한중콘크리트의 시공 3

한중콘크리트의 시공(Ⅰ)

Ⅲ. 콘크리트 運搬 및 打設

1. 콘크리트 제조시 주의사항

한중콘크리트의 제조시에는 특별한 주의를 해야 하며 고려해야 할 사항에 대해 기술하면 다음과 같다.

(1) 타설시 콘크리트의 온도는 10∼20℃를 원칙으로 한다.

(2) 레디믹스트 콘크리트 공장은 타설시에 소요되는 콘크리트의 온도를 얻을 수 있도록 운반시간을 고려하여 위치를 선정한다.

(3) 콘크리트의 반죽시의 온도는 기상조건 및 운반과 타설에 따른 시공조건 등을 고료하여 정한다.

(4) 시멘트는 어떤 방법으로도 가열해서는 안되며 가열한 재료를 믹서에 투입하는 순서는 시멘트가 급결하지 않도록 정해야 한다. 시멘트를 투입하기 직전의 믹서내의 골재 및 물의 온도는 40℃를 넘지 않도록 한다.

(5) 방동제를 사용한 한중시공시 타설직후의 콘크리트 온도는 5℃이상 요구된다.(RILEM)

(6) 운반조건 및 시간에 따라 재료의 분리나 소성(Plasticity)을 잃지 않도록 하기 위해 1시간에 5∼6℃이상 냉각되지 않게 콘크리트배합 및 온도를 결정한다.(RILEM)

2. 運搬中 콘크리트의 손실 온도 계산법

ACI에 따르면 콘크리트 운반시간 1시간 동안에 손실되는 온도는 다음의 실험공식에 의하여 조건별로 구분할 수 있다.

회전드럼 믹서기 : ΔT=0.25(Tr-Tc) ............................(1)

덮개를 씌운 트럭 : ΔT=0.10(Tr-Ta) ...........................(2)

덮개가 없는 트럭 : ΔT=0.20(Tr-Ta)............................(3)

여기서,

ΔT : 운반중 예상되는 손실온도 (℃)

Tr : 현장에서 요구되는 콘크리트의 온도(℃)

Ta : 주위의 온도(℃)

따라서 플랜트에서 필요한 콘크리트의 온도는 Tr+ΔT로 된다.
RILEM의 한중콘크리트 시공지침에서는 시공중 콘크리트의 온도 손실을 1시간당 콘크리트와 주위의 기온차의 15%로 하고 있다.

즉, T₂ = T₁ - 0.15(T₁ - Ta)t

여기서,

Ta : 주위의 기온(℃)

T₁ : 반죽시의 콘크리트온도(℃)

T₂ : 타설종료시의 콘크리트온도(℃)

t : 반죽시부터 타설종료시까지의 시간(h)

ACI와 RILEM의 기준은 적용상 운반장비에 따라 약간의 차이를 가지고 있으나 반죽시부터 타설까지의 주어진 상황에 따라 어느쪽을 적용하여도 무방하다고 생각되면, 우리나라와 일본은 RILEM의 값을 참고로 하고 있다.

ACI기준적용의 예를 들면

회전드럼 믹서기에 콘크리트를 넣고 1시간동안 계속하여 교반할 때 대기온도를 -1℃, 운반 후 현장에서의 콘크리트의 온도가 적어도 16℃가 되어야 하는 경우에는 공식(1)에 의하여

ΔT = 0.25(Tr - Ta) = 0.25(16 + 1) = 4.2℃이다.

따라서 4.3℃의 온도손실을 고려하여 플랜트에서의 콘크리트는 적어도 21℃를 유지해야 한다.

上記한 예와 똑같은 조건으로 드럼믹서기는 콘크리트 배합과 배출시만 회전시킨다면 이 경우에는 공식(3)이 가장 적합하다.

ΔT = 0.20(Tr - Ta) = 0.20(16 + 1) = 3.4℃

따라서 3.5℃의 온도손실을 고려하여 플랜트에서의 콘크리트는 적어도 20℃를 유지해야 한다.
회전드럼 믹서기에 비해 믹서트럭은 운반중에 절대적으로 필요한 회전만 해주므로 온도손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.

