고강도, 고내구성 콘크리트

고강도 콘크리트의 영향인자

고강도 콘크리트에 영향을 미치는 인자는 다양하다. 물시멘트비는 고강도를 얻기 위해서 낮게 하는데, 이때 물시멘트비가 적으면 시공성이 저하되므로 고성능감수제를 사용하여 슬럼프값을 증가시켜 워커빌리티를 개선시킬 수 있다.

혼화재료로서 고강도 콘크리트 제조 시 사용 목적에 따라 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 실리카퓸 등을 배합에 사용하는 경우가 있다. 플라이애시를 사용함으로써 워커빌리티를 개선할 수 있으나, 초기강도는 저하하고 후기강도 증진에 유리하므로 장기강도 발현을 위한 목적으로 사용되며, 실리카품의 경우는 강도 및 내구성 향상을 목적으로 사용이 증가하고 있다. 고강도 콘크리트의 경우는 보통강도 콘크리트에 비하여 많은 양의 시멘트가 필요한데, 대개 350~600 kg/㎥의 범위이며, 그 이상인 경우는 오히려 강도발현에 저해가 된다고 하는 보고도 있다. 높은 강도를 얻기 위해서는 양질의 시멘트 선택이 매우 중요하며, 골재의 경우 견고하고 입자가 둥근 굵은골재의 선택이 중요하지만, 강자갈보다는 쇄석이 권장되고 있어, 워커빌리티 저하가 고려되어야 한다. 잔골재의 조립률은 대개3.0 정도가 가장 적당한 것으로 나타나고 있으며, 잔골재율은 시험비빔에 의해 결정하는 것이 좋다. 고강도 콘크리트는 점성이 크기 때문에 믹서는 충분히 정비되어야 하며, 유동성이 좋기 때문에 골재의 분리가 일어나기 쉬워 다짐 시 주의해야 하고, 수화열이 높기 때문에 충분한 양생도 필요하다. 단위시멘트량이 적을 경우는 골재의 최대치수가 클수록 강도도 증가하지만, 단위시멘트량이 증가할수록, 골재의 최대치수가 커질수록 압축 강도는 감소한다.

-고강도 콘크리트의 이점

고강도 콘크리트는 제조가격 상승에 비하여 강도의 증가비율이 크고 강도의 증가에 비하여 중량의 증가가 적게 나타나며, 제조가격 상승에 비하여 탄성계수의 증가로 강성의 증대율이 크다. 고강도 콘크리트를 사용함으로써 부재의 단면을 감소할 수 있으면 구조물의 자중감소와 시공능률 향상, 공기단축, 노무량 감소 등의 이점이 있다.

고내구성 콘크리트

고내구성 콘크리트란 일반환경하의 보통 사용 상태에서 특히 긴 수명을 기대하는 건축물에 적용하는 콘크리트로서 여러 가지 열화외력에 대한 내구성 향상과 콘크리트 구조물의 공용기간을 장기화시켜 환경부하 저감 및 라이프 사이클 비용(life cycle cost)을 절감하는 것을 목적으로 하고 있다. 내구성능설계에 있어서 내구성(durability)이라는 단어의 개념과 정의를 살펴보면, 기존에는 “열화작용에 대한 재료 및 부재의 저항성”으로 재료와 부재의 고유성능으로 평가되어 왔다. 그러나 최근의 내구성은 “건축물의 부재에 요구되는 기능 및 성능의 유지 존속 능력” 이라는 넓은 의미의 개념으로 활용되고 있어, 내구설계 실시 후에는 건축물과 그 부재 및 재료의 구성요소와의 관계를 파악하여 건축물 전체에 요구되는 기능 및 성능을 파악할 필요가 있다.

경과시간에 따른 건축물의 보유성능 저하는 구조체 및 부재는 설계내용 연수 기간 동안 중성화 등과 같은 열화요인에 의해 설계한계상태에 도달되지 않도록 하고, 유지보전기간 동안에는 열화요인에 의해 유지보전한계상태에 도달되지 않도록 재료, 배합, 공법의 시방조건 등을 선정하도록 한다.

