건설공사에서 레미콘 차로 콘크리트를 운반해 거푸집에 타설하고 나면 적당한 시간에 표면 마감 기계인 그림 1과 같은 피니셔(Finesher)의 날개를 돌려주거나, 흙손으로 매끄럽게 하는 등 평탄하게 하는 작업을 실시하게 된다.
이때 피니셔를 돌리는 작업은 너무 빨라도, 너무 늦어도 좋지 않고 가장 적절한 시간을 정해야 하는데, 노련한 기능공은 호시탐탐 기회를 노리다 “이때다”라고 하며 가장 적절한 시기에 작업을 개시한다. 이때의 가장 적절한 시간을 결정하는 일을 소위 현장 용어로 “물때 잡는다”라고 하는데 여기에서는 그것에 대하여 고찰해 본다.
적절한 물때
지구상에 존재하는 모든 물체는 3개의 상태 중 하나에 속한다. 즉, 물질의 3 태라고 하는 것으로 기체(氣體), 액체(液體), 고체(固體) 중에 하나인 것이다. 그러면 콘크리트인 경우는 어떠한가? 먼저, 굳지 않은 상태로서 레미콘 차에 실린 콘크리트는 액체이다. 반면 거푸집에 타설 된 콘크리트로 딱딱하게 굳어져 있는 상태는 당연히 고체이다.
그런데, 이와 같은 물질의 3태 중 액체와 고체 사이에는 또 하나의 상태인 소성체(塑性體 : Plastic)를 넣어 생각할 수 있다. 즉 흙이라고 가정해 설명하면 물에 잘 반죽되어 질척한 상태로서 흙을 손으로 잡았다가 펴면 물 흐르듯이 퍼져 형태가 없어지는데, 이때는 액체 상태다.
반면, 흙이 잘 말라서 손으로 잡아도 손자국이 나지 않는 단단한 상태는 고체 상태다. 그렇다면 흙에 적당히 물기가 있게 반죽 된 상태에서 흙을 손에 쥐게 되면 손에 쥔 모양이 그대로 남게 된다. 물론 더 큰 힘으로 쥐게 되면 손에 쥔 모양이 그대로 남게 되는데, 이때의 물체를 소성체라고 한다.
그래서 토질분야의 학문에서는 액체와 소성체의 경계점을 액성한계, 소성체와 고체 사이의 경계점을 소성한계라고 하는데, 이와 같은 상태를 실험하는 방법도 KS 표준에는 규정되어 있다.
흙뿐만 아니라 콘크리트의 경우도 마찬가지이다. 전에 설명한 것처럼 거푸집 속에서 딱딱하게 굳어지기 이전으로 강도는 내지 못하지만 어떤 형태는 유지될 수 있는 소성체가 있다. 콘크리트 마감 기능공이 찾고 있는 물때는 바로 이 소성체인 시점을 찾고 있는 것이다.
결국, 이와 같은 액체와 소성체 및 소성체와 고체의 경계시간을 응결시간(凝結時間 : Setting time)이라고 하는데, 그중 액체와 소성체의 경계는 초결시간(初結時間 : Initial setting time), 소성체와 고체의 경계는 종결시간(終結時間 : Final setting time)이라 한다.
그렇다면 표면 마감 작업을 하는 기능공이 피니셔를 돌리는 작업을 초결시간보다 빠른 액체상태에서 진행하게 되면 어떻게 될까? 당연히 마감 면에 기계 자국이 남아 고르지 못하게 되고, 마감 작업 후 가라앉는 침하나 물이 떠오르는 블리딩 현상도 있어, 이 경우는 시간을 기다린 다음, 다시 2차 마감을 해주지 않으면 안 된다.
이번에는 물때를 놓쳐 종결 시점 이후에 피니셔를 돌려 표면을 마감하는 경우인데, 이때는 콘크리트가 너무 굳어져서 마감이 되지 않는다. 억지로 마감을 하려고 하면 물을 뿌려가면서 마감을 해야 하는데, 이렇게 되면 콘크리트 표면에 물과 시멘트의 비율이 커져서 결국 표면 강도 및 내구성이 저하하게 된다. 따라서 최적의 표면 마감 시간은 초결시간이 지난 시점에 시작하여 종결시간 이내에 마무리 져야 하는 것이다.
응결시간 시험방법
그렇다면 표면 마감 기능공이 찾고 있는 소위 “물때”를 기능공의 감에만 의존하도록 계속 내버려 두어야 할 것인가? 표준적인 시험방법 혹은 간단한 시험방법은 없는 것일까?
그럼 먼저 표준적인 시험방법인 KS F 2436 (관입 저항침에 의한 콘크리트의 응결시간 시험방법)인 일명 프록타 관입저항 시험법에 대하여 알아보자. 먼저 시료는 채취된 실험용 콘크리트를 가지고 5 mm 체로 쳐서 모르타르 상태로 이용한다.
