분말형 콘크리트 구체방수공사

 

1. 공법의 개요

유해물질이 콘크리트 구조물에 침투하면 콘크리트 구조물의 조기노화를 유발하며 구조물의 수명을 단축시킨다. 특히 해안지방에서는 해수의 침투로 인해 황산염, 탄산염 등의 함유량이 높아져 구조체의 침식과 구조체 내의 철근 부식 등 구조물에 악영향을 미치게 된다.

따라서 구조물의 화학물질에 의한 침식과 동결융해에 대한 저항성을 높이기 위해서는 콘크리트 구조체 자체의 흡수성 및 투수성을 현저하게 감소시켜야 한다.

콘크리트 구조물 단면 전체를 방수화하는 콘크리트 구체방수공법은 기존의 멤브레인계 방수를 하지 않고 수중, 지하구조물의 콘크리트 강도 증진 및 수밀성, 내구성 향상과 콘크리트 성능개선 효과 등 다기능을 동시에 얻고자하는 목적으로 개발된 방수공법에 적용한다. 

☞ 분말형 콘크리트 구체 방수재의 방수메카니즘

☞ 현재 국내에서 발수재 생산 및 시공재품 소개 

사진 1. 분말형 구체 방수시공(레미콘 타설) 

<해설> ☞ 분말형 콘크리트 구체 방수재의 방수메카니즘 

구체혼화용 분말방수재는 무기계 포졸란(Pozzolan) 활성재와 유기계 고분자 화합물(有機系 高分子 化合物)의 합성재를 주성분으로 한 초미립의 구상 구조체의 분말방수재이다. 시멘트는 물을 혼합한 경우 수화반응에 따라 수경성(水硬性)의 에트링게이트(Ettringite)수화물 또는 수산화칼슘{Ca(OH)₂}을 생성하여 경화성을 발휘하지만, 수화시 생성하는 수산화칼슘과 포졸란(Pozzolan) 활성재가 상온에서 서서히 반응하여 불용성의 규산질칼슘(CaSiO₃)을 생성하여 수산화칼슘의 용출을 방지함과 동시에 규산질칼슘의 부드러운 팽창으로 콘크리트내의 모세관 공극을 막아 물의 이동을 억제함으로 침투성이 감소하게 된다.

특히 시멘트의 수화반응에 의해 생성된 수산화 칼슘{Ca(OH)₂}과 유기계 고분자 화합물(有機系 高分子化合物)과 결합하여 발수성의 고급지방산 칼슘을 생성으로 모세공극을 충진하여 흡수작용의 감소와 콘크리트 내부에 수밀성이 높은 막을 형성하여 구조물 전체의 방수성능을 극대화시킨 불용성(不溶性)의 콘크리트가 되어 콘크리트 구체 자체를 방수층화하게 되므로 완전방수 구조물이 형성된다. 

<참고사진> 규산칼슘 수화물 생성 

2. 일반사항

2.1 일반적 특성

1) 구체방수재의 특징

콘크리트 구조물의 전체를 방수화하기 위한 방수 레미콘 공법으로 구조물의 내구성 보호 유지와 강도증진 및 방수목적으로 사용하는 재료이다. 특히 콘크리트 타설후 기존의 멤브렌계 방수를 시행하지 않는 것을 목적으로 사용하고자 할 때 적용한다.

(1) 시공이 간편하다.

(2) 공기 단축으로 경제성이 크다(기존 방수공사의 1/2∼1/3예산).

(3) 내구성이 모체와 동일하다.

(4) 내약품성과 내식성이 우수하다(백화현상 방지).

(5) 생 콘크리트 강도가 증진된다.

(6) 만일의 하자시 발견과 보수가 용이하다.

(7) 온도변화에 의한 크랙 발생이 거의 없다.

(8) 철근을 보호, 부식을 방지한다. 

