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숏크리트 기능 재료 그리고 시공
1. 숏크리트 개요
숏크리트 Shotcrete는 콘크리트 혼합물을 압축공기를 이용하여 호스를 통해 분사시켜 타설 하는 콘크리트를 의미합니다. 콘크리트 처음 개발을 1919년도에 이루어졌고 Allen Cement Company사에서 이루어졌습니다. 숏크리트를 지하구조물에 적용한 것은 1924년 Puttesburgh Bureau of Mine의 시험시공에서 시작되었습니다. 그 후 굴착 터널면 풍화를 방지하고 시공 중에 안정을 가지기 위해서 임시 지보재로 사용되었습니다. 터널 지보재로서 대단위 이용한 것은 1951년부터였고, 숏크리트는 건식이 먼저 개발되었고 이후 습식 숏크리트가 1963년에 노르웨이 수력발전서 터널에서 개발 적용되었습니다. 숏크리트는 터널 굴착시 터널의 이완을 방지하는 역할을 하고 Rock Bolt(락볼트), 와이어 메쉬(Wire Mesh) 및 스틸립(Steel Rib)과 함께 굴착 단면의 자체 지력을 유지하고 보강 재료로 각종 터널공사에 사용되고 있습니다. 현재 국내 터널 현장의 경우는 습식 숏크리트를 사용하고 있습니다.
2. 숏크리트의 기능
숏크리트는 지반과 부착 및 자체전단 저항 효과로 외력을 지반에 분산시키고 터널 주변 붕락하기 쉬한 암괴를 지지며, 굴착면 가까이 지반 아치를 형성합니다. 강지보재 또는 록볼트에 자반 압을 전달하며 굴착된 지반 굴곡부를 메우고 절리면 사이를 접착시킴으로 응력집중을 방지합니다. 또한 숏크리트는 굴착면을 피복하여 풍화를 방지하고 지수, 세립자 유출 등을 방지합니다.
3. 타설방식에 따른 숏크리트 종류
1) 습식숏크리트습식 숏크리트 : 습식 숏크리트는 시멘트와 물을 믹싱 한 상태에서 압력분사 타설 하는 방식입니다. 이는 물 시멘트 비율 관리에 효과 적이며 굵은 골재는 19mm 이하, 압력 송출이 쉽도록 물 시멘트를 사용해 급결제가 항시 적용됩니다. 습식 콘크리트의 품질은 정확한 배합기준으로 품질관리가 용이하며 분진이 건식에 비해서 적기 때문에 현장 적용에 유리합니다. 반면에 장거리 압송하는 데는 부적절합니다. 소요 공기압은 11kg/cm2 정도이며 분사 능력은 4~8m3/hr 그리고 반발률(Rebound) 은 10~20% 정도입니다.
2) 건식콘크리트 : 건식 숏크리트는 골재, 시멘트 혼합물이 압축공기와 함께 송출되고 동시에 압력수가 살수되어 타설 합니다. 분사노즐에서 콘크리트 혼합물과 물이 혼합됩니다. 분말에 경화 촉진제, 급결제가 적용됩니다. 건식 숏크리트는 장거리 압송에는 유리하지만 작업자에 의해서 콘크리트 품질이 좌우되고 분진이 많기 때문에 현장 적용에 불리합니다. 소요 공기압으로는 3~5kg/cm2이고 분사 능력은 2~5m3/hr 그리고 반반율(Rebound)은 30~40%입니다.
4. 숏크리트 재료 및 배합
숏크리트 재료는 조기강도가 크고 충분한 소요 강도를 가져야합니다. 이 말은 숏크리트를 타설 하자마자 강도를 확보해야 한다는 의미입니다. 또한 타설면에 잘 붙어야 하기 때문에 부착력이 좋고 Rebound(반발률)이 적어야 합니다. 특히 Rebound를 최소화하는 이유는 Rebound률이 많을수록 손해 보는 자재량이 많기에 공사 원가가 높아지는 원인이 됩니다. 또한 작업 스케줄에 맞는 용량의 기계를 사용해야 합니다. 숏크리트 재령 1일 강도는 100kg/cm2이상, 재령 28일 강도는 180kg/cm2 이상이 되어야 합니다. 급결제는 요구되는 급결성을 갖는 액상이나 분말형을 사용할 수 있으며 조기 강도 발현 효과가 좋고 장기강도에 영향을 적게 미치는 것을 사용해야 합니다. 숏크리트용 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트 사용을 원칙으로 합니다.
숏크리트 배합은 굵은 골재, 잔골재 규격, 입도기준과 재료별 배합비율은 설계 시방 배합을 따르고 현장 배합 시험 결과에 따라 조정합니다. 재료별 배합은 중량 배합합니다. 섬유 Fiber를 혼합하는 경우 섬유가 숏크리트에 균질하게 분포될 수 있도록 혼합합니다.
5. 숏크리트의 시공
숏크리트 시공시 굴착면으로부터 뜬돌을 주의하여 제거해야 하며 굴착 후 가능한 한 빨리 숏크리트를 타설해 굴착면에 부탁해야 합니다. 1회 타설시 두께가 10cm 이내가 되도록 타설 합니다. 노즐 방향은 숏크리트 면에 직각이 되도록 유지하고 굴착면과 거리는 반뱔량이 최소가 되도록 약 1m 정도를 유지해야 합니다. 숏크리트 타설 작업은 측벽면 하부에서 크라운(Crown) 상부로 진행하되 강지보재 부분을 선 타설 하여 강지보재와 숏크리트 일체성을 높여야 합니다. 용수가 많은 경우 숏크리트 부착성이 저하되기 때문에 시멘트량 도는 급결제를 증가시키거나 조기강도 발현이 빠른 속 경성 시멘트를 사용할 수 있습니다. 또한 배수 공법을 사용할 수 있는데 이는 배수파이프, 호스를 사용해 물을 유도하거나 물빼기공을 설치해 배수처리 하고 숏크리트를 타설합니다. 사질토의 경우 붕락 위험성을 방지하기 위해 와이어 메쉬(Wire Mesh)를 사용하여 부착성을 향상시키며 SFRC(Steel Fiber Reinforced Concrete)를 사용하여 전단강도를 증가시키기도 합니다.