3. 準備 및 打設

한중콘크리트의 시공시에는 콘크리트 타설에 앞서 타설면이나 거푸집, 철근 등에 부착되어 있는 빙설을 예비가열에 의해 완전히 제거하여 동결되지 않도록 한다. 동결된 지반위에 콘크리트를 타설하면 급격한 온도저하를 초래하고 또 동결한 지반이 녹았을 때 콘크리트가 침하한다. 따라서 마무리한 지반이나 거푸집의 지주를 세울 지반은 콘크리트 타설때까지 동결하지 않도록 시트등으로 덮고 필요하면 投光器, 히타(Heater)등으로 보온한다.

이미 동결되어 있을 경우는 적절한 방법으로 녹인 후에 콘크리트를 타설해야 한다.

타설에 있어서는 양생계획에서 정한 온도이하로 콘크리트가 냉각되지 않도록 조치해야 한다.<표3>의 온도기준을 다소 수정하여 우리나라 콘크리트표준시방서에 제시하고 있는 온도기준일례는 <표12>와 같다.

<표12> 寒中콘크리트의 시공에 있어서의 콘크리트의 온도기준일례
 

Ⅳ. 養生計劃

1. 양생계획의 일반

(1) 양생계획

양생계획은 콘크리트가 초기동해를 받지 않고, 기준재령내에서 배합강도가 얻어지도록 초기양생 및 <보온양생 양자를 고려하여 정한다. 초기양생 및 보온양생방법은 다음에 설명할 가열보온양생과 단열보온양생 중 적절한 방법을 선정한다.

콘크리트의 양생계획은 양생온도와 기상통계치에 따라 외기온을 가정하고, 이에 따라 배합게획을 세운다. 소정의 온도와 습도를 예정된 기강에 유지하여 콘크리트가 소요의 성능을 얻도록 보온의 종류와 방법을 결정하고 그 준비를 하기 위해 양생계획을 세운다. 한중콘크리트의 시공에 있어서 특히 중요한 사항은 다음과 같다.

① 초기양생을 반드시 실시해야 되고 초기동해방지를 위해 필요한 압축강도, 즉 초기 동행내력이 얻어지는 지를 확인할 것

② 기준재령내에서 배합강도가 얻어지도록, 그리고 거푸집 제거를 위해 필요한 강도가 얻어지도록 초기양생에 이어 보온양생을 계속할 것

③ 구조물이 최종적으로 필요로 하는 강도, 내구성, 수밀성 등의 소요성능이 얻어지도록 할 것

양생계획을 결정짓는 중요한 인자는 다음과 같다.

① 기상조건

② 구조물의 규모, 형태

③ 콘크리트의 품질, 시공의 시방서규정

④ 工 期

⑤ 공사비

한중에 있어서도 저온외에도 風, 雪등이 수반되는 경우가 많고, 콘크리트타설 및 양생을 하기전에 거푸집조립 및 철근조립작업도 행해진다. 따라서 이러한 작업에 종사하는 노동자의 건강과 안전을 확보하고, 능률저하를 줄이며, 양호한 시공정도를 유지하는 것도 양생계획을 정할 때 실제로 중요한 조건이 된다.

한중도 기본적으로 溫暖의 시기와 양생목적이 다르지 않다. 콘크리트 타설시 콘크리트가 저기온에 접하게 되면, 강도발현이 현저히 저하하거나 동경의 위험이 생긴다. 더구나 강설이나 강풍을 수반하게 되면 사태는 더욱 악화되어 작업진행까지도 곤란하게 된다. 이러한 사태를 미리 예상하여 주의깊게 강생계획을 세워 공사를 진행하면 현장의 혼란을 방지할 수 있다. 그러므로 한중에서의 양생계획은 준비기간에 여유를 갖고 갑작스런 한파의 기습에도 대처할 수 있도록 합리적이고 경제적인 계획을 세워야 한다. 특히 한중양생비용은 상당한 금액이 소요되므로 이 점에 주의한다.
다음에 양생계획의 입안과 양생종류에 대해 서술한다.

① 외기온조건

외기온조건은 양생계획을 세우는데 가장중요한 조건이 된다. 콘크리트 타설후 28일까지의 적산온도값이 370。DㆍD이하라 하여도 일최저기온이 0℃이하로 예상되지 않는 경우는 간단한 단열보온이 좋으므로 특별한 계획이나 준비는 필요하지 않다.