2) 용 도

(1) 물류·배송센터·공장·창고바닥, 건물외곽 및 노출부위의 표층부 보호재

(2) 상·하수도 콘크리트 구조물, 지하실, 옥상, 주차장, 음용수 저수조, 콘크리트 송수관의 방수용재료

(3) 공동구, 관로, 지하철, 도로, 터널, 고가차도(시내), 교량(특히 교각), 공항, 댐 등 열화방지를 위한 콘크리트 보호재

(4) 수영장, 경기장, 식당, 주유소 등의 콘크리트구체 보호재

(5) 콘크리트 표층부의 보수·보강재 목적의 바탕 강화 부여재

(6) 바탕조정재의 접착(부착) 강화재

(7) 내염성이 요구되는 해변가 도시의 콘크리트 건축물, 구조물 보호재

(8) Construction Joint 부분의 콘크리트 접착력 강화재

(9) 적벽돌, 자연석, 대리석 등에도 사용가능 

3) 일반적 성능

(1) 방수기능(Hydrostatic Sealing).

(2) 치밀한 조직형성으로 표층부 강도증가, 내마모성(耐磨耗性), 수밀성 증가

(3) 콘크리트 내부의 철근, 형강 등의 부식 억제

(4) 콘크리트의 중성화 방지

(5) 정압에서는 2kg/㎠, 부압에서는 1kg/㎠의 내수압성

(6) 백화, 이끼, 곰팡이 발생 억제

(7) 시공 후 습기의 통과성은 존재

(8) 동결융해에 의한 손상을 방지

(9) 표면보호ㆍ마감재의 접착력(Adhesive)증가를 위한 프라이머 역할

(10) 콘크리트 표면의 내산(耐酸), 내화학성을 증가(완전 방식은 안됨)

(11) 침투반응시 팽창, 수축현상이 없슴

(12) 분사식 시공으로 시공성이 양호하며, 유지관리가 간편함 

2.2 시공방법

시공순서는 다음 Flow Chart와 같이 구체방수재를 인력 또는 기계로 투입한다.

그림 1. 구체방수 공법의 Flow Chart 

구조물 구축시 구체 방수는 기존에 적용되는 시트방수, 도막방수공법 등과 달리 방수공종이 1)레미콘
플랜트(Remicon Plant) 및2)현장 트럭믹서에서 방수재를 혼합하므로 시공성이 우수하고 공기가 단

축된다. 

2.3 공법적 특성(방수성능 효과)

구체방수재는 콘크리트 구조체에 완벽한 방수성능과 내구성을 발휘함으로써 표면방수와 달리 보호벽 쌓기나 보호몰탈을 하지 않기 때문에 터파기 면적의 축소와 시공이 간편하고, 경제성이 매우 높다. 또한 구체방수재는 물리, 화학적인 안전성과 내구성이 대단히 양호한 장점이 있다.

① 시멘트의 수화반응에 의해 생성되는 가용성 물질을 불용화하는 동시에 불용성 또는 발수성염을 형성하여 공극을 충진한다.

② 미세한 물질을 혼입하여 모르터와 콘크리트 속에 공극을 물리적, 화학적으로 충진한다.

③ 발수성 물질을 혼입하여 흡수성을 개선한다.

④ 모르터와 콘크리트 내부에 수밀성이 높은 막을 형성한다. 

3. 자 재

3.1 사용재료

분말형 구체방수재는 콘크리트와 동일물성의 포졸란(Pozzolan)활성제(活性劑)를 주성분으로 콘크리트 모세공극을 충전하므로써 구조물의 강도증진, 수밀성 향상, 내구성증진 효과와 우수한 방수효과를 얻을 수 있는 재료의 화학적 성분은 다음과 같다. 

표1. 구체방수재의 조성

구 분	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	ZnO	MgO	Ig Loss	기타
분말형 구체 방수재	58%이상	12%이상	3%이상	9%이상	1%이상	6%	11%

1) 구체방수제로서의 구비조건은 다음과 같다.

① 구체 방수제는 콘크리트 자체를 방수층 또는 막으로 만들기 위해서 시멘트 자체가 경화되면서 생성되는 유리이온이 Ca, Mg, Na, K들과 화학적인 반응을 통하여 구조체를 안정화시킬수 있는반응성을 가진 방수제이어야 한다.

② 시멘트의 수화반응을 촉진시켜서 수화물(겔)이 구조체의 공극을 조기에 충전시켜서 구조체를 수밀화시켜야 한다.

