서언

 

일반적인 콘크리트를 아무런 조치없이 벽에 쏘아 붙인다면 굵은 골재는 튀어나오고(Rebound), 시멘트 모르타르는 벽을 타고 흘러내릴 것이다. 그러나 여기에 빨리 굳어지게 하는 급결제를 넣고, 쏘아 붙이면 굵은 골재도 튀어나오지 않고 시멘트 모르타르도 흘러내리지 않으며 벽에 붙어 굳어지게 되는데, 이것을 숏크리트라고 한다. 따라서 이번 강좌에서는 이와같이 이용하는 숏크리트에 대하여 정의, 분류, 자재, 요구성능에 대해 기술하고, 다음강좌에서는 제조방법, 시공 및 품질관리에 대하여 소개해 보고자 한다.

 

 

정의 및 분류

 

숏크리트(Shotcrete, Sprayed concrete)란 콘크리트 표준시방서 용어의 정의에 의하면「컴플셔(컴프레셔) 혹은 펌프를 이용하여 노즐위치까지 호스 속으로 운반한 콘크리트를 압축공기에 의해 시공면에 뿜어서 만든 콘크리트」라고 되어있다. 결국, 숏크리트란 총의 발사개념의 Shot와 콘크리트의 Crete를 복합한 합성어이고, 뿌리는 개념의 용어로써 분무된 콘크리트로 Sprayed concrete로 일컬어 지고 있다.

이와같은 숏크리의 용도는 다음과 같은 곳에 주로 이용된다.

① 경사갱, 연직갱을 포함하는 터널 및 지하 공간건설

② 법면 보호를 목적으로 하는 사면안정공사

③ 터널, 댐 및 교량 등 구조물의 보수·보강 공사

특히, 터널 및 지하공간에 이용되는 숏크리트는 사용 목적에 따라 다음의 두가지로 분류된다.

① 임시지보재 : 구조물의 조기 안정화와 굴착 후 지반이완 및 외력에 대한 안전성 확보

② 영구지보재 : 영구적으로 구조재의 역할을 하며 장기간의 구조적 안전성을 확보

①, ② 중에서 1970년대 중반이전에는 임시지보재로 많이 이용되었지만, NATM(New austrian tunnelling method)이 획기적인 터널 공법으로 인정받으면서 영구 지보재로 사용되고 있다.

또한, 숏크리트는 타설방법에 따라 그림 1과 같이 건식과 습식으로 분류된다. 이때 건식이란 시멘트와 골재가 믹서에서 건 비빔으로 혼합된 상태로 압축공기에 의해 노즐로 이송 물과 함께 혼합되면서 분사하는 방법이고, 습식은 시멘트, 골재 및 물을 혼합하여 콘크리트를 만든 다음(레미콘을 이용하기도 함) 압축공기로 노즐로 이송해 분사하는 방법이다. 두 방법간의 특징으로 건식공법은 노즐맨(Nozzle man)의 숙련도 및 능력이 품질에 크게 영향을 미치고, 분진 및 리바운드 발생량이 습식공법보다 많은 것이 단점이다. 따라서 근래에는 습식공법이 건식보다 높은 빈도로 사용되고 있다.

 

 

숏크리트용 자재

 

숏크리트에 이용되는 시멘트, 골재, 혼화재료 및 물은 일반적인 콘크리트와 동일하다. 단, 특징적인 것은 혼화재료 중 급결재와 보강재에 관한 것이다. 

먼저, 급결제의 종류로는 알루미네이트계인 알루민산 나트륨을 주종으로 하는 액상형과 분말형이 있고, 액상형의 실리케이트계와 황산나트륨을 주종으로 하는 알칼리 프리계 및 분말형인 시멘트 광물계가 있다. 이들 급결제는 각기 다른 특성을 보이는데 특히 알루민산 나트륨을 주종으로 하는 경우는 수화반응에 직접 개입함으로써 초기강도 증진은 우수하나 장기강도는 저하하는 반면, 황산나트륨을 주종으로 하는 알칼리 프리계 급결제는 초기 수화반응에 개입보다는 간접적인 급결력 형성으로 인하여 초기강도 증진은 알루민산 나트륨에 비하여 다소 저하하나 장기강도 저하는 거의 없는것이 특징이다. 따라서 어느 급결제를 사용할지에 대하여는 현장조건과 가격 등을 조사한 다음, KS F 2782(숏크리트용 급결제)의 품질규정을 만족하도록 결정하여 사용한다.

보강재인 경우는 철망이나 섬유가 이용되는데, 철망은 KS D 7017(용접철망 및 철근격자)에 강섬유는 KS F 2564(콘크리트용 강섬유)에, 규정된 것으로서, 숏크리트 공법에 적합한 것을 선정하여 이용하도록 한다.

 

 

요구성능

 

숏크리트의 요구성능은 터널 및 지하공간, 법면보호, 보수·보강 등 적용대상 구조물의 목적 및 용도에 적합하도록 소요의 뿜어 붙이기 성능과 숏크리트의 초기, 장기강도 및 내구성능을 설정하여야 한다. 이때, 먼저 뿜어 붙이기 성능은 반발율, 분진농도 및 초기강도로 설정할수 있다. 단, 반발률과 분진농도의 관계가 분명한 경우는 표 1의 분진 농도만으로 관리하고, 관계가 불명확 하고 새로운 혼화재료를 사용하여 숏크리트를 시공하려고 할 경우에는 분진농도와 초기강도 이외에 뿜어 붙이기 성능의 하나로써 반발률의 상한치를 설정하여야 하는데, 일반적으로 20~30 %의 값을 표준으로 한다. 숏크리트의 초기강도 값은 표 2와 같다.

 

<표 1. 분진농도의 표준값>

환기 및 측정 조건	분진농도 (mg/㎥)
•환기조건: 갱내 환기를 정지한 환경  •측정방법: 뿜어붙이기 작업개시 5분 후로부터 원칙으로 2회 측정   •측정위치: 뿜어붙이기 작업 개소로부터 5m지점	5이하

 

<표 2. 숏크리트의 초기강도 표준값>

재령	숏크리트의 초기강도 (MPa)
24시간	5.0~10.0
3시간	1.0~3.0

 

 

숏크리트에 보강섬유를 사용하는 경우의 성능으로는 초기 및 표준재령 강도 이외에 휨강도와 휨인성을 설정한다. 단, 보강섬유를 사용할 경우에는 섬유 뭉침 현상(Fiber ball) 및 노즐막힘 현상이 발생할 수 있으므로 이점도 유의해야 한다.

숏크리트의 설계기준 강도는 재령 28일로 설정하는데, 그 값은 21 MPa 이상으로 한다. 단, 영구 지보재 개념으로 숏크리트를 타설할 경우에는 설계 기준강도를 35 MPa이상으로 한다. 또한, 암반과 숏크리트간의 부착강도는 1.0 MPa 이상이 되도록 관리한다. 기타, 휨강도와 휨인성, 수밀성 및 장기내구성도 필요한 경우에는 목표 성능을 설정하여 그에 맞게 관리하면 된다.