콘크리트와 펌핑 5

콘크리트 펌프와 콘크리트 펌핑

Ⅸ. 극한조건 하에서 Pumping

극한 조건이란 원거리 수송, 높은 장소 타설, 아랫방향 타설, 어려운 콘크리트 타설, 고온 저온 타설 등이다.

극한 조건이라해서 특별한 기술이 필요한 것이 아니라 지켜야 할 사항 등을 충실히 지켜야 하는 것이다.

따라서 이미 이런 사항들을 잘 숙지하고 있는 사람들에게는 특별한 내용이 아닐 것이다.

극한 조건에서 지켜져야 할 일반조건

① 잘 숙련된 자가 조작한다.

② 성공적인 타설을 위해서는 훌륭한 팀장을 둔다.

타설 중 문제가 발생하면 즉시 조치를 해야지 우왕좌왕 하거나 오랜 토론을 거쳐 결정을 내린다면 이미 문제는 심각해진 뒤이다. 따라서 이론이나 실무면 에 밝은 팀장에 의하여 순간순간 적절한 결정을 해주어야 한다.

③ 장비는 철저히 정비되고 유지관리 되어야 한다. 아무리 훌륭한 조작자라 할지 라도 시간이 주어지지 못하면 장비를 철저히 유지 할 수가 없는데 불완전한 장비도 극한 상황에서 문제 없이 타설할 수 없는 것이다.

④ 장비가 아무리 최신형이고 대형이며 잘 정비되어 있더라도 파이프라인 직경, 두께, 청소상태등이 적절하지 못하다면 문제가 발생하기 마련이므로 파이프 라인을 철저히 준비해야 한다.

⑤ 장비, 인원, 파이프라인이 적절하게 준비가 되었더라도 콘크리트의 펌핑 가능 성에 대한 충분한 Test가 없으면 곤란하다. 또한 콘크리트 공급 작업이 끝날 때까지 시기적절하게 공급이 되어야 한다.

1. 극한 상황하에서 펌핑

60년대 초만해도 400mm 이상의 수평거리를 펌핑한 예가 있다. 이때의 수송관경은 150mm이었는데, 이 직경만 해도 당시에는 통상적인 것이 아니었다. 왜냐하면 2차대전 전에 콘크리트펌프 전문가들의 의견이 펌핑을 문제없이 하려면 직경이 180mm가 되어야 한다고 했기 때문이다. 1963년 직경 125mm파이프를 사용했고 이 파이프를 이용하여300mm 이상 타설했다.

지난 30년 동안 무엇이 변했는가?

장비가 최적(Optimun)화 되었다. 높은 압력, 높은 배출량, 조작의 편의성 등이 발전했다. 파이프 연결 프렌지가 높은 압력에 견디도록 발전했다.

지난 30년동안 무엇이 바뀌지 않았나?

수작업으로 파이프를 세척하는 문제, 막힘에 대한 두려움, 긴 파이프의 경우 한번 막혔다 하면 뜯어내서 손 보아야 할 파이프량이 어마어마하다.

파이프가 길 경우 짧은 것보다 막힐 위험이 더 높은가?

장비가 적절히 선정이 되었다면 조작자가 콘크리트펌핑에 대하여 마스터 했다면 파이프가 길다고 더 어려움은 없다.막힘이 발생했다면 그것은 인간의 실수이다.

(1) 아주 긴 수평관으로의 압송

예를 들어서 수평수송거리가 480m인 파이프를 통하여 펌핑을 하고저 한다. 배출구에 호스가 있고 곡관 각도의 총합은 570도이며, 콘크리트 타설량은 각각 120m³을 10시간안에 타설해야 한다. 콘크리트의 슬럼프는 8cm이고 한 여름에 타설한다고 가정한다.(주위 온도는 30도). 벳칭플랜트 용량은 30m³/h의 것이 준비되어 있다.

