콘크리트 타설 전 품질을 정확히 판정할 수 있는 방안이 마련돼 콘크리트 품질 개선과 향상이 이뤄질 전망이다.
도로교통연구원 김진철 박사팀이 진행한 이 연구는 콘크리트 품질변동을 유발하는 가장 큰 요인인 잔골재의 표면수로부터 인입되는 단위 수량 변동을 상정하고 잔골재 표면수의 적절한 제어를 통해 단위수량 변동을 억제하고 콘크리트 품질을 향상시킬 수 있는 연구다.
이를 위해 이 연구에서는 현장 배치플랜트에서 적절한 잔골재 표면수율 측정방법에 대한 검토가 이뤄졌으며, 콘크리트의 단위수량 추정방법을 검토, 타설 전 콘크리트 품질을 판정할 수 있는 방안을 마련했다.
‘잔골재 표면수 적절 제어’ 통해 단위수량 변동 억제
표면수 2%까지는 슬럼프 공기량 압축강도 변동 없어
적절한 잔골재 표면수율 측정방법에 대한 검토 결과 마이크로 웨이브법에 의한 표면수 측정장치와 단위용적 질량법에 의한 단위수량 추정방법의 신뢰도가 높은 것으로 나타났다.
또한, 표면수 측정장치는 실측값과 지시값의 차이가 1% 이내로 선정돼야 하며, 단위수량 측정기의 신뢰도는 시방배합 대비 ±5kg/㎥ 이하여야 한다.
더불어 시방 단위수량과의 비교 시 15kg/㎥ 이상인 경우 경고조치, 20kg/㎥ 이상인 경우 폐기하도록 관리기준을 선정했다.
콘크리트 제조공정 중 강도, 슬럼프, 공기량 등의 품질목표를 시방규정에 적합하게 생산, 운반, 타설하는 공정은 경화 후 콘크리트 품질에 매우 큰 영향을 미치기 때문에 대단히 중요한 과정이다.
하지만, 콘크리트 제조공정에서 품질관리는 주로 단순 배합보정, 혼화제 사용량 조정 등 재료와 배합에 치중돼 있어 근본적인 설비개선에 대한 노력은 등한시 되고 있다.
특히, 단위수량 변동이 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프와 공기량에 큰 영향을 미치는 것은 이미 밝혀진 사실이며, 경화 후 강도뿐만 아니라 콘크리트의 건조수축과 동결융해 저항성 등 내구성에도 큰 영향을 미치기 때문에 관련 시방서에서도 단위수량 제제를 위한 기준을 제시하고 있다.
한편, 10여 년 전에는 시공 용이성과 현장 작업자의 불만해소를 위해 현장에 도착된 트럭 에지테이터에서 현장가수가 만연했지만, 부실시공 방지를 위한 대대적인 홍보와 기술교육을 통해 현장가수에 대한 근본적인 의식 변화는 이뤄졌다.
하지만, 최근 콘크리트 배합비를 위반해 시멘트 사용량을 줄이고, 혼화재와 저가골재 등의 임의사용, 현장검사를 통과하기 위한 검사 통과용 레미콘 차량 운행 등 불량레미콘에 대한 지적이 많이 일어나고 있는 것처럼 앞으로도 콘크리트 품질향상을 위한 노력은 지속돼야 한다는 것이 중론이다.
이에 이 연구에서는 콘크리트 품질변동의 가장 큰 요인인 단위수량 변동요인을 상정하고 이에 대한 배합설계와 시험을 통해 콘크리트의 품질변동 고찰이 이뤄졌다.
연구에서는 도로공사의 현장 배치플랜트와 타설 현장에서 슬럼프 증가를 위한 현장가수는 없다는 전제하에 잔골재 표면수의 적절한 제어를 통해 단위수량 변동을 억제하고 콘크리트 품질을 향상시킬 수 있는 방안 연구가 진행됐다.
현재 도로공사에서 사용되는 콘크리트 배합은 고강도, 포장, 숏크리트 등 특수 콘크리트와 설계기준강도 21~27 MPa에 달하는 1~3종 콘크리트, 기계타설 콘크리트 등 다종·다양의 콘크리트가 제조, 시공되고 있으며, 한 개 플랜트에서 다종의 콘크리트를 제조하고 있다.
따라서 품질목표 달성을 위한 제조설비 개선과 품질관리 기준 제시는 경화 후 콘크리트 품질과 내구성 향상을 위하여 매우 중요한 사항인 만큼 이 연구에서는 현장 배치플랜트에서 생산된 콘크리트가 시방배합을 어느 정도 추종하는 지를 평가할 수 있는 기준제시에 목적을 두고 있다.
연구내용
잔골재 표면수율 신속 측정장치 적용방안과 관련, 국내 보급중인 시험장치의 신뢰성 검증이 이뤄졌으면, 현재 도로공사에서 운영 중인 현장 배치플랜트의 잔골재 표면수율 적용현황 조사와 함께 표면수 오적용에 의한 콘크리트 품질변동 고찰을 통한 플랜트의 설비개선 사항과 관리기준 수립 방안 검토가 진행됐다.
