[논문]균열저항성 및 수밀성능을 동시에 구현한 특수 콘크리트 적용 기술

김도수; 길배수; 구승훈; 문기호; 김정우; 박정순

doi:10.22636/mkci.2010.22.1.52

균열저항성 및 수밀성능을 동시에 구현한 특수 콘크리트 적용 기술
Application Technology of Special Concrete Realized Resistance for Crack and Watertightness Simultaneously 원문보기

김도수 ((주)트라이포드 기술경영본부) , 길배수 ((주)트라이포드) , 구승훈 (한국동서발전(주) 당진화력본부 건설소) , 문기호 (한국동서발전(주) 당진화력본부 건설소) , 김정우 (한국동서발전(주) 건설처 토건기술팀) , 박정순 (한국동서발전(주) 건설처 토건기술팀)

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문제 정의

이에 FDP 콘크리트의 현장 적용의 한 예로 최근 충남 당진에 위치한 소수력 발전설비공사 전기전자건물의 지하 기초바닥에 시공한 사례를 소개하고자 한다. FDP 콘크리트가 적용된 소수력 발전소 현장개요를 요약하면 <표 6>과 같다.
이에 본 고에서는 균열저항성과 수밀성을 부여하는 다양한 기술중에서 콘크리트의 취약특성인 균열저항성의 개선은 물론 충분한 수밀성능을 동시에 구현하는 특수 콘크리트로 FDP(focusing on dual performance, 혹은 WTCR; watertightness & crack reducing) 콘크리트의 작용효과를 규명하고, 균열 및 수밀성능 관련 모의부재(mock-up) 검증실험의 결과에 대한 기술적 분석과 함께 수밀성능 및 균열저항성이 요구되는 실 구조물에서의 적용성능을 함께 살펴보고자 한다.

제안 방법

과 같이 일반강도 규격의 콘크리트 배합(규격： 24-25-18)을 대상으로 콘크리트의 균열저항성 및 수밀성능을 지닌 SWP-2의 적용 유무에 따라 기준 콘크리트(이하 Plain 콘크리트로 명명함)와 FDP 콘크리트로 구분하여 균열평가에 대한 신뢰성을 높이기 위해 옥외에 자연 폭로시킨 조건에서 모의부재(2 m × 2 m × 0.3 m)를 제작하여 균열저항성을 평가하기 위한 시험을 진행하였다.
당해 현장은 과 같이 FDP 콘크리트는 종전 방수공종을 대체하여 전기 전자건물의 지하 기초바닥에만 적용하였고, 다른 부위는 Plain 콘크리트를 시공하였다.
현장에서는 실시된 시험항목은 콘크리트의 시공성 확인을 위한 물성으로 슬럼프, 공기량 및 경화 콘크리트의 압축강도를 측정하였다. 또한 당해 현장에서 별도의 방수공종 없이 FDP 콘크리트를 방수가 요구되는 지하 기초바닥에 시공하였으므로 FDP 콘크리트의 수밀성능 평가를 위해 KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)에서 정한 투수비 및 물흡수계수비 시험을 실시하였으며, 이를 Plain 콘크리트와 비교하였다<;그림 8>.
수밀성능은 재령 28일 이후 Plain 및 FDP 콘크리트 부재표면의 투수계수 및 공기침투 깊이를 측정하여 비교하였으며, 에는 본 시험에 사용된 측정장비(콘크리트 내구력 측정기) 및 원리를 나타내었다.
현장에서는 실시된 시험항목은 콘크리트의 시공성 확인을 위한 물성으로 슬럼프, 공기량 및 경화 콘크리트의 압축강도를 측정하였다. 또한 당해 현장에서 별도의 방수공종 없이 FDP 콘크리트를 방수가 요구되는 지하 기초바닥에 시공하였으므로 FDP 콘크리트의 수밀성능 평가를 위해 KS F 4926(콘크리트 혼입용 방수재)에서 정한 투수비 및 물흡수계수비 시험을 실시하였으며, 이를 Plain 콘크리트와 비교하였다<그림 8>.

대상 데이터

수밀성능 평가를 위한 모의부재 시험은 과 같이 실시하였으며, 와 같이 Plain 콘크리트와 FDP 콘크리트 모의부재(1 m × 1 m × 2 m)를 제작하였다.

