[건축] 철근·무근·버림 콘크리트의 강도와 슬럼프 결정 기준

콘크리트 구조물 내구성 설계 및 시공기준 적용 가이드라인 - 최종.pdf

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플랜트 건축 설계에서 콘크리트 관련 질문은 비슷한 형태로 반복된다.

• 철근콘크리트는 몇 MPa를 적용하는가?
• 무근콘크리트는 18 MPa인가?
• 버림콘크리트는 몇 MPa를 사용해야 하는가?
• 슬럼프는 80, 120, 150 중 무엇을 선택하는가?
• 외기에 노출되는 기초와 실내 기초의 콘크리트 강도가 달라지는가?

단순히 “현장 조건에 따라 다르다”라고 답하면 설계자가 실제 도면에 적용하기 어렵다.

따라서 기본 기준을 먼저 정리하면 다음과 같다.

① 구조적으로 필요한 강도 확인 → ② 노출환경 확인 → ③ 내구성 최소강도 확인 → ④ 둘 중 큰 값 적용

다만 버림콘크리트처럼 구조체가 아닌 콘크리트는 별도의 기준으로 판단해야 한다.

구분	설계자가 먼저 확인할 기준
철근콘크리트	구조계산 fck
내구성	KDS 14 20 40 노출환경
최종 강도	구조 요구강도와 내구성 최소강도 중 큰 값
구조용 무근	18 MPa 이상 + 내구성 검토
버림콘크리트	프로젝트 도서·시방서 우선
RC 일반 슬럼프	80~150 mm
RC 대단면 슬럼프	60~120 mm
무근 일반 슬럼프	50~150 mm
무근 대단면 슬럼프	50~100 mm

 

1. 먼저 적용 기준을 구분한다

구분	기본 강도 결정 기준	일반적인 슬럼프
철근콘크리트 일반	구조계산 + 노출환경	80~150 mm
철근콘크리트 대단면	구조계산 + 노출환경	60~120 mm
구조용 무근콘크리트	18 MPa 이상 + 노출환경	50~150 mm
구조용 무근 대단면	18 MPa 이상 + 노출환경	50~100 mm
버림콘크리트	구조체 여부 및 프로젝트 시방서	프로젝트 기준

 

여기서 중요한 것은 24 MPa나 18 MPa를 모든 콘크리트에 일률적으로 적용하지 않는 것이다.

KCS 14 20 10에서는 레디믹스트 콘크리트의 호칭강도로 18, 21, 24, 27, 30 MPa 등이 사용된다. 그러나 호칭강도 목록 자체가 특정 용도에 특정 강도를 강제하는 기준은 아니다.

 

 

 

2. 철근콘크리트의 강도는 어떻게 결정하는가

철근콘크리트는 다음 순서로 결정한다.

구조계산에서 요구하는 fck

↓

콘크리트 노출환경 확인

↓

노출환경에 따른 내구성 최소강도 확인

↓

두 값 중 큰 값 적용

예를 들어 구조계산상 24 MPa가 필요하고 노출환경에 따른 최소강도가 27 MPa라면 24 MPa가 아니라 27 MPa 이상을 적용해야 한다.

반대로 구조계산상 30 MPa가 필요하고 노출환경 최소값이 27 MPa라면 30 MPa를 적용한다.

즉,

최종 적용강도 = 구조 요구강도와 내구성 요구강도 중 큰 값

으로 이해하면 된다.

 

 

3. 노출환경에 따라 최소강도가 달라진다

KDS 14 20 40에서는 콘크리트가 어떤 환경에 노출되는지를 구분하고, 이에 따라 최소 설계기준압축강도를 정하고 있다.

