한중 콘크리트

한중 콘크리트

우리나라 건축공사 표준시방서에 따르면 “한중 콘크리트란 콘크리트를 부어넣은 후 양생기간에 콘크리트가 동결할 염려가 있는 경우에 시공되는 콘크리트”라 설명하고 있다. 이와 같은 한중 콘크리트의 적용 기간에는 콘크리트가 초기동해를 입지 않도록 초기양생 계획을 실시하고, 소정의 재령에서 설계기준강도가 얻어지도록 콘크리트의 배합계산, 양생온도 및 보 온양생방법 등에 특별한 배려를 필요로 한다. 한국콘크리트학회(KCT)의 콘크리트 표준시방서에서 규정하고 있는 한중 콘크리트의 적용 기간은 “하루의 평균기온이 4°C 이하가 되는 기상조건하에서 응결경화반응이 매우 지연되어, 밤중이나 새벽뿐만 아니라 낮에도 콘크리트가 동결할 염려가 있으므로 한중 콘크리트로 시공해야 한다”라고 규정되어 있다. 한국콘크리트학회 규정에 의한 한중 콘크리트 적용 기간은 전반적으로 서울 10.9 순, 부산 5.3 순, 대구 9.2 순, 대전 11 순, 인천 11 순, 광주 9.2 순, 그리고 평양 13 순, 신의주 13.6 순, 해주 11.5 원산 10.9 순 등으로 나타나고 있어 고위도로 갈수록 적용 기간이 길어짐을 알 수 있다. 북한의 산간 지역인 혜산진, 장진 및 풍산 등은 17 순 전 도로 매우 길게 나타나는 것을 알 수 있다.

초기동해 - 겨울철 추운 기온조건하에서 특별한 대책 없이 타설되는 콘크리트의 경우는 콘크리트가 동결됨에 따라 구조체 콘크리트의 품질에 중대한 문제로 발생할 수 있다. 이와 같은 피해를 초기동해라 하는데, 즉 '콘크리트를 부어넣은 후부터 경화의 초기단계에 있어서 동결 또는 수회의 동결융해 작용이 반복됨에 따라 강도저하, 파손, 균열을 일으키는 피해'로 정의되고 있다. 즉, 아직 굳지않은 콘크리트가 극히 초기단계에서 동결한 후에는 콘크리트의 손상이 현저하여 그 피해 콘크리트의 재시공이 요구되는 경우도 있다. 또한 어느 정도 경화한 단계의 동결에서는 그 피해 상황을 눈으로 판단하는 것이 곤란하나, 경화 후에 충분한 강도발현이 언어지지 않는 경우가 있고, 더욱이 콘크리트의 내구성도 취약하게 된다. 콘크리트가 저온에 의하여 얼기 시작하는 온도는 일반적으로 -0.5 ~ -3.0°C 정도로 알려지고 있다. 콘크리트 중의 수분이 얼게 되면 물은 약 19%의 체적팽창을 일으키게 되는데, 여기에 AE 공기가 없는 상태에서 동결과 융해를 반복하게 되면 팽창량의 누적으로 콘크리트 조직은 붕괴를 일으킨다.

초기동해 발생원인 - 일반적으로 콘크리트의 초기동해에 영향을 주는 요인은 다음과 같은 여러 가지 조건에 의해 피해 정도가 크다. 이러한 요인 중에서도 기상 조건에 따른 온도 요인이 가장 중요한 것으로, 콘크리트의 초기동해 시 콘크리트가 받는 온도변화는 지역에 따라 다양하며, 이러한 온도변화에 대한 영향을 해명하는 것은 한중 콘크리트의 초기동해를 방지하는데 가장 선결되어야 할 요소이다. 초기동해에 대한 피해가 커지는 요인을 아래에 설명하였다.

1 타설 후 콘크리트가 동결하기까지 경과시간이 짧은 경우

2 콘크리트의 동결 시간이 길 경우

3 콘크리트의 동결 온도가 낮은 경우

4 콘크리트 동결 시 강도가 작은 경우(특히, 인장강도)

5 콘크리트의 동결융해가 반복될 경우

6 물시멘트비가 클 경우

7 적절한 공기연행제를 사용하지 않을 경우

초기동해 방지대책 - 초기동해의 기본은 궁극적으로 초기재령에서 콘크리트의 동결을 방지하는 것이다. 따라서 소정의 압축강도가 발휘될 때까지 콘크리트 동결을 방지할 필요가 있는데, 대한건축학회에서는 압축강도 5MPa을 상회하도록 규정하고 있다. 이 정도의 압축강도가 얻어진 경우 AE제, AE감수제, 고성능 AE감수제를 사용하여 소정의 공기량을 확보한 콘크리트에서는 수회의 동결융해 작용에도 콘크리트의 열화가 발생하지 않는 것으로 보고되고 있다. 또한 고강도 콘크리트는 초기동해에 견디는 압축강도의 발휘가 빠르고, 경화하는 단계에서의 내동해성에 유리하기 때문에 조강성 시멘트의 사용도 고려할 필요가 있다. 단위수량이 증가할수록 배합수 중 잉여수의 양이 증가하므로 추운 외기에 노출될 경우 이들이 동결하여 팽창력을 유발하므로 가능한 한 단위수량을 저감하는 방법을 강구한다.

한중 콘크리트의 보온양생 - 한중 콘크리트의 양생 계획은 콘크리트의 초기동해 방지와 소정의 재령에 있어서 소요의 강도를 확보하는 것이다. 그런데 이러한 양생은 초기양생과 계속양생으로 구분한다. 초기양생은 한중 콘크리트에 있어서 반드시 필요한 양생으로서 콘크리트의 부어넣기 시기에 적절한 양생 계획과 양생 기간을 정하여 실시하고, 계속양생은 초기양생보다 낮은 온도로 실시하고 양생방법은 초기양생에 준하여 실시한다. 이러한 한중 콘크리트의 초기양생 및 계속양생은 공히 보온양생 방법을 식시하는데, 보온양생은 가열 보온양생과 단열 보온양생으로 구분한다. 또한, 한중 콘크리트 양생에는 다음과 같은 3단계를 고려하여 콘크리트를 보호해 주어야 한다.

첫째, 초기동해로부터의 보호

둘째, 구조 안전적 측면에서의 보호 (자중 및 시공 하중을 견딜 수 있어야 한다.)

셋째, 강도와 내구성 측면에서의 보호, 이러한 각각의 양생단계는 서로 겹치기 때문에 요구조건이 무엇인지를 정확히 파악하는데 혼란이 야기될 수 있다. 동결에 대비한 보호기간의 결정은 콘크리트의 형태와 노출 정도에 따라 달라지는데, 보에 있어서의 초기강도는 벽체나 바닥보다 더 중요하다. 열에 의한 균열을 무시하는 경우도 있으나, 대부분의 구조물에서는 무시할 수 없다. 그러므로 주요 구조물이나 예상치 못한 조건에서는 담당자의 지시에 의하여 시방서에 제시된 최단 보호기간을 수정하여 다시 결정한다. 콘크리트의 양생 계획은 양생 온도와 기상청의 기상 통계치에 의하여 외기온을 가정하고 이에 따라 배합 계획을 수립한다. 즉, 소정의 온도와 습도를 예정된 기간을 유지하여 콘크리트가 소정의 성능을 얻도록 보온의 종류와 방법을 결정하고 준비하기 위하여 양생 계획을 세운다.