수중 콘크리트

왜 배우는가: 수중콘크리트는 현장타설말뚝과 지하연속벽 시공의 전제가 되는 재료라서 실무에서 중요하다. 1교시 용어 문제와 2~4교시 논술 문제에 함께 출제되므로 정의, 워시아웃 원리, 트레미 타설 원리를 답안에 쓸 수 있어야 한다.

출제 이력: 제127회 2교시 6번, 제123회 1교시 7번, 제99회 1교시 10번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

수중콘크리트는 담수, 해수 또는 안정액 중에서 시공하는 콘크리트이다. 물과 접촉한 상태로 타설되므로, 시멘트 페이스트가 물에 씻겨 나가지 않게 하는 재료 선택과 타설 방법이 함께 요구되는 콘크리트이다.

이 개념의 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 수중콘크리트: 담수, 해수, 안정액 중에 타설하는 콘크리트이다.
• 수중불분리성혼화재: 혼합하면 재료분리 저항성을 높이는 혼화재료이다.
• 재료분리: 물에 노출된 상태에서 골재와 페이스트가 분리되는 현상이다.
• 워시아웃(washout): 타설 중 시멘트와 미세분이 물에 씻겨 나가는 현상이다.
• 트레미(tremie): 관 선단을 콘크리트 속에 묻어 물과 차단하며 타설하는 관이다.
• 안정액: 굴착 벽면을 지지하는 액체로, 현장타설말뚝과 지하연속벽 시공에 쓰인다.
• 가물막이(코퍼댐): 물을 막고 건조한 상태에서 시공하는 전통적 수중 공사 방식이다.

2. 개념 풀이

수중콘크리트를 정식으로 정의하면 담수, 해수 또는 안정액 속에서 시공하는 콘크리트이다. 일반 콘크리트는 배합을 마친 상태에서 거푸집 안에 치므로 물과의 접촉이 배합수에 한정된다. 반면 수중콘크리트는 낙하하는 순간부터 굳기 시작할 때까지 타설 과정 전체가 물과 접촉한다. 이 차이 때문에 수중콘크리트는 배합과 타설 방법을 함께 설계해야 하는 별도의 개념으로 다룬다.

원리는 워시아웃 현상에서 출발한다. 콘크리트가 물속을 떨어지거나 흘러갈 때 물과 맞닿은 표면의 시멘트 페이스트와 미세분이 물로 빠져나가면, 골재끼리 맞닿은 부분에 공극이 남아 강도와 내구성이 떨어진다. 물의 흐름이 난류를 만들수록 씻겨 나가는 양이 늘어나므로, 수중 시공에서는 콘크리트가 물과 직접 부딪히는 면적과 시간을 줄이는 것이 핵심이다.

이를 막는 방법은 재료와 타설이라는 두 축으로 나뉜다. 재료 측면에서는 수중불분리성혼화재를 넣어 점성과 응집성을 높인다. 이 혼화재는 시멘트 페이스트가 물에 흩어지는 것을 억제하여 워시아웃에 대한 저항성을 키운다. 타설 측면에서는 콘크리트가 물을 통과하는 거리를 줄이는 방법을 택하며, 수중 타설 방법에는 트레미, 펌프 압송, 스킵, 토글백, 백워크가 있다.

트레미는 상부에 호퍼를 둔 수직 또는 거의 수직인 관이다. 콘크리트가 관을 따라 내려가 타설면 아래에서 나오는 방식이며, 원리는 관 내부를 항상 콘크리트로 가득 채워 물과 공기가 관 안으로 들어오지 않게 하는 데 있다. 처음 채울 때는 빈 시멘트 포대나 발포고무 마개(pig)를 넣어 흐름을 제어하고, 첫 콘크리트가 마개를 밀어내며 관 안의 물을 함께 밀어낸다. 트레미관은 시방서가 정한 지름의 강관을 쓰는 것이 일반적이다.

관의 토출구는 항상 타설된 콘크리트 속에 충분히 묻혀 있어야 한다. 이것이 트레미 관 선단 매설의 원리이며, 선단이 콘크리트 면 위로 드러나면 관 안으로 물이 유입되어 재료분리와 워시아웃이 함께 일어난다. 흐름이 느려지면 관을 들어 올려 관 내부의 수두가 흐름을 유지하게 하고, 묻힘 깊이는 가능한 한 최소값 이상으로 유지한다. 묻힘 깊이는 관 상단에서 콘크리트 면까지의 깊이를 가중 줄자로 재고, 이를 관의 전체 길이에서 빼서 구한다.

현장타설말뚝과 지하연속벽에서는 굴착한 공벽을 안정액으로 지지한 상태에서 콘크리트를 타설한다. 콘크리트가 아래에서부터 차오르면서 안정액을 위로 밀어내 치환하므로, 콘크리트와 안정액이 섞여 품질이 떨어지지 않도록 관리해야 한다. 이처럼 안정액 중 시공은 수중콘크리트가 가장 많이 적용되는 조건이다.