노출 범주	환경 개념	최소 강도
E0	특별한 노출 없음	21 MPa
EC1	탄산화에 의한 부식 환경	21 MPa
EC2	습윤·건조 반복에 따른 탄산화 환경	24 MPa
EC3	높은 습도 또는 물에 지속적으로 접하는 환경	27 MPa
EC4	염화물 영향이 있는 환경	30 MPa
ES1	염화물에 노출되지만 해수 직접 접촉은 아닌 환경	30 MPa
ES2	해수 또는 염화물에 지속적으로 노출	30 MPa
ES3	해수 비말·조석 등의 영향	35 MPa
ES4	매우 높은 염화물 노출	35 MPa
EF1	동결융해 영향이 있는 환경	24 MPa
EF2	동결융해 + 제빙제 등 영향	27 MPa
EF3	높은 동결융해 영향	30 MPa
EF4	매우 높은 동결융해 및 제빙제 영향	30 MPa
EA1	약한 화학적 침식	27 MPa
EA2	중간 정도 화학적 침식	30 MPa
EA3	강한 화학적 침식	30 MPa

 

KDS 14 20 40의 노출범주는 탄산화(EC), 염화물(ES), 동결융해(EF), 화학적 침식(EA) 등으로 구분되며, 각각 최소 설계기준압축강도와 함께 검토한다.

여기서 중요한 것은 콘크리트가 실내에 있는지 실외에 있는지만으로 판단하지 않는 것이다.

예를 들어 같은 기초라도 지하수나 습윤환경에 지속적으로 노출되는 경우와 건조한 실내에 위치하는 경우는 동일한 환경으로 볼 수 없다.

 

TIP) 상기 기준에 따라, 일반적인 건축 구조물은 EC2 환경 기준 (24MPa) 로 적용가능하나, 플랜트의 경우, 해안가 지역에 적용되는 경우가 많음에 따라, EC3 환경 기준 (27MPa) 을 최소값으로 적용하는 것이 합리적이다. 일부 시공사의 경우, 자사내 설계 기준에 의거하여, 30MPa 를 적용하는 경우가 있으므로, 설계시, 사내 별도 기준이 있는지 여부는 반드시 확인해야 한다.

 

 

4. 플랜트에서는 노출환경을 이렇게 판단한다

플랜트 건축에서는 단순히 “외부 = 강한 콘크리트”라고 판단하면 안 된다.

실제 설계에서는 콘크리트가 어떤 물질과 환경에 접하는지를 확인해야 한다.

① 일반 실내 환경

Control Room, 사무실 등 일반적인 건조 실내 구조체라면 특별한 노출환경이 없는지 먼저 확인한다.

일반적으로 E0 또는 해당 환경에 맞는 범주를 검토한다.

② 외기에 노출되는 구조체

옥외 슬래브, 외부 계단, 옥외 플랫폼 등의 경우 비·습기·건조 반복 및 동결융해 가능성을 검토해야 한다.

단순히 “옥외니까 EC2”라고 기계적으로 결정하는 것이 아니라 실제 노출조건을 확인해야 한다.

③ 지하 및 기초

기초는 지하에 있다는 이유만으로 무조건 동일한 노출환경을 적용하는 것이 아니다.

지하수, 토양의 습윤상태, 건습 반복, 화학적 침식 가능성 등을 확인한다.

특히 플랜트에서는 토양이나 지하수의 화학적 성분이 중요한 경우가 있으므로 EA 계열 검토가 필요할 수 있다.

④ 해안·염해 환경

제주, 해안지역 또는 해수·염화물에 노출되는 구조물은 ES 계열을 별도로 검토해야 한다.

이 경우 일반 실내 구조물에 적용하는 강도 수준을 그대로 적용해서는 안 된다.

⑤ 동결융해 환경

외기에 노출되고 동결융해가 반복될 가능성이 있는 구조물은 EF 계열을 검토한다.

특히 물을 지속적으로 접하는 외부 구조물이나 제빙제 영향을 받는 구조물은 일반 외기 노출과 구분할 필요가 있다.

⑥ 화학적 침식 환경

플랜트에서는 일반 건축물보다 EA 계열이 중요할 수 있다.

폐수처리시설, 화학물질 취급시설 등에서 콘크리트가 화학물질 또는 화학적으로 공격적인 환경에 노출되는 경우에는 일반적인 콘크리트 강도만 보는 것이 아니라 화학적 침식 환경을 별도로 검토해야 한다.