또한, 콘크리트 단위수량 추정방법과 관련해서는 국내 보급, 연구 중인 콘크리트 단위수량 추정시험기에 대한 검토와 국내․외 시방규정의 현황 검토를 통한 향후 도입방안 고찰도 이뤄졌다.
이외에도 현재 국내에 도입 중인 단위수량 추정 시험기의 신뢰성 검증을 통해 향후 도로공사 도입에 필요한 기준 설정도 병행됐다.
세부적으로 살펴보면, 잔골재 표면수율 신속 측정 장치 적용 방안 부문에서는 현재 국내에서 운영 중인 자동 표면수 측정시스템의 신뢰성 검증과 함께 도로공사 현장 B/P에 적합한 자동 표면수 측정시스템 선정, 시험적인 현장 설치와 운용실적을 통한 현장 적용성 검증 등이 이뤄졌다.
콘크리트 단위수량 신속 추정시험장치 적용 연구 부문에서는 단위수량 신속 추정시험장치 신뢰성 검증을 비롯해 단위수량 신속 추정시험장치의 현장적용성 평가, 단위수량 신속 추정시험장치 관리기준 수립 등의 연구가 수행됐다.
이 같은 연구를 통해 표면수 측정센서 검량곡선의 신뢰도는 결정계수 0.98 이상으로 매우 높은 결과를 얻었다. 다만, 골재 종류에 따라서 검량곡선이 달라지기 때문에 사용하는 잔골재에 대한 검량곡선 선정이 매우 중요한 것으로 나타났다.
표면수율이 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 검토한 결과 물-결합재비에 따라 약간 상이하지만, 표면수 2%까지는 슬럼프, 공기량, 압축강도 변동이 크게 나타나지 않은 것으로 나타났다.
특히, 단위수량 측정기의 신뢰성 검토 결과 장치의 기기오차는 ±10kg/㎥ 이내에서 선정할 수 있으며, 장치오차와 시험자 조작오차 감안 시 최대 15kg/㎥ 이내인 경우 콘크리트의 품질은 적정한 것으로 판정됐다.
이로 인해 15kg/㎥ 이상인 경우 품질관리에 대한 재검토가 필요하며, 20kg/㎥ 이상인 경우 폐기처분 하도록 관련지침을 수립했다.
인 / 터 / 뷰
다양한 기준 콘크리트 배합 설계
3년 전 측정기 국내 첫 도입 적용
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김진철 책임연구원 |
도로교통연구원 도로연구실 김진철 책임연구원은 “3년 전 콘크리트 단위수량 측정기를 국내에 처음으로 도입하고 현장에 적용했다”고 밝히며, “이 측정기는 현재 다양한 기준에 의해 콘크리트가 배합·설계되고 있는데 이 기준대로 현장에서 배합, 설계, 시공되고 있는지를 판별해줄 수 있는 장비”라고 소개했다.
일본의 경우 이미 2000년 초반에 개발을 완료하고 콘크리트 품질 관리를 위해 일반 관급공사에는 적용하도록 규정하고 있다.
김 박사는 “국내에서도 콘크리트의 품질관리를 통한 품질 향상을 위해 지난 2009년 장비 도입과 관련한 과제를 수행하고 2011년 잠정 기준을 도입한 후 올해 3월 전문 시방서에 본격적으로 반영했다”고 말하며, “지난 5월부터 전체 현장을 대상으로 기술지원과 점검을 진행하고 있으며, 행여 지침이나 매뉴얼 이해에 어려움을 겪는 현장 기술자들을 대상으로 기술지원을 하고 있다”고 밝혔다.
지난 3월 전문시방서 반영 ... 현장에 기술지원
현재 국내에 도입된 장비는 정전용량법과 단위용적 질량법의 원리를 이용한 2가지 타입으로 시험결과의 인위적인 조작이 원천적으로 방지되며, 현장 적용을 통해 기술도 검증된 상태다.
그 중 도로교통연구원의 동반성장 프로그램을 통해 단위용적 질량법을 이용한 제품의 국산화에 성공한 대윤계기산업에 대해 김 박사는 “기술 개발을 위해 연구원에서는 자문과 설계기술 지원을 진행했다”고 밝히며, “기술 지원 시 외국 장비 대비 가격을 낮춰달라는 것과 시험결과의 인위적인 조작을 원천적으로 방지할 수 있는 구조로 만들어달라는 주문을 요청한 결과 이 두 가지 조건을 모두 만족시키는 제품이 개발됐다”고 말했다.
이어 콘크리트 단위수량 측정기 운용 매뉴얼과 관련, 김 박사는 “현장에 도착된 콘크리트의 품질상태를 정확하게 평가할 수 있도록 작성됐다”고 소개하며, “또한 측정결과가 관리기준을 벗어난 경우 오차의 발생원인과 대처방안을 설명하고 있는 만큼 현장 콘크리트의 품질향상에 도움이 될 것”이라고 강조했다.
한편, 도로연구실 재료팀에 대해 김 박사는 “재료팀은 콘크리트 전문가들을 중심으로 구성된 조직으로 콘크리트 품질관리를 비롯해 콘크리트 내구성 향상 방안 연구, 친환경 제설재 품질 기준 마련, 도장과 관련된 연구를 수행하고 있다”고 소개했다.