② 양생 및 배합계획

양생방법과 배합계획은 밀접한 관련이 있다. 일최저기온이 0℃이하로 예상될 경우는 콘크리트가 동결할 위험이 있다. 이 경우에는 富配合으로 하거나 조강시멘트를 사용해도 동결을 방지할 수 없다.따라서 초기양생을 반드시 실시하여 동결을 방지한다.

③ 초기양생계획

외기온조건과 공정 등에 따라 콘크리트강도가 50kg/cm², 또는 35kg/cm²을 얻는 것을 목표로 양생온도와 기간을 설정한다. 양생온도는 콘크리트의 모든 부분이 0℃이상이 되도록 하고 가열보온양생의 경우는 5∼10℃를 목표로 한다.

④ 보온양생계획

이는 기준으로 한 재령에서 강도나 배한강도를 초기양생만으로 얻을 수 없는 경우에 행하는 것이다. 양생방법은 초기양생에 준하여 계획한다. 양생온도는 0℃이상을 유지하고, 노출면은 틈새가 없도록 덮고, 국부적으로 냉각이 없도록 한다.

⑤ 급냉방지와 건조방지

보온되어 있는 콘크리트를 급격하게 저온의 외기에 접하게 하면 온도차 및 건조에 따라 균열을 발생시켜 해롭다. 초기양생 종료후 노출면은 2일 이상 양생하고 서서히 식히도록 한다. 가열보온양생을 행하는 경우에는 지나친 건조상태가 되기 쉬우므로 양생기간중 散水 등으로 보온에 힘쓰도록 계획한다.

(2) 통계치를 사용, 외기온 추정

예상되는 외기온값 가정에는 일별평활평년치를 사용하거나, 旬(10일) 또는 半旬(5일) 통계치를 써서 추정한다.

예상되는 외기온의 가정에는 일별평활경균치를 사용하거나 이 값을 얻어지지 않는 경우 旬 또는 半旬의 통계치를 사용한다. 여기서, 일별평활평년치는 기상대의 관측치의 半旬(5일)마다의 평균치를 구하고 이들의 평균치가 수개의 正弦波의 합으로 나타나는 것으로 하며 각각의 진폭과 위상을 결정하고 이로부터 매일의 値를 계산한다. 기상대의 관측치가 없는 지구에서 공사를 할 경우는 통계치가 있는 인접도시의 자료를 참고로 한다. 局地的으로는 인구가 집중된 시가지 보다 교외는 1℃ 이상 기온이 낮고 또 고저차 100m 마다 0.5-0.6℃의 온도저하를 보이고 있다. 따라서 왼기온의 가정에는 이들의 보정을 생각해 둔다.

(3) 강설에 따라 上屋(지붕씌우기)등을 설치한다.

한중콘크리트 시공에 있어서 강설이 있으면 거푸집 내부에 눈(雪)이 들어가고 철근에 빙설이 부착되어, 공사에 지장을 주고 구조물과 노동자 안전에 중대한 영향을 미친다. 거푸집 내부에 있는 눈(雪)의 제거는 용이하지 않다. 더구나 저설에 한기가 가해지면, 융해한 빙설이 재동결하여 그 제거는 더욱 곤란하다. 착설한 그대로 콘크리트를 타설한 경우는 후에 그 부분에 허공이 생기는 수가 있다. 따라서 적설이 많은 지역에서는 강설시기에 공사를 안전하게 진행시키기 위해서는 양생상옥 등을 설치할 필요가 있다. 後述하지만 양생상옥은 고가이며, 그 준비와 가설에 시간을 요하므로 구조와 가설기간을 신중하게 검토한다.

(4) 노출면에 대한 조치

계획한 초기양생과 보온양생을 종료한 후, 설계기중 강도가 얻어지기까지는 콘크리트가 심한 동결융해를 받지 않도록 노출면에 적절한 조치를 취한다.

