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

우리는 콘크리트의 어떤 부분을 채취해도 시멘트와 물, 잔골재, 굵은골재의 배합 비율이 같을 것이라고 기대합니다. 혹은 콘크리트를 타설하고 나면 우리가 시공한 대로 그대로 있을 것이라고 기대합니다.

 

그러나 사실은 그렇지 않습니다. 콘크리트는 그렇게 균질하지 않습니다. 이처럼 콘크리트를 구성하는 성분의 구성비율이 달라지는 현상, 즉 균질성이 없어지는 현상을 재료 분리라고 합니다.

콘크리트의 재료 분리는 어떻게 보면 본질적인 것이라고 할 수 있습니다. 콘크리트는 시멘트, 물, 모래, 자갈로 이루어져 있습니다. 균질하게 비벼진 콘크리트는 어느 부분의 콘크리트를 채취해도 그 구성요인인 시멘트, 물, 잔·굵은 골재의 구성비율이 동일한 상태로 유지되는 것이 가장 이상적이라고 할 수 있습니다. 하지만 이들 재료의 무게(비중)가 다르기 때문에 재료 분리는 생길 수 밖에 없습니다.

■ 콘크리트의 구성
■ 콘크리트의 배합(설계)

콘크리트의 구성 재료들을 섞으면 일정한 시간 동안은 반액체상태를 유지하다가 시멘트의 수화반응이 진행되면 굳어지게 됩니다. 걸죽한 반액체상태의 콘크리트를 타설하는 과정에서 재료 분리는 발생할 수 밖에 없습니다. 높이가 높은 기둥이나 벽체 속으로 콘크리트를 부어 넣으면 무게가 무거운 자갈(굵은 골재)은 밑에 쌓일 수 밖에 없습니다. 반대로 무게가 가벼운 물은 떠오르게 됩니다. 그래서 콘크리트 재료 분리의 대표적인 현상 두 가지는 골재 침하와 블리딩입니다.

- 골재 침하(Settlement)
- 블리딩(Bleeding)

 

재료분리 현상이 발생하면 수직부재에 해당하는 기둥과 벽체는 윗쪽과 아랫쪽의 강도가 달라집니다. 비중이 무거운 굵은 골재는 아래로 가라앉고, 가벼운 물이 떠올라오기 때문에 상대적으로 윗부분의 강도가 20∼30%정도 강도가 떨어집니다. 공시체 시험을 하고 있는 아래 사진을 보더라도 윗쪽에 균열이 더 많이 발생하는 것을 볼 수 있습니다.

 

 

블리딩

블리딩(Bleeding)은 굳지 않은 콘크리트에서 고체 재료의 침강 또는 분리에 의하여 물과 시멘트 혹은 혼화재의 일부가 콘크리트 윗면으로 상승하는 현상을 말합니다. 문제는 타설이 끝난 콘크리트가 그대로 있지 않는다는 것입니다. 타설이 끝나도 콘크리트는 아직 굳지 않은 반액체상태입니다. 따라서 무게가 무거운 굵은 골재나 잔골재는 중력때문에 서서히 가라앉게 됩니다.

아래 사진에서 가운데 파란색으로 빗금이 쳐진 동그라미는 철근을 나타낸 것입니다. 만약 이 철근이 없다면 콘크리트는 비교적 균질하게 가라앉기 때문에 큰 문제가 없을 수도 있습니다. 그런데 콘크리트구조물에는 철근이 배치되어 있기 때문에 이 철근이 콘크리트가 가라앉은 것을 막게 됩니다. 그렇게 되면 철근이 없는 부분은 많이 가라앉고 철근이 있는 부분은 덜 가라앉게 되기 때문에 결과적으로 철근의 윗부분을 따라 균열이 발생하게 됩니다.

다음 사진을 보면 격자형으로 배치된 철근을 따라 슬래브 윗면에 균열이 발생한 것을 볼 수 있습니다. 이처럼 블리딩 균열은 격자형태로 규칙적으로 발생하게 됩니다. 이 블리딩 현상은 철근 배근에도 영향을 미치게 됩니다.

