ㆍ작성자 하은혜

ㆍ작성일 2006-04-07 (금) 17:24

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ㆍCLASS 재료와 구법

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수중도시를 무엇으로 만들까? 수중불분리성 콘크리트

언제쯤 해상을 넘어 수중 도시를 건설할까?                                            

1. 콘크리트 대륙

- 바다는 지구 표면의 약 80%를 차지하고 있다. 과거에는 시멘트가 각종 해안구조물과 항구 건설 등 해안과 연안을 중심으로 많이사용되어 왔으나, 어업이 잡는 어업에서 기르는 어업으로 전환되면서, 요즈음은 각종 양식 어장용 구조물과 인공어초에 시멘트가점차 많이 사용되고 있다. 이밖에 시멘트 보트, 남극과학기지 건설 등에도 시멘트가 쓰이고 있다.

 첫 번째로 진행되고 있는 것은 해저석유과 천연가스의 채취이다. 세계 해저석유자원의 총매장량은 육지의 반 이상을 차지하고 있으며, 이러한 구조물을 초기에는 철재로 만들었으나 요즘은 콘크리트로 만든 유정굴착선과 채유겸 저장선이 많이 있다. 두 번째는자원의 회수이다. 수천미터의 바다 속에서 망간단괴를 채취하는 데에는 고도의 기술이 필요하며, 여기에서 콘크리트로 건조된 채취선이 활약할 것으로 기대된다. 세 번째는 에너지의 이용이다. 바닷물은 일정한 방향으로 매시 수km의 속도로 대양 가운데를 흐르는 거대한 급류로서 그 잠재에너지는 대단히 크다. 잠수선을 이용한 수중발전은 설비의 부식을 방지해야 하는 문제가 남아있어콘크리트로 만들 계획이다.      끝으로 바다 공간의 이용이다. 환경이나 입지문제로, 화학공장, 제철공장, 쓰레기 소각공장, 해양발전소 등의 해양공장들을 수용하고 주거공간과 식량부족 문제로 주택과 목장 등이 들어설 거대한 콘크리트 해상도시가 건설될 것으로 전망되고 있다.

 수중불분리 콘크리트란 아크릴계 및 셀룰로우스계의 수중불분리 혼화제를 콘크리트에 넣어 강한 점성을 부여함으로써 수중에서시멘트 손실 및 재료분리가 적은 콘크리트를 만드는 것이다. 즉, 이 혼화제를 사용한 콘크리트는 수중에서 콘크리트를 낙하시켜도재료분리를 일으키지 않는 양질의 콘크리트를 제작할 수 있게 하였고, 양호한 충전성과 셀프 레벨링(self leveling)성으로 수심이깉은 부위의 시공, 고강도 콘크리트의 제조 및 연속 타설시공, 수질오염방지 등에서 많은 이점을 제시하고 있어 유럽과 일본을 중심으로 사용이 일반화되고 있다.

 

 

 

2. 바다 속에 건물을 짓기 위한 재료

 수중불분리성 콘크리트란, 수중에서 재료의 분리가 생기는 일 없이 유동하는 성질을 가진 콘크리트이다. 콘크리트중에 수중불분리성 혼화제를 첨가해 수중에서의 재료분리를 억제해, 고성능 감수제를 사용하는 것으로써 높은 유동성을 확보한다.- 수중타설을 해도 시멘트 분의 유출등의 재료 분리가 적고, 수질 오탁을 방지할 수 있다.- 수중타설 때에서도 재료 분리가 적고, 기존의 콘크리트와 동등의 강도를 발현하다. - 뛰어난 유동성을 나타내므로, 밀배근인 구조물 등이 좁은 공간에의 충전이 뛰어난 효과를 발휘한다.- 브리징이나 레이턴스의 발생이 적기 때문에 철근 등과의 부착이 좋고, 양질인 콘크리트타계속면을 얻을 수 있다.