일반적으로 거푸집에 싸여있는 부분은 어느정도 보호되며, 보온되어 있으므로 오염되거나 손상을 받는 것은 적다. 그러나, 슬래브등의 상면은 더러워지기 쉽고 유해한 충격을 받기 쉽다. 특히 돌출한 베란다 및 난간은 냉각되기 쉽고, 보온 곤란하여 양생정도가 나쁘게 되며 강도발현이 늦어지고 또 습해진 상태가 되는 일이 많으므로 동해를 받기 쉽다. 이렇게 타설되는 콘크리트에는 양생계획을 행하기 어렵거나 피해를 받기 쉬운 부분이 있으므로 적절하게 보호되도록 노력한다. 또 이러한 부분은 덮음이나 거푸집 存置期間을 연장하는 등의 조치를 취해야하는 경우가 있다. <그림3>에 한중콘크리트의 시공과 양생계획의 관련도가 나와 있다. (<그림3>참조)

2. 初期養生

초기양생은 반드시 보온양생에 따라 타설한 콘크리트의 어느 부분에 대해서도 그 온도가 0℃ 이하가 되지 않도록 한다.

일본의 건축기본법 시행령 제 75조에는 콘크리트의 양생에 대한 규정이 있는데 「콘크리트 타설중이나 타설후 5일간은 콘크리트의 온도가 2℃이상 내려가지 않도록 하고, 또한 건조, 진동 등에 따라 콘크리트의 응결 및 경화가 방해되지 않도록 해야 한다.」고 규정하고 있다. 또한 JASS 5.7.2-a에도 「콘크리트 타설후는 散水 및 기타의 방법으로 습윤하게 하고 일광의 직사, 급격한 건조 및 한기에 대해 적당한 양생을 하며, 콘크리트의 온도는 2℃ 이상으로 유지하며 그 기간은 5일 이상으로 한다.」고 규정되어 있다. 이것은 각각 한중콘크리트에서는 가장 중요한 초기동해방지의 입장에서 동결을 절대로 피해햐 하는 것을 강조하고 있다.
초기양생은 콘크리트타설후, 초기동해방지에 필요한 콘크리트의 압축강도가 얻어지도록 정한다.

그 값은 아래의 ① 또는 ②의 값으로 한다.

① 일평균기온의 평활평년치가 0℃ 이하가 되는 지역, 일별 최저기온의 평년치가 -5℃ 이하로 되는 지역, 및 최저기온의 극치가 -15℃ 이하로 되는 지역에서는 콘크리트의 품질이 「보통」인 경우 50kg/cm²이어야 한다.

② 상기 ① 이외의 지역에 있어서는 콘크리트의 품질의 등급이 「보통」인 경우 35kg/cm², 콘크리트의 품질의 등급이 「고급」인 경우 상기 ①의 값이 얻어지도록 초기양생기간을 정한다. 前述한 바와 같이 한중콘크리트에서의 양생은 우선 초기동해의 방지이며 이를 위해 행하는 것이 초기양생이다. 초기양생이 없게 되면 그 후 강도의 진전은 기대할 수 없다. 물론 초기양생은 그 보온정도가 좋고 기간이 긴 것이 좋다. 그러나, 시공은 항상 경제성을 고려해야 되므로 안전히 확실히 기대되는 범위에서 가능한한 보온정도와 기간을 지침으로 제시해야만 한다. <표13>은 그러한 관점에서 실용성을 고려하여 만들어진 것이다.

<표13> 콘크리트 강도 50 및 35kg/cm²을 얻기위한 초기양생

3. 養生 一般事項

(1) 콘크리트는 타설후 동결하지 않도록 충분히 보호하고, 특히 찬바람을 피해야 한다.

콘크리트가 응결경화의 초기에 동결하면, 그 후 양생을 계속해도 강도증진이 느리므로 타설후 적오도 24시간은 동결하지 않도록 보호해야 한다. 얇은 단면의 콘크리트는 냉각되기 쉬우므로 보안에 충분한 주의를 해야 한다.

두꺼운 단면의 콘크리트는 시멘트의 수화에 따른 수화열발산이 잘 되지 않으므로 내부의 콘크리트가 동결할 염려는 적다. 그러나 표면만은 동결되기 쉬우므로 콘크리트 타설 후 곧 바로 표면을 보호해서 동결을 방지할 필요가 있다. 기온이 낮지 않을 때라도 찬 바람이 콘크리트 표면에 닿으면 곧 동결하므로 어떠한 경우에도 찬바람은 방지해야 한다.

