건축 시공(철근 콘크리트 공사)

개요

철근콘크리트(reinforced concrete) 구조는 건축물의 구조를 형성하는 중요한 공사로서 철근과 콘크리트가 일체로 결합하여 콘크리트는 압축력에, 철근은 인장력에 유효하게 작용한다. 철근과 콘크리트는 온도에 대한 선팽창계수가 거의 같으며 철근에 대한 콘크리트의 부착강도가 크므로 합성재로써 효과가 높고 알칼리성인 콘크리트와 산성 인 철근의 합성이므로 철근이 콘크리트 속에서 녹이 잘 슬지 않는다. 철근콘크리트는 내구성·내화성·내진성이 큰 일체식 구조, 즉 강접(剛接) 구조로서 외력에 저항할 수 있으나 다른 구조에 비해 자중이 크며 균열이 발생되기 쉬운 단점이 있다. 철근콘크리트공사는 거푸집공사, 철근공사, 콘크리트공사를 포함한다. 철근콘크리트공 사는 공사현장의 작업이 매우 중요하고 현장작업의 좋고 나쁨이 공사의 성과를 좌우하는 요인이 된다. 따라서 신중하게 공사계획을 세우고 적절한 품질관리와 정확한 시공이 요구된다.

 

거푸집 공사

거푸집이란 콘크리트를 치어 부은 이후부터 콘크리트가 강도를 발현하여 경화할 때까지 굳지 않은 콘크리트를 지지하는 가설구조물을 말한다. 거푸집은 콘크리트를 일정한 형상과 치수로 유지시켜 주며 경화에 필요한 수분의 누출을 방지하고 외기의 영향을 차단하여 콘크리트가 적절하게 양생 되도록 돕는 역할을 한다. 구조체의 규격, 형상, 강도 및 수직·수평도는 거푸집의 시공정밀도에 크게 의존하므로, 콘크리트를 구조체 재료로 사용하는 시설물에서 거푸집의 품질은 시설물 전체의 품질에 크게 영향을 미친다. 거푸집이 구조체의 품질에 미치는 영향과 역할을 요약하면 다음과 같다.

 

• 콘크리트가 응결하기까지의 형상, 치수의 확보

• 콘크리트 수화반응의 진행 보조

• 콘크리트 구조체의 구조정밀도 확보

• 철근의 피복두께 확보

• 콘크리트의 표면 마감

• 굳지 않은 콘크리트의 수분 누출방지 및 외기 영향 최소화

 

철근 공사

철근은 인장력을 부담하는 부재로서 KS D 3504(철근콘크리트용봉강) 또는 KS D 3527(철근콘크리트용 재생봉강)의 규격에 합격한 것이어야 한다. 철근이란 이형(異形) 철근을 포함하여 용접철망(welded wire fabric) 및 PC강선 등 콘크리트를 보강할 목적으로 사용되는 모든 강재(reinforcements)를 말한다.

철근은 콘크리트와 일체가 되어 구조체의 뼈대 역할을 하게 되므로 철근의 끊어짐이 없이 연결되어 있는 상태가 구조안전성 측면에서 가장 좋다. 그러나 철근은 생산·운반 시공의 편의상 적정한 크기로 절단하여 운반· 조립되므로 이음이 발생한다. 철근의 이음 부위는 구조적으로 취약하므로 이음 위치 결정과 이음 방법 선택은 매우 중요하다. 철근의 이음시 다음과 같은 사항에 유의한다.

 

• 이음의 위치는 응력이 큰 곳을 피하고 엇갈리게 잇는다.

• 동일한 곳에 철근 수의 반 이상을 이어서는 안 된다.

• 주근의 이음은 인장력이 가장 작은 곳에 두어야 한다.

• 지름이 다른 주근을 잇는 경우에는 작은 주근의 지름을 기준으로 한다.

 

콘크리트 공사

콘크리트 공사는 철근콘크리트 구조물을 형성하는 콘크리트를 배치 플랜트(batch plant) 등에서 생산하여 현장까지 운반· 타설 하고, 이를 관리하는 모든 과정을 일컫는다. 콘크리트 공사는 시설물의 구조적인 안전과 밀접하게 관련되므로 소요의 강도·내구성·수밀성 및 강재를 보호하는 성능을 가져야 한다. 콘크리트는 재시공이 거의 불가능하며 해체 및 보수가 어려우므로 계획을 면밀하게 세워서 철저한 품질관리를 해야 한다. 또한 콘크리트 생산에 필요한 재료는 시멘트, 골재(굵은 골재, 잔골재), 물, 혼화재료(혼화 재, 혼화제) 등이다. 콘크리트의 품질은 구성 재료의 영향을 많이 받기 때문에 재료의 품질이 좋아야 한다. 콘크리트 배합에는 콘크리트로서 필요한 강도, 내구성, 워커빌리티를 만족시키기 위해서는 시멘트, 물, 잔골재, 굵은 골재를 적당한 비율로 배합하는 것이 중요하다. 요구하는 성능의 콘크리트를 얻기 위해서는 콘크리트 배합 설계 시 공기량 및 혼화재료의 비율도 고려한다. 같은 배합이어도 사용 재료가 다르면 강도, 내구성, 워커빌리티 등이 변화하므로 실제로 사용할 재료에 대하여 시험하여 그 결과를 바탕으로 배합을 결정하여야 한다. 1회 타설 할 수 있는 콘크리트의 단면형상, 치수 및 강재의 배치, 콘크리트의 다지기 방법 등에 따라 워커빌리티가 달라지므로 거푸집 구석구석까지 콘크리트가 충분히 채워지도록 하고, 다지는 작업이 용이하면서 재료가 분리되지 않도록 콘크리트의 배합을 정하여야 한다. 최근에는 레디믹스트 콘크리트(ready mixed concrete)를 주로 사용하기 때문에 콘 크리트의 배합 설계를 현장에서 직접 시행하는 경우는 거의 없다.

 

콘크리트의 발전

콘크리트의 변신이 놀랍다. 초고인성 콘크리트, 투명 콘크리트, 자기 치유 콘크리 트가 개발되고 있고, 미국에서는 매년 '물에 뜨는 콘크리트(경량콘크리트)'로 만든 카누 경주 대회도 열리고 있다. 투수 콘크리트 위에서는 나무와 풀이 자란다. 도시를 덮은 콘크리트 위에서 숲이 자라면, 도시를 위협하는 대홍수의 공포에서 해방될 수도 있다. 초고인성 콘크리트는 시멘트와 규사, 혼화재가 섞인 모르타르에 유기섬유를 혼합해 외력에 쉽게 파괴되지 않고 늘어나는 성질인 '인성'을 강화한 특수콘크리트이다. 투명 콘크리트는 콘크리트 제조 시 다량의 광센서를 미리 매설하여 빛이 투과하게 만든 콘크리트이다. 일반 콘크리트처럼 단단하여 벽과 바닥은 물론 조각작품 등에도 사용할 수 있다. 자기 치유 콘크리트는 바이오 기술(미생물)과 접목하여 균열발생 부위를 스스로 치 유하는 콘크리트를 말한다. 구조물에 균열이 생겼을 경우 균열 내부에 수분이 침투하면 특수 혼화재와 반응해 탄산 화합물을 생성하여 균열 부분을 보수하는 것이다.