③ 시멘트의 수화반응에 의해서 생성되는 가용성 물질과 화학적으로 결합하여 불용성염을 형성함으로서 외부로부터 침투되는 수분이 공극에 잔류할 수 없도록 하며, 동결융해에 대한 체적팽창압을 발생할 수 없게 하여야 한다.

④ 방수와 발수가 동시에 이루어지도록 구조체 내부는 방수층을 형성케하고 구조체 표면에서는 발수성을 부가하여 구조체 자체가 물과 접촉각을 형성하여 물의 침투를 방지하고 수압이 걸릴경우에는 내부의 방수층 막에서 방수가 될 수 있도록 하여야 한다.

⑤ 방수제 혼용시 시멘트 기본 물성에 악영향을 미치지 않도록 해야한다. 

2) 보조방수

① 설계상 보조방수 공정이 필요할 때는 구체방수 후 미장작업 전에 시방서에 따라 내방수(모르터방수, 침투방수, 도막방수)를 하면 방수효과도 배가시킬 수 있으며 신뢰성을 확보할 수 있다.

② 구체처리 후 미장작업시 미장모르터에 방수제를 혼입하여 미장처리하거나 별도의 침투성 방수제 처리를 병행할 수도 있다. 

3.2 자재의 보관

① 구체방수재의 보관은 청결한 실내에 습기를 받지 않도록 지면에서 약 30㎝의 공간 위에 20포대 정도 이하로 쌓아 올리는 것이 좋다.

② 시멘트나 팽창재와는 달리 보관은 용이하지만, 재료 특성상 알칼리 물질과 접촉하면 품질이 변질될 수 있으므로 주의하여야 한다. 

4. 시 공

4.1 시공계획서 작성

방수시공에 앞서 다음과 같은 부위는 시공 상세도를 작성하여 감독원과 협의한 후 시공하여야 한다. 

1) 배합

K.S인증 또는 동등이상의 설비를 갖춘 레미콘 생산공장의 배쳐플렌트(Batcher Plant)에서 시멘트, 골재 등과 동시에 혼합하는 방법이 가장 이상적이나, 여건상 현장 트럭 믹서(Truck Mixer)에 의하여 혼합할 때에는 믹서 깊숙하게 투입한후 3분이상 빠른 회전속도로 충분히 혼합하여야 한다.

① 사용량은 중량비로 배합설계된 시멘트 중량의 3.75%을 혼합한다.

② 콘크리트의 각 재료와 균등질이 될 때까지 충분히 비벼야 하며, 레미콘에 혼련, 혼합한 후 가수를 절대 금한다. 

2) 물·시멘트 비

시멘트가 수화반응하는데 필요한 이론적 수량은 시멘트 중량의 25% 정도이지만 실제로는 소요의 워커빌리티(Workability)를 얻기위해 물·시멘트비를 40∼60%를 많이 사용한다. 이 여분의 과잉수 때문에 경화한 콘크리트에 공극이 남아 이 공극을 통하여 투수하며, 또한 콘크리트의 건조수축은 시멘트 경화체에 생기는 모세관속의 잔류수 건조와 동반되는 것이 대부분이다. 따라서 기존 배합비의 물의 양을 약 3∼5% 감수하여 신기술 방수재를 사용한 배합비는 최적의 작업성과 콘크리트 성능개선에 더욱 효과적이다. 

3) 단위 시멘트량

단위 시멘트량은 소요의 워커빌리티 및 강도를 얻을 수 있는 범위내에서 가능한 한 적게 되도록 시험에 의해 정하여야 한다. 단위 시멘트량이 많을수록 수밀성은 높아지지만 경화 시 수축율이 커져서 콘크리트 균열을 증가시킨다. 철근콘크리트의 균열대책 지침안에서는 단위 시멘트량을 270∼400kg/㎥로 규정하고 있다. 

4) 슬럼프

슬럼프를 가능한 적게하는 것은 건조수축의 원인이 되는 단위수량이나 단위시멘트 량을 적게 할 뿐만아니라 콘크리트 타설 시 재료의 분리를 막고 블리딩을 저하시킨다. 따라서 신기술 방수재는 초미립의 구상구조로서 볼 베어링(Ball Bearing)작용으로 시공성과 유동성이 양호하므로 이점을 감안하여 기존 슬럼프(Slump)치 보다 낮은 수치로 조정하여 사용하면 최상의 성능개선효과를 얻을 수 있다.

