콘크리트 배합설계(배합의 종류, 콘크리트 생산과 운반 / 타설)

1. 콘크리트 배합설계

콘크리트를 만들기 위한 재료의 비율 또는 사용량을 결정하는 배합설계는 콘크리트가 소요의 강도, 내구성, 수밀성, 워커빌리티를 갖는 범위 내에서 단위 수량이 최소가 되도록 각 재료의 비율을 경제적으로 결정해야 한다. 이에 따른 배합설계의 원칙은 소요 강도가 확보되어 외력에 저항하고 내구성, 내투수성, 내마모성이 있어야 하고, 충분한 내구성이 확보되어 환경조건, 동결융해작용, 건습 작용, 온도의 상승 및 하강, 제설염에 대한 내구성이 있어야 하며, 가능한 한 단위 수량이 적도록 배합을 결정한다. 또한 굵은골재의 최대치수가 크면 단위 수량과 단위 결합재량이 감소하여 콘크리트의 품질이 개선된다.

 

2. 배합의 종류

배합의 종류에는 시방배합과 현장배합으로 구분하며 시방배합은 시방서 또는 책임기술자에 의한 표시된 배합을 말하며 현장배합은 현장의 재료 상태 및 계량 방법에 따라서 정하는 배합으로 현장에서 골재의 표면수 변동, 입도 변동을 수정한 배합을 말한다. 시방배합의 설계순서는 배합설계의 대상이 되는 구조물의 특성, 시공조건 등을 고려한 재료를 선정하고, 사용 장비의 성능과 시공 정도에 따른 콘크리트 품질의 변동계수를 설정하고 다짐 방법, 부재 단면, 배근 상태를 고려하여 슬럼프값을 결정한다. 이어서 작업성과 내구성을 고려하여 공기량을 결정하고 부재의 형상과 치수, 배근 상태, 골재 특성 등을 고려하여 굵은골재의 최대치수를 정하고 배합강도로서 물/결합재비를 정하고 내구성, 수밀성을 확보하는 범위를 확인한다. 마지막으로 슬럼프, 굵은골재의 최대치수 등에 따라 단위 수량과 잔골재율을 결정하고 각 재료의 1㎥당 소요 질량을 산출하여 배합을 결정한다. 배합강도를 결정할 때 고려할 사항으로는 현장 콘크리트 압축강도의 시험 값이 설계기준강도에 미달하는 확률이 1% 이하이여야 하고, 각각의 압축강도 값이 설계기준강도보다 3.5MPa 미달하는 확률이 1% 이하이여야 한다. 물/결합재 비의 결정은 소요의 강도, 내구성, 수밀성 및 균열 저항성 등을 고려하여 결정한다. 최대 골재 크기의 결정은 굵은골재의 최대치수를 확인하여 거푸집 양 측면 사이의 최소 거리의 1/5 이내, 슬래브 두께의 1/3, 개별 철근, 다발철근, 긴장재 또는 덕트 사이 최소 순 간격의 3/4이어야 한다. 슬럼프는 운반, 타설, 다짐 등의 작업에 알맞은 범위 내에서 될 수 있는 한 작은 값으로 정해야 하며, 공기량은 콘크리트의 워커빌리티를 크게 개선하므로 AE 공기에 의하여 소요의 워커빌리티를 얻는데 필요한 단위 수량을 많이 감소시킬 수 있다. 잔골재율은 소요의 워커빌리티를 얻을 수 있는 범위 내에서 단위 수량이 최소가 되도록 시험에 의해 정해에 한다. 단위 수량은 작업이 가능한 범위 내에서 될 수 있는 대로 적게 되도록 시험을 통하여 정한다. 단위 결합재량은 원칙적으로 단위 수량과 물/결합재비로부터 정해야 한다. 혼화재량은 AE제, AE감수제 및 고성능 AE감수제 등의 단위량은 소요의 슬럼프 및 공기량을 얻을 수 있도록 시험에 의해 정해야 한다. 배합의 표시 방법은 잔골재 및 굵은골재는 각각 표면건조포화상태로써 나타낸다. 시방배합을 현장 배합으로 고칠 경우에는 골재의 함수 상태, 잔골재 중에서 5mm 체에 남는 굵은 골재랑, 굵은골재 중에서 5mm 체를 통과하는 잔골재 및 혼화제를 희석한 희석수량 등을 고려해야 한다.