① 콘크리트 펌프의 선정

파이프 라인은 125mm를 사용한다. 배출구에 호스가 있으므로 콘크리트 펌핑하는 도중에 파이프라인을 옮겨야 할 필요가 있다.
따라서 콘크리트펌프의 작업효율은 60%로 본다. 120m³의 다져진 콘크리트를 10시간 이내에 타설해야 하므로 작업 효율등을 감안하지 않을 경우 콘크리트펌프는 15m³/hr의 용량이 필요하다.
수평거리 480m에 곡관의 각도 570°가 추가되므로 계산을 위한 수평거리는 500m가 된다. 이런 기본 요소들(배출량, 파이프직경, 슬럼프 등)을 참작하여 Nomograph를 검토해 보면 82bar의 콘크리트의 압력이 필요하다.
이 결과에 의하여 TK번호 2050이 된다. 따라서, 펌프의 소요동력은 82kw가 된다. 이러한 점들을 참조하여 펌프의 모델을 선정할 수 있다.

② 파이프 라인의 직경

펌핑 압력이 80 bar이면 최대압력은 100bar가 될 수 있으며 파이프라인 벽의 최소 두께는 4mm 이상이 되어야 한다.
이 두께는 신품 파이프의 두께이지 마모된 파이프를 사용해서는 안된다.
만일 마모된 파이프를 사용한다면 처음 60m 구간은 파이프 두께가 두꺼운 파이프를 사용해야 한다.

③ 콘크리트펌프의 설치

콘크리트펌프 하부에는 펌프가 들어갈 수 있는 충분한 공간이 있어야하며 콘크리트펌프는 9개월동안 사용할 것이므로 바닥에 콘크리트 포장을 해주어야 한다. 길이가 500m이고 직경이 125mm인 파이프는 공기로 불어낼 수 없으므로 6m³이상의 물탱크와 압력수 공급장치 및 급수용 배관이 필요하다.
배수장치도 충분히 해주고 압축공기도 준비해 주어야 한다.

④ 파이프의 설치

파이프가 인장을 받지 않도록 하고 필요한 각 지점을 고정해야 한다.
파이프의 어느곳이라도 작업자가 접근할 수 있도록 해야하며 분해조립을 위한 커플링을 사용하고 목재로 된 고임목도 받쳐 주어야 한다.

⑤ 콘크리트 기술

직경 125mm, 길이 500mm의 파이프내에는 6m³의 콘크리트가 들어간다. 8시간동안 120m³ 즉 15m³/hr의 속도가 타설할 경우 콘크리트가 관내를 흐르는 시간은 24분이 소요된다. 하절기에 슬럼프 8cm의 콘크리트를 압송하기 위해서는 지연제를 첨가해야 한다.
불필요한 작업정지 시간이 있어서는 안된다. 점심시간이나 아침식사시에도 최소인원은 작업을 계속해야 한다. 타설장소와의 거리가 500m정도 될 때에는 콘크리트 배합에 특별히 유의해야 한다.

⑥ 관 세척을 위한 플러그의 준비(Ⅶ-2절 참조)

⑦ 펌핑의 시작

콘크리트펌프를 점검한다.
파이프내에 2개의 스폰지볼을 넣고 그 사이에 물을 넣어 파이프 벽면에 물을 적셔준다. 또한 파이프 연결부에 누설이 없는가 확인한다.
윤활용 그라우트를 준비한다.
윤활용 그라우트를 채우고 슬럼프가 10cm이상되는 부드러운 콘크리트부터 타설을 시작한다. 서서히 압송을 시작하면서 파이프를 두드려 가면서 콘크리트가 얻까지 도달했는가를 확인한다. 첫배치 타설 후 원하는 슬펌프의 콘크리트를 타설한다. 파이프 끝에서 콘크리트의 슬럼프를 점검한다.

