례하고 단면적 A에 반비례한다는 나머지 서술은 맞다.

도폭선은 면화약(면약)을 심약으로 넣고 방수 피복을 씌운 끈 모양 폭약으로, 폭속이 빨라 여러 발파공을 동시에 기폭시킨다. 뇌홍과 질화납은 뇌관의 기폭약, 흑색화약은 도화선의 심약이다.

인접한 서로 다른 흙이나 채움재가 서로 섞이지 않게 경계를 지켜 주는 것이 분리기능이다. 여과는 물만 통과시키고 흙 입자 유출을 막는 기능, 배수는 섬유면을 따라 물을 흘려보내는 기능이다.

AE제가 만든 미세한 독립기포가 볼베어링처럼 작용해 유동성이 좋아지고 단위수량과 재료분리가 줄어든다. 이 기포가 물의 상승 통로를 막기 때문에 블리딩은 오히려 감소한다.

굵은 골재의 최대 치수는 질량비로 90% 이상이 통과하는 체 가운데 가장 작은 체의 호칭치수를 말한다.

수침법은 목재를 물에 담가 수액을 씻어내 이후 건조를 빠르게 하는 자연건조의 전처리로, 인공건조법이 아니다. 인공건조법에는 열기법·증기법·훈연법·끓임법(자비법) 등이 있다.

아스팔트는 열가소성 재료라 온도가 오르면 점도가 급격히 낮아지고 온도가 내려가면 굳는다. 그래서 침입도·연화점 같은 아스팔트 시험은 반드시 규정된 온도에서 실시한다.

가적잔류율은 5mm 5%, 2.5mm 12%, 1.2mm 25%, 0.6mm 68%, 0.3mm 92%, 0.15mm 99%이고 10mm 이상 체는 모두 0%다.
$FM=\dfrac{0+5+12+25+68+92+99}{100}=3.01$

안정도는 교통하중에 의한 아스팔트 혼합물의 변형(소성변형)에 대한 저항성을 뜻하며 마샬시험으로 측정한다. 노화·기상작용 저항성은 내구성, 제동 시 마찰 능력은 미끄럼저항이다.

시멘트의 응결시간은 길모아침이나 비카침으로 측정한다. 블레인은 분말도(비표면적), 오토클레이브는 안정성, 데발은 골재의 마모시험용 기구다.

역청재료는 무기질 재료가 갖지 못하는 유기질 재료 특유의 성질(방수성·접착성·가소성)을 지녀 포장·주입·방수·이음재로 쓰인다. 유기질과 무기질을 뒤바꿔 서술한 것이 틀렸다.

혼합시멘트는 포틀랜드 시멘트에 고로슬래그·플라이애시·포졸란을 섞은 것이다. 알루미나 시멘트는 보크사이트와 석회석을 따로 소성해 만드는 특수 시멘트이므로 혼합시멘트가 아니다.

단위용적질량 1.65t/m3은 1.65g/cm3과 같으므로 절건밀도로 바로 나눈다.
$\text{실적률}=\dfrac{1.65}{2.65}\times 100=62.3\ \%$
$\text{공극률}=100-62.3=37.7\ \%$

면이 거의 사각형에 가깝고 2면을 쪼개어 면에 직각으로 잰 길이가 최소 변의 1.2배 이상인 석재가 사고석이다. 견치석은 4면을 쪼개고 그 길이가 1.5배 이상이라는 점이 다르다.

플라이애시는 시멘트의 수산화칼슘과 반응하는 포졸란 반응으로 강도를 내는 인공 포졸란이며, 잠재수경성은 고로슬래그 미분말의 성질이다. 저장 중 고결, 단위수량 감소, 미연탄소분에 의한 연행공기 감소는 맞는 서술이다.

실리카퓸은 입경이 시멘트의 100분의 1 수준으로 미세해 공극을 메우는 마이크로필러 효과와 포졸란 반응을 동시에 내므로, 고강도와 고내구성을 함께 얻는 데 가장 적합하다.

포틀랜드 시멘트는 CaO를 공급하는 석회암과 SiO2·Al2O3를 공급하는 점토를 주원료로 소성한 클링커에 석고를 넣어 분쇄해 만든다.

화강암은 석영·장석이 많아 600℃ 이상에서 급격히 강도를 잃어 내화성이 약하다. 조직이 균일하고 강도·내구성이 크며 균열이 적어 큰 재료를 얻을 수 있으나, 경도와 자중이 커서 가공·시공은 어렵다.

습윤상태는 골재알 내부의 빈틈이 물로 가득 찬 위에 표면에도 물이 붙어 있는 상태다. 내부에는 물이 없다는 서술이 틀렸다.

$A_r=\dfrac{D_w^{2}-D_e^{2}}{D_e^{2}}\times 100=\dfrac{6^{2}-5.5^{2}}{5.5^{2}}\times 100=19\ \%$
면적비가 10%를 넘으면 교란이 커서 불교란 시료 채취용으로는 부적합하다.

편심거리 0.4m는 $B/6=4/6=0.667\ \mathrm{m}$보다 작아 기초 바닥 전면에 압축응력이 걸린다.
$q_{max}=\dfrac{V}{B}\left(1+\dfrac{6e}{B}\right)=\dfrac{10}{4}\left(1+\dfrac{6\times 0.4}{4}\right)=4\ \mathrm{t/m^2}$

Sand drain을 정사각형 배치하면 유효원의 지름은 $d_e=1.13d$이고, 정삼각형 배치일 때는 $d_e=1.05d$다.

