서언

 

물과 연관한 콘크리트로써 이전 강좌에서는 콘크리트 구조물에서의 누수 및 방수(제 281회), 수밀 콘크리트(제 282회)에 대히여 소개한 바 있다. 이번 강좌에서는 전 강좌의 연속으로 물속에서의 콘크리트 특성, 수중 불분리 콘크리트의 요구성능 및 수중 콘크리트 타설 등과 연관한 수중 콘크리트에 대하여 소개해 보도록 한다.

 

 

물속에서의 콘크리트 특징

 

건축 구조물인 경우는 물이 많이 나고 배수가 불가능한 지하층 공사나 하천변의 기초공사와 같은 경우 및 현장 타설말뚝, 지하 연속벽에서는 수중 콘크리트를 이용하게 되고, 토목공사인 경우는 수중 교량의 교각 및 항만 공사 등에서는 폭넓게 이와 같은 수중 콘크리트가 이용 되어 진다.(사진 1참조)

그런데, 강이나 바다에 건설하고자 하는 신설 교량에 아무런 대책없이 물속에 콘크리트를 떨어트리는 방법으로 타설한다면 어떤 문제가 발생할까? 특히 흐르는 물일 경우라면 콘크리트가 씻겨저서 시멘트는 흙탕물처럼 되어 떠내려가고, 모래 ·자갈 등 골재만 남는 재료분리가 발생하여 제품의 균일성, 신뢰성이 저하하고, 특히 다짐을 할 수도 없으니 강도 및 내구성이 저하하며, 철근과의 부착성도 크게 저하한다.

특히 최근에는 수질오염 등 환경파괴와 관련하여서도 문제시 됨으로 엄격한 성능을 확보하도록 법 및 시방서에서는 그 품질을 규정하고 있다. 

 

 

수중 불 분리 콘크리트의 요구성능

 

일반 수중 콘크리트와 달리 특히 수중 불 분리 콘크리트에 있어서는 다음과 같은 성능이 요구된다.

 

(1) 수중분리 저항성

수중 콘크리트에서 제일 중요한 것은 물속에서 재료분리가 발생하지 않도록 막는 것이다. 즉, 수중  불 분리제라는 약을 넣어 주어서 콘크리트를 제조하여야만 하는데, 결국 이것은 점성을 높여주는 증점제인 것이다. 따라서 이때 주로 이용하는 수중 불 분리제는 표 1과 같은 셀룰로오스계, 아크릴계의 증점제 및 기타 소포제, 경화 촉진제 및 고성능 감수제 등 혼화제가 사용되고 있다. 이때, 수중 불 분리제의 작용으로는 사용성 고분자인 수중 불 분리성 혼화제가 수소결합에 의해 혼합수의 일부, 즉 결합수를 수중 불 분리성 혼화제의 주위로 잡아당기는 형태로 혼합수 내에 분산되고, 나머지 자유수는 분산된 고분자의 망상 조직내에 갇힌 상태가 되어 자유로운 유동을 할 수 없기 때문에 콘크리트의 항복치가 높아 진다. 결국, 시멘트 입자와 골재는 항복치가 높은 고 점성물에 감싸인 상태로 있어 외부의 물과 접촉해도 사진2의 (2)와 같이 되어 물속에서 씻기지 않는 재료분리 저항성을 갖는 것이다. 

따라서 수중 불 분리 콘크리트는 수중 불 분리제를 반드시 넣어주어야만 하는데, 이때 수중 불 분리성은 수중 불 분리도 혹은 수중/기중 강도비로 설정 및 관리 한다. 수중 불 분리도 시험은 한국콘크리트학회 규준인(KCI-AD 102)에 규정되어 있는데, 현탁 물질량은 50 이하, pH는 12.0 이하이고, 수중 기중 강도비는 수중 분리 저항성의 요구가 비교적 높은 경우 0.8 이상, 일반적인 경우는 0.7 이상으로 규정되어 있다.

 

(2) 유동성  

일반적으로 물속에서 타설하는 콘크리트는 다짐을 할 수 없는 경우가 많다. 따라서 타설방법 및 용도에 따라 다르기는 하지만 중간정도의 질기(슬럼프 120~180 mm)가 요구 되어 진다, 단, 현장타설 말뚝 및 지하연속벽에 설계기준강도 50 MPa를 초과하는 고강도를 요구하는 경우는 스스로 채워질 수 있는 슬럼프플로 500~700 mm의 고유동 콘크리트가 이용되어 진다. 

 

 

수중 콘크리트 타설

 

물속에서 콘크리트를 타설할 수 있는 장비는 다양한 것이 있다. 즉, 옛날에 쓰던 방법으로는 콘크리트를 포대에 담은 다음 수중 타설면으로 내린후 밑을 열어주는 「밑열림 포대 콘크리트 공법」, 콘크리트를 상자에 담아 물밑 타설면으로 내린다음 상자 밑을 열어주는 「밑열림 상자에 의한 타설공법」이 있었으나 현재는 거의 쓰이지 않는다. 또한, 과거부터 현재에도 이용하는 방법으로는 원통형 관으로 된 트래미 혹은 특수 트래미에 콘크리트를 넣고 타설면으로 콘크리트를 보내는 것으로 밑바닥이 열리는 방식에 따라 바닥마개식, 플런저식, 개폐식 등이 있다.

최근에 가장많이 이용하는 수중 콘크리트 타설 방식은「콘크리트 펌프 타설 공법」으로 펌프의 붐 선단을 수중 콘크리트 타설면까지 내려 넣고 타설하는 공법이다. 이 이외에도 굵은 골재를 거푸집에 먼저 채워넣고 가는 입자의 모르타르 상태를 밀어넣는 「프리 플레이스드 콘크리트 공법」(이전에는 프리팩트 콘크리트 공법이라 하였으나 이는 잘못된 영어표현 방식임)이 있고, 지상에서 구조체를 완성한 다음 수중에 설치하는 프리캐스트 콘크리트 방식도 있다.

수중 콘크리트 타설시공과 관련하여서는 먼저, 물속에서 콘크리트 타설전 기본은 물의 흐름을 물막이 등으로 정지시키는 것이다. 어쩔 수 없는 경우는 최소한의 유속인 50 mm/s 정도 이하로 하여야 한다. 다음으로는 타설면으로부터 수중낙하 높이는 콘크리트 속에 박아 넣거나, 가능한 낮게 하여 0.5 m 이하로 한다. 또한, 펌프타설일 경우 그 압송 압력은 일반 콘크리트보다 크게하고, 타설속도는 1/2~1/3 정도로 하는데, 수중 이동거리는 5 m 이하로 가능한 짧게 하며, 끊임없이 연속타설을 하도록 한다.

결론적으로 물속에서의 콘크리트 타설은 육상에서 직접 눈으로 확인하며 진행하는 것과 달리, 확인할 수 없다는 것이 특징이다. 따라서 어느 경우보다 타설 기능공의 성실시공 여부가 품질을 크게 좌우하는 것인 만큼 적절한 시공법의 선정 및 시공품질 관리가 중요하다. 그리고 수중 구조물 설계에서는 불확실한 요소가 많을 수 밖에 없으므로 충분한 안전율을 고려하는 것도 필요하게 된다.