[논문]흙타설 벽체의 현장 시공 가능성 검토

황혜주; 강남이; 양준혁

문제 정의

본 실험에 앞서 자연상태의 흙을 활용하여 흙타설 공법에 적합한 배합을 도출하기 위한 실험을 진행하였다. 골재로 사용된 흙은 8mm체로 체가름 하였고 기건 상태로 건조하였다.
본 연구는 흙타설 공법의 벽체 적용에 관한 연구로서 자연상태의 흙을 사용한 흙배합을 단독주택의 벽체에 적용하고자 한다. 이 과정에서 펌프카 등의 시멘트콘크리트 타설용 장비를 활용한 기계화 시공 가능성을 검토하고자 한다.
본 연구는 흙타설 공법의 벽체 적용을 위한 기계화 시공 가능성에 대해 검토하고자 한다. 흙벽의 기본 물성인 압축강도와 기계화 시공을 검토하기 위해 슬럼프를 측정하였다.
본 연구에서는 레미콘플랜트에 의한 배합이 이뤄지지 않고 현장에서의 굴삭기에 의한 배합이 이루어졌기 때문에 건축물의 각 위치에 따른 강도 차이가 발생했을 것으로 판단되었다. 이에 그림 7과 같이 건물 벽체 중 16곳을 선정하여 재령 28일에 비파괴 실험인 슈미트해머를 이용 하여 강도를 측정하였다.
본 연구에서는 자연 상태의 흙을 사용하여 유동성이 높은 흙타설 공법에 의해 벽체를 세우는 연구를 진행하였다. 현재 현장에서 사용되는 타설 장비를 활용한 기계화 시공을 실시하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
본 연구는 흙타설 공법의 벽체 적용에 관한 연구로서 자연상태의 흙을 사용한 흙배합을 단독주택의 벽체에 적용하고자 한다. 이 과정에서 펌프카 등의 시멘트콘크리트 타설용 장비를 활용한 기계화 시공 가능성을 검토하고자 한다.
굴삭기는 석회복합체, 흙, 모래, 석분을 적정배합으로 반죽한 다음 펌프카에 부어 넣는 공정을 진행하고 펌프카는 배합된 흙반죽을 조립된 시스모 패널 거푸집에 타설하는 공정을 진행한다. 이러한 방법에 의한 흙타설의 가능성 및 문제점을 검토하였다.
흙타설 공법 적용 초기 흙타설에 사용될 흙배합을 정확히 개량하고 믹싱을 잘하기 위해 영암군에 소재한 레미콘 공장의 플랜트 설비를 사용하는 방안을 검토하였다. 그러나 모든 업체에서 플랜트 내부에 흙을 투입할 경우 관리상 어려움이 많으며, 레미콘을 활용한 배합 및 운반 또한 어렵다고 하여 배합 방법을 변경하였다.

