고층 건물 프로젝트에서 폴리카르복실레이트계 고성능 감수제 분말(CAS 25133-97-5)을 사용하여 콘크리트 슬럼프 손실 및 펌프 막힘 문제를 해결합니다.

필리핀 메트로 마닐라에서 32층 규모의 주거용 타워 건설 프로젝트를 진행 중인 한 건설업체는 콘크리트 타설 과정에서 반복적인 문제에 직면하여 구조물 공사가 지연되고 비용이 증가하는 것을 경험하고 있었습니다. 해당 업체는 현지 배합 공장에서 레미콘을 공급받아 80미터 이상의 수직 양정을 가진 단일 라인 펌프를 통해 고층으로 이송하고 있었습니다. 그러나 20층 이상부터는 펌프 배출구에 도달하는 콘크리트의 작업성이 부족하여 타설 및 다짐에 어려움을 겪었습니다. 이로 인해 현장 작업팀은 콘크리트를 기둥 및 슬래브 거푸집에 타설하기 전에 배출 지점에 물을 추가하여 유동성을 회복시켜야 했습니다.

도전

배출 지점에서 물을 첨가하는 것은 당장의 작업성 문제를 해결했지만, 원래의 슬럼프 손실보다 더 심각한 두 가지 후속 문제를 야기했습니다. 첫째, 통제되지 않은 물 첨가로 인해 타설된 콘크리트의 물-시멘트비가 구조 규격 한계인 0.45를 초과하게 되었고, 현장 측정 결과 상층부에 타설된 콘크리트의 실제 물-시멘트비는 0.52~0.58에 달했습니다. 완공된 상층부 슬래브에서 채취한 코어 샘플의 압축 강도는 평균 28~31MPa로, 최소 규격인 35MPa에 미치지 못했습니다. 이러한 부족분으로 인해 구조 재검토 및 여러 기둥 요소에 대한 보강 그라우팅이 필요했습니다.

둘째, 트럭 적재량에 따른 콘크리트의 작업성 불일치로 인해 상층부 콘크리트 이송 지점에서 펌프 막힘 현상이 간헐적으로 발생했습니다. 슬럼프가 100mm 미만인 콘크리트가 도착했을 때, 펌프 작업자가 물을 추가하기 위해 작업을 중단하지 않고 계속 펌핑을 진행하면 펌프 라인에 콘크리트 덩어리가 쌓여 압력이 상승하고 라인이 막히게 됩니다. 이 막힘 현상을 해결하기 위해서는 펌프 라인을 부분적으로 분해해야 했으며, 일반적으로 한 번 막힘이 발생할 때마다 2~3시간이 소요되었습니다. 이 프로젝트에서는 6주 동안 7건의 펌프 막힘 현상이 발생했으며, 매번 반나절씩 생산이 중단되어 공사 일정 지연이 더욱 가중되었습니다.

근본적인 원인은 배합 공장에서 사용된 혼화제 시스템에 있었습니다. 해당 공장에서는 메트로 마닐라 지역의 표준 배합량으로 나프탈렌계 고성능 감수제를 사용했는데, 이로 인해 배합 공장에서는 160~180mm의 적절한 초기 슬럼프를 얻을 수 있었지만, 운송 및 펌핑 과정에서 작업성이 급격히 저하되었습니다. 마닐라 교통 상황을 고려했을 때, 배합 공장에서 현장까지 운송하는 데 35~45분이 소요되었고, 콘크리트가 상층부 배출 지점에 도달하기까지 펌핑 시간이 15~20분 더 걸렸습니다. 따라서 혼합부터 타설까지 총 소요 시간은 55~65분으로, 사용 중인 배합량의 나프탈렌 혼화제의 적정 작업 시간인 30~40분을 훨씬 초과했습니다.

해결책

시공사 현장 엔지니어는 구조 엔지니어의 검토 결과 상층부 구조물의 압축 강도 부족이 지적되자 기술 지원을 위해 이스트켐(EastChem)에 연락했습니다. 이스트켐은 배합 플랜트 혼화제 시스템을 나프탈렌계 고성능 감수제에서 슬럼프 유지 등급으로 변경할 것을 권장했습니다.폴리카르복실레이트계 고성능 감수제 분말CAS 25133-97-5는 배치 플랜트에서 액체 혼합물로 용해 및 투입됩니다.

고층 콘크리트 시공용 슬럼프 유지 등급 PCE 분말은 시멘트 입자에 지속적인 입체적 장애를 일으켜 혼합 후 60~90분 동안 콘크리트의 작업성을 유지시켜 줍니다. 이는 동일한 물-시멘트 비율에서 나프탈렌의 작업성 유지 시간인 30~40분을 훨씬 뛰어넘는 수치입니다. 시멘트 중량 대비 0.18%의 투입량으로 슬럼프 유지 등급 PCE를 사용하면 배치 플랜트에서 초기 슬럼프를 180~200mm로 유지할 수 있으며, 상층부 펌프 배출구에서 타설 및 다짐에 필요한 슬럼프 범위인 150~170mm의 콘크리트를 추가 물 없이 공급할 수 있습니다.

