< PreviousMagazine of the Korea Concrete Institute 38 한천구 석좌교수 는 충남대학교에 서 콘크리트 강도의 조기추정에 관한 연구로 박사학위를 취득한 후 1981년 부터 2018년까지 37년간 청주대학교 에서 교수로 재직한 다음 현재는 석좌 교수로 재직 중이다. 주 관심연구 분야 는 콘크리트용 골재 및 혼화재료 등 원 재료 분야, 레미콘 품질관리, 한중 · 서 중 · 매스 등 특수환경 콘크리트, 고강 도 · 초고강도 등 고성능 콘크리트 및 순환자원 · 식생 등 친환경 콘크리트 분야이며, 본 학회 이사, 감사, 부회장 을 역임한 바 있다. cghan@cju.ac.kr 한민철 교수는 2001년 청주대학 교 건축공학과에서 콘크리트의 강도증 진해석 및 활용에 관한 연구로 박사학 위를 취득하였고, 2006년부터 현재까 지 청주대학교 건축공학과에서 교수로 재직하고 있다. 주 연구분야는 콘크리 트의 초기거동, 친환경자원재활용 소 재개발 및 한중콘크리트 보온양생 기 술개발이다. twhan@cju.ac.kr 이건철 교수는 일본나고야대학 도 시환경학전공에서 전단변형 의존성을 고려한 굳지 않은 콘크리트의 레올로 지 성질에 관한 연구로 박사학위를 취 득하였으며, 한국건설기술연구원 및 한국건설생활환경시험연구원을 거쳐 현재 한국교통대학교 건축공학전공 교 수로 재직 중이다. 현재 석탄가스화 슬 래그의 건설재료화에 관한 연구 및 화 재손상 콘크리트 구조물의 화재피해온 도 예측 · 보수보강 기술에 관한 연구 를 수행하고 있다. gclee@ut.ac.kr 김종 교수 는 청주대학교 건축공 학과에서 응결시간 및 발열량차를 활 용한 매스콘크리트의 균열저감에 관 한 연구로 박사학위를 취득하였으며, (주)선엔지니어링 건설기술연구소를 거쳐 현재 청주대학교 휴먼환경디자인 학부 건축공학전공 조교수로 재직 중 이다. 주로 매스콘크리트 및 한중콘크 리트의 품질관리, 다기능성 무기질 재 료에 관한 연구를 수행하고 있다. jkim@cju.ac.kr 특집 4 | SPECIAL ARTICLES 도서 소개 RC보의 전단설계기준 및 강도모델 비교 전 세계적으로 현행 구조설계기준들은 콘크리트 구조물의 전단설계 시 각기 다른 설계식을 사용하고 있습니다. 설계의 편의성을 위하여 각 기준의 설계식은 대부분 실험에 의한 경험식이나 부분적으로 이론적 기반이 뒷받침된 반경험식 등 간 편식을 채택하고 있으며, 각각은 개발 배경, 설계식의 적용 범위, 사용되는 주요 설계변수, 강도 추정 경향 및 정확도 등 많 은 측면에서 차이를 보입니다. 한편, 근래에 건설 산업의 국제시장 진출이 확대되면서 국내 기술자들에게 다양한 설계기 준을 활용할 수 있는 능력이 요구되지만, 국내 현행 설계기준(KCI 2012)과 그 근간인 미국의 콘크리트구 조기준(ACI 318- 14) 외에 다른 설계기준에 대한 국내 기술자들의 이해도가 낮아 국제시장에서의 대응에 어려움이 많은 실정입니다. 이에 본 위원회는 국내 기술자들의 실무 구조설계에 도움이 되길 바라는 마음으로 전단 및 비틀림 실무지침을 출판하게 되었습 니다. 