굳지 않은 콘크리트의 성질 - 골재의 분리, 슬럼프 실험

안녕하세요

오늘은 굳지 않은 콘크리트의 성질에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

굳지 않은 콘크리트의 성질(Fresh Concrete)

 굳지 않은 콘크리트(freshly mixed concrete)는 재료를 섞어서 비빈 뒤 거푸집에 배치하여 강도가 발달할 때까지의 상태를 말한다. 콘크리트의 강도가 다진 정도(degree of compaction)에 따라 크게 변하기 때문에 굳지 않은 콘크리트 믹스는 골재의 분리(segregation)가 일어나지 않으면서 운반(transported), 치어 붓기(placed), 다짐(compacted) 및 표면 마감(finished) 등을 쉽게 수행할 수 있어야 한다. 이러한 굳지 않은 콘크리트의 상태를 작업성(workability)이라 하고 시방서의 2장 1.5(59)에서는 재료분리를 일으키지 않고 운반, 타선, 다지기, 마무리 등의 작업이 용이하게 될 수 있는 정도를 나타내는 굳지 않은 콘크리트의 성질이라 정의하고 있다. 작업성에 영향을 미치는 가장 주요한 요인은 물의 함량(water content)이며, 그 외에도 시멘트의 함량, 골재의 입도와 특징(aggregate characteristics) 그리고 혼화재 등의 영향을 받는다. 굳지 않은 콘크리트의 상태를 표현하는 또 다른 용어는 반죽 질기(consistency)가 있는데 시방서 2장 1.5(35)에서는 주로 수량의 다소에 의해 좌우되는 굳지 않은 콘크리트, 굳지 않은 모르타르, 굳지 않은 시멘트풀의 변형 또는 유동에 대한 저항성이라 규정하고 있다.

 

1) 골재의 분리(Segregation)

 아직 굳지 않은 콘크리트의 배합 요소들이 균질하게 섞여 있지 않고 분리되는 것을 골재의 분리(segregation)라 한다. 골재의 분리는 배합이 되거나 진 정도에 따라 2가지 형태로 나타난다. 배합되면 비중이 큰 굵은 골재가 경사나 다짐 등에서 분리되는 현상이 일어날 수 있고, 이어 반해서 진 반죽에서는 시멘트풀(cement paste)이 분리되면서 블리딩이 일어날 수 있다. 앞에서 언급 한 바와 같이 수화반응을 하는데 필요한 양보다 대략 2배 정도의 물을 섞기 때문에 굳지 않은 콘크리트를 배치하고 다지기 위해서 진동을 가하면 무거운 시멘트, 모래와 자갈 등이 아래로 침전하면서 미세한 물의 통로(channels)가 발생하여 상부 표면으로 물이 올라오는 블리딩(bleeding)이 발생한다. 과도한 블리딩은 상부 콘크리트의 물-시멘트비를 증가시켜서 강도와 내구성을 떨어지게 한다.

이러한 블리딩 때문의 상부에 있는 보강철근 밑에는 물과 미세 공기 방울이 막을 형성해서 부착력이 하부 철근에 비해서 떨어지게 되며, 실험에 의하면 부착력이 30%까지 감소된다고 보고하고 있다. 따라서 구조기준 8.2.2(2)의 인장 이형철근의 정착에 대한 보정계수에서는 철근 밑에 300mm 이상의 굳지 않은 콘크리트를 친 수평 철근인 경우에 정착길이를 30% 늘리도록 규정하고 있다. 이러한 상황은 높이가 높은 기동이나 벽 등에서도 나타나서 상부 콘크리트의 강도를 저하하는 요인이 된다. 과도한 블리딩이 일어나면서 미세한 시멘트나 모래 또는 진흙 등이 콘크리트의 표면에 찌꺼기같이 형성되는 것을 레이턴스(laitance)라 한다.

굳지 않은 콘크리트는 재료분리와 블리딩을 일으키려 하므로 운반 및 배치할 때 콘크리트 믹스는 최종 배치할 위치에 가능한 한 가깝게 운반하여 배치하고, 거푸집에서 흐르게 하거나 수명으로 이동을 최대한 억제하여야 한다. 시멘트의 함량을 늘리거나, 포졸란과 같은 광물질을 섞거나 AE제를 첨가하면 블리딩을 감소시킬 수 있으며, 또한 알칼리 함량이나 C3A 함량이 높으면 블리딩이 감소한다고 보고되고 있다.

 

2) 슬럼프 시험(Slump Test)

작업성은 굳지 않은 콘크리트 믹스의 복합적인 성질이기 때문에 아직 직접적인 실험방법은 없는 형편이다. 그러나 현장이나 실험실에서 매우 간단하게 굳지 않은 콘크리트의 반죽 질기(consistency)를 측정하는 방법이 있는데 이를 슬럼프 시험(Slurp test)이라 한다. 슬럼프 시험은 높이가 300mm, 밑면의 구경 200mm, 윗면의 구경 100mm인 손잡이가 달린 금속제 절두원추형(frustum) 몰드에 배합한 묽은 콘크리트를 3층으로 넣고 지름이 16mm, 길이가 600mm인 끝이 둥그런 다짐봉으로 각 층을 25회씩 다진 후에 상단을 평면으로 고른 뒤에 몰드를 서서히 들어 올려 벗겨서 묽은 콘크리트가 무너진 높이를 슬럼프(sump)라 한다(KS F 2402). 묽고 흐름이 큰 반죽의 슬럼프는 크고, 된 반죽의 슬럼프는 작을 것이다.