콘크리트의 종류 및 특성

[최현기]

섬유보강 고강도·경량 콘크리트

♤연구배경
- 초고층 건축물의 증가에 따른 콘크리트의 경량화 및 고강도화가 필요함.
- 고성능 콘크리트 판넬의 제조공정 단순화가 필수.
- 특수건축물에 필요한 고기능성 시멘트재의 수요증대.
- 인공지능형 대형건축물의 특수소재 개발 필요.
- 전자파 흡수 및 전기전도성 콘크리트 제품의 개발요구.

♤연구내용
- 범용탄소섬유를 보강재로 사용한 경량의 콘크리트 제조조건 도출.
- 고강도 콘크리트 성형체 제조조건 도출.
- 압출에 의한 성형 콘크리트 및 전도성 콘크리트 성형체 제조조건 도출.
- Steel Fiber를 보강재로 사용한 경량 고강도 시멘트 복합재료 제조조건 도출.
- Steel Mesh를 이용한 고굴곡강도 제품 개발.
- 내알카리 유리섬유를 포함한 고강도 시멘트 복합재료.

♤개발기대효과 및 활용가능분야
- 경량콘크리트 성형체 제조.
- 고강도 콘크리트 성형체 제조.
- 전도성 콘크리트 성형체 제조.
- 철강재를 이용한 초고층 건축물의 건설용 부재.
- 인테리젼트빌딩의 바닥재 등의 각종 패널.
- EMI 성능이 우수한 건축용 성형체.


전기傳導 콘크리트

♧.에너지기술硏-벽산건설기술硏공동 개발
전원이 공급되면 1분 이내에 섭씨 40도까지 온도가 올라가는 바닥난방용 발열 콘크리트가 국내기술진에 의해 처음 개발됐다.

한국에너지기술연구소 柳憲馨-金鴻守박사팀은 벽산건설기술연구소와 공동으로 기존 콘크리트에 흑연을 첨가함으로써 콘크리트의 전기저항을 금속수준으로 낮춘 「전기전도(傳導) 콘크리트」를 개발했다고 2일 밝혔다.

이번에 선보인 전기전도 콘크리트는 전기가 통하지 않는다는 기존 콘크리트의 개념을 바꾼 것으로 전원이 공급되면 50~60초만에 40도까지 열을 발생시키는 특성을 갖고 있다. 이에 따라 난방속도가 더디고 시공이 까다로운 기존의 온수 온돌 대신 겨울철 난방용 재료로 활용될 전망이다. 또한 재료의 조성비를 변화시킬 경우 발열온도가 최고 8백도까지 상승, 활주로 도로 등의 제설장치나 온장고 가열기 등에도 폭넓게 응용될 수 있다. 柳憲馨박사는 「이 재료를 30평 주택의 난방용으로 쓸 때 시공비 90만원(평당 3만원)외에 한달 전기요금이 2만1천원가량 부과돼 경제적」이라고 설명했다.

식생식물이 자라는 콘크리트

[출처 : 일본 日經産業新聞 : 1997년 07월 09일]

일본도다(戶田)건설, 건설기술연구소 등은 콘크리트 표면에 초본류를 생육시키는 식생 콘크리트를 개발했다. 식생기반인 다공성(透水) 콘크리트 내부에 틈을 만들어, 보수재나 영양분이 되는 토양재를 충진한 후 종자를 심는다. 기반의 내부나 표면 어디에도 흙을 일체 사용하지 않기 때문에, 지금까지 불가능했었던 수직면에도 식생이 가능하다. 현재 산책길의 U자구(字溝)(와까야마현)와 중앙분리대(아이찌현)의 2개소에 시험 시공을 하고, 식생 상황을 관찰중이다. 이 같은 콘크리트는 양사에서 구성한 이 업종 교류회인 [페가수스 연구회](본부 大阪府 門眞市)에서 95년부터 연구개발에 착수하고 있었다. 콘크리트 내부에 있는 틈 사이인 공격(空隔)율을 25∼30%로 높여 토양재를 많이 충진할 수 있도록 하였다. 넝쿨만년초라고 하는 다육식물을 채용한 결과, 살수나 시비도 필요하지 않았다. 또한 다공성 콘크리트 제조후, 알칼리 제거 처리를 하기 때문에 콘크리트 타설 직후 조기에 식생할 수도 있다.


고강도 콘크리트
(High Strength Concrete)
우리가 일반적으로 사용하는 콘크리트의 압축강도는 대략 210∼270 kg/㎠의 범위에 있고 이는 1900년대 초반에 비해 2배이상의 강도 증진을 보인 것이다. 콘크리트의 강도를 증진시켜 구조물에 고강도 콘크리트를 적용하게 되면 부재의 단면감소로 인하여 자중이 감소되고 미학적 측면에서도 좋은 효과를 거둘 수 있다. 또한 고강도 콘크리트의 탄성계수는 3.15 ∼ 4.55×105 kg/㎠의 범위에 있어 강도에 따른 탄성계수의 계산식이 달라지게 되고 이는 우리나라의 콘크리트 표준 시방서에 아래와 같이 구분되어 규정하고 있다.

압축강도
300 kg/㎠ 이하인 경우
300 kg/㎠ 이상인 경우

탄성계수(kg/cm2)
  E_{c}~=~15,000`sqrt{sigma_{ck}}
  E_{c}~=~10,500`sqrt{sigma_{ck}}+70,000


이와 같은 탄성계수의 증가는 부재의 강성을 높여 처짐을 감소시키고 구조거동을 개선하는데 도움을 준다. 그 외에도 인장강도의 증진효과나 수밀성의 개선 등으로 말미암아 장대교량이나 해로운 환경하의 구조물에도 적용이 가능하게 하는 등 여러 가지 장점이 있다.

