서언

 

콘크리트는 다양한 측면에서 다양한 형태로 분류될 수 있다. 이중 특히 제조하는 측면에서 분류하면, 시멘트, 물 및 골재를 현장의 믹서로 비벼서 구조체에 타설하는 현장제조 방법, 공장에서 제조된 콘크리트를 현장으로 운반하여 펌프 등으로 타설하는 레미콘 활용방법, 거푸집 속에 굵은 골재를 먼처 채워넣고 미리 배치된 관을 통하여 모르타르를 주입하여 구조체를 완성하는 프리플레이스트 콘크리트 방법 및 공장에서 콘크리트를 제조하여 부재를 만든다음 이것을 현장에 운반하여 조립하는 프리캐스트 콘크리트 방법 등이다.

따라서 이번강좌는 전번 강좌(수중 콘크리트)와 맥을 같이하여 주로 수중에서 많이 이용하는 위의 제조방법 분류중 프리플레이스트 콘크리트에 대하여 현행 콘크리트 표준시방서 내용을 정리하여 소개해 보고자 한다.

 

 

프리플레이스트 콘크리트의 용어 및 개요

 

프리플레이스트 콘크리트는 2003년도 개정 콘크리트 표준시방서에서는 「제 14장 프리팩트 콘크리트(Prepacked concrete)」라고 되어있었고, 2009년도 개정판(제19장)이후부터 현재 사용하는 「KCS 14 20 50 : 2016」에서는 프리플레이스트 콘크리트(Preplaced conrete)로 용어를 바꾸어 규정하고 있다. 그렇다면 이와같이 용어를 바꾸어 규정한 내용은 개정 시방서의 해설에 설명이 필요한데, 유감스럽게도 아무런 언급이 없다. 따라서 이 부분에 대하여 문헌을 조사해본 결과, 프리팩트 콘크리트란 미국의 Prepacked concrete Co.(Instruction prepakt Inc.)가 고안한 프리플레이스트 콘크리트의 한가지 방법으로 모르타르주입에 모르타르의 유동성을 증가시키기 위하여, 인트루전 에이드(Intursion aid)란 혼화재료를 사용하는 것이 특색이다. 인트루전 에이드란 골재 사이에 주입하는 그라우트 모르타르의 주입성을 돕기 위하여 수용성의 셀룰로즈 에테르(Cellose ether)를 주재로 하고, 분산제·점성조정제·증량재 등을 배합한 것이다.

결국 프리팩트 콘크리트는 프리플레이스트 콘크리트 공법 중 한 회사가 개발한 방법인 것으로, 우리나라의 경우 최초의 시방서는 일본 쪽 시방서를 참조하여 프리팩트 콘크리트로 사용해 오다가 미국 시방서와 비교할 때 잘못 표기된 것을 인지하고, 2009년 개정판 부터는 프리플레이스트 콘크리란 용어로 사용하게 된 것이다.

프리플레이스트 콘크리트는 공기중에서 시공되는 경우도 있으나 대부분은 제자리 콘크리트 말뚝이나 해양 구조물과 같은 수중에서 시공하는 경우가 대부분인데, 이 공법이 응용되는 것은 구조물 종류, 중요성, 구조의 크기 등에 따라 다양할 수 있다.

이 공법의 특징으로서는 일반 콘크리트와 같은 방법으로 시공되지 않으므로 배합을 결정하기 어려워 과거의 공사실적을 충분히 고려한 다음 안전측으로 배합을 결정하여야 하고, 또한, 시공이 적절하지 못하면 구조체의 품질 결함을 일으키기 쉬우며, 완성된 구조물의 품질도 확인하기 곤란한 점이 있어 신중을 기하여야 한다.

 

 

자재 및 배합

 

프리플레이스트 콘크리트에 이용되는 자재로서, 시멘트 등 결합재는 특별히 정해진 것은 없고 일반적인 것을 이용한다. 단, 중요한 것은 골재로서 굵은 골재를 먼저 거푸집에 채워넣고 시멘트 모르타르로 그 공극을 채우는 것인 만큼, 굵은골재는 최소치수를 15 mm 이상, 최대치수는 부재단면 최소치수의 1/4이하, 철근 순간격의 2/3 이하로써 최소치수의 2~4배로 한다. 단, 대규모 프리플레이스트 콘크리트인 경우는 굵은골재 최소치수를 40 mm 이상으로 하여 주입모르타르의 주입성을 높혀 주어야 한다. 그러나 공극이 지나치게 크고, 많으면 주입모르타르 양이 많아져서 비 경제적이 될 수 있으므로 이 또한 고려하여야 한다.

잔골재인 경우는 주입모르타르의 주입성을 높이기 위하여 2.5 mm 이상 굵은 입자가 포함되지 않게 표 1과 같이 조립율 1.4~2.2의 범위로 하여 사용한다.