① 슬럼프치는 구조물 종류에 따라 작업 가능한 범위 내에서 작은 값으로 정하되, 일반 콘크리트의경우 슬럼프 8㎝의 굳지않은 콘크리트에 본 재료를 혼합 사용하면 슬럼프 12∼15㎝의 방수콘크리트가 만들어 진다.

② 소요 슬럼프는 가급적 적게 하고 18㎝을 넘지 않도록 하며, 치기가 용의할 때에는 12㎝이하로 한다. 다만 유동화 콘크리트로 할 경우에는 21㎝이하로 한다. 

5) 거푸집 시공

① 구체방수를 감안한 건물지하 벽체 및 수조 등에는 거푸집 긴결방법은 플랫타이(Flat-Ties)를 지양하고 폼타이(Form-Ties)방법을 채택하여 사용한다.

② 긴결재가 콘크리트 표면에서 25㎜ 이내에 있는 긴결재는 구멍을 뚫어 제거해야 되며 제거 후 구멍과 폼타이 구멍에는 고품질의 모르터방수재 또는 무수축 충진제로 충진하여야 한다.

③ 철근 고임대(Bar Support) 및 간격재(Spacer)등의 재질 및 배치 등은 공사시방서에 따르며, 콘크리트 타설 직후 바로 충분히 다져서 콘크리트가 철근 및 매설물 등의 주위와 거푸집의 구석구석까지 잘 채워서 골재의 분리가 생기지 않는 밀실한 콘크리트가 되도록 해야 한다. 

6) 이음

콘크리트 구조물을 구축하는 경우 구조물의 규모, 일일 콘크리트 타설량, 거푸집 면적이나 작업원 수의 제한 등에 따라서 이어치기부가 설치된다. 이어치기는 강도, 수밀성, 중성화 등의 면에서 구조물의 약점이 되기 쉽다. 따라서 구조상 가장 영향이 적은 것을 선택함과 동시에 가능한 한 이어치기부분을 적게 해야한다.

이어치기에는 굳지않은 콘크리트의 이어치기와 굳은 콘크리트에 신 콘크리트를 타설하는 경우 등의 조건에 적합한 방수방법을 선정해야 한다.

① 굳지 않은 콘크리트의 이어치기 - 굳지 않은 콘크리트의 이어치기에 의해서 가능한 콜드죠인트를 방지하는데에는 먼저 친 콘크리트의 응결이 프럭터(Proctor) 관입저항치로 10g/㎟이 되지않는 동안에 이어치면 된다. 부득이한 수평시공이음에는 장부(丈夫) 또는 홈을 만들고 다음 콘크리트를 치기 전에 고압분사(Water Jet)로 청소한 후 모르터방수재를 3∼13㎜정도의 두께로 이음부에 깔든지, 접착제나 합성수지에멀젼 등을 도포한 후 콘크리트를 타설한다.

② 굳은 콘크리트의 시공이음 - 경화된 콘크리트에 신 콘크리트를 이어 칠 경우에는 그 부위의 수밀성은 거의 기대할 수 없으므로 미리 준비한 염화비닐수지제, 고무제, 강판제(鋼板製) 등 각종 지수판의 재료를 사용목적에 따라서 선정 사용한다.

이들 지수판(止水板)은 사용방법이 적정하면 방수효과를 충분히 발휘하지만, 실제 공사에서는 콘크리트 타설 시의 충격이나 압력에 의해 절곡(折曲)되어 그 부위에 공극을 만들어 누수의 원인이 되는 경우도 있다. 사용에 있어서는 사전에 충분한 검토와 정밀한 시공이 요구된다. 

③ 익스펜션 죠인트(Expansion Joint)부 - 지하구조물에서 익스펜션 죠인트부의 방수가 가장 중요하다. 부등침하(不等沈下)와 진동을 동반하는 경우 등을 고려해서 익스펜션부의 지수방법은 연질재료의 탄력성이 뛰어난 지수재를 사용하여야 한다. 실제공사에서는 콘크리트 타설시의 충격이나 압력에 의해 절곡(折曲)되어 공극을 만들어 누수의 원인이 되는 경우와 반대쪽의 콘크리트치기를 계속하지 않을 경우는 지수판의 손상을 주지 않도록 하여 시공해야 한다. 