건축물의 내구성능 설계흐름도(탄산화, 염해, 알칼리골재반응, 동해 및 화학적 부식 등에 대하여도 동일)는 건축물의 요구성능, 입지조건, 목표 내용연수를 설정하여 재료의 한계상태와 열화요인 및 조건을 고려하여 요구성능이 달성되도록 수차례의 피드백 과정을 거쳐 성능조건을 명확하게 하는 것이 중요하다. 건축공사 표준시방서는 1966년 제정되었으나 제정 시에는 고내구성 콘크리트에 대한 규정이 없었으며, 1978년 제1차 개정 시방서에서는 콘크리트의 품질을 고급과 보통으로 구분하는 것과 고강도 콘크리트에 대한 규정을 도입하였다. 이후 1994년 제3차 개정시방서에서는 이전까지 보통은 보통으로 존재시켰지만 고급으로 규정하고 있던 콘크리트는 고내구성 콘크리트로 독립시켜 고내구성 콘크리트의 개념을 도입하게 되었다. 고내구성 콘크리트의 적용은 사회적인 조건과 경제적인 조건에 의한 적용으로 구분할 수 있다. 사회적인 조건에 의한 적용은 기념비적인 의미로부터 고도의 내구성이 필요한 건축물로서 국민적인 의미를 갖는 공공적 건축물과 종교적 건축물을 들 수 있고, 박물관 같이 귀중한 것을 수장하기 위해 고도의 내구성이 필요한 건축물과 열화, 손괴에 의하여 인명 등에 중대한 위험이 발생할 수 있는 건축물 등이 있다. 또한, 경제적인 조건에 의한 적용은 열화, 손상될 경우 수리, 변경에 있어 경제적인 손실이 큰 건축물과 구조체의 내용연수 신장이 경제적으로 유리하다고 생각되는 초고층건축물, 아파트 등 공동건축 및 학교 등 공공 건축물을 들 수 있다.

-내구성에 미치는 열화요인

철근이 알칼리성인 콘크리트 속에 묻혀 있게 되면 녹이 슬지 않고, 오히려 당초에 녹슨 것도 콘크리트에 흡수될 정도라고 알려져 있다. 그러나 알칼리성이었던 콘크리트가 공기 중의 탄산가스를 흡수하게 되면 표면부터 중성화 되어, 결국 철근의 위치까지 중성화가 도달하면 철근에 녹이 슬기 시작한다. 따라서 이와 같이 철근의 위치까지 중성화 되는 시간을 건물의 수명이라 하는데, 콘크리트의 중성화 연수는 피복두께의 제곱에 비례하고 물시멘트비에는 반비례하는 관계를 갖기 때문에 고내구성 콘크리트의 경우 피복두께를 일반 콘크리트보다 10 mm 더 두껍게 규정하고 있다. 또한, 알칼리골재반응, 염해, 내동해성, 화학적 부식, 기타 마모, 캐비테이션 등에 의해 콘크리트가 열화되지 않도록 품질 및 시방을 강화하고 있다. 건축공사 표준시방서에서 고내구성 콘크리트를 제조하기 위한 재료의 품질에 대한 규정은 고품질화를 요구하는데 회수수의 사용도 금지되어 있는 것이 구별되는 특징이 있다. 건축공사 표준시방서에서 고내구성 콘크리트에 대한 품질 규정의 주요 내용은 다음과 같다.

먼저, 설계기준강도는 보통 콘크리트에서 21 MPa 이상, 36 MPa 이하로 규정하고 있으며, 슬럼프 값은 120 mm 이하, 단위수량은 175 kg/㎥ 이하, 단위시멘트량 300 kg/㎥ 이상, 콘크리트에 함유된 염화물량은 염소 이온량으로 0.20 kg/㎥ 이하로 규정하고 있다. 기타 시공과정에서도 엄밀한 품질관리를 규정하고 있다.