그럼 이어서
이제 콘크리트 설계를 완료하고 시험을 통과했다면 이제 거푸집에 타설하는 일이 남았다. 물론 이후에 양생하는 과정까지 거쳐야 하지만... 어쨋든 콘크리트 타설은 크게 비벼서, 운반하고 타설한 후 다짐하는 과정을 거친다.
4. 콘크리트 비비기
우선 배합 설계 이후에는 콘크리트를 비벼 물, 시멘트, 골재 등이 잘 섞이게 해야한다. Mixer을 이용한 기계비빔을 원칙으로 한다. 이론적으로는 입자가 작은 순서대로 물, 시멘트, 모래, 자갈을 투입하지만 실제로는 모래, 시멘트, 물, 자갈 순서대로 넣는다고 한다. 비빔은 가경식 믹서(흔들어서 섞음)일 경우에는 90초 이상 그리고 강제식(회전 날개) 믹서일 경우에는 60초 이상을 표준으로 한다. 콘크리트의 종류에 따라 조금씩 다르다.
이렇게 믹서로 비빔을 한 후에 레미콘을 이용하여 현장으로 공급한다. 레미콘의 사전적 의미는 콘크리트 제조설비를 갖춘 공장으로부터 현장까지 운반하는 굳지 않은 콘크리트이다. 비빔정도에 따라 레미콘의 종류가 구분되는데, Mixer로 비빔을 완료한 후에 트럭으로 현장에 운반하는 것은 Central Mixed 레미콘, Mixer에서 반비빔을 한 후에 레미콘 차량에서 운반하며 나머지 반을 비빔하는 것을 Shrink Mixed 레미콘, 그리고 트럭 Mixer에 재료를 공급하여 운반하면서 비빔을 완료하는 것을 Transit Mixed 레미콘이라고 한다. 레미콘의 경우 90분이내로 타설하는 것이 일반적이며 품질관리를 위해서는 Slump, 공기량 시험 등을 한다.
레미콘을 사용하는 이유는 우선 품질 확보가 우수하고 이에 따라 공정관리나 품질관리가 정확하기 때문이다. 다만 단가가 비싸고 운반 중 차질이 생길 수 있는 우려 등 단점도 있다. 품질, 효율성을 위해서 대부분 레미콘을 사용하지만 현장에서 대용량 믹서를 통해 콘크리트를 비빌 수도 있다.
4. 콘크리트 타설
1) 타설
그렇게 레미콘을 이용해서 현장에 굳지 않은 콘크리트가 반입되면 대부분 콘크리트 타워에 의해 타설을 한다. 믹서에서 버킷으로, 그러면 엘리베이터를 통해 타워호퍼(깔대기)로 들어가고 슈트(통로)를 통해 플로어홉퍼(깔대기)로 이동하면 타설을 한다. 이러한 콘크리트타워의 최고 높이는 70m 이하이고 , 15m마다 안전을 위해 당김줄을 설치한다.
* 콘크리트 타워 높이 = (콘크리트 부어넣는 높이) + (타워에서 호퍼까지 수평거리)/2 + 12
콘크리트 타워말고도 Chute(콘크리트 타설용 철제관)로 중력 타설 방법 = Chute 타설, Bucket(바구니)를 크레인으로 운반해 타설하는 방법, Cart(손수레)를 이요하는 방법, Pump를 이용한 방법, V.H. 타설 = 수직, 수평 분리해서 타설하는 방법이 있다. 그중 펌프 압송방식이 가장 일반적으로 사용된다고 하는데 이때 압송관의 치수는 굵은 골재치수에 따라 달라진다. 20, 25mm 즉 일반 콘크리트에서의 굵은 골재치수의 경우에는 100mm의 관, 40mm 골재 즉 단면이 큰 콘크리트의 경우 125mm 이상의 관을 사용한다.
요즘에는 더 다양한 방법들이 나오는 것 같은데 건축시공 책에는 아직 반영이 안된 것 같다.
부어넣을 때는 우선 배근, 배관, 거푸집 등의 상태를 점검한 후 물 축이기를 한다. 그리고 낮은 곳부터 주입하며 거푸집 하부에도 충진성있게 콘크리트를 붓기 위해 묽은 콘크리트를 그리고 상부로 갈수록 된비빔으로 한다. 그리고 비빔장소에서 먼 곳부터 타설하여 이동거리를 짧게 한다. 비빔에서 부어넣기 종료까지 25도 미만일때는 120분 이내, 25도 이상일때는 90분 이내로 비빔 후 굳기 전에 부어넣기를 끝내도록 해야한다.