 

 

 

5. 구조용 무근콘크리트는 18 MPa를 기준으로 시작한다

무근콘크리트는 철근이 없다고 해서 아무 강도나 적용하는 것은 아니다.

구조용 무근콘크리트의 설계기준압축강도는 18 MPa 이상이며, 동시에 KDS 14 20 40의 내구성 요구조건에서 더 높은 강도가 요구되면 그 값을 적용한다.

따라서 실무적으로는 다음과 같이 이해하면 된다.

구조용 무근콘크리트 = 18 MPa 이상 + 노출환경에 따른 최소강도 검토

예를 들어 구조용 무근콘크리트의 기본값은 18 MPa이지만 해당 구조물이 노출환경 때문에 24 MPa 이상을 요구한다면 18 MPa를 그대로 사용할 수 없다.

즉, “무근 = 무조건 18 MPa”가 아니라 “18 MPa를 최소 출발점으로 하고 내구성 조건을 추가 검토한다”가 정확한 표현이다.

 

TIP) 대표적인 무근 콘크리트 활용 구간은 콘크리트 구조의 지붕의 방수 보호용 무근 콘크리트라고 할 수 있으며, 예전에는 상기 내용과 같이 18MPa 를 적용하는 경우가 있었으나, 실제 적용 결과, 무근 콘크리트 강도 부족에 의해, 하부 방수가 문제가 되는 경우가 확인되어, 근래에 들어서는 구조용 콘크리트 와 동일 강도로 적용하는 경우가 많다.

해당 무근 콘크리트 강도도 시공사별 설계기준이 수립된 경우가 많으므로, 설계시 사내 설계 기준을 반드시 확인하고, 발주처 지정 사양이 있는지도 확인해야 한다.

(무근 콘크리트 강도가 부족할 경우, 문제점 사례를 발주처측에 반드시 알리고, 이에 대한 확인 후 설계에 반영할 수 있어야 한다)

 

 

6. 버림콘크리트는 무근콘크리트와 구분해야 한다

실무에서 가장 많이 혼동하는 부분이다.

버림콘크리트는 기초 바닥면 정리, 철근 및 거푸집 작업공간 확보, 기초 콘크리트의 오염 방지 등을 목적으로 시공하는 경우가 많다.

따라서 일반적인 버림콘크리트를 구조용 무근콘크리트의 18 MPa 기준과 동일하게 취급해서는 안 된다.

버림콘크리트는 우선 다음 자료를 확인한다.

1. 설계도서
2. 프로젝트 시방서
3. 발주처 또는 EPC 설계기준
4. 구조설계기준 및 적용 범위
5. 현장 시공조건

따라서 “버림콘크리트는 무조건 18 MPa”라는 기준은 적용하지 않는 것이 안전하다.

특히 프로젝트 시방서에 버림콘크리트의 강도와 슬럼프가 명시되어 있다면 그 기준을 우선 적용한다.

 

TIP) 일반적으로 버림 콘크리트의 경우, 14~15MPa 적용을 요구되고 있으며, 일부에서는 18MPa 를 요구하기도 한다. 토목 공종과 같이 사용하는 자재임으로, 설계시 토목 공종과 동일한 사양이 적용될 수 있도록 사전에 업무 조율이 필요하다.

 

 

 

7. 슬럼프는 강도와 별도로 결정한다

슬럼프는 콘크리트의 압축강도를 결정하는 값이 아니다.

슬럼프는 현장에서 콘크리트를 얼마나 쉽게 운반·타설·충전·다짐할 수 있는가와 관련된 작업성 기준이다.

KCS 14 20 10의 표준 슬럼프 범위는 다음과 같다.

콘크리트 구분	표준 슬럼프
철근콘크리트 일반	80~150 mm
철근콘크리트 대단면	60~120 mm
무근콘크리트 일반	50~150 mm
무근콘크리트 대단면	50~100 mm

 

여기서 중요한 것은 80~150 mm 중 아무 값이나 선택하는 것이 아니라는 점이다.