성능/효과

모의부재 표층부(covercrete)에 일정압력의 공기를 가압하여 콘크리트의 수밀성능에 필요한 구조치밀성을 평가할 수 있는 투수계수 및 표층부터의 공기침투 깊이를 측정한 결과 의 시험결과와 같이 Plain 콘크리트에 비해 FDP 콘크리트의 투수계수는 67%, 공기침투 깊이는 40% 감소되어 SWP- 2의 적용으로 충분한 수밀성을 확보하는 것으로 나타났다.
본 고에서 소개된 FDP 콘크리트가 모의부재 시험을 통해 균열저항성 및 수밀성능을 동시에 확보하는 것이 가능함을 확인하였으며, 이러한 특성을 활용해 현장에 적용한 결과를 통해서도 종전 방수공종을 대체할 정도의 충분한 수밀성능 확보를 검증할 수 있었다.
<표 2>와 같이 모의부재 타설 후 경화 콘크리트 표면에서 균열을 점검한 결과 FDP 콘크리트는 Plain 콘크리트에 비해 균열개수는 14개에서 6개로 감소되었으며, 균열 폭의 감소는 물론 균열길이는 약 70%, 균열면적은 약 75% 정도 저감되는 것으로 나타났다. 이를 통해 FDP 콘크리트에 적용 된 SWP-2의 특이 화학적 작용에 의한 수축저감과 균열저항성을 개선하는 효과를 부재시험을 통해 확인할 수 있었다<그림 3>.
와 같이 콘크리트 부재를 타설하는 과정에서 채취한 시료를 대상으로 슬럼프 및 공기량을 측정하였으며, Plain 콘크리트는 152 mm, 5.0%, FDP 콘크리트는 158 mm, 5.3%로 나타나 모두 시공규격을 충족하는 것으로 나타났다.
<표 2>와 같이 모의부재 타설 후 경화 콘크리트 표면에서 균열을 점검한 결과 FDP 콘크리트는 Plain 콘크리트에 비해 균열개수는 14개에서 6개로 감소되었으며, 균열 폭의 감소는 물론 균열길이는 약 70%, 균열면적은 약 75% 정도 저감되는 것으로 나타났다. 이를 통해 FDP 콘크리트에 적용 된 SWP-2의 특이 화학적 작용에 의한 수축저감과 균열저항성을 개선하는 효과를 부재시험을 통해 확인할 수 있었다<;그림 3>.
현장시험 결과 FDP 콘크리트가 규격을 충족하는 시공성과 동등이상의 압축 강도를 발현함을 확인하였으며, 특히 수밀성능에 있어서 0.43의 투수비 및 0.37의 물흡수계수비를 확보함에 따라 KS F 4926에서 정한 0.7 이하의 방수재로서의 품질을 충분히 충족하는 것으로 나타났다.

후속연구

또한 수화과정 중 생성된 가용성 실리카의 포졸란 효과에 의해 콘크리트의 수밀성, 강도 및 내구성이 향상되며 이들 효과가 상호 복합적으로 작용하여 콘크리트의 수밀성, 균열저항성은 물론 내구성 향상에도 기여할 수 있다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

콘크리트 구조물의 시공에 있어서 균열은 무엇의 원인이 되며 어떤 피해를 유발하는가?

이러한 콘크리트 구조물의 시공에 있어서 콘크리트의 수밀성(watertightness) 증진 및 균열저감 기술은 콘크리트의 다양한 성능향상과 함께 구조물의 내구성 및 안정성에 있어서 매우 중요한 사안이 되고 있다. 콘크리트 구조물에서 균열은 재료적, 구조적, 시공적 및 환경적 요인 등 다양한 요인에 의해서 발생된다. 이러한 균열은 콘크리트 구조물의 구조적 성능저하와 파괴의 직접적인 원인이 될 뿐만 아니라 균열 발생은 콘크리트 수밀성능의 저하를 직접적으로 초래함으로써 구조적 결함, 내구성, 외관 손상을 유발하는 동시에 구조적 균열에 따른 누수 및 열화로 인한 피해사례를 유발한다.

경제발전을 위한 국가기반 시설의 확충계획으로 인해 지속적으로 증가하는 초대형 건물은 무엇이 있는가?

최근 경제발전을 위한 국가기반 시설의 확충계획에 따라 고속철도, 고속도로, 대규모 해양구조물, 지하 구조물, 항만 구조물 등 초대형 구조물의 건설이 지속적으로 증가하는 추세에 있으며, 콘크리트 구조물의 대형화, 고강도화 및 시공방법의 진보발전에 따라 대량 급속 시공이 증가되고 있다. 이러한 콘크리트 구조물의 시공에 있어서 콘크리트의 수밀성(watertightness) 증진 및 균열저감 기술은 콘크리트의 다양한 성능향상과 함께 구조물의 내구성 및 안정성에 있어서 매우 중요한 사안이 되고 있다.

대량 급속 시공이 증가하게 된 이유는 무엇인가?

최근 경제발전을 위한 국가기반 시설의 확충계획에 따라 고속철도, 고속도로, 대규모 해양구조물, 지하 구조물, 항만 구조물 등 초대형 구조물의 건설이 지속적으로 증가하는 추세에 있으며, 콘크리트 구조물의 대형화, 고강도화 및 시공방법의 진보발전에 따라 대량 급속 시공이 증가되고 있다. 이러한 콘크리트 구조물의 시공에 있어서 콘크리트의 수밀성(watertightness) 증진 및 균열저감 기술은 콘크리트의 다양한 성능향상과 함께 구조물의 내구성 및 안정성에 있어서 매우 중요한 사안이 되고 있다.

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