⑧ 펌핑중의 작업

콘크리트의 슬럼프 치가 일정하게 유지되는지 확인한다. 배합설계와 다른 콘크리트가 펌핑되지 않도록 한다. 전체배관이 견고히 고정되었는가를 확인한다. 압력게이지와 유압 계통의 온도를 계속 관찰한다.(일부 업체에서는 온도 상승에 의한 Auto Stop장치를 철거한 경우도 있다.)
흡퍼내에는 항상 가급적 최대량의 콘크리트가 남아 있도록 유지시켜 준다.
슬럼프가 낮은 콘크리트의 경우 이렇게 하지 않으면 공기가 혼입되는 경우가 있다. 또한 흡퍼내의 콘크리트가 많이 남아 있어야 하는데 이유는 콘크리트 공급상 약간의 문제가 발생하였을 때 문제점을 처치하는 동안에 흡퍼내의 콘크리트를 압송하므로 공기의 유입을 막을 수가 있다.

⑨ 파이프라인의 막힘 원인들

막힘 현상이 일어났을때는 침착하라.유압계통의 압력이 급격히 상승하는 경우는 콘크리트펌프나 펌프의 직후 테이퍼관에서 막힌 것이다. 이러한 경우는 테이퍼관을 분해하고 막힘을 털어내고 무부하펌핑을 해 준다. 그리고나서 테이퍼관을 다시 조립한다.
콘크리트펌프측에서 막히지 않았을 경우는 압력상승이 서서히 일어난다.
이러한 경우는 배출관 호스가 굽혀져서 막혔는지 또는 호스내벽의 고무라이닝이 부분적으로 벗겨지지 않았는지 확인한다.
막힘현상은 자주 일어나지 않는다. 막힘의 주원인은 연결프랜지가 불량인 경우(낡은 파이프, 고관등이 원인이다.)가 많다.
브리딩 콘크리트를 사용하는 경우도 막힐 수가 있다.

⑩ 파이프 세척

급수장치가 된 파이프를 연결한다.
물 펌프스위치를 켠다. 플러그가 전진하면서 콘크리트가 밀려 나가는지 파이프를 두드려 확인한다. 마지막 순간까지 막히지 않고 펌핑을 잘 했으면 물세척 준비를 위해 많은 시간이 소요되지 않았는데 세척과정에서 막힘이 일어났다면 프러그가 타이트하지 못한 것이다.

⑪ 콘크리트펌프 세척

콘크리트펌프와 테이퍼관의 세척은 배관된 파이프를 세척한 후에 실시한다.

(2) 고층건설

150m, 200m 또는 그 이상 300m 높이에 콘크리트를 타설하는 것은 300∼400m의 수평거리 타설보다 더 어려움이 많다.
파이프의 아래쪽을 열거나 터지면 콘크리트가 밀려 나오게 된다.
불어내기 작업을 위에서 아래로 실시할 때는 수평관의 불어내기 작업보다 훨씬 수월하다.

① 펌프의 선정

수직으로 펌핑할 때에는 콘크리트 기둥의 압력이 레벨차이만큼 증가되기 때문에 이 만큼의 압력을 노모그라프에서 계산된 값에 추가해 주어야 한다.

②압송관의 선정

수직으로 펌핑할 때는 콘크리트의 높은 압력을 고려해야 한다.파이프의 아랫부분 및 콘크리트 펌프와의 변경 부위는 두꺼운 벽의 파이프를 사용해야 하며 커플링도 튼튼한 것을 사용해야 한다.(cuotention coupling)
최대 압력이 100bar일 경우는 전체 파이프 라인의 25%를 두꺼운 관으로 하고 최대압력이 200bar에 이를 경우는 전체 파이프라인의 50%를 두꺼운 관으로 한다.
곡관의 경우, 특히 수직부분이 시작되는 지점의 곡관은 두꺼운 곡관을 이용한다.

③ 유압 Shut-off valve

테이퍼관 후부에 유압으로 작동하는 Shut-off valve도 고압용이어야 한다.