■ 일반철근과 상부철근(블리딩현상)

슬래브에 배치된 격자형 철근을 따라 블리딩 균열이 발생한 사례

위 사진을 표면 표면에 하얀 가루가 보입니다. 이것을 레이턴스(laitance)라고 합니다. 콘크리트 타설하고 나서 블리딩 현상이 발생하는데, 이 부유물과 함께 내부의 미세한 입자가 부상하여 콘크리트의 표면에 형성되는 경화되지 않은 층을 말힙니다.

한마디로 물과 함께 떠오른 찌꺼기들입니다. 이들 찌꺼기에 레이턴스라는 거창한 이름까지 붙이는 이유는, 이 위에 콘크리트를 치면 문제가 될 수 있기 때문입니다. 즉 먼저 타설한 콘크리트와 나중에 타설한 콘크리트 사이에 레이턴스가 끼어 있으면 두 콘크리트가 일체화되지 않습니다. 따라서 콘크리트를 타설하기 전에 레이턴스를 제거해야만 합니다.

블리딩이 미치는 나쁜 영향을 정리하면 다음과 같습니다(블리딩의 결과).
ⓐ 기둥 상, 중, 하부의 강도가 다르다. 대체적으로 하부 콘크리트의 강도가 높다.
ⓑ 철근 하부에 공극이 형성되어 콘크리트와의 부착력이 저하된다.
ⓒ 골재 하부에 공극 형성되어 접착강도가 낮아지고 결과적으로 콘크리트 강도가 낮아진다.
ⓓ 레이턴스로 신, 구 콘크리트가 일체화되지 않는다(접촉 불량).
ⓔ 격자형 균열이 발생하여 콘크리트에 구조적 결함이 커지고 내구성이 약화된다.

따라서 블리딩이 발생하지 않도록 신경을 써야 합니다. 일반적으로는 강판을 재질로 한 데크플레이트를 사용할 때 블리딩이 심해지는 경향이 있습니다. 강판은 물을 흡수하지 않기 때문에 아무래도 여분이 물이 빠져나갈 여지가 줄기 때문이겠죠?

그밖에 블리딩이 심해지는 조건을 정리하면 다음과 같습니다.
① 단위수량이 클수록, 물결합재비가 클 경우
② 단위잔골재량이 많을수록 (최대 치수가 클수록 블리딩은 감소, 골재의 치수가 작을 때 증대)
③ AE제 및 감수제를 사용 시 블리딩량은 감소
④ 타설 높이가 높을수록 침하량이 증가

 

재료분리의 억제

콘크리트의 재료분리를 억제하려면 각각의 재료가 분리되지 않도록 점성을 높여야만 합니다. 콘크리트를 구성하는 재료가 시멘트, 물, 잔골재, 굵은골재라고 하면 점성을 내는 재료는 시멘트 입자라고 할 수 있습니다. 

 

따라서 점성을 높이려면 단위시멘트량을 높이는 것이 가장 기본입니다.

혹은 시멘트를 치환하는 재료인 플라이 애시, 고로슬래그 미분말, 석회석 미분말 등을 사용하면 이들 재료는 시멘트보다 비중이 작기 때문에, 시멘트와 동일한 질량으로 치환한다면 부피가 늘어나기 때문에 점성이 증가할 수 있습니다.

 

시멘트 외에 영향을 미치는 것은 잔골재의 양입니다. 일반적인 배합설계에서는 재료분리를 일으키지 않는 범위에서 잔골재율을 줄이는 방식으로 배합합니다. 잔골재의 양이 많아지면 그만큼 단위수량이 증가하는 경향이 있기 때문입니다. 다만 점성의 차원에서만 본다면 잔골재율(a/S)을 높이면 점성이 증가합니다.

 

그 외에도 점성을 증가하는 약품인 증점제를 사용할 수 있습니다. 증점제로는 메틸셀룰로우스, 에틸셀룰로오스, 다당류, 폴리머, 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 증점제 등 많은 종류가 있습니다. 

 

콘크리트와 관련된 내용들입니다.

■ 콘크리트의 구성

 

■ 내구성기준압축강도(내구성 확보를 위한 요구조건)

■ 콘크리트의 배합(설계)

■ 콘크리트 배합설계 연습

 

■ 콘크리트의 시공 성능 - 워커빌리티(Workability)

■ 콘크리트의 시공 성능 - 반죽질기(Consistency)

 

■ 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