제안 방법

그러나 모든 업체에서 플랜트 내부에 흙을 투입할 경우 관리상 어려움이 많으며, 레미콘을 활용한 배합 및 운반 또한 어렵다고 하여 배합 방법을 변경하였다. 그래서 현장에서 운용 가능한 장비인 굴삭기를 활용하여 재료 배합 및 반죽을 실시하였다.
본 연구에서는 기존의 거푸집 시스템인 유로폼을 대신하여 여러 가지 기능성이 추가된 시스모 패널을 사용하였다.
시공에 사용되는 재료의 특성은 선행연구의 결과를 활용하여 석회복합체를 결합재로 사용한 흙배합을 선정하였다. 단위결합재량(㎏/㎥)은 350으로 하였고 W/B는 70%로 하였다.
시공이 완료된 건축물의 위치에 따른 압축강도 특성을 비교하기 위해 재령 28일이 경과된 흙타설 콘크리트 벽체에 대해 비파괴실험을 실시하였다. KS F 2730에 의거하여 슈미트해머를 이용한 실험을 실시하였다.
시공현장에 원재료인 흙, 모래, 석분, 석회복합체를 각각 반입하여 정해진 위치에 적재하였다. 재료 배합에 활용될 장비인 0.
석분은 전남 영암군의 석산에서 채취한 것을 사용하였으며 물리적 특성은 표 7과 같다. 유동성 확보와 강도 발현을 위해 표 8과 같은 특성을 갖는 고성능 감수제를 사용하였다.
미립자가 많을수록 유동성을 확보하기 위한 배합수량은 많아지며 강도는 낮게 나타난다. 이를 제어하기 위해 모래를 첨가하여 전체 골재에서 실트 이하가 차지하는 비율을 낮추었다.
본 연구에서는 레미콘플랜트에 의한 배합이 이뤄지지 않고 현장에서의 굴삭기에 의한 배합이 이루어졌기 때문에 건축물의 각 위치에 따른 강도 차이가 발생했을 것으로 판단되었다. 이에 그림 7과 같이 건물 벽체 중 16곳을 선정하여 재령 28일에 비파괴 실험인 슈미트해머를 이용 하여 강도를 측정하였다. 슈미트해머로 측정한 값에서 반발경도(R)과 환산한 압축강도 추정치는 표 13과 같다.
흙타설 배합은 시험체의 압축강도를 측정하기 위해 Ø10*20cm, Ø15*30cm의 두 가지 크기로 제작하여 재령별 압축강도를 측정하였다. 재령 28일 시공된 건축물의 벽체 위치 별로 비파괴 시험인 슈미트해머 실험을 실시하여 압축강도를 비교하였다. 재령 28일 할렬인장강도를 측정하였고 유동성을 판단하기 위해 슬럼프시험을 실시하였다.
재령 28일 시공된 건축물의 벽체 위치 별로 비파괴 시험인 슈미트해머 실험을 실시하여 압축강도를 비교하였다. 재령 28일 할렬인장강도를 측정하였고 유동성을 판단하기 위해 슬럼프시험을 실시하였다.
골재의 비율은 용적비로 흙:모래:석분=40:30:30을 하여 흙배합의 실트 이하 미립분의 함량을 줄였다. 혼화제는 고성능감수제를 1% 첨가 하였다. 실험실에서의 압축강도는 약 21MPa 이였으나 현장에서의 배합 및 믹싱 등의 상황을 고려해 볼 때 낮은 압축강도를 나타낼 것으로 예상하였다.
본 연구는 흙타설 공법의 벽체 적용을 위한 기계화 시공 가능성에 대해 검토하고자 한다. 흙벽의 기본 물성인 압축강도와 기계화 시공을 검토하기 위해 슬럼프를 측정하였다.
흙을 사용한 재료를 구조벽으로 사용하기 위해 재령 28일 압축강도를 측정하였고, 현재 사용되고 있는 타설 장비인 레미콘이나 펌프카 등의 장비를 활용한 기계화 시공 가능성을 검토하기 위해 슬럼프 실험을 실시하였다.
흙타설 배합은 시험체의 압축강도를 측정하기 위해 Ø10*20cm, Ø15*30cm의 두 가지 크기로 제작하여 재령별 압축강도를 측정하였다.