④ 파이프 가설

파이프 가설은 신중히 해야 한다.수직 파이프를 잘 고정하는 것이 매우 중요하다.
최하단의 곡관과 곡관위의 1번 파이프는 막힘등 문제가 발생했을 때 신속히 조치할 수 있도록 분해하기 쉽게 설치해야 한다.
수직관에서는 白鳥의 목과같은 현상이나 불필요한 방향 전환을 피해야 한다. 문제발생시에는 수직관내에 있는 전체 콘크리트를 쏟아내야 하는 경우가 있으므로 수직관 하부는 이 콘크리트 처리를 위한 충분한 공간과 접근로가 확보되어야 한다.

⑤ 펌프의 설치

콘크리트 펌프는 2대의 믹서트럭이 동시에 지원할 수 있도록 설치해야 한다. 펌프가 위치해야 할 자리는 포장면이어야 한다.

⑥ 파이프 세척

수직높이 30m까지의 압축공기로 아래에서 위로 불어내기를 할 수 있지만 어려움이 따른다.
가장 유효한 방법은 압력수를 이용하여 콘크리트를 밀어내는 것이다.(Ⅶ-2. 파이프의 물세척 참조)
위에서 아래로 압축공기를 이용하여 불어내기 할 때는 아랫쪽에 쏟아지는 콘크리트 처리방법을 강구해야 한다.(믹서트럭 또는 크레인 버켓)

(3) 하방향 타설

최근 하방향 타설에서 어려움을 자주 겪게 되는데 그 이유는 콘크리트 흐름이 분해되고 콘크리트가 분리현상이 일어나서 막히게 된다.
이 문제는 특히 파이프라인의 구경이 크고, 적정하지 못한 것을 사용할 때 많이 발생한다.
Stowing 밴드 또는 S-type밴드를 브레이크 역할을 하도록 달아주기도 한다.
아래 방향으로 타설할때에는 압력을 가하지 않아도 자중에 의하여 콘크리트가 내려가는데 이 때에 충분한 량을 공급해 주지 않으면 콘크리트 흐름이 끊기면서 스스로 내려가게 되므로 아랫방향 타설시 펌프의 용량은 파이프라인이 자동적으로 소화해 내는 량보다 커야 한다.
물론 이 량은 파이프 직경과 관련이 있다.콘크리트펌프가 항상 콘크리트를 파이프내로 밀어주는 상태가 되어야 한다.또한 펌핑을 잠시 정지하면 즉시 파이프내는 공간이 생기게 된다.
아랫방향 끝부분에 Shut off 밸브를 장치해 두면 불필요한 콘크리트 손실을 막아줄 수 있다. 이 Shut-off밸브는 콘크리트펌프가 작동을 정지할 때는 즉시 막아져야 한다. 그러므로 원격조종하는 방식으로 작동하는 밸브이어야 한다.
파이프라인은 타이트하고 인장력을 받지 않을 정도로 설치해야 한다.
아래로 내려가는 파이프의 철저한 고정은 필수적이다.
파이프라인에의 접근이 어려울 경우에는 또 하나의 파이프를 병렬로 설치하여 한쪽 파이프에서 문제가 발생했을 때 다른 파이프를 사용할 수 있도록 한다.

2. 고온 또는 저온에서 콘크리트의 타설

보통의 콘크리트 펌프는 -20℃∼+24℃의 온도 범위에서 사용할 수 있도록 되어 있다. 그러나 고온이나 저온에서 펌핑할 때에는 유압유 온도, 엔진오일 등 관련기능에 유의해야 한다.

(1) 고온에서 콘크리트의 펌핑

기온이 높은 지역에서 사용할 콘크리트펌프는 보통 오일 냉각기가 부착되어 있다.