 

3. 콘크리트의 생산과 운반, 타설

콘크리트의 생산, 운반, 타설 시에는 구조물의 강도, 내구성, 수밀성 등의 품질을 만족하면서 균질한 콘크리트를 확실하고 경제적으로 만들어야 한다. 콘크리트는 비중과 크기가 다른 여러 입자와 물의 혼합물이므로 균질한 콘크리트가 되도록 혼합하고 운반 및 타설 중에 재료분리가 일어나지 않아야 하며, 치밀한 콘크리트를 얻기 위하여서는 충분한 다짐이 필요하다. 콘크리트의 계량은 현장 배합에 의해서 실시하고 골재가 건조되어 있을 때의 유효흡수율 값은 골재를 적절한 시간 동안 흡수시켜서 구한다. 유효흡수율 시험에서 골재에 흡수시키는 시간은 공사 현장의 여건에 따라 다르지만 30분간의 흡수율을 유효흡수율로 하며, 또한 혼화제를 녹이는 데에 사용하는 물이나 혼화제를 묽게 하는 데 사용하는 물은 단위 수량의 일부로 고려한다. 콘크리트를 비비는 것은 균질하게 될 때까지 충분히 비벼야 한다. 콘크리트를 운반할 때에는 재료분리, 슬럼프 및 품질의 변화가 가능한 한 적도록 충분한 계획을 세워야 한다. 운반 차량은 트럭 애지테이터(Truck agitator), 트럭믹서, 덤프트럭 등이 있다. 콘크리트를 타설 시에는 타설 하기 전에 철근, 거푸집 및 그 밖의 것이 설계에서 정해진 대로 배치되어 있는가, 운반 및 타설 설비 등이 시공계획서와 일치하는가를 확인해야 한다. 타설 작업 시에는 원칙적으로 시공계획서에 따라야 한다. 콘크리트의 다짐은 콘크리트의 공극을 적게 하고 철근, 매설물 등과 밀착시키며 콘크리트를 균질하고 치밀하게 채워서 구조물의 성능이 충분히 만족하도록 실시한다.

거푸집과 동바리는 콘크리트의 타설부터 콘크리트가 자체로 하중을 지지하는 강도가 확보될 때까지 사용하는 가설구조물이므로 충분한 강도와 강성을 가지고 구조물의 위치, 형상, 치수가 정확하게 설치되어야 한다. 철근 작업은 콘크리트가 압축에는 강하나 인장에 약하므로 콘크리트 부재의 안장 측에 철근을 넣어서 인장응력을 철근이 부담하도록 해야 하며, 철근콘크리트 구조물에서 충분한 응력 전달을 위해서는 철근의 보관, 가공, 조립, 간격, 덮개, 정착 및 이음에 유의해야 한다. 양생은 타설이 완료된 콘크리트가 수화작용에 의해 충분한 강도를 발현하여 균열이 발생하지 않도록 타설 후에 일정 기간 콘크리트를 적당한 온도에서 습윤상태로 유지하여 유해한 영향을 받지 않도록 하는 작업이다. 콘크리트의 균열과 보수에 있어서 구조물에 균열이 발생하면 구조적 결함, 내구성 저하, 외관 손상, 철근 부식 및 방수성능의 저하 등으로 치명적인 손실을 초래할 수 있기 때문에 콘크리트의 재료 선정, 배합설계, 시공 및 구조물의 평가에 주의해야 한다.