이러한 고강도 콘크리트의 개발은 결합재, 혼화재료, 골재, 배합 및 양생등 여러분야로 나누어서 고려해 볼 수 있으나 개략적으로 혼화재료의 적용에 따른 물-시멘트 비의 획기적 감소, 양생방법의 개선, 골재 자체의 강도 및 시멘트 페이스트와의 부착강도 개선 등이 그 주된 내용이 될 것이다. 즉 사용수량을 낮춤으로 인하여 발생하는 워커빌리티의 감소는 고성능 유동화제나 고성능 AE 감수제등 혼화제를 통하여 개선함으로써 실제 배합과 타설에 있어서 어려움이 없게 되었다. 또한 실리카흄이나 고로슬래그 미분말, 플라이애쉬등은 시멘트보다 미세한 입자로 이루어져 이러한 혼화재의 사용은 콘크리트의 조직을 보다 치밀하게 하므로 강도의 증진을 기할 수 있다. 가압양생이나 오토클레이브등 양생방법의 발전, 골재 선정방법의 개선등에 의해서도 콘크리트의 고강도화는 이루어져 왔다.

이러한 고강도 콘크리트에 있어서 선진국이라 할 수 있는 미국에서는 1950년대에는 350 kg/㎠ 이상을 고강도 콘크리트로 간주하였으나 최근에는 시카고와 시애틀 지역 등에서 강도 1000 kg/㎠ 이상의 콘크리트가 실 구조물에 적용됨에 따라 그 범위는 상향되어 보통중량 콘크리트에서는 약 420 kg/㎠ 이상을 고강도 콘크리트로 규정하고 있다.

우리나라에서도 고강도 콘크리트에 대한 지속적인 연구개발로 강도 400 kg/㎠이상의 콘크리트가 실구조물에 적용된 사례가 다수 있으며 비록 시험시공이기는 하지만 600, 800, 1000 kg/㎠등이 실제 구조물에 적용되고 있다. 이와 같이 콘크리트 강도에 있어서 짧은 역사에 비해 빠른 발전을 이루어 왔다고는 하지만 아직까지 해외 선진국의 수준과는 큰 차이가 있으므로 강도증진 방안뿐만 아니라 그에 따른 역학적 특성에 관하여도 폭넓은 연구, 개발이 이루어져야 할 것이다.


고내구성 콘크리트
(High Durability Concrete)

1.개 요

그 동안 콘크리트 구조물의 강도가 무엇보다도 강조되어왔으나 최근 들어 콘크리트의 내구수명 연장과 내구성에 관한 문제가 더욱 큰 문제로 떠오르고 있다. 콘크리트 시설물들은 가설되는 순간부터 여러 가지 특수한 물리적, 화학적인 환경조건에 노출되게 되고 이는 시설물에 직접, 간접적인 영향을 주게 된다. 콘크리트 구조물에 있어서 이상적인 요구사항은 원래의 성능을 다하면서 목표기간동안 존재하는 것이나 시설물은 설치될 때부터 재료적 특성, 설치지역 등에 따라 여러 침해요인의 영향을 받는다. 구조물에 작용하는 물리, 화학적 환경은 구조물의 성능저하를 일으키고 구조물은 일정한 수명, 즉 내구년한을 가지게 되고, 이 내구년한은 목표 수명기간동안 시설물들이 사용성을 유지할 수 있도록 확보되어야 한다.

ACI 201위원회에 따르면 내구성은 기상작용, 화학적 반응, 침식, 그 외에 다른 성능저하의 과정들에 대한 저항성을 의미하며 콘크리트 구조물의 사용기간과 연결시켜 생각할 수 있다. 즉 고내구성 콘크리트는 일정 환경에 노출되어 원래의 형태와 품질을 오랜 기간동안 유지하는 콘크리트를 말한다.


2.내투수성의 향상

경화된 콘크리트의 내부에 존재하는 수분은 동결융해를 일으키고 시멘트의 내구성에 좋지 않은 화학반응을 유발할뿐더러 철근 콘크리트 구조물인 경우 치명적인 철근의 부식을 유발할 수 있다. 또한 수분이 내부로 흡수되면서 콘크리트의 성능저하를 유발하는 물질을 포함하고 있는 경우가 많으므로 콘크리트의 지수성은 내구성능의 개선과 무엇보다도 밀접한 연관을 가지게 된다.

콘크리트에 물이 접하면 수압이 없어도 콘크리트 내부에 구성되어 있는 미세한 모세관을 통하여 물이 내부에 흡수된다. 또한 콘크리트를 타설할 때 콘크리트의 침강에 의한 골재 및 수평철근 하부에 생기는 공극, 또는 콘크리트의 자연 건조수축등으로 생긴 균열을 통하여 투수가 일어나게 된다.

콘크리트 내부조직에는 10Å정도의 겔 공극에서 수백㎛ 정도의 지름을 갖는 모세관에 이르기까지 여러 가지 크기의 공극을 함유하고 있다.

모르타르 콘크리트를 타설하면 장기간에 걸쳐서 시멘트와 물의 수화작용에서 모세관의 일부에는 새로운 생성물로 채워지는 경우도 있다. 이와 같이 콘크리트 내부의 공극조직은 일정치 않으며 콘크리트의 투수는 단순히 공극률만의 함수로 표현할 수 없고 함유하는 공극의 크기, 분포상태 및 이들의 연속성에 지배된다.

결국 내구성이 우수한 콘크리트와 지수성을 증대시키기 위해서는 우선 콘크리트 조직을 치밀하게 만들어야 하는데 이는 골재의 크기나 형상, 그리고 입도분포 등에 영향을 받고 물-시멘트비나 시멘트의 품질, 타설과 다짐등 여러 가지 인자에 의해서도 영향을 받게 된다.


3.동결저항성의 향상

콘크리트의 초기 동해에 대한 저항성은 강도, 함수량, 연행 공기량, 기포의 크기와 분포에 따라 다르지만 일반적으로 압축강도가 400 kg/㎠ 이상이 되면 동해를 받지 않는 것으로 알려져 있다.