EastChem은 배합 공장에 혼화제 변경에 대한 기술 지원을 제공했으며, 여기에는 사용 중인 특정 시멘트 유형에 대한 투입량 조정, 기존 감수제와의 호환성 검증, 그리고 PCE 분말로 전환 후 배출 시점에서 물을 추가하지 않고도 물-시멘트 비율 0.42에서 최소 압축 강도 35MPa 규격을 유지할 수 있음을 확인하는 시험 배합 결과가 포함되었습니다.

결과

EastChem PCE 분말로 교체한 지 2주 만에 시공업체는 상층부 배출 지점에서 현장 물 추가 작업이 완전히 중단되었다고 보고했습니다. 80미터 수직 높이까지 펌핑하는 동안 콘크리트 작업성 유지가 추가 물 없이 타설하기에 충분했으며, 새로운 혼화제 시스템을 본격적으로 가동한 첫 주 동안 연속적으로 모니터링한 20개 트럭 분량의 배출 지점 슬럼프 측정값은 평균 155~175mm였습니다.

혼합제 변경 후 펌프 막힘 현상이 완전히 사라졌습니다. 이 프로젝트는 막힘 제거 작업으로 인한 가동 중단을 없애 첫 달에 약 4일의 생산 시간을 확보했으며, 반복적인 막힘으로 인해 누적된 공정 지연을 부분적으로 상쇄했습니다.

혼합물 변경 후 시공된 상층부 요소의 코어 샘플 압축 강도는 평균 38~42MPa로, 규격 최소값인 35MPa를 상회하고 배합 설계의 허용 오차 범위 내에 있었습니다. 구조 엔지니어는 추가 조사나 보수 작업 없이 변경일 이후 시공된 모든 요소에 대한 보수 검토를 종료했습니다.

이후 배합 공장은 슬럼프 유지 등급을 채택했습니다.PCE 분말메트로 마닐라 전역의 모든 고층 콘크리트 공급 계약에 대한 표준 혼화제로 채택되었으며, 타워 프로젝트에서 작업성과 강도 문제를 일으켰던 나프탈렌 기반 시스템을 대체했습니다.

고객이 한 말

저희는 위층 콘크리트 타설 시마다 물을 첨가하면서 허용 오차 범위 내라고 스스로 위안했습니다. 하지만 코어 분석 결과 허용 오차 범위 밖이라는 것이 드러났습니다. EastChem은 즉시 혼화제가 문제임을 파악하고 2주 안에 해결책을 마련해 주었습니다. 그 이후로는 막힘이나 강도 저하 문제가 발생하지 않았습니다.

현장 엔지니어, 건설 계약업체, 메트로 마닐라, 필리핀

자주 묻는 질문

고층 건물 건설 현장에서 콘크리트 타설 중 슬럼프 손실이 발생하는 원인은 무엇입니까?

고층 건물 건설 현장에서 콘크리트 타설 중 슬럼프 손실은 배합 플랜트에서 현장까지의 이동 시간, 펌프 라인 마찰, 그리고 상층부 배출까지의 경과 시간 등이 복합적으로 작용하여 발생합니다. 나프탈렌과 멜라민계 고성능 감수제는 시멘트의 재응집으로 인해 정전기적 반발력이 약해지면서 혼합 후 30~45분 이내에 작업성을 잃게 됩니다.PCE 분말슬럼프 유지 등급은 지속적인 입체적 방해를 통해 60~90분 동안 작업성을 유지하므로, 대부분의 고층 건물 프로젝트에서 토출 지점에 물을 추가할 필요 없이 전체 운반 및 펌핑 시간을 커버합니다.

콘크리트 작업성을 회복하기 위해 현장에서 물을 첨가하면 왜 압축 강도에 문제가 생기는 걸까요?

콘크리트 1세제곱미터당 물 10리터를 추가할 때마다 물-시멘트비는 약 0.02~0.03 단위 증가하고, 원래 배합 설계에 따라 28일 압축강도는 3~6MPa 감소합니다. 구조 사양에서 최소 압축강도가 35MPa로 요구되는 고층 건물 프로젝트에서, 물-시멘트비가 사양 이상으로 증가하는 통제되지 않은 물 추가는 현장 강도를 허용 기준치 이하로 떨어뜨려 구조 재검토 및 잠재적으로 비용이 많이 드는 보수 공사를 필요로 할 수 있습니다.

80미터 수직 펌핑 시 콘크리트 작업성을 유지하려면 PCE 분말을 얼마만큼 투입해야 합니까?

수직으로 60~100미터 높이까지 타설하고 이송 시간을 35~50분으로 설정할 경우, 시멘트 중량 대비 0.15~0.25%의 슬럼프 유지 등급 PCE 분말(CAS 25133-97-5)을 첨가하면 배출 지점에서 슬럼프를 150mm 이상으로 유지할 수 있습니다. 정확한 첨가량은 시멘트 종류, 주변 온도, 초기 슬럼프 목표치에 따라 달라집니다. 생산에 들어가기 전에 특정 시멘트와 배합 설계를 사용하여 배치 플랜트에서 시험 조업을 통해 정확한 첨가량을 확인해야 합니다.