침투 길이는 15° 경사를 따른 거리이므로 $L=4/\cos 15^{\circ}=4.14\ \mathrm{m}$, $i=\dfrac{0.5}{4.14}=0.121$이다.
$v=K\,i=4.8\times 10^{-3}\times 0.121=5.8\times 10^{-4}\ \mathrm{cm/s}$
간극률이 $n=\dfrac{0.78}{1+0.78}=0.438$이므로 $v_s=\dfrac{v}{n}=13.2\times 10^{-4}\ \mathrm{cm/s}$다.

오거보링은 나선 날로 흙을 긁어 올리는 방식이라 시료가 심하게 흐트러지므로 교란시료 채취용이다. 불교란 시료는 신월 샘플러 같은 얇은 튜브로 눌러 뽑아야 한다.

점성토의 연직절토 한계고는 $H_c=\dfrac{2q_u}{\gamma}$로 구한다.
$q_u=1.4\ \mathrm{kg/cm^2}=14\ \mathrm{t/m^2}$이므로 $H_c=\dfrac{2\times 14}{2}=14\ \mathrm{m}$
$F_s=\dfrac{H_c}{H}=\dfrac{14}{7}=2.0$

Boussinesq 식 $\Delta\sigma_z=\dfrac{P}{z^{2}}I$, $I=\dfrac{3}{2\pi}\dfrac{1}{\left[1+(r/z)^{2}\right]^{5/2}}$로 두 하중을 각각 구해 더한다.
3t은 $r/z=0$이라 $I=0.4775$, $\Delta\sigma=\dfrac{3}{2^{2}}\times 0.4775=0.358$이고, 2t은 $r/z=3/2=1.5$라 $I=0.0251$, $\Delta\sigma=\dfrac{2}{2^{2}}\times 0.0251=0.013$이다.
합하면 $0.37\ \mathrm{t/m^2}$이다.

압밀도가 같으면 소요시간은 배수거리의 제곱에 비례한다.
$t_2=t_1\left(\dfrac{H_2}{H_1}\right)^{2}=10\times\left(\dfrac{40}{10}\right)^{2}=160\ \text{년}$

절편법은 절편마다 흙의 물성과 간극수압을 따로 넣을 수 있어 비균질 지반이든 간극수압이 있는 지반이든 모두 해석할 수 있다. 간극수압이 있으면 적용이 불가능하다는 서술이 틀렸다.

최적함수비보다 건조측에서 다지면 면모구조, 습윤측에서 다지면 이산(분산)구조가 된다. 그래서 같은 다짐에너지라면 건조측이 강도가 크고, 습윤측은 투수계수가 작아진다.

압밀이 끝난 지반에 성토를 더 얹는 상황은 이미 압밀된 상태에서 급속 재하되는 조건이므로 압밀 비배수시험(CU)으로 단기 안정을 검토한다. UU는 압밀될 틈 없이 급속 시공되는 직후의 안정 검토에 쓴다.

지지력계수 Nc, Nγ, Nq는 내부마찰각 φ만의 함수이며 점착력과는 무관하다. 점착력은 αcNc 항에 따로 들어가고, α·β는 기초 모양에 따른 형상계수, 지하수위 아래 단위중량은 수중단위중량을 쓴다는 나머지 서술은 맞다.

$D_r=\dfrac{e_{max}-e}{e_{max}-e_{min}}\times 100$에서 $e=e_{min}$이면 분자와 분모가 같아져 100%가 된다. 더 조밀해질 수 없는 가장 촘촘한 상태라는 뜻이다.

최소주응력면과 60°를 이루는 면은 최대주응력면과 30°를 이루므로 $\theta=30^{\circ}$다.
$\tau=\dfrac{\sigma_1-\sigma_3}{2}\sin 2\theta=\dfrac{1-0.6}{2}\times\sin 60^{\circ}=0.17\ \mathrm{kg/cm^2}$

비등방 지반의 유선망에는 등가 투수계수 $K'=\sqrt{K_h K_v}$를 쓴다.
$K'=\sqrt{1.6\times 10^{-8}\times 4.51\times 10^{-8}}=2.69\times 10^{-8}\ \mathrm{m/s}$
$Q=K'H\dfrac{N_f}{N_d}=2.69\times 10^{-8}\times 18\times\dfrac{4}{18}=1.1\times 10^{-7}\ \mathrm{m^3/s}$

시료가 7개이므로 계수는 $d_2=2.83$이다.
$\text{설계CBR}=\text{평균}-\dfrac{\text{최대}-\text{최소}}{d_2}=\dfrac{50.5}{7}-\dfrac{8.7-5.3}{2.83}=7.21-1.20=6.01$
소수점 이하를 버려 6이 설계 CBR이다.

바이브로 플로테이션은 진동봉을 삽입해 느슨한 사질토를 다지는 공법이라 연약점토에는 쓰지 않는다. Preloading·Sand drain·Paper drain은 모두 점토의 압밀·배수를 촉진하는 공법이다.

전체 부피를 1로 두면 간극 부피는 $n/100$, 흙 입자 부피는 $1-n/100$이다.
간극비는 간극 부피를 흙 입자 부피로 나눈 값이므로 $e=\dfrac{n/100}{1-n/100}$이다.

간극률 50%이면 $e=\dfrac{n}{1-n}=1.0$이므로 한계동수경사는 $i_c=\dfrac{G_s-1}{1+e}=\dfrac{2.65-1}{1+1}=0.825$다.
$F_s=\dfrac{i_c}{\Delta h/L}\ge 2.5$에서 $\Delta h\le\dfrac{0.825\times 40}{2.5}=13.2\ \mathrm{cm}$

Coulomb 토압은 벽면마찰각 δ를 고려하는 이론인데, δ를 무시하고 지표면이 수평·벽면이 연직이면 Coulomb의 가정이 Rankine의 조건과 완전히 같아진다. 따라서 두 토압의 크기가 일치한다.