④ 관통재(貫通材) 주위의 처리 - 배관, 배선용 슬리브(Sleeve)관을 설치할때에는 배관용 강관 외부에 지수용 강판(止水用鋼板)을 약 80㎜의 폭으로 용접 설치하여 콘크리트 구체에 매입 타설하며, 본관을 관통하고 남은 공간은 시멘트계 그라우팅재 주입 또는 연질재료의 실링재 등으로 지수처리한다. 

⑤ 거푸집 긴결재(폼타이)제거 및 지수처리 - 콘크리트 벽체에서의 누수원인 중 콘크리트 내부에 묻혀있는 폼타이를 따라 누수되는 사례가 많다. 이는 콘크리트 경화가 완전하지 않은 상태에서 거푸집을 제거할 때 폼타이에 충격이 가해져 폼타이가 움직이게 되면 누수의 원인이 될 수 있으므로 거푸집 해체에 주의가 요구되며, 거푸집 탈형 후 콘크리트 표면에서 25㎜ 이내에 있는 긴결재는 전동 드릴로 치핑하여 제거한 후 콘부분과 폼타이 구멍에는 고품질의 모르터방수재 또는무수축 충진제로 충진하여야 한다. 특히 폼타이 설치시 폼타이에 링(Ring)타입의 팽창성 지수제를삽입한 후 셋팅(Setting)하는 것이 바람직하다. 

4.2 타설 및 양생

1) 옹벽 부분과 슬래브 접합 부분에는 슬래브 측으로 1∼2m 정도 연장하여 슬래브에도 신기술방수재를 혼합한 콘크리트를 타설하여야 한다.

2) 시공사는 콘크리트공정과 방수공정의 관계를 명확히하여 시공상 업무연계와 시공관리 계획을 사전에 수립하여 품질관리에 만전을 기한다.

3) 강도 및 수밀성 향상을 충분히 발휘하기 위해서 포졸란(Pozzolan)반응이 충분히 이루어질 수 있도록 하기 위하여 초기 습윤양생이 대단히 중요하며 양생온도에도 주의하지 않으면 안된다. 

5. 검사 및 시험

(1) 현장 탈락강도 시험 - 분말형 구체방수재를 현장타설 콘크리트에 혼합시공하였을 때 바탕 콘크리트의 강도증진에 따른 탈락강도성능 등을 평가한다. 탈락강도 평가는 바탕 콘크리트의 내구성 유지에 중요한 평가항목으로 현장 품질관리상 500∼1000㎡당 3회 실시하도록 규정하고 있다. 평가방법은 일본건축연구소식부착력 시험기를 사용한다.

(2) 담수 시험 - 드레인 주변을 임시로 메우고 방수층 위에 약 15㎝ 높이로 물을 채워 실내 혹은 방수층 밖으로 물이 새어나오는 지를 확인한다(약 24시간 정도 담수한다).

(3) 외관검사 - 바탕콘크리트의 경화불량, 곰보, 균열 등의 결함부분이 있는지를 확인하고, 필요하면부분적인 방수시공(취약부 제거 후 탄성형 실링재, 주입재 및 탄성도막 방수재 등)을할 수 있다. 

6. 보호·마감

① 본 재료의 사용은 섭씨 5℃이상에서만 사용해야 한다.

② 본 재료의 혼합 사용시 혼합된 콘크리트가 균등질이 될 때까지 충분히 비빔을 한 후 타설해야 하며혼합이 불량할 때에는 압축강도 및 방수성능이 저하할 수 있다.

③ 현장 트럭믹서에 의한 혼련·혼합 사용은 투입하기 좋은 위치에 쌓아 놓고, 투입작업대 또는 자동이송장치로 3% 계량오차 범위내에서 계량할 수 있는 것이어야 한다.

④ 본 시방서에 기재되지 않은 사항으로서 시공상 필요한 사항은 제조자와 시공자의 공법에 의하되사전에 책임감리원의 승인을 받아야 한다.


BK방수기술연구소