3. 수중불분리성 콘크리트의 특성  현재는 10여종의 수중불분리성 혼화제가 시판되고 있으며 사용되는 혼화제는 수용성 고분자이며 크게 나누면 셀룰로오스계와아크릴계 등 2종류가 있고 양자 모두 메이커에 따라서 조성이나 분자량 등이 약간 다르다. 특징으로서 프레시 콘크리트의 성질이보통 콘크리트와 현저하게 다른데 그 주된 성질은 다음과 같다._물의 세척작용에 대한 저항성이 크고 브리징이 거의 생기지 않는다._유동성이 높아 충전성이나 셀프 레벨링이 우수하다._응결시간이 상당히 지연되는 경향이 있다. 이러한 성질들은 수중불분리성 혼화제의 종류 및 첨가량에 따라 다르지만 일반적으로 첨가량이 증가함에 따라 이러한 특징 등이현저해진다. 수중불분리성 혼화제를 첨가하면 콘크리트의 점성이 증가하므로 시공성이 저하한다. 소요되는 시공성을 확보하기 위해서는 감수제(유동화제)를 시멘트량의 2%전후 병용하는 것이 일반적이다. 컨시스텐시를 나타내는 지표로서 슬럼프 플로값이 사용되어 40~60cm의 범위가 사용되고 있다.

재료

 수중불분리성 콘크리트는 혼화제의 증점효과와 소정의 유동성을 확보하기 위하여 일반 수중콘크리트보다도 단위수량이 크게 요구되므로 감수제, AE감수제 또는 고성능감수제를 사용해야 한다. 그러나 혼화제 중에는 수중불분리성 혼화제와 병용할 경우 상호작용으로 나쁜 영향을 미치는 경우가 있기 때문에 품질을 반드시 확인해야 하다.

배합

  콘크리트 배합의 특징으로서는 골재의 최대 크기는 20mm혹은 25mm가 일밙거이다. 이것은 유동성이 좋은 수중불분리성에서는 최대 크기를 하여도 보통 콘크리트와 같이 세골재율을 작게 하여도 단위 수량을 적게하는 것이 곤란하며 20mm의 경우에도 40mm의 경우에도 세골재율은 40% 정도 단위 수량은 유동화제를 사용하여도 220kg정도가 적당하다. 공기량은 이러한 종류의 혼화제는 기포를 일으키기 쉬어 소포제를 혼입하여 최대 5%정도가 되도록 조정한다.

4. 수중불분리성 콘크리트의 시공 및 특이사항

 수중불분리성 콘크리트의 제조 및 시공시 믹서는 보통 콘크리트에 사용되는 것을 이용할 수 있지만 배치식의 강제 교반식믹서가바람직하다. 반죽할 때의 교반저항이 크므로 충분한 반죽효과를 얻기 위해서는 보통 콘크리트보다도 배치의 반죽량을 약간 적게하고 반죽시간을 길게 하는 것이 일반적이다. 따러서 배치 플랜트의 제조 능력은 보통 콘크리트의 경우보다도 어느정도 저하할 것을 고려할 필요가 있다. 반죽에도 물 및 유동화제를 제외한 재료를 20~30초간 공련한 후에 나머지의 재료를 투입하여 소정 시간반죽한다. 이것은 수중 불분리성 혼화제를 완전히 분산, 용해시키기 위해 필요로 한다.

 콘크리트 펌프에 의해서 압송 및 타입을 하는 경우 보통 콘크리트와 비교해서 수중불분리성 콘크리트는 관내 저항이 3~4배 커서압송거리 및 단위 시간의 압송량이 대폭 저하하는 것에 주의할 필요가 있다. 콘크리트의 타입에 있어 종래의 수중콘크리트에서는절대로 해서는 안되는 수중 자유낙하도 어느정도는 가능하며, 펌프의 통선으로부터 50cm이하면 충분한 신뢰성이 높은 품질의 콘크리트가 얻어질 수가 있다. 시공조건에 따라서는 자유낙하가 50cm를 대폭 넘는 경우도 있지마 그 경우에는 혼화제량을 증가시킨다든지 또는 그것을배려하여 배합강도를 대폭 높임으로써 어느정도의 대응도 가능하다. 그러나 유동성이 좋아져도 멀리까지 유동시키면 조골재가 침강하여 분리되는 경향을 보이는 동시에 콘크리트의 품질도 저하하므로 최대의 유동거리는 5~10m이내가되도록 타입 위치의 간격을 정하는 것이 바람직하다.

