콘크리트의 시공 성능 - 워커빌리티(Workability)

콘크리트는 구조재료 중 가장 많이 사용하는 재료이지만 사용하기가 매우 까다로운 재료이기도 합니다. 시멘트, 골재 등 개별 재료를 관리하는 것 뿐 아니라, 원하는 성질을 얻기 위해 적절히 배합하고 품질을 관리해야 합니다. 또 현장에서 콘크리트를 시공하려면 운반, 타설, 다지기, 마무리 하는 동안 적절한 성능을 갖추어야 합니다. 여기서는 콘크리트의 시공 성능과 관련된 용어를 살펴보겠습니다.

 

굳지 않은 콘크리트

사실 시멘트가 수화반응을 하려면 물이 많이 필요하지는 않습니다. 시멘트 중량의 25%에 해당하는 물만 있으면 시멘트 입자는 모두 수화반응을 할 수 있습니다.

 

■ 시멘트의 수화반응(Hydration)

 

그런데 이 정도의 물만 가지고는 반죽이 너무 되기 때문에 시공하기가 불가능합니다. 보통은 레미콘으로 운반된 콘크리트를 타설하는데 높은 위치로 밀어 올리기 위해 콘크리트 펌프카 같은 장비를 사용해야만 합니다. 즉 반죽이 충분히 부드러워야 높은 곳으로 콘크리트를 밀어올릴 수 있게 됩니다.

 

 

 

그렇다고 물을 많이 섞는 것만이 능사는 아닙니다. 물을 많이 섞게 되면 강도가 떨어질 뿐만 아니라 여러가지 면에서 많은 문제를 일으키게 됩니다. 따라서 콘크리트의 품질을 유지하면서 시공을 원활하게 할 수 있는 정도를 나타내는 용어가 필요해 집니다.

 

콘크리트의 시공 성능

콘크리트의 시공 성능과 관련된 용어를 종합적으로 나타내면 다음과 같습니다.

 

 

콘크리트의 시공 성능을 가장 포괄적으로 나타내는 용어가 워커빌리티(Workability)입니다. 시공(Work)에 적합한 성능(Ability)을 의미한다고 볼 수 있을 것 같습니다.  표준시방서에서는 반죽 질기에 의한 작업의 난이한 정도와 균일한 질의 콘크리트를 만들기 위하여 필요한 재료의 분리에 저항하는 정도를 나타내는 굳지 않는 콘크리트의 성질이라고 정의됩니다. 예전에는 워커빌리티를 시공연도라고 하기도 했는데, 지금은 원어 그대로 워키빌리티라고 표기합니다.

 

워커빌리티의 정의를 보시면 두 부분으로 되어 있다는 점에 주의해야 합니다. 반죽이 묽어지면 그 만큼 작업하기는 쉬워집니다. 즉 물을 많이 넣으면 넣을수록 반죽은 부드러워지고 작업하기는 쉬워집니다. 그러나 물을 너무 많이 넣으면 반죽이 너무 묽어져서 재료분리가 발생하기 쉽겠죠? 그래서 "균일한 질의 콘크리트를 만들기 위하여 필요한 재료의 분리에 저항하는 정도"를 같이 포함해서 고려해야 합니다. 어떻게 보면 재료분리가 생기지 않도록 하는 범위에서 반죽의 질기를 결정해야 한다고 볼 수 있습니다.

 

일반적인 경우, 워커빌리티는 굵은 골재의 최대 치수와 슬럼프를 사용하여 설정할 수 있습니다.

 

■ 굵은 골재의 최대 치수

■ 슬럼프 시험

 

콘크리트 표준시방서에서는 굵은 골재의 최대 치수와 슬럼프 값에 대한 기준을 제시하고 있습니다. 

 

굵은 골재의 최대 치수 기준

구조물의 종류	굵은 골재의 최대 치수(mm)
일반적인 경우	20 또는 25
단면이 큰 경우	40
무근콘크리트	40(부재 최소 치수의 1/4을 초과해서는 안 됨)

 

굵은 골재의 최대 치수는 클 수록 콘크리트 품질관리에 유리합니다. 골재의 최대 치수가 작아지면 그만큼 물을 많이 첨가해야 합니다. 대체로 모든 분말에 적용되는 것이지만, 예를 들어 쌀 알갱이를 계속 쪼개서 입자 크기를 작게 만들면 표면적이 증가하게 됩니다. 표면적이 증가한다면 모든 입자 표면을 물로 적시기 위해 그만큼 물의 양은 많아지게 됩니다. 건축물은 좁게 배치된 철근 사이로 굵은 골재가 빠져 나가야 밀실하게 채워지기 때문에 20mm나 25mm를 사용하게 됩니다. 

 

■ 시멘트의 분말도 측정 - 블레인 공기 투과 장치

■ 골재의 크기와 철근의 순간격

 

 

슬럼프의 기준값(mm)

종류		슬럼프 값
철근콘크리트	일반적인 경우	80∼150
	단면이 큰 경우	60∼120
무근콘크리트	일반적인 경우	50∼150
	단면이 큰 경우	50∼100

 

슬럼프 시험

 

슬럼프 시험은 무너진 높이로 값을 측정하지만 점성을 확인하기 위해 태핑(Tapping)을 하기도 합니다. 다짐봉으로 콘크리트 측면을 살며시 두드려 무너지는 형상을 관찰하는 것인데요, 푸슬푸슬하게 무너지는 것보다는 점성이 있어서 반죽의 끈기가 있는 것이 워커빌리티가 좋다고 할 수 있습니다.