대상 데이터

석회의 성능을 개선한 것으로 석회와 포졸란 재료들의 혼합체이며 특성을 표 4와 같다. 골재로서 사용된 재료는 흙, 모래, 석분이며 흙을 단독으로 사용했을 경우 강도가 낮기 때문에 0.074mm이하의 미립분의 함유율을 낮추어 입도를 맞추기 위해 모래와 자갈을 혼합하여 사용하였다. 흙은 영암군 내의 일반 흙을 구입하였다.
건조과정을 거치지 않는 상태에서 배합에 사용하였기 때문에 함수율은 높게 나타났으며 흙의 특성은 표 5와 같다. 모래는 인천광역시 강화군에서 채취하여 세척한 해사를 사용하였으며 물리적 특성은 표 6과 같다. 석분은 전남 영암군의 석산에서 채취한 것을 사용하였으며 물리적 특성은 표 7과 같다.
모래는 인천광역시 강화군에서 채취하여 세척한 해사를 사용하였으며 물리적 특성은 표 6과 같다. 석분은 전남 영암군의 석산에서 채취한 것을 사용하였으며 물리적 특성은 표 7과 같다. 유동성 확보와 강도 발현을 위해 표 8과 같은 특성을 갖는 고성능 감수제를 사용하였다.
흙타설 공법의 적용대상 건축물은 전라남도 영암군 학산면에 위치한다. 시멘트콘크리트를 사용한 줄기초 부분을 제외한 나머지 부분은 흙, 고성능석회, 왕겨숯, 목재와 시스모 패널을 사용하였다. 바닥은 단열을 위해 왕겨숯으로채웠고 왕겨숯의 상부 마감은 흙과 석회를 반죽하여 채웠다.
압축강도 측정을 위한 시험체는 KS F 2403에 의거하여 Ø10*20cm, Ø15*30cm 몰드에 제작하였다.
타설전 석회복합체 페이스트 및 흙타설 배합을 반죽하기 위한 배합용기 역할을 하는 흙구덩이 3개를 2㎥ 크기로 팠다.
074mm이하의 미립분의 함유율을 낮추어 입도를 맞추기 위해 모래와 자갈을 혼합하여 사용하였다. 흙은 영암군 내의 일반 흙을 구입하였다. 건조과정을 거치지 않는 상태에서 배합에 사용하였기 때문에 함수율은 높게 나타났으며 흙의 특성은 표 5와 같다.
흙타설 공법의 결합재는 고성능석회를 사용하였다. 석회의 성능을 개선한 것으로 석회와 포졸란 재료들의 혼합체이며 특성을 표 4와 같다.
흙타설 공법의 적용대상 건축물은 전라남도 영암군 학산면에 위치한다. 시멘트콘크리트를 사용한 줄기초 부분을 제외한 나머지 부분은 흙, 고성능석회, 왕겨숯, 목재와 시스모 패널을 사용하였다.

이론/모형

현장 배합 과정 중에 굴삭기에 의해 배합된 반죽을 사용하였으며 배합초기의 반죽을 사용하여 제작하였다. KS F 2405 콘크리트의 압축강도 시험방법에 의거하여 재령 1,3,7,28일 압축강도를 측정하였으며 KS F 2423 콘크리트의 쪼갬 인장 강도 시험방법에 의거하여 재령 28일 인장강도를 측정하였다. 또한 유동성을 측정하기 위해 KS F 2402 콘크리트의 슬럼프 시험 방법에 의거하여 슬럼프를 측정하였다.
시공이 완료된 건축물의 위치에 따른 압축강도 특성을 비교하기 위해 재령 28일이 경과된 흙타설 콘크리트 벽체에 대해 비파괴실험을 실시하였다. KS F 2730에 의거하여 슈미트해머를 이용한 실험을 실시하였다. 압축강도 추정식은 기존에 나와 있는 방법 중 네 가지 방법을 선정하여 계산하였으며 추정식은 표 9와 같다.
KS F 2405 콘크리트의 압축강도 시험방법에 의거하여 재령 1,3,7,28일 압축강도를 측정하였으며 KS F 2423 콘크리트의 쪼갬 인장 강도 시험방법에 의거하여 재령 28일 인장강도를 측정하였다. 또한 유동성을 측정하기 위해 KS F 2402 콘크리트의 슬럼프 시험 방법에 의거하여 슬럼프를 측정하였다.