이 모르타르를 지름 150 mm, 깊이가 150 mm인 원통형 용기에 140 mm까지 채운 다음 외기온에 보관하면서, 사진 2와 같은 재하 장치에 645 mm2 ~ 16 mm2 까지 6종의 관입침을 바꾸어 가면서 25mm 관입함에 따르는 하중(힘)의 크기와 처음 물을 접촉시킨 후 경과시간을 기록한다.
기록된 하중을 침의 지지면적으로 나누어 관입저항을 계산한다. 응결시간은 경과시간에 따른 관입저항 값을 그래프에 작도하여 3.5 MPa에 해당하는 경과시간을 초결시간, 28.0 MPa에 해당하는 경과시간을 종결시간으로 한다.
그러나, 이와 같은 프록타 관입저항 시험법은 몇 가지 문제점이 있다. 즉, 콘크리트를 5 mm 체로 쳐서 모르타르를 시료로 함에는 번잡함이 있고, 또한 장비 무게가 20kg 정도나 되어 무거우며, 6단계로 침을 바꿔가면서 저항값을 구해야 하는 복잡함이 있는 등 실무 건설현장에서 이를 이용하기에는 어려움이 따른다. 그렇기 때문에 실무의 표면마감 작업 시에는 프록타 관입저항 시험기를 이용하지 않고 못으로 찔러보거나 긁어보는 등 기능공이 감으로만 물때를 잡고 있는 것이다.
물때 잡는 기기 개발
이러한 문제점을 해결하기 위해 손쉽게 물때를 잡는 기기를 고민하여 새롭게 고안하게 됐다. 즉, 고무나 플라스틱의 표면을 시계모양의 듀로미터(Durometer)로 눌러 침의 관입저항치로 표면 딱딱함의 정도인 경도를 측정하고 있는데, 콘크리트의 응결시간 측정에 이용하는 것으로서, 응결시간 측정에 적당하도록 침을 바꾸어 사진 3과 같이 세티메타(Setimeter ; Setting time meter의 머리 두글자씩을 이용하여 만든 신조어임)를 고안하게 됐다.
이 기기는 무게가 0.13 kg 정도로 가벼워 주머니에 휴대가 가능하고, 타설 된 콘크리트 표면상태에서 관입저항을 측정한 후 그림 1을 참조하면 간단히 구할 수 있다. 즉, 세티메타 측정치로 40 HD 전후이면 초결, 80 HD 전후이면 종결로 간단하게 물때를 잡을 수 있게 되는 것이다. 아무쪼록 전세계 모든 표면 마감 기능공이 물때를 잡는데 이 기기 및 방법이 널리 쓰여 지기를 기대해 본다.
이때 피니셔를 돌리는 작업은 너무 빨라도, 너무 늦어도 좋지 않고 가장 적절한 시간을 정해야 하는데, 노련한 기능공은 호시탐탐 기회를 노리다 “이때다”라고 하며 가장 적절한 시기에 작업을 개시한다. 이때의 가장 적절한 시간을 결정하는 일을 소위 현장 용어로 “물때 잡는다”라고 하는데 여기에서는 그것에 대하여 고찰해 본다.
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적절한 물때
지구상에 존재하는 모든 물체는 3개의 상태 중 하나에 속한다. 즉, 물질의 3 태라고 하는 것으로 기체(氣體), 액체(液體), 고체(固體) 중에 하나인 것이다. 그러면 콘크리트인 경우는 어떠한가? 먼저, 굳지 않은 상태로서 레미콘 차에 실린 콘크리트는 액체이다. 반면 거푸집에 타설 된 콘크리트로 딱딱하게 굳어져 있는 상태는 당연히 고체이다.
그런데, 이와 같은 물질의 3태 중 액체와 고체 사이에는 또 하나의 상태인 소성체(塑性體 : Plastic)를 넣어 생각할 수 있다. 즉 흙이라고 가정해 설명하면 물에 잘 반죽되어 질척한 상태로서 흙을 손으로 잡았다가 펴면 물 흐르듯이 퍼져 형태가 없어지는데, 이때는 액체 상태다.
반면, 흙이 잘 말라서 손으로 잡아도 손자국이 나지 않는 단단한 상태는 고체 상태다. 그렇다면 흙에 적당히 물기가 있게 반죽 된 상태에서 흙을 손에 쥐게 되면 손에 쥔 모양이 그대로 남게 된다. 물론 더 큰 힘으로 쥐게 되면 손에 쥔 모양이 그대로 남게 되는데, 이때의 물체를 소성체라고 한다.
그래서 토질분야의 학문에서는 액체와 소성체의 경계점을 액성한계, 소성체와 고체 사이의 경계점을 소성한계라고 하는데, 이와 같은 상태를 실험하는 방법도 KS 표준에는 규정되어 있다.
흙뿐만 아니라 콘크리트의 경우도 마찬가지이다. 전에 설명한 것처럼 거푸집 속에서 딱딱하게 굳어지기 이전으로 강도는 내지 못하지만 어떤 형태는 유지될 수 있는 소성체가 있다. 콘크리트 마감 기능공이 찾고 있는 물때는 바로 이 소성체인 시점을 찾고 있는 것이다.
