특수 콘크리트 공사 (경량콘크리트, 매스콘크리트, 한중콘크리트)

특수콘크리트는 구조물의 중요성, 환경조건, 구조형식, 크기 등 여러 가지 조건에 따라 콘크리트의 성능 중 특별한 하나를 선택하여 최대한 성능을 발휘할 수 있도록 재료, 배합, 타설, 양생 등을 하여 만든 콘크리트이다. 최근에 건축물이 대형화, 초고층화가 되면서, 고강도, 고내구성, 고유동성을 필요하게 되었고, 공사 기간이 짧아지면서 기온이 높거나 낮을 때 콘크리트를 공사하는 사례가 늘고 있다.

경량콘크리트는 골재의 전부 또는 일부를 보통 골재보다 중량이 가벼운 경량골재를 사용해서 만든 콘크리트이다. 경량골재를 사용하였으므로 경량콘크리트의 기건 단위중량은 1,400~2,000kg/㎥ 정도이다. 경량콘크리트는 자중이 적어서 건축물의 무게를 줄일 수 있고 콘크리트 운반 타설의 노력이 절감된다. 또한 공극이 많아서 열전도율이 낮고 내화성 및 방음 효과가 크다.

매스콘크리트 공사는 보통 콘크리트 공사와 크게 다르지는 않으나 부재의 치수가 커서 시멘트의 수화반응에 의한 수화열로 구조물에 온도 균열이 생길 가능성이 큰 구조물에 타설하는 콘크리트 공사이다. 따라서 매스콘크리트 공사에서는 온도 균열을 제어하는 것이 가장 중요하다. 일반적으로 두께가 80cm 이상이거나 바닥 구조가 50cm 이상인 구조물에 타설하는 콘크리트를 매스콘크리트라고 한다. 콘크리트에 포함된 시멘트는 물과 접하여 수화반응을 일으켜 수화열을 발생한다. 그러나 콘크리트 표면에서는 수화열이 외부로 방출되기 때문에 수화열이 방출되지 못하는 내부 중심부와는 온도 차이가 크게 발생한다. 콘크리트는 온도에 따라 팽창 수축을 하게 되는데 내부와 외부의 온도 차이가 크게 나게 되면 내외부의 팽창 수축의 정도가 달라져 인장력이 발생하게 되어 콘크리트에 온도 균열이 발생하게 된다.

외부 구속에 의한 균열은 수화열에 의한 온도가 최고점에서 하강하면서 팽창했던 콘크리트가 다시 수축하면서 거푸집이나 이미 타설된 콘크리트 등 외부에 의한 요인으로 구속되면서 발생하게 된다. 따라서 외부 구속은 콘크리트를 타설한 후 5일 정도 지나서 나타나게 된다. 매스콘크리트에서 구조물의 품질을 저하하지 않기 위해서는 온도 균열을 제어해야 한다. 이를 위해 다음과 같은 방법을 취할 수 있는데 시공 전반에 걸쳐 검토하여 결정하여야 한다. 온도철근 설치는 수화열에 의한 온도 균열을 방지하기 위해 온도철근을 추가로 보완하여 콘크리트의 인장력을 보충하는 방법이다. 균열 유발 줄눈 설치는 외부 구속을 많이 받는 벽체에서 균열 발생 위치를 제어하기 위해 균열 유발 줄눈을 설치한다. 블록분할 및 이음은 매스콘크리트의 타설 구획의 크기와 이음의 위치 및 구조를 온도 균열 제어를 하기 위한 여러 조건을 종합적으로 판단하여 결정한다. 시멘트, 골재, 혼화 재료 등 재료의 선정단계에서 콘크리트의 배합설계까지 수화열을 줄일 수 있도록 콘크리트를 생산하는 것이 중요하다. 또한, 콘크리트 생산 시 프리쿨링을 실시하여 콘크리트의 온도를 낮추어 콘크리트 내외부 온도 차이를 줄이는 것도 온도 균열 제어에 효과가 있다.

한중 콘크리트 공사는 하루의 평균 기온이 4℃ 이하가 예상되는 기상 조건에서 콘크리트의 응결반응이 늦어져 낮에도 콘크리트가 동결할 우려가 있을 때 적용하는 콘크리트 공사이다. 한중 콘크리트를 시공할 때는 콘크리트가 동결하지 않고 필요한 품질을 얻을 수 있도록 적절한 조처를 해야 한다. 골재가 동결됬거나 눈, 얼음이 포함된 경우에는 사용해서는 안 된다. 재료를 가열할 경우 시멘트는 절대로 가열해서는 안 되며, 물과 골재는 혼합 전에 가열하여 콘크리트의 온도를 올린다. 콘크리트의 온도는 구조물의 단면 치수, 기상 조건 등을 고려하여 타설 시에 5~20℃의 범위가 되도록 생산한다. 그러나 부재 두께가 얇거나 기온이 낮은 경우에는 10℃ 이상이 되게 한다. 시멘트는 믹서 내의 재료의 온도가 40℃ 이하가 될 때 투입한다. AE제, AE감수제 등을 사용하여 공기량을 크게 하여 필요한 워커빌리티를 얻는 데 필요한 단위 수량을 줄이고, 콘크리트 중 물의 동결에 의한 피해를 적게 한다. 콘크리트 운반과 타설 시간은 가능한 한 짧게 하여 열 손실을 최소화한다. 콘크리트 타설할 때 철근 및 거푸집에 부착된 눈, 얼음 등은 모두 제거한다. 콘크리트 타설 후 초기동해를 받지 않도록 초기양생을 실시한다. 초기양생의 방법 및 기간은 기온, 배합, 구조물의 크기 등을 고려하여 결정한다. 콘크리트의 응결 경화 초기에는 동결되지 않도록 해야 한다. 특히 압축강도를 얻기 전까지는 콘크리트 구조물의 온도를 5℃ 이상으로 유지하여야 하며, 초기 2일간은 구조물의 어느 부분도 0℃ 이하가 되도록 해서는 안 된다. 한중 콘크리트의 보온양생 방법은 급열양생, 단열양생, 피복양생 및 이들을 복합한 방법이다. 급열양생은 콘크리트나 콘크리트 주변의 공기에 열을 가하여 보온양생 하는 방법이다. 단열양생은 기온이 0~4℃일 경우 시멘트의 수화열을 이용하는 보온양생 방법이다. 이를 위해 콘크리트 주위에 보온재를 설치하여 외기의 차가운 공기가 콘크리트에 영향을 주지 못하게 한다.