 

그 외에 시공 성능과 관련된 용어로 반죽질기, 성형성, 펌퍼빌리티 등이 있습니다.

반죽질기(Consistency)는 굳지 않은 콘크리트에서 주로 단위수량의 다소에 따라 유동성의 정도를 나타내는 용어입니다. 컨시스턴시라고 그냥 사용하기도 합니다. 즉, 주로 수량에 의하여 좌우되는 아직 굳지 않는 콘크리트의 변형 또는 유동에 대한 저항성이라고 정의할 수 있습니다.

 

성형성(Plasticity)은 거푸집에 쉽게 다져 넣을 수 있고, 거푸집을 제거하면 천천히 형상이 변하기는 하지만 허물어지거나 재료가 분리되지 않는 굳지 않은 콘크리트의 성질을 의미합니다. 즉 거푸집에 다져 넣을 때 원하는 형상을 원활하게 만들어 낼 수 있는 능력의 정도를 의미한다고 볼 수 있습니다.

 

콘크리트를 타설할 때 중요한 용어 중의 하나가 펌퍼빌리티(Pumpability)입니다. 건물의 높이가 높아질수록 더 높게 콘크리트를 밀어올려야 하고 여러 가지 고려해야 할 요소가 많아집니다. 펌퍼빌리트를 수치로 평가할 대는 수평관 1 m당 관내의 압력손실로 나타냅니다. 이 때 1 m당 관내의 압력손실로부터 배관 전체길이에 대한 소요 압송압력을 계산하고, 소요 압송압력을 고려하여 안전을 충분히 확보할 수 있는 배관 및 펌프를 선정하여야 한다.

 

콘크리트의 타설 및 다지기

콘크리트는 신속하게 운반하여 즉시 타설하고, 충분히 다져야 한다. 시멘트는 일정한 시간이 지나면 수화반응이 진행되면서 응결하기 때문에 그 전에 모든 과정을 완료해야만 합니다.

 

■ 시멘트의 응결 시간 - 비카트

 

표준시방서에서는 비비기로부터 타설이 끝날 때까지의 시간을 정하고 있습니다. 원칙적으로 외기온도가 25 ℃ 이상일 때는 1.5시간, 25 ℃ 미만일 때에는 2시간을 이내가 되도록 규정하고 있습니다. 

 

또 콘크리트를 타설한 후에는 진동기를 사용해서 충분히 다져야만 합니다. 콘크리트 표준시방서에 규정된 내부진동기의 사용 방법은 다음과 같습니다.
① 진동다지기를 할 때에는 내부진동기를 하층의 콘크리트 속으로 0.1 m 정도 찔러 넣는다.
② 내부진동기는 연직으로 찔러 넣으며, 그 간격은 진동이 유효하다고 인정되는 범위의 지름 이하로서 일정한 간격으로 한다. 삽입간격은 0.5 m 이하로 한다. 
③ 1개소당 진동 시간은 다짐할 때 시멘트풀이 표면 상부로 약간 부상하기까지로 한다.
④ 내부진동기는 콘크리트로부터 천천히 빼내어 구멍이 남지 않도록 한다.
⑤ 내부진동기는 콘크리트를 횡방향으로 이동시킬 목적으로 사용하지 않아야 한다.
⑥ 진동기의 형식, 크기 및 대수는 1회에 다짐하는 콘크리트의 전 용적을 충분히 다지는 데 적합하도록 부재 단면의 두께 및 면적, 1시간당 최대 타설량, 굵은 골재 최대 치수, 배합, 특히 잔골재율, 콘크리트의 슬럼프 등을 고려하여 선정한다.

 

콘크리트와 관련된 내용들입니다.

■ 콘크리트의 구성

 

■ 내구성기준압축강도(내구성 확보를 위한 요구조건)

■ 콘크리트의 배합(설계)

■ 콘크리트 배합설계 연습

 

■ 콘크리트의 시공 성능 - 반죽질기(Consistency)

■ 콘크리트의 재료 분리 - 블리딩(Bleeding)과 격자균열, 레이턴스(Laitance)

 

■ 레미콘의 규격

■ 습윤양생기간의 표준

 

■ 레미콘 품질 시험(받아들이기 검사)

■ 콘크리트의 공기량 측정

■ 슬럼프 시험

 

■ 콘크리트는 어떻게 파괴될까(콘크리트의 균열)?

■ 콘크리트의 고강도화와 탄성계수

■ 콘크리트의 내구성 - 탄산화

■ 슈미트 해머 비파괴 시험(콘크리트 반발경도 시험)

 

■ 노출콘크리트의 시공

■ 노출콘크리트의 종류

 

■ [분류 전체보기] - 건축재료 목차

■ [분류 전체보기] - 건축시공 목차