시공방법

 수중불분리성 콘크리트는 통상의 콘크리트와는 타설방법이 매우 다르기 때문에 시공방법을 사전에 검토한 후 배합설계를 수행하는 것이 합리적이라고 할 수 있다.  수중불분리성 콘크리트가 개발되기 이전에는 수중에의 시공방법이 콘크리트의 품질에 영향을 끼치는 직접적인 변수였다. 그래서많은 방법들이 개발되었는데 여기에는 트레미공법(Tremie Method), NUCS Method(이동식 트레미 콘크리트 타설공법), KDT 트레미 공법(Kajima Double Tube Tlemie Method), 프리팩트 콘크리트 공법(Prepacked ConnoteMethod), 콜크리트 공법(주입공법), 시보공법(Sibo Method), 사베마 공법(Sabema Method), 버킷공법(Bucket Method), 호퍼공법(Hopper Method), 펌핑공법(Pumping Method), 수압밸브식 공법(Hydraulic Valve Method), 밑열림상자 및 밑열림포대 공법, 포대공법 등이 있다.

시공

비비기(1) 수중불분리성 콘크리트의 비비기는 제조설비가 갖추어진 플랜트에서 물을 투입하기 전 건식으로 20∼30초를 비빈 후 전 재료를 투입하여 비비기를 해야 한다.(2) 수중불분리성 콘크리트를 레디믹스트 콘크리트 공장에서 비빌 경우에는 일반적인 지정사항 이외에 슬럼프플로우, 수중제작공시체의 압축강도, 수중·기중강도비, 수중불분리성 혼화제의 종류와 사용량 등을 생산자와 협의하여 정한다.(3) 가경식 믹서를 이용하는 경우 콘크리트가 드럼 내부에 부착되어 충분히 비벼지지 못할 경우가 있기 때문에 믹서는 강제식 배치믹서를 사용해야 한다.(4) 수중불분리성 콘크리트는 보통콘크리트에 비하여 믹서에 걸리는 부하가 크기 때문에 소요 품질의 콘크리트를 얻기 위하여 1회 비비기 양은 믹서의 공칭용량의 80% 이하로 해야 한다.

(5) 비비는 시간은 시험을 실시하여 콘크리트 소요의 품질을 확인하여 정해야 하며, 강제식 믹서의 경우 비비는 시간은 90∼180초를 표준으로 한다.

콘크리트 치기(1) 치기는 유속이 5cm/sec 정도 이하의 정수중에서 수중낙하높이 50cm 이하여야 한다.(2) 치기는 콘크리트 펌프 또는 트레미 사용을 원칙으로 하며 수중불분리성 콘크리트를 펌프로 압송할 경우, 압송압력은 보통콘크리트의 2∼3배, 치기속도는 1/2∼1/3 정도이므로 품질을 저하시키지 않도록 시공계획을 세워야 한다.(3) 수중불분리성 콘크리트는 유동성이 크고 유동에 따른 품질변화가 적기 때문에 일반 수중콘크리트보다 트레미 1개 및 콘크리트 펌프배관 1개당 받아들이는 면적을 크게 해도 좋다. 그러나 콘크리트를 과도히 유동시키는 것은 품질저하 및 불균일성을 발생시킬 위험이 있으므로 수중 유동거리는 5m 이하로 해야 한다.

콘크리트표면의 보호수중불분리성 콘크리트도 유수나 파도 등의 영향을 받을 경우 시멘트가 유출되기도 하고 콘크리트 표면이 세굴될 가능성이 있으므로 시트로 덮어씌우거나 콘크리트 표면에 나쁜 영향을 미치지 않는 높이까지 거푸집을 설치하는 등의 대책을 강구해야 한다.

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