 

<표 1. 잔골재의 표준입도>

체의 호칭치수(mm)	체를 통과한 것의 질량 백분율(%)
2.5  1.2  0.6  0.3  0.15	100  90~100  60~80  20~50  5~30

 

주입 모르타르의 배합은 유동성 및 유동성 유지시간을 갖는 것으로서, 분산제를 이용하여 KS F 2432의 유하시간이 16~20초(고강도는 25~50초)가 되도록 하고, 재료분리는 블리딩율로써 3시간에 3 %(고강도는 1 %)이하로 하며, 팽창성은 팽창재를 이용하여 시험시작 후 3시간에서 5~10 %(고강도 2~5 %)의 팽창성으로 골재와 페이스트의 부착성능을 높혀주어야 한다.

비비기는 0.2~1.5 m3 모르타르 믹서를 이용하는데, 5분 이내에 소요품질을 비벼낼 수 있는 것으로 에지테이터 트럭 및 주입펌프의 능력과 1일 모르타르 주입량 등을 종합적으로 고려하여 여유있게 결정한다.

거푸집의 경우는 특히 고유동의 주입 모르타르가 거푸집과 기초 사이 등의 틈에서 누출되기 쉬우므로 수밀하게 제조 되어야 하고, 또한 굵은 골재 주입 시 충격, 부어 넣을 시의 측압, 바다인 경우는 조수의 변화에 따른 수압 등을 충분히 고려하여 견고하게 제작되어야 한다. 

 

 

시공

 

프리플레이스트 콘크리트의 시공으로 주입 모르타르의 운반, 타설, 양생 및 품질관리는 기존의 보통 콘크리트와 동일하다. 단, 굵은 골재의 채움은 주입 모르타르의 주입관과 검사관을 굵은골재를 채우기 전에 미리 배치하여야 한다. 굵은 골재를 채우는 방법은 거푸집이 수면 아래에 있을 경우에는 밑 열림 버킷선 등을 사용하고, 거푸집 상단이 수면상에 있는 경우에는 거푸집 안에 설치한 임시 호퍼와 투입용 벨트 컨베이어를 이용하여 굵은골재 토출구를 이동시키면서 거푸집 전체에 굵은골재가 균등히 채워지도록 투입한다.

모르타르의 주입으로는 시공수량, 시공기간 및 입지조건을 충분히 고려하여 연속적이고 원활하게 시공되도록 재료의 공급, 모르타르 배치플랜트의 제조능력, 모르타르 배치플랜트에서 주입장소까지의 거리 및 주입펌프의 능력과 대수를 적절히 계획하여야 하며, 예기치 않은 사태에 대처할 수 있도록 예비 펌프를 준비한다. 주입관의 배치로서 연직주입관의 수평거리 간격은 2 m, 수평주입관의 수평간격은 2 m, 연직간격은 1.5 m 정도를 표준으로 한다. 단, 대규모 프리플레이스트 콘크리트인 경우의 주입관은 5 m 전후로 한다. 모르타르의 압송은 모르타르 펌프를 이용하는데, 펌프는 충분한 압송능력을 보유한 것으로서 보통은 피스톤 압송식 펌프가 주로 사용되나 고강도용인 경우는 스퀴즈식 펌프를 사용할 수 도 있다.

프리플레이스트 콘크리는 모르타르의 주입이 중요한데, 이와 관련한 콘크리트 표준시방서의 규정 사항은 다음 표 2와 같다. 

 

<표 2. 콘크리트 표준시방서의 주입에 대한 규정>

3.9 주입 3.9.1 주입 작업 (1) 모르타르의 주입을 중단하여 설계나 시공계획에 없는 시공이음을 두는 것은 중대한 약점이 되므로 이는 절대로 피하여야 하며, 모르타르의 주입은 설계와 시공계획에서 정한 시공 면까지 계속하여야 한다. (2) 주입 작업 중 기계고장이나 급격한 일기변화 등 부득이한 사정이 생겨 주입을 중단 할 경우, 주입이 중단된 지 2~3시간 정도 이내이고, 이미 주입된 모르타르가 아직 응결되지 않아 충분한 유동성을 지니고 있을 경우에만 특별한 조치를 취하지 않고서도 다시 주입할 수 있다. (3) 계획 높이 면 부근의 모르타르는 물에 의해 희석되며 팽창구속의 저하 등의 영향에 의해 품질이 상당히 떨어지는 경향이 있어 쳐 올린 후 짧은 주입관을 써서 부배합의 모르타르를 재주입하여 품질이 저하한 모르타르를 배제하든가 경화한 후에 제거하여야 한다. (4) 주입은 최하부로부터 시작하여 상부로 향하면서 시행하며, 모르타르면의 상승속도는 0.3~2.0 m/h 정도로 하여야 한다. (5) 주입은 거푸집 내의 모르타르 면이 거의 수평으로 상승하도록 주입 장소를 이동하면서 실시하여야 한다. 이를 위해 펌프의 토출량을 일정하게 유지하면서 적당한 시간 간격으로 주입관을 순차적으로 바꿔가며 주입하여야 한다. (6) 연직주입관은 관을 뽑아 올리면서 주입하되 주입관의 선단은 0.5~2.0 m 깊이의 모르타르 속에 묻혀 있는 상태로 유지하여야 한다.    <이하 생략>