CLSM

왜 배우는가: CLSM은 되메우기와 도로 기층 등에서 다짐 흙을 대체하는 재료로, 시공성과 재료 활용 측면에서 실무에서 자주 검토된다. 흙 되메우기의 다짐 불량과 재시공 문제를 해결하는 대안으로 설계 단계에서 비교 대상이 되며, 기술사 시험에서는 정의, 특성, 적용 한계를 묻는 용어 문항으로 반복 출제된다.

출제 이력: 제136회 1교시 5번, 제131회 1교시 10번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

CLSM은 시멘트·물·골재(필요 시 플라이애시)를 혼합한 저강도 유동성 재료로, 다짐 흙을 대체하는 되메우기·기층용 비구조 재료이다.

핵심 키워드

• 저강도 유동성 재료
• Controlled Low-Strength Material (CLSM)
• 유동성 되메우기재 (Flowable Fill)
• 비구조용 재료
• 다짐 흙 대체
• 포틀랜드 시멘트·플라이애시 혼합
• 자기 충전성
• 재굴착성

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, CLSM은 굳어도 강도가 낮아서 나중에 다시 파낼 수 있는 흐르는 콘크리트이다. 공사 현장에서 좁은 틈이나 매설관 주위를 다짐기계 없이 스스로 채우는 재료로 쓴다.

정식 정의는 다음과 같다. CLSM은 Controlled Low-Strength Material의 약어로, 포틀랜드 시멘트, 물, 골재와 때로 플라이애시를 섞어 만든 약한 유동성 혼합물이다. 일반 콘크리트와 달리 강도가 낮고 흐름성이 크며, 주로 되메우기나 도로 기초재로 쓰이는 비구조용 재료이다.

핵심 용어를 정리하면 다음과 같다.

CLSM은 저강도 유동성 재료를 뜻한다. 혼합 재료가 스스로 흘러 빈틈을 채우는 성질이 핵심이다.

재굴착성은 나중에 굴착기로 다시 파낼 수 있는 성질이다. 강도가 지나치게 높으면 보수 공사 때 파내기 어렵기 때문에 CLSM의 설계 목표가 된다.

자기 충전성은 다짐 없이 스스로 흘러 들어가 틈을 메우는 성질이다. 이 성질 덕분에 협소한 굴착 공간에서도 시공이 가능하다.

비구조용은 건물이나 교량의 하중을 직접 받지 않는 용도를 뜻한다. CLSM은 구조물의 지지재가 아니라 되메우기 재료로 쓰인다.

3. 등장 배경과 필요성

CLSM은 되메우기에서 다짐 품질을 확보하기 어려운 문제를 해결하려는 목적에서 개발되었다. 좁은 굴착부나 배관 주위는 장비로 충분히 다질 수 없어서 침하와 공동이 생기기 쉽다. 이때 유동성이 있는 재료로 빈틈을 채우면 다짐 없이도 균질한 충전이 가능하다.

기존 다짐 흙 되메우기는 함수비 관리와 층별 다짐에 많은 인력과 시간이 든다. 다짐이 부족하면 도로 함몰과 연약 구간의 잔류 침하로 이어진다. CLSM은 이런 문제를 줄이는 대안으로 검토된다.

자원 활용 측면에서도 필요성이 있다. 플라이애시나 산업부산물을 혼합 재료로 쓸 수 있어 폐기물 재활용과 연계된다. 최근 연구에서는 제강슬래그나 적니(red mud) 같은 부산물을 시멘트 일부 대체 재료로 쓰는 시도도 보고되었다. 다만 이 재료들의 적용 비율과 강도 특성은 배합 조건에 따라 달라진다.

이 재료의 첫 사용 사례는 1964년으로 알려져 있다. 일반 콘크리트보다 유동성이 높아 밀크셰이크와 비슷한 점도를 보인다고 설명된다.

4. 구성요소·원리·절차

CLSM은 포틀랜드 시멘트, 물, 골재, 플라이애시로 이루어진 혼합물이다. 일반 콘크리트와 달리 강도는 낮게 두고 흐름성은 높게 확보한다. 구성요소별 역할은 아래 표와 같다.

표 해설: 결합재가 많으면 강도가 올라 굴착이 어려워진다. 물이 많으면 흐름은 좋아지지만 블리딩과 재료분리가 커진다. 따라서 결합재와 물의 비율, 혼화재 치환율을 함께 조정해야 한다. 이 세 요소가 CLSM 배합의 출발점이다.

원리는 세 가지로 정리한다. 첫째, 시멘트량을 낮추고 물을 늘려 자기유동성을 얻는다. 둘째, 플라이애시의 구형 입자가 윤활 역할을 하여 좁은 공간에도 채워진다. 셋째, 경화 후 강도를 낮게 유지해 필요할 때 재굴착이 가능하도록 한다. 이 세 가지가 조정된 저강도를 만드는 조건이다.

CLSM은 강도를 높이는 재료가 아니라, 강도를 낮게 조정해 굴착 가능성을 확보하는 재료이다.

시공 절차는 다음과 같다.

• 사용처에 맞춰 강도 상한과 유동성 목표를 정한다.
• 시멘트, 플라이애시, 골재 비율을 시험배합으로 결정한다.
• 레미콘 차량으로 혼합·운반하고, 타설 전에 유동성과 단위중량을 시험한다.
• 다짐 없이 좁은 공간에 부어 자기유동으로 채운다.
• 경화 후 필요할 때 굴삭기로 굴착하고, 굴착 상태를 확인한다.

도식의 마지막 단계는 사용 후 재굴착이 필요한 경우에만 거친다. 이 때문에 CLSM은 한 번 시공하고 끝나는 콘크리트와 다르다. 되메우기 공사에서는 다짐 장비가 들어가기 어려운 좁은 틈을 채우는 데 쓰이고, 도로 기층 대체재로도 검토된다.

5. 관련 법령·기준·표준

CLSM을 직접 규정한 국내 법령은 많지 않다. 실무에서는 되메우기·뒤채움 재료를 다루는 시방서와 미국 기준을 함께 쓴다. 기준값과 시험법은 아래 표로 정리한다.

표 해설: 플로 값과 강도 상한이 CLSM 품질의 두 축이다. 강도 상한은 굴착 가능성과 직결되므로 설계 단계에서 먼저 정한다. 플로 목표값은 사용처의 요구 조건에 따라 달라진다.

국내 설계에서는 되메우기 재료 규정과 사용처별 요구 조건을 함께 적용한다. 기준 명칭은 발주처와 시방서에 따라 다를 수 있으므로 답안에는 역할과 시험 항목 중심으로 쓴다.

CLSM은 1964년 처음 사용된 것으로 알려져 있다. 한국어 문헌에서는 유동성 채움재라고도 부른다. 최근에는 산업부산물을 시멘트 일부 대체재로 쓰는 연구가 늘고 있다. 알칼리 활성 방식에서는 포틀랜드 시멘트 없이 플라이애시와 제강슬래그를 활성화하는 방법도 검토된다. 이때 적정 치환율은 시험으로 정한다.

6. 유형과 비교

CLSM은 재료 구성과 용도에 따라 몇 가지 유형으로 나눠 보는 것이 답안 작성에 유리하다. 먼저 시멘트 계열과 알칼리 활성화 계열을 비교한다. 두 계열은 결합재가 다르지만 모두 저강도 유동성 채움재라는 점은 같다.