2) 이음
이음! 콘크리트를 타설할 때 당연히 모든 구조체를 한번에 할 수도 없을 뿐더러 의도적으로 이음부를 만들어 균열에 대비한다. 그래서 '이음=이어치기=Joint(줄눈)'은 중요하다. 이어치기 역시 부어넣기와 마찬가지로 시간간격을 준수해야 하는데 25도 미만일때는 2.5시간 이내, 25도 이상일때는 2시간 이내에 끝내도록 한다. 그렇지 않으면 콘크리트가 굳어버려 이후 타설하는 콘크리트와 일체성이 확보되지 않으면 구조적으로 문제가 생긴다. 이때 생기는 줄눈을 콜드조인트라고 한다. 그래서 이음은 되도록 짧게 그리고 전단력이 작은 곳, 단면이 적은 곳에서 하며 불가피한 경우 강재로 보강을 해야한다.
이전에 정리했던 철근공사에서는 인장력이 적은 곳에서 이음을 했다면 콘크리트의 경우 전단력이 적은 곳에서 이음을 한다. 왜냐하면 철근콘크리트에서 철근은 인장력을 콘크리트는 압축력을 담당하기 때문이다. 그래서 보의 경우 스팬의 1/2 지점에서 수직으로 한다. 기둥의 경우에는 보, 바닥판 또는 기초의 윗면에 수평으로 하는데 수평재, 수직재를 한번에 타설하지 못하기 때문이다. 그리고 캔틸레버의 경우에는 구조상 안전을 위해 이어붓지 않는 것이 원칙이다. 이어치기를 할 때 의도적으로 조인트(줄눈)을 만들기도 하는데 구조적, 시공상의 이유로 설치한다.
시공 시 콘크리트를 한번에 타설할 수 없는 경우, 위에서 설명한 기둥(수직재)은 기초, 보 상부에 수평줄눈이 생긴다. 반면에 균열의 위치를 유동하는 줄눈으로는 신축줄눈과 조절줄눈이 있다. 줄눈은 아무래도 일체성이 떨어지는 만큼 강도가 저하되기 때문에 균열이 발생하기 쉬운데 이를 이용하여 특정부분에서만 균열이 일어나도록 유도하는 것이다. 신축줄눈의 경우 온도변화에 따른 수축, 팽창이나 부동침하, 진동 등 건물 붕괴 우려가 있을 떄 응력을 해제하는 줄눈이다. 단면을 분리하는 줄눈으로 구조물의 수평단면이 급변하는 곳, 증축 부위, 교차부 등에 설치된다. 조절줄눈은 균열을 전체 부분 중에서 일정한 곳에서만 일어나도록 유도하는 줄눈으로 주로 바닥에 설치한다.
이 외에도 장스팬구조에서 신축줄눈을 설치하지 않고 건조수축을 감소하기 위해 타설 간격을 두고 설치하는 지연줄눈(Delay Joint), 미끄럼 줄눈 등이 있다.
4. 콘크리트 다짐
콘크리트 부어넣기가 완료되면 다지기를 통해 밀실하게 충전하고 소요강도를 확보한다. 이외에도 수밀한 콘크리트를 확보하는 등 다짐을 해야한다. 방법으로는 손다짐, 진동다짐, 거푸집다짐 등이 있는데 주로 막대(봉상) 진동기를 이용하여 내부진동을 한다.
공통으로 진동기는 수직으로 사용하는데 내부(봉상) 진동기는 10cm 정도 찔러 넣는데 이때 거푸집이나 철근에 닿으면 안되고 50cm 이하로 중복되지 않게 5~15초 간 다짐을 실시한다. 또한, 구멍이 남지 않게 서서히 빼야한다.
4. 콘크리트 보양
그렇게 콘크리트 타설이 끝나고 다짐까지 완료했다면 이제 기준의 압축강도를 확보할 때까지 거푸집을 존치하고 이후 거푸집을 때어낸 후 설계기준압축강도를 확보할 때까지 보양한다. 기본적으로 직사광선, 비, 눈으로부터 보호하고 3일간은 보행을 금지하며 온도는 5도 이상을 유지한다. 종류로는 습윤양생, 증기양생, 전기양생 등이 있다. 이 중 고온, 증기로 보양하여 단시일에 소요강도를 확보하기 좋아 추운 지역, 한중콘크리트에 유리한 방법은 증기양생이다.
그럼에도
5. 콘크리트 균열...
콘크리트의 균열도 중요한 부분 중 하나. 우선 균열은 초기균열, 하중으로 인한 균열, 재료상 균열, 시공상 균열이 있다.