콘크리트의 내동해성은 공기량과 밀접한 관련이 있으며 일반적으로 4%이상의 공기량을 갖도록 권하고 있다. 동일 공기량인 경우 기포가 작고 잘 분포되어 있으면 내동해성은 증대된다. 따라서 동결융해의 반복작용에 대한 콘크리트의 내동해성을 증대시키는 가장 중요한 요소는 AE제 또는 AE 감수제를 사용하여 적정량의 갇힌 공기를 연행시키는 것이다. 갇힌 공기의 기포에 의한 동결융해 저항성의 증진 메커니즘은 몇 가지 논란이 있기는 하지만 일반적으로 콘크리트의 경화 후에도 물로써 충만되지 않고 동결시 이동수분의 피난처가 됨으로써 동해저항성의 증진효과가 유발된다.


4.내부식성의 향상

콘크리트 구조물이 주기적이고 장기적인 부식 환경에 노출되는 경우 철근 주위의 부동태 피막이 파괴되고 철근의 부식을 유발하여 구조물로서의 기능이 저하된다. 즉 콘크리트 내부에 일정량 이상의 염화물 이온이나 산성 음이온이 존재하게 되면 철근 주위의 부동태 피막이 파괴되고 철근은 부식하게 된다. 콘크리트 내부의 철근이 부식하게 되면, 철근 자체의 단면이 손실되어 구조물 전체의 강성이 저하될 뿐만 아니라 철근의 체적이 약 2.5배정도 팽창하고 그 팽창으로 인한 응력은 균열을 유발시킨다. 균열이 발생하면 산소나 물의 공급이 용이하게 되어 철근의 부식을 더욱 촉진하고 결국에는 철근 주위의 피복 콘크리트가 탈락하여 콘크리트 구조물은 현저히 성능저하를 일으킨다.

콘크리트 내부의 철근 부식을 방지하기 위해서는 콘크리트 내부를 알칼리 환경으로 유지하는 것이 바람직하며, 콘크리트의 탄산화에 의한 염기 및 산의 음이온에 의한 철근의 부동태 피막의 파괴를 방지하여야 한다.

혼화재료 포졸란은 포틀랜드 시멘트의 수화반응시 수산화이온과 반응하여 콘크리트의 pH를 감소시킨다. 이는 포졸란이 콘크리트의 철근 부식에 대한 저항성을 저하시키는 것을 의미한다. 그러나 포졸란은 콘크리트의 투수성을 감소시키는 효과를 가져오므로 콘크리트의 투수성 감소에 따른 긍정적인 효과는 pH감소에 따른 콘크리트의 철근부식 저항성 감소부분을 상쇄하는 효과를 가져온다. 또한 포졸란의 적절한 사용은 콘크리트의 내투수성을 증진시키면서도 pH를 적정수준으로 유지할 수 있는 장점이 있다.




고유동 콘크리트
(High Flow Concrete)

1.고유동 콘크리트의 개요

일본의 최근 4년간 재료관련 각 분야의 연구발표 건수를 비교하여 보면 변함없이 고유동에 관한 내용이 압도적으로 많은 부분을 차지하고 있을 정도로 일본에서는 고유동 콘크리트에 대한 연구가 활발히 진행되어 자기 충전성 콘크리트(무다짐 콘크리트)의 개발로 연결되고 있다. 이와 같이 유동성이 좋으면서도 다짐이 필요없이 고강도를 얻을 수 있는 고유동 콘크리트가 일종의 고성능 콘크리트로 정리되고 있다.

유동화콘크리트란 보통의 방법으로 제조된 된반죽의 콘크리트에 분산성이 우수한 고성능감수제 또는 유동화제를 첨가하므로써 콘크리트의 유동성을 일시적으로 증가시켜 단위수량이 적으면서도 양호한 시공성을 가지도록 한 콘크리트를 말한다. 이러한 목적 때문에 사용되는 고성능감수제를 유동화제라 하며 유동화제를 후첨가 하기 전의 된반죽 콘크리트를 베이스콘크리트(base concrete)라 한다. 좋은 콘크리트 구조물을 축조하기 위해서는 된반죽의 콘크리트를 거푸집내에 치밀하게 충전하는 것이 필요하지만 이러한 시공은 용이하지 않다. 서독이나 영국에서는 과거 된반죽콘크리트를 사용하여 시공할 때 매우 어려움이 있었기 때문에 유동화콘크리트의 출연은 콘크리트에 있어서 일대 혁명이라 할 수 있다. 이들 나라에서는 지금까지의 된반죽콘크리트의 품질을 유지하며 콘크리트 시공성을 개선하기 위하여 고유동 콘크리트 공법이 크게 보급되었다.

그러나, 일본에서는 다른 용도와 목적으로 주목을 받게 되었다. 다시 말해서 묽은 반죽 콘크리트에 있어서 지금까지 시공성을 유지하면서 콘크리트의 품질을 개선할 목적으로 유동화콘크리트가 사용되었다. 그 이유는 일본의 경우 지진이 자주 발생하므로 철근콘크리트에 있어서 작은 단면내에 보강철근이 조밀하게 배치되는 경우가 많고 또, 철근콘크리트에서는 유동성이 좋은 묽은 반죽 콘크리트가 아니면 거푸집의 구석구석까지 콘크리트를 치밀하게 채우는 것이 곤란하기 때문에 건축공사에서는 묽은반죽을 사용하는 것이 습관화되었다.

그런데, 최근 양질의 골재의 고갈과 같은 골재사정의 악화나 펌프콘크리트 공법의 보급, 철근량의 증대, 배근의 복잡화, 단위시멘트량이 증가된 부배합 콘크리트는 더욱 묽은 반죽화 되었으며, 콘크리트가 고강도화 되므로서 부배합화되는 경향이다. 위에서와 같은 문제에 대하여 구조물로써의 신뢰성과 내구성을 향상시키기 위한 수단으로 설계자는 구조물의 형태나 단면을 시공이 용이하게 하며, 시공자는 될 수 있는 한 시공성이 좋은 콘크리트를 타설하려는 노력이 눈에 띠게 늘어나고 있다. 이러한 이유 등으로 인하여 고유동 콘크리트는 고성능 콘크리트 개발의 중요한 하나의 분야가 된 것이다.