지역이 높은 지역에서 콘크리트를 배합할 때 냉각된 골재를 사용하거나 냉각된 물 또는 물 대신에 얼음을 사용한다.
콘크리트 타설은 가급적 하루중 비교적 시원한 시간에 타설한다.
트럭식 펌프의 경우는 별문제가 없으나 파이프라인의 긴 경우는 콘크리트가 고온에서 쉽게 경화되기 때문에 파이프라인이 열을 받으면 윤활제 역할을 하는 그라우트의 물이 쉽게 증발되어 파이프 내벽에 부착 경화되기가 쉽다. 다라서 장시간에 걸쳐 펌핑을 정지하는 일이 없도록 해야 한다.
처음 물축임 작업을 작업을 할 때 물을 충분히 사용하여 파이프라인을 냉각 시키는 것도 중요하다.
400m 길이를 20m³/hr속도로 펌핑할 때 콘크리트가 파이프내에 머무는 시간은 15분이 되며 이 시간 동안이면 콘크리트는 엄청난 양의 열을 흡수하게 된다.
온도가 높을 경우 문제가 발생되었을 때는 지체할 시간이 없으므로 문제를 신속히 처리하기 위해서는 작업자 전원의 완전한 팀웍이 필요하다.

(2) 낮은 온도에서의 펌핑

-20℃이하의 온도에서 펌핑을 하는 것은 고온에서 펌핑하는 것보다 쉬우나 고온 타설시와 유사한 주의가 필요하다. 낮은 온도에서는 오일의 점도가 증가하므로 처음 시동을 할 때 매뉴얼에 따른 주의를 기울여야 한다. 콘크리트 타설을 위해 맨 먼저 물축임 작업을 할 때 물이 파이프 내벽에 얼어 붙어 버린다. 따라서 부동액을 첨가시켜 주는 것이 필요하다. 낮은 온도에서 사용할 콘크리트는 가열해서 사용한다. 혼합수를 덮히거나 가열된 골재를 사용하면 콘크리트 온도를 30℃정도로 높힐 수가 있다. 이렇게 더워진 콘크리트를 사용할 때는 고온 펌핑시와 같이 쉽게 경화되므로 역시 펌핑의 중단 시간을 단축시켜야 하고 타설후에도 즉시 파이프를 세척해야 한다. 그러므로 펌핑도중에 세척준비를 마쳐야 한다. 세척한 후 파이프내에 물이 고여있지 않도록 유의해야 한다. 물이 얼어붙어 파이프 단면적이 감소하면 즉시 막힘 현상이 발생한다. 물의 고임 가능성이 있는 부분은 분해하여 세척하는 것이 바람직하다.

Ⅹ. 막힘의 원인

1. 파이프라인내의 이물질 : 흡퍼위에 스크린을 사용하므로서 방지 가능하다.

2. 블리딩 콘크리트 : 혼합시간의 준수, 필요한 경우 fine의 양을 증가시킨다. 배합설계를 변경하여 중간입도를 감소시킨다.

3. 펌핑시작시 막힘 : 잘못 배합된 윤활 그라우트, 윤활 그라우트 량의 부족, 불결한 파이프라인, 동절기 파이프라인 내에 얼음발생.

4. 펌핑시작 직후 막힘 : 이 경우 미지의 콘크리트가 펌핑 불가능한 콘크리트라는 결론을 낼 수가 있다. 골재비율의 부적정. fine량의 부족, 골재 빈의 넘침, 시멘트 스케일에 의함 막힘, 골재의 함수량 잘못 판단 또는 함수량에 따른 급수량의 잘못 판단, 불충분한 혼합시간 등

5. 반복적인 막힘 : 블리딩 콘크리트, 소요되는 최소 혼합시간의 미준수, 쇄석 골재 등 거친 골재를 사용하면서 슬럼프는 너무 작을 때, 장시간 펌핑 중단, 콘크리트 슬럼프의 변화

6. 불어내기 때 막힘 : 부족한 공기량, 부족한 공기압력, 파이프라인의 누설, 단단한 고무스폰지볼 대신 부드러운 스폰지볼의 사용, 배출파이프 끝단의 막힘