1) 초기 균열 : 콘크리트를 타설한 후에 굳지 않은 콘크리트에서 나타나틑 균열이다. 표면에 블리딩(재료분리)로 인해 표면증발속도가 빨라지면 소성수축균열이 일어나며, 비중차이가 큰 경우에는 소성침하균열이 일어난다. 그 외에도 수화열로 인해 콘크리트 내부 온도가 상승하여 생각 이상으로 팽창하는 온도 균열이 있는데 온도균열을 방지하기 위해서는 Pre-cooling, Pipe cooling 등의 방법으로 콘크리트 재료를 낮추거나 배관을 이용해 냉각수를 순환시킨다. 주로 서중콘크리트에 사용한다.
2) 하중으로 인한 균열 : 직관적으로 이해하기 쉬운 균열로 큰 하중이 가해지거나, 지진, 부동침하 등이 생겨서 콘크리트(구조)에 무리가 가 발생하는 균열이다. 그리고 크리프 현상이라고, 콘크리트에 일정한 하중을 계속 가하면 하중의 증가없이도 장시간이 지남에 따라 변형이 증가하는 현상이다. 부재가 작고 건조한 환경일수록 증가하게 된다.
3) 재료로 인한 균열 : 시멘트의 이상응결과 팽창, 블리딩으로 인한 콘크리트 침하, 강재부식에 의한 팽창, 알칼리골재 반응, 콘크리트의 중성화, Popout 현상 등이 있다. 이 중 중성화는 대기중의 탄산가스가 콘크리트 내 수산화칼슘과 반응하여 탄산칼슘으로 변하면서 콘크리트가 알칼리성을 잃는 현상이다. 이렇게 되면 배근된 철근의 부식 가능성이 높아지게되며 균열이 발생한다. 알칼리 골재 반응은 시멘트의 알칼리성분과 골재의 실리카 성분이 만나 팽창하는 것으로 비반응성 골재를 사용하거나 저알칼리 시멘트(플라이애쉬, 고로슬래그)를 사용하여 방지하여야한다.
4) 시공상 문제로 인한 균열 : 비빔불량, 품질열화, 타설불량, 콜드조인트 불량, 초기동해피해, 거푸집 충격, 피복두께 부족
결국 이 모든 균열을 방지하지는 못하지만 저감시키기 위해서 노력해야한다.
6. 콘크리트의 종류
콘크리트는 사용하는 환경, 이유, 구조에 따라 달라진다.
1) 한중 콘크리트 : 추운 지역(하루 평균기온이 4도 이하인 지역)에서 사용하는 콘크리트로 초기동해 피해를 방지하는 것 즉 초기양생이 중요하다. 그래서 5MPa 이상일 때까지 5도 이상 유지해서 양생한다. 물이나 골재를 가열하여 비빔하고 가열보온양생, 단열보온양생을 실시한다. 그리고 물결합비는 60% 이하로 하고 조강콘크리트를 이용하며 AE제를 반드시 사용한다.
2) 서중콘크리트 : 더운 지역(하루 평균기온이 25도 이상인 지역)에서 사용하는 콘크리트로 초기발열 문제를 방지하는 것이 중요하다. 수화열로 인해 충전성, 온도균열, 콜드조인트, 건조수축 등의 문제가 발생하기 때문이다. 이와 같은 경우 프리쿨링, 파이프쿨링을 통해 적정온도로 양생해야하며 35도 이하에서 타설해야한다. 중용열시멘트, 플라이애쉬 등을 이용하며 최소 하루정도는 습윤양생을 해야한다(시방서 규정은 5일 이상).
3) 매스콘크리트 : 단면이 80cm이상(하부가 구속된 경우 50cm이상) 벽체에서 콘크리트의 내부온도와 외부 온도 차가 25도 이상으로 예상될 때 사용하는 콘크리트로 중용열시멘트를 사용하고 굵은 골재를 많이 넣어서 잔골재율을 작게 하는 것이 중요하다.
4) 프리스트레스트 콘크리트 : PS 강재(Prestressing Steel)를 이용하여 인장력을 가한 콘크리트이다. 프리텐션과 포스트텐션 방법이 있으며 프리텐션은 강재에 인장력을 가한 후 콘크리트를 타설하는 공장제작형으로 대량으로 제조할 수 있지만 대형부재 제작하기에는 어렵다. 포스트텐션의 경우에는 현장에서 시스(강관)을 미리 설치하고 콘크리트를 타설 후 시스(강관)에 강재에 인장력을 가한 후 그라우팅(시멘트, 모르타르 주입)을 통해 인장력을 전달하는 방법이다. 이렇게 프리스트레스트 콘크리트를 사용하면 장 스팬 구조에서도 균열 발생이 없으며 효율적인 부재를 만들 수 있고 내구성, 복원성이 큰 장점이 있다. 하지만 항복점 이상에서는 진동과 충격에 약하다는 것, 그리고 화재에 약하기 때문에 내화피복이 반드시 필요하다.