2.고유동 콘크리트의 장점

먼저 유동성 향상에 따라 트럭에지테이터에서의 배출이 용이하며 펌프압송효율, 충전속도 및 충전성 등의 작업성의 향상이 월등히 향상된다. 그리고 베이스 콘크리트의 단위수량을 적게했을 경우 블리딩 감소, 강도향상, 거푸집의 조기탈형, 마무리시간의 단축, 구조부재의 상, 하 균질성 향상, 건조수축의 저감에 의한 균열의 방지, 내구성, 수밀성, 철근 등에 대한 부착성의 향상등 세부적인 구조적 장점과 시공상의 잇점을 들 수 있다.

또한 베이스콘크리트의 단위 시멘트량과 단위수량을 줄이는 경우 경제성의 향상을 기할 수 있고 부가적으로 단위 시멘트량의 감소에 따라 수화열의 감소에 의한 균열의 저감효과를 거둘 수 있다. 또한 건조수축의 저감에 의한 균열방지효과도 고유동 콘크리트의 장점이다.


3.유동화 효과에 영향을 미치는 요인

먼저 유동화제의 첨가량과 유동화 효과의 관계를 살펴보면 첨가량과 슬럼프 증가량은 거의 비례관계에 있으나 첨가량이 과대하면 슬럼프는 더 이상 증대하지 않고, 플로우값이 증가하여 분리가 현저하게 나타난다.

또한, 유동화제의 첨가량과 슬럼프의 관계는 유동화제의 제조회사에 따라 다르다. 그래서 슬럼프 1cm를 증가시키는데 필요한 유동화제의 표준첨가량은 제조회사별로 상이하므로 일정하지 않다. 따라서 보다 정밀한 현장 적용을 위해서는 별도로 각 유동화제에 대한 유동화 효과를 실험하여 사용량을 결정하여야 한다.

초조강시멘트 이외 유동화 효과는 거의 동일하다. 또한 베이스콘크리트에 사용하는 혼화제의 영향에 대한 연구결과를 살펴보면 리그닌계의 AE감수제를 사용한 경우가 약간 유동화효과가 큰 정도이고 혼화제에 따라 현저한 차는 없는 것으로 알려져 있다. 다만 콘크리트 속의 미립분의 함유량이 유동화효과에 영향을 미친다는 보고가 있다. 유동화제의 첨가시기도 유동화 효과에 영향을 미치는 것으로 알려져 있는데 베이스콘크리트의 믹싱 직후로 부터 60분 정도까지는 첨가시기에 의한 영향을 받지 않는 것으로 알려져 있다.

또한 콘크리트 온도와 슬럼프 증가량과의 관계를 고찰해 보면 온도가 높을수록 유동화 효과는 약간 크게 되며, 따라서 온도에 의한 유동화제의 사용량은 달라질 수 있으므로 유동화제의 사용량 결정시 온도에 대한 고려가 필요하다.


섬유보강 콘크리트

콘크리트의 인장저항 능력을 증대하고 국부적 균열의 생성 및 성장을 억제하는 등 역학적 성질을 개선, 보강하기 위해서 불연속적이며 단상인 섬유질 재료를 콘크리트에 분산시켜 넣은 것을 섬유보강콘크리트(Fiber Reinforced Concrete : FRC)라 하며, 이때 사용되는 섬유의 종류로는 강(steel), 유리(glass), 나이론(nylon), 폴리프로필렌(polypropylene), 석면(asbestos), 탄소(carbon) 등이 있다.

강섬유보강 콘크리트는 압축강도 뿐만 아니라 인장강도 및 휨강도가 향상되어, 콘크리트의 최대 약점인 낮은 인장강도를 개선할 수 있고, 또한 연성이 우수하여 외국에서는 도로포장, 공항 활주로, 수리항만 구조물 등 충격하중과 반복하중을 받는 구조물에 널리 사용되고 있다.

유리섬유보강 콘크리트는 보통 콘크리트에 비해 휨강도, 인장강도 및 충격에 대한 저항성이 현저히 개선되며, 경량화 및 조형성이 우수하여 건설재료로서 널리 이용되고 있다. 현재 유리섬유보강 콘크리트는 구조부재에 활용되기보다는 건축물의 내·외장재, 천장재 및 외부 장식재 등에 많이 활용되고 있으며, 최근에는 유리섬유의 단점으로 생각되던 내구성 및 치수 안정성을 크게 개선한 유리섬유보강 콘크리트 패널 제조법 및 유리섬유에 적합한 저알칼리 시멘트의 개발 등으로 그 용도가 널리 확대되고 있는 실정이다.

유리섬유에 비하여 우수하여 콘크리트의 보강섬유로서 국내외에서 많은 주목을 받고 있으며, 경량 고강도 및 고내구성의 신뢰성이 높은 건축재료로서의 연구개발이 이루어지고 있다.

이외에도 합성섬유(synthetic fiber)인 폴리프로필렌, 비닐론, 아라미드, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 에리온 섬유 등 다양한 소재의 섬유가 개발되어 사용단계에 이르렀다.



폴리머 콘크리트

(Polymer Concrete)

건설신소재로서 폴리머와 같은 고분자 재료를 사용한 콘크리트는 이용방법에 따라 크게 다음과 같이 3가지로 분류할 수 있다.

(1) 폴리머 콘크리트(Polymer Concrete)

(2) 폴리머 함침 콘크리트(Polymer-Inpregnated Concrete)

(3) 폴리머 포틀랜드시멘트 콘크리트(Polymer Portland Cement Concrete)

폴리머 콘크리트를 사용함으로써 휨강도, 압축강도 및 인장강도가 보통 포틀랜드 시멘트 콘크리트에 비해 현저하게 향상되며, 조기에 고강도를 발현하기 때문에 단면의 축소에 따른 경량화가 가능하다. 그 외에도 폴리머로 인하여 피막이 형성되거나 폴리머 자체의 수밀성으로 인하여 외부로부터의 물의 침투성을 감소시킴으로써 내구성이 크게 향상된다. 또한 시멘트 수화물과 같은 불량한 성분이 없고, 치밀한 조직구조가 형성되기 때문에 대체적으로 우수한 내약품성을 지닌다.