결국, 이와 같은 액체와 소성체 및 소성체와 고체의 경계시간을 응결시간(凝結時間 : Setting time)이라고 하는데, 그중 액체와 소성체의 경계는 초결시간(初結時間 : Initial setting time), 소성체와 고체의 경계는 종결시간(終結時間 : Final setting time)이라 한다.
그렇다면 표면 마감 작업을 하는 기능공이 피니셔를 돌리는 작업을 초결시간보다 빠른 액체상태에서 진행하게 되면 어떻게 될까? 당연히 마감 면에 기계 자국이 남아 고르지 못하게 되고, 마감 작업 후 가라앉는 침하나 물이 떠오르는 블리딩 현상도 있어, 이 경우는 시간을 기다린 다음, 다시 2차 마감을 해주지 않으면 안 된다.
이번에는 물때를 놓쳐 종결 시점 이후에 피니셔를 돌려 표면을 마감하는 경우인데, 이때는 콘크리트가 너무 굳어져서 마감이 되지 않는다. 억지로 마감을 하려고 하면 물을 뿌려가면서 마감을 해야 하는데, 이렇게 되면 콘크리트 표면에 물과 시멘트의 비율이 커져서 결국 표면 강도 및 내구성이 저하하게 된다. 따라서 최적의 표면 마감 시간은 초결시간이 지난 시점에 시작하여 종결시간 이내에 마무리 져야 하는 것이다.
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응결시간 시험방법
그렇다면 표면 마감 기능공이 찾고 있는 소위 “물때”를 기능공의 감에만 의존하도록 계속 내버려 두어야 할 것인가? 표준적인 시험방법 혹은 간단한 시험방법은 없는 것일까?
그럼 먼저 표준적인 시험방법인 KS F 2436 (관입 저항침에 의한 콘크리트의 응결시간 시험방법)인 일명 프록타 관입저항 시험법에 대하여 알아보자. 먼저 시료는 채취된 실험용 콘크리트를 가지고 5 mm 체로 쳐서 모르타르 상태로 이용한다.
이 모르타르를 지름 150 mm, 깊이가 150 mm인 원통형 용기에 140 mm까지 채운 다음 외기온에 보관하면서, 사진 2와 같은 재하 장치에 645 mm2 ~ 16 mm2 까지 6종의 관입침을 바꾸어 가면서 25mm 관입함에 따르는 하중(힘)의 크기와 처음 물을 접촉시킨 후 경과시간을 기록한다.
기록된 하중을 침의 지지면적으로 나누어 관입저항을 계산한다. 응결시간은 경과시간에 따른 관입저항 값을 그래프에 작도하여 3.5 MPa에 해당하는 경과시간을 초결시간, 28.0 MPa에 해당하는 경과시간을 종결시간으로 한다.
그러나, 이와 같은 프록타 관입저항 시험법은 몇 가지 문제점이 있다. 즉, 콘크리트를 5 mm 체로 쳐서 모르타르를 시료로 함에는 번잡함이 있고, 또한 장비 무게가 20kg 정도나 되어 무거우며, 6단계로 침을 바꿔가면서 저항값을 구해야 하는 복잡함이 있는 등 실무 건설현장에서 이를 이용하기에는 어려움이 따른다. 그렇기 때문에 실무의 표면마감 작업 시에는 프록타 관입저항 시험기를 이용하지 않고 못으로 찔러보거나 긁어보는 등 기능공이 감으로만 물때를 잡고 있는 것이다.
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물때 잡는 기기 개발
이러한 문제점을 해결하기 위해 손쉽게 물때를 잡는 기기를 고민하여 새롭게 고안하게 됐다. 즉, 고무나 플라스틱의 표면을 시계모양의 듀로미터(Durometer)로 눌러 침의 관입저항치로 표면 딱딱함의 정도인 경도를 측정하고 있는데, 콘크리트의 응결시간 측정에 이용하는 것으로서, 응결시간 측정에 적당하도록 침을 바꾸어 사진 3과 같이 세티메타(Setimeter ; Setting time meter의 머리 두글자씩을 이용하여 만든 신조어임)를 고안하게 됐다.
이 기기는 무게가 0.13 kg 정도로 가벼워 주머니에 휴대가 가능하고, 타설 된 콘크리트 표면상태에서 관입저항을 측정한 후 그림 1을 참조하면 간단히 구할 수 있다. 즉, 세티메타 측정치로 40 HD 전후이면 초결, 80 HD 전후이면 종결로 간단하게 물때를 잡을 수 있게 되는 것이다. 아무쪼록 전세계 모든 표면 마감 기능공이 물때를 잡는데 이 기기 및 방법이 널리 쓰여 지기를 기대해 본다.
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한천구 청주대 건축공학과 석좌교수
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