매스 콘크리트(Mass Concrete)

1. 매스콘크리트 개요

매스 콘크리트란 무엇일까요? 치수가 큰 부재 또는 구조물을 시공할때 일컫는 콘크리트를 매스 콘크리트라고 합니다. 치수가 크다는 것은 어느정도를 말하는걸까요? 그것은 거의 1m정도의 두께 부재를 타설할때를 말합니다. 이 매스콘크리트의 개념이 중요한것은 시멘트의 수화열과 상관이 있습니다. 시멘트는 수화반응에 의하여 온도가 상승 또는 하강을 하고 이에 따라 콘킈트의 과도한 팽창과 수축을 고려하여 시공해야 하기 때문입니다. 또한 수화열에의한 콘크리트 내부 최고 온도외 우부 온도 차이가 25도씨 이상으로 예상되는 콘크리트를 매스콘크리트라고 하기도 합니다. 매스콘크리트로 다루어야 하는 구재물 부재의 치수는 구조형식이나 사용재료 또는 시공 조건에 따라 달라지기 때문에 딱 일률적 기준을 정하기는 어렵습니다. 

 

2. 표준 매스콘크리트 구조물 

1) 넓이가 넓은 슬래브 구조나 기둥 형상 부재에서 두께가 0.8 이상의 구조물

2) 하단이 구속된 벽체형식 구조물에서 두께가 0.5m 이상인 구조물

3) 프리스트레스 콘크리트 구조물등 같이 부배합 콘크리트 쓰는 경우에는 얇은 부재라고 하더라도 구속조건에 따라 매슼콘크리트 대상이 되기도 합니다.

 

 

3. 매스콘크리트 특징

매스콘크리트는 부피가 상대적으로 크기에 단면을 동일 단면으로 가정해 휨이나 축력으로 설계하기가 어렵습니다. ㅇ그렇기에 전산해석 fem을 통해 그 응력 방향과 크기를 확인할수 있습니다. 매스 콘크리트에서 구조물 시공과정에서 발생하는 응력, 균열 발생시에는 또한 발생한 균열 폭과 위치를 억제하며 구조물 작용하중의 저항성과 환경조건에 대해서 내구성등 필요한 기능 확보가 가능하도록 적절히 조치를 취해야 합니다. 균열이 발생하는 경우는 그 균열 발생 위치와 폭을 제어해야하며 내구성 등 콘크리트 구조물이 가진 성능을 만족하기 위해 대책을 마련해야 합니다. 잔류 응력의 경우 동일한 대책을 취하거나 또는 타설시 블록을 분할에 잔류 응력을 최소화 하는 방식을 취할수 있습니다. 콘크리트 타설시에는 매스콘크리트는 수화열이 크게 발생하기에 파이프 쿨링이나 열해석 통한 적정 높이의 타설을 통하여 수화열 역제 방법을 강구해야 합니다.

 

4. 매스콘크리트 성질

매스 콘크리트의 경우 수화열에 의해서 내부 온도상승이 빠르게 증가하는데 단위시멘트량 10kg/m3 증가에 따라 약 1도씨의 비율로 증가합니다. 즉, 단위시멘트량을 적게하면 온도증가를 방지 할수 있기 때문에 작업에 지장이 없는 범위내에서 굵은 골재 최대 치수(G max)값을 크게하고 슬럼프 값을 최대한 적게 합니다. 콘크리트 온도가 높아지는경우 약 25도씨 이상의 경우에는 파이프 쿨링(Pipe Cooiling) 방식을 통하여 강제로 온도 상승을 억제 시킬수 잇습니다. 매스 콘크리트 1회 타설시 콘크리트량이 많기에 이에 다른 운반, 타설 능력을 면밀히 검토해야 하며 매스콘크리트 타설후에는 표면에 급격한 온도변화나 건조 현상이 일어나기에 이를 방지하기 위해 양생을 실시해야 합니다. 습윤상태 유지기간 보통 시멘트 또는 중용열 포틀랜드 시멘트의 경우에는 14일을 양생하고 플라이 애쉬, 고로슬래그, 실리카흄 등의 혼화재를 사용한 경우에는 21일 이상 양생을 실시합니다.

 

 

5. 온도균열 그리고 원인

1) 매스콘크리트는 수화열에 의해서 균열이 생기는데 이를 온도균열이라고 합니다. 그렇기 때문에 설계 및 시공시 온도균열을 제어할수 있는 방안을 세워야 합니다. 이를 위해서는 구조물 용도나 필요 기능 또는 품질에 맞춰서 균열발생방지대책을 세우고 균열이 일어나는 균열폭, 균열간격, 균열발생위치에 따라서 제어방안을 실시합니다.

온도균열의 원인은 매스콘크리트 단면내의 온도차에 의해 발생하는 구속 작용에 의한 내부구속응력(Internal restricted stress)과 콘크리트를 새로 타설시 콘크리트 블록이 외부 구속시 발생되는 외부 구속응력(external restricted stress)가 있습니다.  

 

6. 온도균열 제언방안

온도균열을 제어 하기 위해서는 콘크리트 재료 및 배합을 적절히 선정하며 , 블록 분할 타설과 콘크리트 이음 위치, 콘크리트 타설높이와 타설 시간, 거푸집 재료와 거푸집 구조, 콘크리트 냉강 방식과 양생방법 선정 등 단순한 방식이 아닌 전반적인 검토가 필요합니다. 특히나 균열 유발 줄눈(Joint)의 경우 균열 발생 위치를 제어하는데 효과적인 공법입니다.

 

1) 설계상 매스콘크리트 균열제어 방안

설계상에서 균열을 제어하기 위한 방안으로는 철근을 조말하게 배치하고 지장 없는 범위에서 신축이음이나 시공이음간격을 좁힙니다. 또한 가는 철근을 조밀하게 배치하며 표면 근처로 소요 철근을 배치하는 방안입니다. 하지만 철근 금액 단가가  1ton당 80만원이 넘기 때문에 설계 변경은 큰 금액이 소요되니 이는 예산 검토가 필요합니다.

 

2) 재료상 제어 방안

매스콘크리트 온도를 제어하기위해서는 가느한 저온의 배합수를 이용하고 배합수 공급이 어려울경우 얼음을 사용하여 온도를 낮춥니다. 단위수량을 감소하기 위해 AE감수제, 지연제, 유동화제 등의 혼화제를 사용하거나 플래이 애쉬, 고로슬래그 분말을 사용하기도 합니다.

 

3) 시공상 제어 방안

프리쿨링 공법(Pre cooling 공법)은 콘크리트 타설온도를 저하시키는데 효과적인 방법으로 구조물에서 온도균열 발생 및 내재하 온도응력을 저감시킬수 있습니다. 효과적으로 실시하기위해 파이프 배치, 파이프 직경, 냉각수 유속, 수온 및 토수기간을 사전 검토합니다.

또한 균열 유발 줄눈을 이용하여 구조물 길이 방향에 일정 간격으로 단면 감소 부분을 만들어 그 부분으로 균열을 유발시킵니다. 균열 유발 줄눈 간격을 4~5m 정도 기준이지만 필요한 간격은 구조물 치수, 철근량, 타설 온도, 타설 방법 등에 의해 큰 영향을 받으므로 이들을 고려해서 정해야합니다.