달나라 콘크리트
(Lunar Concrete)


현재 달에서의 기지건설을 위한 달나라 콘크리트의 제조 및 시공기술의 개발이 활발히 연구되어지고 있다. 달에서의 모든 조건은 중력, 온도, 진공 등 현재 우리가 지구상에서 생각하는 구조물의 설계개념 및 시공과정과 너무나 다르기 때문에 이들에 대하여 합리적으로 고려하여야 하며 무엇보다 달에서 이용가능한 소재를 기초로 재료개발, 설계 및 시공이 이루어지는 것이 바람직하다. 실제 아폴로 우주선에서 달의 흙을 채취하여 콘크리트의 재료로 사용한 결과 우수한 역학적 특성이 보고된 바 있다. 미국 등에서는 지금 NASA 등을 중심으로 달에 콘크리트 구조물로 기지를 건설하기 위한 연구에 심혈을 기울이고 있다.


뿜기 콘크리트
(shotcret)


1.일반

(1) 뿜기콘크리트란, 압축공기에 의해 시공면에 뿜어붙이는 모르터 또는 콘크리트이며, 쇼크리트(shotcret) 또는 건나이트(gunite)라고도 한다.

(2) 뿜기공법에는 건식법, 습식법 및 그 중간의 공법이 있다.

① 건식법 : 시멘트와 골재의 드리이믹스를 한쪽이 노즐에서, 물을 다란 노즐에 분사하여 드라이믹스가 시공면에 도달할 때까지 물이 첨가되는 공법으로 반발이나 분진이 발생, 뿜어붙인 콘크리트의 품질이 노즐맨의 숙련도에 의존하는 것 등의 문제점은 있으나, 가장 널리 이용되고 있다.

② 습식법 : 믹서로 전재료를 혼합한 것을 뿜기 공법에서 주로 모르터뿜기에 이용되고 있다.

③ 중간공법 : 드라이믹스와 물 및 결합제를 뿜기직전에 혼합하는 것이다.

(3) 뿜기콘크리트는 ㉠거푸집이 필요치 않다. ㉡타설작업이 신속하고, 급속시공이 가능하다. ㉢위쪽, 옆쪽을 포함한 임의 방향으로 시공되며, 또 작업원 수도 적게 드는 등의 잇점이 있는 반면, ㉠숙련된 작원원을 필요로 한다. ㉡반발에 의한 재료의 손실이나, 타설된 콘크리트의 실배합의 예지가 어려움등 결점이 있다. 그러므로 종래 뿜기콘크리트는 비탈면 방호나 터널, 大空洞구조물(지하발전소등)의 1차복공에 이용되어 왔다. 그러나 최근에 있어서 뿜기기구나 급결제의 개발에 의해 뿜기콘크리트에 대한 신뢰도가 더하고, 얇은 철근콘크리트 또는 프리스트레스트 구조물(수조, 싸일로 등)에도 이용되고 있다.


2.재료 및 배합

(1) 골재

① 잔골재의 입도는 보통콘크리트에 이용되는 입도범위를 표준으로 한다.

② 건식법에는 적당히 젖은 잔골재를 이용하는 것이 좋다. 표면수가 과소인 경우는 급결제의 효과를 막는 수가 있으며, 과다인 경우는 분지을 더한다. 표면수율 3∼6%가 적당하다고 한다.

③ 굵은골재의 최대치수는 혼합재료의 압송성 및 반발량을 고려하여 10∼15㎜로 한다.

(2) 급결제 및 분진저감재

① 급결제는 뿜어붙인 콘크리트의 벗겨지는 것을 방지하거나, 구조체로서의 부착콘크리트 경화촉진의 목적으로 사용한다.

② 급결제의 사용량은 연직뿜기면인 경우, 시멘트중량의 1%정도 이하, 수평하향면인 경우 4∼8%를 표준으로 한다.

③ 분진저감제는 메이커에 의해 사용량이 대푹으로 다르기 때문에 신뢰되는 자료나, 시공실적을 참고로 하던가 시험에 의해 그 사용량을 정한다.

(3) 콘크리트의 배합

① 뿜기콘크리트의 배합은 강도 등의 소요의 품질은 갖는 범위내에서 반발이 될 수 있는 한 적게 하고 양호한 작업성을 표시하도록 정한다.

② 뿜기콘크리트의 배합은 부착배합을 기준으로 하는 것이 바람직하나, 건습법의 경우 실제상 곤란하므로 토출배합에 대해서 각재료의 중량으로 표시한다.


포장 콘크리트


1. 일반

(1) 콘크리트포장은 일반적으로 두께 15∼30㎝의 얇은 무근콘크리트판으로 노출면이 크고, ①주행차량의 윤하중에 의한 큰 휨의 반복작용 및 감량작용을 받으며, ②기온의 변화에 따라 온도응력의 반복작용을 받고, ③직사일광, 풍우, 상설 등의 기상작용을 받는 등 심한 역학적 기상조건에 시달리므로 타는 기본이나 안전성 노면의 평탄성, 균열의 억제가 강력히 요망된다. 따라서 포장용 콘크리트라 요구되는 성질은

㉠휨강도가 크고 편차가 작은 점.

㉡마무리성이 좋고 평탄성이 양호한 점.

㉢감량저항성이 큰 점.

㉣기상작용에 대한 내구성이 크고, 내동해성이 크며, 건조수축이 작은 점 등.

(2) 통상의 부근 콘크리트포장 (철망삽입, 테두리부 보강철근을 포함) 기타, 이음이 없는 연속철근 콘크리트포장, 프리스트레스트 콘크리트포장 및 팽창콘크리트포장이 있으며, 또 조기공용 개시가 가능한 전압 콘크리트포장(초경련 콘크리트 사용) 및 프리캐스트 콘크리트포장이 있다.

(3) 포장콘크리트 시공은 시방서 포장면등이 포장 요강에 의한다.


2. 재료 및 콘크리트의 배합

(1) 굵은 골재

① 포장콘크리트 굵은골재의 최대치수는 노면의 평탄성과 휨강도의 유지를 고려하여 40㎜이하로 한다.

