수중 불분리성 콘크리트

왜 배우는가: 수중 교각 기초나 해양 구조물은 물을 퍼내지 않고 콘크리트를 직접 쳐야 하는 경우가 많아 이 기술의 쓰임이 분명하다. 품질검사 항목과 타설 시 관리사항을 함께 묻는 문제가 여러 회차에 걸쳐 출제되었으므로, 재료·배합의 성질과 타설 원리를 연결하여 익혀 두어야 한다.

출제 이력: 제139회 2교시 6번, 제132회 3교시 4번, 제130회 3교시 5번, 제115회 3교시 5번, 제99회 2교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

수중 불분리성 콘크리트는 수중불분리성 혼화제를 사용하여 물속에서도 시멘트 페이스트의 유실과 재료분리를 억제한 콘크리트이다.

수중불분리성 혼화제는 콘크리트에 증점성과 응집작용을 부여하여 물과 접촉해도 시멘트 입자가 흩어지지 않도록 하는 재료이다. 수중 불분리성 콘크리트는 이 혼화제를 사용하여 수중 타설에 맞춘 콘크리트를 가리키며, 물속 타설 방법 자체와 구분하여 쓴다. 답안 첫 줄에는 위 정의 문장을 쓰고, 이어서 재료분리 저항성과 세척 저항성을 함께 설명하는 것이 기본 구성이다. 품질검사에서도 분리저항성은 별도의 검사 항목으로 다루므로 두 용어를 처음부터 구분해 둔다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 수중불분리성 혼화제
• 재료분리 저항성
• 세척 저항성
• 증점성
• 응집작용
• 트레미 공법

2. 개념 풀이

수중 불분리성 콘크리트는 콘크리트를 물속에서 타설하여도 물에 의해 시멘트와 골재가 분리되지 않도록 재료와 배합을 설계한 콘크리트이다. 일반 콘크리트를 수중에 치면 물과 접하는 표면의 시멘트 페이스트가 씻겨 나가고, 굵은 골재와 모르타르가 나뉘어 강도와 밀도가 떨어진다. 따라서 수중 시공에서는 물속 세척에 견디는 성질이 별도로 요구된다.

이 콘크리트의 원리는 수중불분리성 혼화제가 페이스트의 점성을 높이고 입자를 응집시키는 데 있다. 혼화제가 증점성과 응집작용을 부여하므로 시멘트 입자가 물에 흩어지지 않고 골재 사이에 머문다. 이때 점성을 지나치게 높이면 유동성이 떨어져 충전이 어려워지므로, 유동성과 분리저항성의 균형을 배합에서 맞추는 것이 핵심이다.

수중 불분리성은 유동성을 유지하면서 세척과 분리에 저항하는 두 성질을 함께 갖는 상태이다.

핵심 용어는 다음과 같이 풀이한다.

• 재료분리 저항성: 콘크리트가 자중이나 충격, 물의 흐름을 받아도 굵은 골재와 모르타르가 나뉘지 않으려는 성질이다. 수중에서는 분리가 더 쉽게 일어나므로 이 성질이 특히 중요하다.
• 세척 저항성: 물속에서 시멘트 페이스트가 씻겨 나가는 정도에 저항하는 성질이다. 세척 저항성이 부족하면 수중 타설면이 거칠어지고 표면 강도가 낮아진다.
• 유동성: 거푸집 안을 채우는 충전성과 관련된 성질이다. 수중 시공에서도 타설 가능한 유동성이 있어야 하므로 분리저항성과 함께 확인한다.

수중 불분리성 콘크리트의 품질은 굳지 않은 상태의 성질을 먼저 확인한다. 굳지 않은 콘크리트는 워커빌리티(시공성)를 가져야 하며, 수중에서는 같은 유동성이라도 분리가 더 빨리 일어나므로 유동성과 분리저항성을 함께 확인해야 한다. 이는 굳은 콘크리트의 압축강도 시험만으로는 확인되지 않는 수중 특유의 품질 요소이다.

배합 측면에서 수중불분리성 혼화제는 유동화제와 함께 쓰는 경우가 많다. 두 재료의 상호 적합성이 확인되어야 하므로, 재료 선정 단계에서 혼화제와 유동화제의 호환성을 먼저 검토한다. 시공 원칙으로는 수중 자유낙하 금지를 기본으로 한다. 낙하하는 콘크리트는 물과 격렬하게 접촉하여 세척을 일으키기 때문이다.

3. 등장 배경과 필요성

수중 구조물은 교각 기초, 항만·해양 구조물, 수로 바닥 보수처럼 물속에서 시공되는 경우가 많다. 전통적으로는 가물막이(코퍼댐)를 설치하여 물을 퍼낸 뒤 시공하였으나, 가물막이의 설치와 배수에는 많은 장비·인력·비용이 들고 공기도 길어진다. 이러한 부담을 줄이기 위해 물속에 직접 타설할 수 있는 콘크리트가 개발되었으며, 이 콘크리트는 반세기 이상 전부터 개발되어 왔다.

수중 타설 방법으로는 트레미, 펌프, 스킵 타설, 토글백, 백워크 등이 있다. 방법이 달라도 콘크리트가 물과 직접 접촉하는 구간은 남는다. 그래서 일반 콘크리트를 그대로 쓰면 세척과 재료분리가 일어나고, 그 결과 강도와 수밀성, 부착 성능이 떨어진다.