원칙은 다음과 같다.

충전과 다짐이 가능한 범위에서 가능한 작은 슬럼프를 적용한다.

따라서 철근이 많고 부재가 복잡하면 작업성을 확보하기 위해 높은 슬럼프가 필요할 수 있다.

반대로 철근이 적고 단순한 매트기초나 대단면 콘크리트 등에서는 불필요하게 높은 슬럼프를 선택할 이유가 없다.

 

 

8. 슬럼프 결정 시 실제로 보는 항목

설계 단계에서는 다음 순서로 판단하면 된다.

철근량 및 철근 간격

→ 부재 형상 및 크기

→ 콘크리트 운반·타설 방법

→ 펌프카 사용 여부

→ 진동다짐 가능 여부

→ 필요 작업성

→ 적정 슬럼프 결정

예를 들어 철근이 매우 복잡한 벽체나 기둥은 낮은 슬럼프로 시공하면 충전 불량이 발생할 수 있다.

반대로 특별한 작업성 확보가 필요하지 않은 콘크리트에 높은 슬럼프를 무조건 적용하는 것도 적절하지 않다.

 

 

 

9. 강도와 슬럼프를 한 세트로 외우면 안 된다

엔지니어가 자주 하는 오류가 다음과 같다.

“24 MPa 콘크리트니까 슬럼프 150 mm”

또는

“18 MPa니까 슬럼프 80 mm”

처럼 강도와 슬럼프를 연결해서 생각하는 것이다.

둘은 결정 목적이 다르다.

항목	결정 목적
압축강도 fck	구조성능 및 내구성 확보
노출환경	내구성 요구조건 결정
슬럼프	운반·타설·충전·다짐 등 작업성 확보

 

따라서 24 MPa라고 해서 특정 슬럼프가 자동으로 결정되는 것은 아니다.

 

 

 

10. 설계자가 실제로 적용하는 순서

콘크리트 사양을 결정할 때는 다음 순서로 검토하면 된다.

STEP 1. 콘크리트 용도를 구분한다

철근콘크리트인지, 구조용 무근콘크리트인지, 버림콘크리트인지 구분한다.

STEP 2. 구조 요구강도를 확인한다

구조계산서 또는 구조도면에서 요구하는 fck를 확인한다.

STEP 3. 노출환경을 확인한다

콘크리트가

• 일반 실내
• 외기
• 습윤환경
• 염화물
• 동결융해
• 화학적 침식

중 어떤 환경에 노출되는지 확인한다.

STEP 4. 내구성 최소강도를 확인한다

KDS 14 20 40의 해당 노출범주에서 요구하는 최소강도를 확인한다.

STEP 5. 최종 강도를 결정한다

구조 요구강도와 내구성 최소강도 중 큰 값을 적용한다.

단, 구조용 무근콘크리트는 18 MPa 이상이라는 별도 기준을 먼저 적용한다.

STEP 6. 슬럼프를 결정한다

KCS의 표준 범위를 기준으로 부재 형상, 철근량, 타설방법 및 다짐조건을 검토하여 결정한다.

STEP 7. 프로젝트 시방서와 최종 대조한다

특히 버림콘크리트와 플랜트 특수시설은 프로젝트 시방서 또는 발주처 기준에서 별도 요구사항이 있는지 확인한다.

 

 

결국 실무에서 기억할 기준은 세 가지다.

첫째, 철근콘크리트의 강도를 24 MPa로 무조건 고정하지 않는다.

둘째, 구조용 무근콘크리트는 18 MPa 이상을 출발점으로 하되 노출환경에 따른 내구성 요구조건을 추가 검토한다.

셋째, 버림콘크리트는 구조용 무근콘크리트와 동일하게 취급하지 말고 프로젝트 시방서를 우선 확인한다.

그리고 슬럼프는 강도와 별개로 부재 형상·철근량·타설방법·다짐조건을 기준으로 결정한다.

 

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