성능/효과

1) 유동성을 확인하기 위해 시공 초기 배합의 슬럼프 값을 측정한 결과 80mm 이었으며, 펌프카에 의한 흙벽체 타설이 가능한 것으로 나타났다.
2) 압축강도 측정 결과 실험실 배합의 60% 정도 강도발현을 한 것으로 나타났으며 건축물의 위치에 따라 압축 강도가 다소 차이가 있는 것으로 나타났다. 압축강도는 저층 주택으로서 적용 가능한 수준으로 판단된다.
3) 강도 저하의 원인은 흙의 높은 함수량과 0.074mm 이하 미립분의 함량이 높았기 때문이다. 이로 인해 반죽하는 과정에서 재료의 뭉침 현상이 발생했으며 반죽능력이 낮은 굴삭기로는 충분한 믹싱이 되지 않았기 때문이다.
4) 건축물의 벽체 및 바닥을 시공할 때 흙타설 공법을 이용할 경우 배합 및 반죽 과정에서의 굴삭기 사용으로 매회 배합의 차이가 발생했다. 또한 이 과정에서 많은 시간을 필요로 하기 때문에 전체 시공 시간이 길어지는 것으로 나타났다.
6) 재료로 사용된 흙의 성분이 흙배합의 물성에 많은 영향을 미치므로 재료의 선정 단계에서 입도분석을 정확히 실시하고 최밀충전실험을 통하여 적정 흙배합을 선정 하는 것이 중요한 것으로 판단된다.
슬럼프 실험 결과는 150～200mm 사이를 나타냈으며 기계 장비를 이용한 건축물의 벽체 및 슬라브 등의 타설이 가능할 것으로 판단된다. 공기량 측정결과 4.5～6%로 시멘트콘크리트와 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다.
단면 증가에 따른 압축강도 감소율을 측정한 결과 시험체 크기 Ø15*30cm의 경우 압축강도는 Ø10*20cm에 비해 재령 3일 8%, 재령 7일 2%, 재령 28일 2%로 나타났으며 큰 차이를 나타내지 않았다.
실험결과 재령 28일 압축강도 측정결과 구조벽으로 사용가능한 21MPa 이상의 강도를 확보한 것으로 나타났다. 또한 재령 1일 압축강도가 5MPa 이상 발현하는 것으로 나타나 타설 후 재령 초기에 거푸집 해체가 용이할 것으로 판단되었다. 슬럼프 실험 결과는 150～200mm 사이를 나타냈으며 기계 장비를 이용한 건축물의 벽체 및 슬라브 등의 타설이 가능할 것으로 판단된다.
골재로 사용된 흙은 8mm체로 체가름 하였고 기건 상태로 건조하였다. 시멘트콘크리트의 타설에서 사용되는 잔골재에서는 사용되지 않는 실트크기(0.074mm) 이하 입자의 함량이 50%를 넘게 나타났다. 미립자가 많을수록 유동성을 확보하기 위한 배합수량은 많아지며 강도는 낮게 나타난다.
실험결과 재령 28일 압축강도 측정결과 구조벽으로 사용가능한 21MPa 이상의 강도를 확보한 것으로 나타났다. 또한 재령 1일 압축강도가 5MPa 이상 발현하는 것으로 나타나 타설 후 재령 초기에 거푸집 해체가 용이할 것으로 판단되었다.
혼화제는 고성능감수제를 1% 첨가 하였다. 실험실에서의 압축강도는 약 21MPa 이였으나 현장에서의 배합 및 믹싱 등의 상황을 고려해 볼 때 낮은 압축강도를 나타낼 것으로 예상하였다. 본 연구에 적용된 배합은 표 2와 같다.
재료적인 측면에서 볼 때 원인은 다음과 같다. 첫째, 실험실에서의 흙배합은 0.074㎜이하 미립분의 함량이 전체의 10.35%였으나 현장배합의 경우는 18.2%로 약 8% 정도 높았다. 이는 유동성 확보를 위한 배합 수량을 증가시키는 결과를 낳았고 강도 저하를 발생시켰다.
원인은 두 가지로 볼 수 있다. 첫째는 함수율이 높으며 건조되지 않은 흙을 사용하였기 때문에 뭉치는 현상이 발생하였고 또한 체가름을 하지 않았기 때문에 처음부터 덩어리진 흙이 존재했을 가능성이 높았다. 둘째는 반죽에 사용된 기계가 믹서기가 아닌 굴삭기를 사용함에 따른 것이다.
현장 시공 배합의 경우 재령 28일 압축강도는 12.41MPa로 나타났으며 예상했던 압축강도 21MPa보다 약 40% 정도 낮게 나타났다. 재료적인 측면에서 볼 때 원인은 다음과 같다.