콘크리트 보호방법은 구조물의 종류 및 크기, 기온등에 따라 다르므로 일반적으로 규정하기는 어렵다. 따라서 감독관의 승인을 얻어 보호방법을 결정한다.

특히 콘크리트 구체의 모서리나 가장자리 부분은 확보하기 어려운 부분으로 동해를 받기 쉬우므로 콘크리트가 충분히 양생되도록 주의해야 한다.

(2) 콘크리트의 양생온도는 10℃를 표준으로 한다.

양생중인 콘크리트의 온도가 너무 높으면 냉가시킬 때 균열이 발생하기 쉽고, 너무 낮으면 강도발현이 늦어지므로 양생중인 콘크리트의 온도는 약 10℃로 유지하는 것을 표준으로 한다. 두꺼운 단면의 경우에는 20℃이상의 높은 온도로 되는 일이 종종 있으므로 양생이 끝난 후 급속히 냉각되지 않도록 주의해야 한다.

(3) 콘크리트는 예상되는 하중에 대해서 충분한 강도에 도달할 때까지 양생해야 한다.

한중콘크리트는 단열, 또는 가열양생후 저온에 노출되므로 그 후의 강도증진은 원만하다. 따라서 예상되는 하중에 대하여 필요한 강도를 갖는지 확인할 필요가 있다.

(4) 급격한 기상변화를 받을 것이 예상되는 콘크리트는 <표14>의 압축강도에 도달할 때까지 양생하는 것을 기준으로 한다. (<표14>참조), 이후 2일간은 콘크리트온도를 0℃ 이상으로 유지해야 한다.

기상작용에 대한 저항성은 콘크리트의 강도, 함수량, 연행공기 기포의 크기 및 분포등에 따라 다르므로 소요의 저항성을 강도만으로 나타내는 것이 반드시 적합하다고는 할 수 없으나, 압축강도가 40kg/cm²이상이 되면 數回의 동결로는 동해를 받는 일이 비교적 작다고 한다. 그러나 물로 젖어 있는 콘크리트가 계속적으로 심한 기상작용을 받을 경우에는 보다 큰 캉도에 도달할 때까지 양생을 계속할 필요가 있다. 양생종료시에 필요한 콘크리트의 강도는 기상조건, 부재크기, 노출조건등에 따라 다르므로 <표14>와 같이 구분하여 표준으로 규정했다. 위에 규정된 강도를 얻기에 필요한 양생일수는 시멘트의 종류 및 배합, 양생온도등에 따라 다르기 때문에 실험에 의하여 정하는 것이 원칙이나 10℃로 양생할 경우의 대체적인 표준은 <표15>와 같다.

<표14> 급격한 기상변화를 받는 콘크리트의 양생종료시의 소요압축강도(kg/cm²)
 

<표15> 10℃에서의 양생일수의 표준
 

[註] w/c = 55%인 경우의 표준을 나타낸 것이다.

w/c가 이것과 다른 경우는 알맞게 증감한다.

(5) 굳지 않는 콘크리트가 적절한 수화작용을 하기 위해서는 과도한 표면건조현상을 막아야 한다.

과도한 표면건조현상을 막기 위해서는 적극적인 대책을 세워야 한다 만약 대기온도가 10℃이하로 낮아지는 경우는 건조가 크게 일어나지 않는 대신 동결가능성이 있다. 그러므로 동결온도에 도달하기 전에 약간은 건조시켜야 한다.

(6) 기온이 10℃인 경우, 보호막내의 상대습도는 40%정도가 유지되어야 한다.

그러므로 매우 추운 날씨에서는 이 정도의 습도를 유지시키기 위해 가열된 공기에 수분을 첨가 시켜야 한다. 예를 들면, 보호막 밖의 대기 온도가 -12℃인 경우, 수분을 첨가시키지 않으면 보호막내의 공기의 상대습도는 20%이하가 되므로 49%정도의 상대습도를 유지시키기 위해서는 수분을 첨가시켜야 한다.

(7) 콘크리트보호막을 제거한 후, 대기온도가 10℃이하가 되면 수분증발 방지대책을 세울 필요가 없다.