본 실무지침에서는 대표적인 국내외 설계기준과 국내 전단모델의 이론과 설계 방법, 고강도 철근과 최대 및 최소 전 단철근비 등 최신 연구 성과, 국내외 현행 설계기준과 전단모델의 강도 추정 능력과 설계변수별 영향에 대한 분석 결과를 제시하였습니다. •저 자 : 한국콘크리트학회 •출판사 : 기문당 •발행일/Page : 2016-12-30 / 322(판형 B5변형) •정가(비회원가) : 20,000원 •회원할인가 : 16,000원저품질 골재용 화학혼화제 개발 동향 Development of Chemical Admixture for Concrete Using Low-Quality Aggregates 특집 5 | SPECIAL ARTICLES 주영길 Young-gil Ju (주)실크로드시앤티 기술연구소 연구위원 이민재 Minjae Lee (주)실크로드시앤티 기술연구소 선임연구원 박광영 Kwangyoung Park (주)실크로드시앤티 기술연구소 연구소장 제 32권 4호 2020. 07 39 1. 머리말 현재 콘크리트 관련 기술의 발전과 더불어 콘크리트용 화학혼화제는 콘크리트의 품질을 향상하거나 다양한 기능을 부 가하는 데 사용되고 있다. 초창기 화학혼화제인 리그닌계 감수제는 동결융해 저항성 부여, 감수 효과를 통한 시멘트량의 저감, 강도 증진 등의 목적으로 사용되었고, 1960년대 개발된 나프탈렌설폰산 포르말린 축합물(이하 PNS)은 감수효과가 증대된 고유동, 고강도 콘크리트 제조에 사용되어 왔다. 그러나 PNS의 경우 초기 유동성은 쉽게 확보할 수 있으나 시간 이 지날수록 콘크리트의 유동성이 저하되는 큰 문제점을 가지고 있다. 1990년대에 들어 화학구조를 자유자재로 변화시 킬 수 있는 폴리카르복실산계 혼화제(이하 PCE)가 개발되면서, 화학혼화제의 우수한 감수성능 및 유동성 유지성능을 기 반으로 다양한 품질의 콘크리트를 생산할 수 있게 되었다. 최근에는 대형화 · 고층화 · 장대화된 구조물의 건설이 증가함 에 따라 기존 재료보다 시공성, 강도, 내구성 등 성능이 향상된 고성능콘크리트가 요구되고 있으며, 그 요구에 부합하고자 화학혼화제도 점성 개선, 재료분리 저항성, 수축 저감 및 내염해성 등 특수 기능을 갖는 다양한 제품이 지속해서 개발되고 있다. 전 세계적으로 양질의 골재가 고갈됨에 따라 화학혼화제에 요구되는 또 하나의 주요 과제는 저품질 골재 사용에 따른 콘크리트 품질 문제를 개선하는 것이다. 특히 미립분이 많이 포함된 부순 모래의 사용은 콘크리트의 단위수량 및 화학혼 화제 사용량을 증가시킴으로써 경제성뿐만 아니라 콘크리트 내구성에도 악영향을 미치고 있다. 또한, 조립률과 입도분포 가 불량한 잔골재 사용은 콘크리트의 건조수축을 증가시켜 균열이 증가하는 등 콘크리트 구조물 하자의 주요 원인이 되 기도 한다. 현실적으로 양질의 골재를 안정적으로 확보하는 것이 불가능한 상황에서 저품질 골재로 인한 콘크리트 품질 문제를 화학혼화제로 해결하기 위한 다양한 시도들이 전 세계적으로 진행되고 있다. 본 기사에서는 이러한 국내외 화학 혼화제 개발 동향을 소개하고자 한다. 2. 저품질 골재가 콘크리트 유동성에 미치는 영향 2.1 건식공정으로 생산한 부순모래의 영향 부순모래는 원석의 상태나 제조설비 상태에 따라 품질에 차이가 있다. 특히 건식공정으로 생산한 부순모래의 경우에는 Magazine of the Korea Concrete Institute 40 원석과 함께 혼입되는 점토와 파쇄 시 발생하는 석분 등 을 다량 함유하게 된다. <표 1>은 건식공정으로 생산된 부순모래와 습식공정으로 생산된 부순모래의 품질을 평 가한 결과이다. 건식공정으로 생산된 부순 모래의 경우 0.08 mm 이하 미립분의 함량이 습식공정에 비해 높고, KS의 상한치인 7 %보다 높은 것을 알 수 있다. <그림 1>은 건식공정으로 생산한 부순모래를 바닷모 래에 대하여 0, 25, 50, 75(부피 %)로 대체하여 콘크리트 슬럼프를 측정한 결과이다. 