후속연구

5) 개선하기 위한 방안으로는 기존의 시멘트콘크리트의 타설에 관련된 장비의 이용 가능한 방법을 검토하거나 현장용 배처플랜트와 믹서기를 제작하는 방법 등 배합과정에서 정확한 계량과 충분한 믹싱이 되어야 할 것으로 판단된다.
반죽을 하는데 있어 믹서기나 레미콘에 비해 반죽력이 떨어지기 때문에 적정한 배합을 하기 위해서는 반죽시간이 길어지게 되고 전체적인 시공시간 또한 늘어나게 되었다. 굴삭기에 의한 믹싱은 소규모의 건축물 시공에는 문제가 없을 것으로 판단되나 건축 규모가 커질 경우 이에 대한 대안이 필요할 것으로 판단된다. 펌프카를 활용한 타설은 시멘트콘크리트를 타설할 때와 큰 차이는 없는 것으로 나타났다.
또한 재령 1일 압축강도가 5MPa 이상 발현하는 것으로 나타나 타설 후 재령 초기에 거푸집 해체가 용이할 것으로 판단되었다. 슬럼프 실험 결과는 150～200mm 사이를 나타냈으며 기계 장비를 이용한 건축물의 벽체 및 슬라브 등의 타설이 가능할 것으로 판단된다. 공기량 측정결과 4.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현제 국내에서 주로 시공되고 있는 흙건축 공법은?	현재 국내에서 시공되고 있는 흙건축 공법은 흙벽돌(adobe, earth brick), 흙다짐(rammed earth, pise), 볏단벽 공법(strawbale), 흙미장 공법(earth plaster), 심벽공법(wattle and daub) 등이 주류를 이루고 있다. 이러한 공법들은 대부분 건축부지 주변의 흙과 모래를 이용하고 별도의 가공을 하지 않기 때문에 사용재료의 내재에너지가 낮으며, 건축의 라이프사이클에서 발생하는 환경부하가 낮은 장점을 가지고 있다.
	흙건축 공법이 자연재료를 사용하기 때문에 얻는 이점은?	이러한 공법들은 대부분 건축부지 주변의 흙과 모래를 이용하고 별도의 가공을 하지 않기 때문에 사용재료의 내재에너지가 낮으며, 건축의 라이프사이클에서 발생하는 환경부하가 낮은 장점을 가지고 있다. 또한 자연재료를 사용하기 때문에 사람들에게 친근한 느낌을 주며, 습도 조절능력 및 탈취성능등 사용자에게 다양한 이점을 가져다준다. 하지만 재료의 압축강도가 낮아 저강도 영역의 건축에 한해서 시공되고 있다.
	흙타설 공법이 다른 흙건축 공법에 비해 적용 사례가 많지 않은 이유는?	흙타설 공법(earth concrete, pour earth)은 국내외에서 많은 연구가 진행되고 있으며 현재 다른 흙건축 공법에 비해 적용 사례가 많지 않다. 이는 사용되는 흙배합이 흙 타설 공법에 적합한 유동성을 확보하는데 필요한 다량의 배합수에 의해 양생기간이 길어지고 압축강도가 낮아지는 등 사용상의 많은 어려움이 있기 때문이다. 또한 기계화 시공을 위해서는 기존의 장비 사용에 적합한 물성이 확보되거나 새로운 타설 장비를 만들어야 되는데 현실적인 여건은 한계가 있다.

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