그러나, 아주 건조한 지역에서는 대책을 세워져야 한다. 10℃의 콘크리트를 10℃의 기온 및 상대습도 40%의 대기중에 노출시키거나 기온 5℃ 및 상대습도 60%의 대기중에 노출시키게 되면 건조가 과도하게 일어나지만 5℃의 콘크리트를 5℃의 기온 및 11%의 상대습도를 갖는 대기중에 노출시키면 건조는 크게 문제가 안된다.

과도한 수분증발이 예견되면 동결에 대해서 안전하다고 예상되는 장소에서는 수분양생도 가능하다.

4. 寒中콘크리트의 養生段階

한중콘크리트 양생에는 다음과 같은 3단계를 고려하여 콘크리트를 보호해 주어야 한다.

첫째, 초기동해로부터의 보호

둘째, 구조안전적 측면에서의 보호(자중 및 시공하중을 견딜수 있어야 함)

셋째, 강도와 내구성 측면에서의 보호

이러한 각각의 양생단계는 서로 겹치기 때문에 요구조건이 무엇인지를 정확히 파악하는데 혼란이 야기될 수 있다. 동결에 대비한 보호기간의 결정은 콘크리트의 형태와 노출정도에 따라 달라지는데, 보(Beam)에 있어서는 초기강도는 벽체나 바닥보다 더 중요하다. 열에 의한 균열을 무시하는 경우도 있으나 대부분의 구조물에서는 무시할 수 없다. 그러므로 중요구조물이나 에상치 못한 조건하에서는 감독관의 지시에 의하여 시방서에 나와있는 최단보호기간을 수정하여 다시 결정한다.

(1) 동해에 대한 확보

굳지 않은 콘크리트를 초기동해로부터 확보하기 위해서는 보호기간 결정이 물-시멘트비와 양생온도에 따라 변하는 사실을 알아야 한다.

이미 1947년에 물-시멘트비 0.57의 굳지 않는 콘크리트가 동해로부터 보호받기 위해서는 21℃(70。F)로 약 20시간의 양생이 필요하다. (Mustard, 1973)
또한 Powers(1962년)는 단순히 이론적 측면에서 물-시멘트비에 따른 최단보호기간 결정에 관한 공식을 제시하였다. 그리고 Pink(1974)는 양생온도와 압축강도에 따른 양생기간 결정에 관한 도표를 제시하였다.
물-시멘트비와 압축강도와의 관계를 나타낸 Abrams의 기본식(σ=-210+215 c/w)을 이용하여 압축강도를 물-시멘트비의 함수로 나타낼 수 있다. 따라서 최종적으로 <그림4>와 같이 양생시간 대 물-시멘트비 곡선으로부터 보호기간을 결정할 수 있다. 실제시공시의 콘크리트는 실험실의 콘크리트와는 다르며 균일체가 아니다.
즉, 구조물의 온도는 각 부분별로 다르다. 예를들면 콘크리트의 외부는 내부보다 온도가 낮다. 그리고 가장자리는 외부보다 온도가 더 낮고 모서리는 가장자리보다 온도가 더 더욱 떨어진다. 그리하여 물-시멘트비가 0.57인 콘크리트 구조물의 양생온도를 21℃(70。F)로 하면 <그림4>의 아랫곡선에서는 24시간이 지나야 동해로부터 보호가 된다. 그러나 구조물 본체에서 멀리 떨어진 모서리 부분의 온도는 4℃(40。F)가 될 수도 있다. 이런 경우는 가장 윗 곡선에서 보듯이 65시간의 양생이 필요하다. 더욱이 최대온도는 결코 동일하지 않기 때문에 <그림4>의 최단양생기간이 지난후에도 구조물이 동해로부터 반드시 안전하다고는 볼 수 없다.

연료와 경비를 절약하기 위해서는 양생 마지막 단계에서 가끔 양생을 중단시키는 것이 바람직하다. 한중에 시공된 대부분의 구조물은 다음 해 여름이 되기 전까지는 설계강도에 이르지 못한다. 그러므로 10℃(50。F)이상으로 7일간 이상 양생해주면 시방서 강도에는 도달하지 못하지만 어느 정도의 강도는 가질수 있다.