② 콘크리트의 마모저항성은 사용 굵은골재의 마모저항성에 의존한다. 굵은 골재의 마모저항성은 그 골재의 사용실적에 판단하는 것이 가장 확실하나 재료가 없는 경우에는 KS F 2508 로스앤젤스시험기에 의한 굵은골재의 마모시험 방법에 의해 바모감량이 35% 이하, 적절한 냉지의 경우 25% 이하의 것을 사용한다.

(2) 포장콘크리트의 배합

설계기준강도는 통상 표준양생 28일 휨강도 45㎏/㎠로 한다. 단 양질인 골재가 입수되지 않고 단위시멘트량이 과대한 경우에는 40㎏/㎠로 해도 좋다.


댐 콘크리트


1.일반

(1) 댐은 유수를 저류하는 구조물이므로 이에 이용되는 콘크리트는 큰 수밀성과 소요의 단위중량 및 강도를 갖는 동시에 내구성, 균등성이 필요하다. 또 대량의 콘크리트를 연속적으로 시공하기 때문에 매스콘크리트로서 소요의 성질을 구비하지 않으면 안된다.

(2) 콘크리트댐에는 중력식 및 아치식이 있으며, 시방서에서는 각각에 대해 다음과 같이 정의하였다.

중력식 콘크리트 댐 : 작용하는 하중 (수압, 지진력등)에 대해서 주로 제체콘크리트의 자중에 의해 저항되고 바닥부의 암반까지 그 힘을 전하는 형식의 콘크리트댐.

아치식 콘크리트 댐 : 작용하는 하중에 대해 주로 아치작용에 의한 저항하고, 양안(兩岸)의 암반까지 그 힘을 전달하는 형식의 콘크리트 댐.


2.재료

(1) 시멘트

① 시방서에서는 KS에 적합한 보통시멘트, 중용열시멘트, 중용시멘트, 플라이애쉬시멘트 및 고로시멘트의 사용을 규정하였다.

② 댐용시멘트는 저열형, 장기강도의 중진형등이 있는 것이 바람직하고, 중용열시멘트, 플라이애쉬 시멘트가 적당하다. 그러나 댐공사에서는 장기간에 걸쳐 균등한 품질의 시멘트를 대량으로 필요하기 때문에 시멘트의 선택에 있어 그 공급, 조달에 대해서도 충분히 유의하지 않으면 안된다.

(2) 골재

댐 콘크리트는 보통 빈배합이 되므로 잔골재는 미세한 것이 좋고, 굵은골재는 비중 2.50이상 최대치 수 150㎜이하인 것이 좋다.

(3)혼화재료

① 플라이애쉬의 사용은 콘크리트의 온도상승의 저감에 유효하다. 고로슬래그 미분말은 온도상승 속도를 지연 시킬 수는 있으나, 치환율을 70%정도 이상으로 하지 않으면 최고온도의 저감은 기대 할 수 없다.

② 수화열 저감제로서 요소, 굴코스의 폴리머 등이 유효하다고 한다.

요소는 주로 그 가수분해에 의한 흡열반응을 이용하여 굴코스의 폴리머는 그 용출속도가 온도에 의해 다르다는 것을 이용하여 수화열을 억제한다.



수밀콘크리트


1.일반

(1) 수조나 지하구조물등 수밀을 요하는 콘크리트 구조물에 사용.

(2) 누수의 원인이 되는 결함.

① 재료분리에 의한 불균등성

② 하중, 건조수축, 수화열등에 의한 균열

③ 콜드조인트

④ 타설 이음 부의 결함

①은 주로 재료, 배합, 다짐에 ② 는 구조설계, 재료, 배합, 설계, 양생 등에 ③,④는 시공의 계획, 작업에 관련된다. 그 외에 설계단계에서도 충분한 균열대책의 검토가 필요하다.


2.재료 및 배합

타설된 콘크리트는 분리에 의한 부분적인 결점이 생기지 않도록 워커블한 콘크리트를 세심하게 다진다.

① 굵은 골재의 하면에는 동수저항이 심하고 작은 틈이 형성되기 때문에 굵은 골재의 최대치수는 별로 크지 않게 한다.

② 워커빌리트를 개선하기 위해 AE제, 감수제 또는 AE감수제를 적절히 이용하는 동시에 잔골재율을 다소 크게 선택하는 것이 좋다.

③ 물시멘트비를 55%이하로 한다.

④ 건조수축균열을 막고 콘크리트 구조물의 수밀성을 더하기 위해서는 팽창재의 사용이 유효하다.


3.시공

(1) 콜드조인트는 구조물의 수밀성을 잃는 중대한 결함이 되므로 콜드조인트의 발생을 막기 위해 타설이음 간격의 축소, 차설공정의 원활화를 위한 면밀한 시공계획을 세운다.

(2) 시공이음도 시공이 불충분하면 누수의 원인이 되므로 세시한 시공을 해야한다.

(3) 연직시공이음에서는 신콘크리트 속의 물이 구콘크리트면에 따라 상승하므로 수밀적인 시공이음을 만드는 것이 어렵다. 그러므로 수밀 구조물에서는 가급적 연직 시공이음을 피하고 부득이 두는 경우는 적당한 지 수 판을 삽입한다. 이 경우, 시공이 불안전하면 지수판을 이용하지 않는 경우보다 오히려 나쁜 결과가 되기 때문에 주의를 요한다.

(4) 거푸집 조임재로서의 볼트나 봉가에 따라 누 수 되는 수가 있으므로 날밀을 붙여서 수도(水途)를 길게 한 것을 이용하는 것이 좋다. 또 콘크리트평면의 구멍은 수지모르타르로 매운다.

(5) 타설 후 가급적 빨리 습윤상태로 유지하고 콘크리트가 물에 접합 때까지 가급적 장기간 습윤양생을 계속하고 마르지 않도록 한다.