5) 프리팩트 콘크리트 : 굵은 골재를 먼저 거푸집에 넣고 그라우팅(특수 모르타르 주입)하는 방법으로 미리 골재를 넣기 때문에 재료분리, 건조수축이 일반 콘크리트보다 1/2로 줄일 수 있다.
6) 경량 콘크리트 : 15MPa 이상이며 건축물을 경량화하고 열을 차단하는데 유리한 콘크리트이다. 자중이 적고 내화성, 열전도율, 방음효과가 크다는 장점이 있지만 강도가 작고 다공질이여서 건조수축이 크다는 단점이 있다.
7) ALC(경량기포 콘크리트) : 규사, 생석회, 시멘트에 발포제(알루미늄 분말)을 넣어 고온고압에서 양생을 하는 콘크리트로 가볍고 단열성, 내화성이 좋기 때문에 건축물이 크고, 높은 경우 사용된다. 다만 흡수성이 크기 때문에 외벽에 방수코팅을 해야한다.
8) 수밀 콘크리트 : 콘크리트의 밀도를 높이는 방법으로 물결합재비를 50% 이하로 하고 굵은 골재량을 늘리며 공기연행제, 감수제 등으로 단위수량을 줄이는 것이 원칙이다. 다만 공기량은 4% 이하로 하고 이어치기를 하지 않아야한다.
9) 중량 콘크리트(차폐용 콘크리트) : 중정석, 자철광 등 골재를 사용하여 방사선을 차폐할 목적으로 쓰이는 콘크리트
10) 쇄석(깬자갈) 콘크리트 : 현무암, 안산암 등을 쪼개서 사용하는 것으로 골재의 표면이 거칠기 때문에 강도가 10~20% 증가하지만 시공연도가 좋지 않아 AE제를 사용한다. 그리고 쇄석량(자갈량)을 줄이고 모르타르, 모래량을 늘림으로서 시공연도를 보정한다(시멘트량은 동일).
11) 쇼트크리트(Shot crete) : 건나이트라고 하며 모르타르를 압축공기로 뿜어내어 바르는 방법으로 수밀성, 강도, 내구성이 크지만 다공질이여서 균열이 발생하기 쉽게 외관이 별로다.
12) 제물치장 콘크리트(외장용 노출 콘크리트) : 노출면 콘크리트자체가 마감면이 되는 것으로 부배합, 된비빔으로 하며 자갈은 20mm 이하로 가용하고 벽, 기둥은 이음없이 한번에 꼭대기 까지 넣는다. 그리고 마감을 하지 않기 때문에 일반 콘크리트보다 1cm 정도 이상으로 피복두께를 확보한다. 거푸집은 표면이 평활한 강재 거푸집이나 유로폼 사용.
13) 진공 콘크리트 : 콘크리트가 굳기 전에 진공 매트로 수분과 공기를 흡수하면서 다지는 것으로 초기강도와 내구성을 향상시킨 것으로 동결융해 저항성, 건조수축량 감소 등 효과가 있지만 비싸다.
14) 해양 콘크리트 : 해양의 경우 염분이 많은데 그래서 중용열 시멘트에 화학적 침식을 방지하기 위한 고로시멘트, 플라이애쉬, 수지 콘크리트, 폴리머 함침 콘크리트 등을 혼입한다. 피복두께는 70~90mm로 하고 물결합재비는 40~50%로 한다.
15) 고강도 콘크리트 : 일반 콘크리트의 경우 40MPa 이상, 경량 콘크리트의 경우 27MPa 이상의 콘크리트로 물결합재비 50% 이하, 슬럼프는 15cm 이하로 하는 것으로 공기 연행제를 사용하지 않는 것이 원칙이다. 왜냐하면 AE제를 사용하면 1% 당 강도가 4~5% 감소하기 때문이다. 다만 경우에 따라 사용하는 경우도 있음.
* 폭렬현상 : 고강도 콘크리트의 경우 내외부 온도차로 내부에 수증기가 폭발하는 현상이 일어나며 유의해야한다
16) 섬유 보강 콘크리트 : 유리, 강, 탄소섬유를 콘크리트에 넣어 균열 감소, 강도 증진을 한 콘크리트이다. 다만 유리섬유의 경우에는 알칼리골재 반응에 유의하여한다(유리에는 이산화규소= SiO2, 실리카가 포함되어있기 때문에).
17) 폴리머 시멘트 콘크리트 : 유기고분자(폴리머)를 이용하여 물, 시멘트 등을 대체하여 경화시킨 복합재료로 고강도, 경량성, 수밀성 등의 효과가 있지만 내화성이 좋지 않고 비싸다.
18) 프리캐스트 콘크리트 : 공장에서 제작하는 콘크리트로 현장에서는 조립만 하면된다.
이렇게 콘크리트 공사 끝
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