(6) 필요에 따라서 배수공, 방수공을 계획하고 시공하지만 예기치 않은 누수가 생기는 경우 다량의 누수에 대해서는 급결성의 방수제 사용이 적합하며, 콜트조인트나 시공이음부 콘크리트면의 결점부에서 물의 삼출(渗出)에 대해서는 침투성 도포방수제의 사용이 유효하다.


인공 경량골재 콘크리트


1.일 반

토목구조물에 쓰이는 경량골재는 구조용 인공 경량골재에 한하며, 시방서에서는 잔굵은골재도 KS F 2534(구조용 경량콘크리트 골재)에 적합한 골재(비중이 중정도, 입형이 양호하여 콘크리트로서 단위용적 중량이 1.6∼1.8t/㎥로 압축강도 300㎏/㎠이상 또는 400㎏/㎠이상을 발현되는 것)을 이용할 것을 규정하였다.


2.경량골재 콘크리트의 관리

(1) 경량골재는 극히 특별한 경우를 제외하고, 프리웨팅(Prewetting)을 실시하여 사용한다. 이 경우 함수율이 가급적 균등하도록 관리한다. 경량골재콘크리트를 펌프압송하는 경우에는 골재 제조공장에서 골재의 강제흡수를 실시하므로 레미콘공장에서도 스프링쿨러에 의해 골재에 살수(撒水)를 계속한다.

(2) 경량골재의 단위용적중량은 ±5%의 범위로 정리한다.


3.배 합

(1) 워커빌리티 및 내동해성을 고려하여 AE콘크리트로 한다. 공기량은 일반적으로 보통콘크리트인 경우보다 1%정도 크게한다.

(2) 내동해성에서 정하는 물시멘트비의 최대치는 보통콘크리트인 경우보다 5%작게한다. 또 수밀성에서 정하는 물시멘트비는 보통콘크리트와 같이 55%이하로 한다.


4.혼합, 운반 및 타설

(1) 혼합시간은 KS F 2455 "믹서로 혼합된 콘크리트속의 모르타르의 차 및 굵은 골재량의 차 시험방법"에 의하는 것을 원칙으로 하나, 갈제 비빔믹서를 이용하는 경우 1분 이상, 가경사믹서를 이용한 경우 2분 이상을 표준으로 한다.

(2) 슬럼프 8㎝이상인 경우 경동형애지테이터차를 이용할 수가 있다.

(3) 현행의 콘크리트펌프에서는 슬럼프 17∼20㎝이상이 아니면 압송이 안되므로 원칙으로 유동화 콘크리트로 한다. 이 경우 유동화후의 슬럼프는 18㎝이하로 하고 유동화폭은 5∼8㎝로 한다.

(4) 콘크리트의 상면은 굵은 골재를 압입하도록 하여 마무리 한다. 이 경우 작업이 과대하기 쉬우므로 블리딩이 많아지므로 주의를 요한다.

5.양생
타설후 적어도 5일간 습윤상태로 유지한다. 얇은 부재의 경우는 건조에 의해 인장강도 또는 휨강도가 저하되기 때문에 막양생을 시공하는 것이 바람직하다.

6.구조세목
(1) 경량골재 콘크리트는 빠뜨리기 쉬우므로, 충격을 받는 부분에는 보강철근을 배치한다. 또 부재의 모서리는 큰 면따기를 실시한다.
(2) 큰 충격하중을 받을 우려가 있는 도로교의 지복, 난간 등에는 사용을 피하는 것이 안전하다.


한중콘크리트


寒中콘크리트는 일반적으로 한냉기와 극한기로 나누며, 콘크리트를 부어넣은 후부터 28일까지의 월평균기온이 10∼20℃인 달을 포함하는 경우에 한랭기라 한다. 평균기온이 2℃이하의 달을 포함하는 기간을 극한기라 한다.

극한기에 있어서는

① 시멘트는 기온이 0℃ 이하일 때는 보온시설된 창고는 저장하고 절대로 가열하지 않는다.
② 물의 사용량을 적게 하고, 물ㆍ시멘트비를 60％이하로 하여 표면활성제를 쓰도록 한다.
③ 콘크리트면은 주의를 둘러막고 5℃ 이상으로 보온한다.
④ 재료의 가열은 다음과 같이 한다.
冬期工事에서 여름철과 같이 동일 콘크리트로 하기 위해서는 물ㆍ시멘트비를 여름철보다 작게 해야하므로 시멘트강도를 15∼75㎏/㎠ 적게 본다.

防凍用으로 쓰이는 소금, 염화칼슘, 간수 등은 거의 동일한 성질로서 結氷點은 0℃이하로 되고 응결시간이 단축되는 급결제(accelerating agent, accelerator)가 되기도 하지만, 철근을 녹슬게 할 우려가 있으므로 무근콘크리트에만 쓰도록 한다.



플라이애쉬 재활용고성능 콘크리트

화력발전소에서 생성되는 플라이애쉬를 건설산업에 활용하기 위한 연구는 91년부터 시작됐다. 그러나 플라이애쉬의 재활용은 주택 2백만호 건설 당시, 최적 배합을 무시한 부실과 맞물려 더욱 더 쓸모없는 천덕꾸러기 신세가 됐다. 플라이애쉬 활용이 무용지물이라는 인식이 널리 퍼졌고, 이로 인해 이 분야의 연구가 거의 중단되다시피 했다. 그러나 플라이애쉬의 활용 가능성을 인지한 연구팀은 지속적인 연구를 거듭해 93년 진해건축현장에서 5백kg/cm2의 고강도 콘크리트를 적용한 결과 좋은 성과를 얻었다.

94년 중반, 울산석유화학지원(주)에서 공단내 열병합발전소에서 발생하는 플라이애쉬를 한 보따리 들고 찾아왔다. 이를 재활용할 수 있게 연구해 달라는 부탁이 이어졌다. 이는 열병합발전소의 플라이애쉬를 콘크리트에 사용하려는 최초의 시도였다. 원탄의 종류와 함유된 산화칼슘함량에 따라 원료를 구분짓는 KS규격에는 F등급만 규정돼 있었지만 실제 실험결과 열병합 플라이애쉬는 C급으로 판명됐다. 미국의 ASTM규격에 열병합 플라이애쉬가 C급으로 돼 있어 이를 근거로 실험에 들어갔다. 열병합 플라이애쉬의 품질 및 특성, 콘크리트에 사용할 경우의 경제적인 배합조건과 콘크리트의 여러 특성을 규명하기 위한 1년간의 연구 끝에, 화력발전소의 플라이애쉬보다 초기강도가 높고 내구성, 수화열, 크리프, 건조수축, 내화학 저항성 등이 우수함을 입증해냈다.

이제는 화력발전소 플라이애쉬 재활용의 축적된 기술을 바탕으로 수많은 배합적용을 통해 최적의 배합기술 메커니즘을 규명하고 이를 현장에 직접 적용해야 하는 힘든 작업을 수행해야 한다. 실험실에서는 배합설계 프로그램 개발과 자동배합된 고강도 콘트리트의 성능테스트가 만족스러울 때까지 반복되고 현장에서는 레미콘 차량마다 배합의 최적상태를 검사해야하는 지극히 인내를 요하는 일이 이어진다.

고성능 콘크리트개발의 핵심은 배합기술이다. 이 배합기술을 해외에서 기술이전 받자는 안이한 의견도 있으나 이 기술은 「한국형」이어야 했다. 왜냐하면 콘크리트의 배합재료가 외국 것과 다르므로 배합 메커니즘 또한 다를 수 밖에 없기 때문이다. 따라서 이 분야의 연구는 기능을 익히는게 아니라 기술을 익힌다는 신념이 없으면 불가능하다.

96년 9월, 고성능 콘크리트 연구팀은 2년간의 감회와 더불어 한껏 기대에 부풀어 있었다. 울산 열병합발전소(UPSC) 침조로에 열병합 플라이애쉬를 활용한 고강도 콘크리트를 국내 최초로 타설했기 때문이다. 열병합 플라이애쉬를 콘크리트에 사용한 경우가 국내 최초인데다 발전소 시설에 직접 적용하므로 비교적 안전한 구조물을 그 대상으로 선정해야 했다. 이를 위해 선택된 구조물이 UPSC내의 침전조 사이로다.

94년 건설교통부 국책과제인 「초유동 콘크리트」 개발과제는 원래 화력발전소 플라이애쉬 활용을 목적으로 시작됐다. 그러던 것이 열병합 플라이애쉬 재활용의 연구와 이의 성공으로 「초유동 콘크리트」 개발에도 이 플라이애쉬가 사용됨으로써 일석이조의 효과를 거두게 된 셈이다.

레미콘 품질관리 담당자는 열병합 플라이애쉬를 재활용한 콘크리트를 「신기한 콘크리트」라 부른다. 레미콘공장에서 콘크리트를 제조해 1시간반동안 운반하더라도 점성이 거의 안없어지기 때문이다. 플라이애쉬를 사용한 콘크리트는 슬럼프가 20cm이상, 콘크리트 강도가 3백kg/cm2 이다. 게다가 플라이애쉬 대체율은 시멘트 중량의 30%에 해당한다. 단위체적당 시멘트 중량을 약 1백kg/m2정도 절감할 수 있는 효과가 있다.



중량콘크리트

골재로서 철광석, 중정석(harytes-황산바륨을 주성분으로 하는 암석, 비중 4.5방사선 차폐용 콘크리트의 골재로 쓰임), 철편 등을 사용하여 비중이 큰 콘크리트이다. 조사실(radiation room), 핫 셀(hot cell) 등의 대량의 γ선을 차폐하는 벽에 쓰인다. 보통 쓰이는 것은 비중 3.2∼4.0 정도이다.


무근큰크리트
철근의 보강이 없는 조적조의 기초나 지반 위의 바닥다짐 등에 쓰인다. eksuas이 비교적 크고 단순하므로 골재는 비교적 큰 것을 써서 시멘트를 절약하고, 바다모래나 바다자갈을 써도 무방하다.

용적배합비로 1 : 4 : 8 또는 1 : 3 : 6 정도로 하는 것이 보통이다.


차폐콘크리트 (radiation shielding concrete)
방사능을 차폐하기 위하여 쓰이는 콘크리트로서 중적석, 자철광 등의 골재를 쓴다. 중적석은 바륨염 원료광물로서 화학성분은 황산바륨(BaSO4), 경도 2.5∼3.5, 비중 4.3∼4.6, 흰색, 회색 등이 있다. 분말은 유리제조, 도료의 안료, 고무플라스틱에 쓰이며, 방사선 차폐용 골재로 쓰인다.

자철광은 철흑색, 금속광택이 있는 철광석의 일조응로서 경도 5.5∼6.5, 비중 4.9∼5.2로 자성이 있다. 이를 파쇄하여 방사능 차폐용의 콘크리트골재로 쓰인다.


해수의 작용을 받는 콘크리트
해수에 접하는 콘크리트 및 해안 부근에서 해수의 물거품이나 해풍 등을 받을 우려가 있는 콘크리트에 적용한다. 철근, 기타 재료는 염분에 의하여 유해한 영향을 받지 않도록 저장하고, 물ㆍ시멘트비는 55% 이하로 한다.

철근의 피복두께는 5㎝ 이상으로 하고 해수에 접하는 부분은 8㎝ 이상으로 한다.

콘크리트 부어넣기는 최고조도에서 위로 60㎝와 최저조위에서 아래로 60㎝ 사이의 콘크리트에 대해서 연속적으로 작업하며, 해수와 접하는 부분, 해수의 물거품이나 해풍을 받을 우려가 있는 부분에서는 이어붓기를 하지 않는다. 콘크리트를 부어넣은 후 적어도 재령 4일까지는 직접 해수에 접하지 않도록 한다.

진공 콘크리트
(vacuum concrete)
도로 등의 콘크리트바닥 등에 콘크리트를 부어넣은 직후, 그 표면에 물을 빨아들이는 매트를 깔고 펌프로 물을 받아들여서, 콘크리트의 초기가수량을 줄여 콘크리트강도를 높이려고 하는 방법으로 제작한 콘크리트이다.