부순모래 치환율이 증가할수 록 W/B와 관계없이 슬럼프가 많이 감소함을 알 수 있다. 이처럼 미분 함량이 높은 골재를 사용하는 경우 모래 미 립분에 의해 유동성이 감소하고 단위수량이 증가하게 되 는데, 잔골재의 미분함량이 2 % 증가함에 따라 단위수량 은 1.3 ~ 5.0 kg/m3 정도 증가하고, 압축강도는 2 ~ 8 % 정도 감소한다는 연구 결과도 발표된 바 있다. 2.2 부순모래 미립분 종류가 콘크리트 특성에 미치는 영향 부순 모래 제조를 위한 암석의 파괴 과정에서 0.08 mm 이하의 미립분이 20 % 전후로 발생한다고 한 다. 앞서 언급한 것처럼, 부순모래의 미립분은 콘크리트 의 단위수량과 건조수축을 증가시키기 때문에 우리나라 KS와 미국의 ASTM에서는 미립분 함량을 7 % 이하로 제한하고 있다. 또한, 영국은 16 %, 프랑스는 18 %, 그리 고 호주는 10 % 이하로 각각 나라별로 다르게 미립분 함 량을 규정하고 있다. 이처럼 미립분 함량 제한을 통한 콘 크리트 품질을 관리하는 것도 중요하나, 미립분의 종류 에 따라서도 콘크리트에 미치는 영향이 크기 때문에 이 에 대한 관리도 중요하다. <그림 2>에서 보는 바와 같이, 실트와 점성토에서 유래된 미립분(MF5, MF6)은 암석을 부순 후 채로 쳐서 얻은 미립분(MF1, MF2, MF3, MF4) 에 비해 유동성을 크게 감소시켜 고성능 감수제의 사용 량을 급격히 증가시키고 있다. 따라서 미립분 전체 함량 뿐만 아니라 실트와 점성토에서 유래한 미립분 관리가 중요하며 이는 메틸렌블루 값을 측정(메틸렌블루 실험 AASHTO TP57)함으로써 가능하다. <표 2>는 실험에 사 용한 미립분의 종류와 입자 분포를 나타낸 것이다. 3. 저품질 골재용 화학혼화제 개발 동향 미립분에 의한 콘크리트 유동성 감소를 해결하기 위해 화학혼화제 분야에서도 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 점토질(clay)에 의해 콘크리트 유동성 감소가 심하 기 때문에 이에 대한 원인을 분석하고 해결하기 위한 노 표 1. 부순모래의 공정별 품질특성평가 1) Item Crushed sand Natural (sea) KS F 2527 DryWet Density(g/㎤)2.522.582.60over 2.50 Absorption Ration(%)1.401.510.70under 3.0 Unit Weight Content(kg/㎥)1528 16221598- Solid Volume Ration(%)61.463.961.9- 0.08 mm Sieve Passing Ratio(%) 12.64 2.82(0.97)under 7.0 Fineness Modulus3.193.112.72 그림 1. 부순모래 대체율별 콘크리트 슬럼프 1) 그림 2. 동일 슬럼프에 필요한 혼화제 사용량 3) 표 2. 미립분 종류 및 입자 크기 분포 3) 미립분명암석 종류평균입도D10D50D90 MF1화강암계14.971.9310.3335.58 MF2편마암계11.551.747.2826.37 MF3편마암계12.071.838.2227.63 MF4석회암계13.011.557.7433.72 MF5실트25.162.2818.4143.42 MF6점성토24.462.7910.4845.50 특집 5 | SPECIAL ARTICLES제 32권 4호 2020. 07 41 력을 소개하고자 한다. 또한, 부순모래에 미립분이 너무 적은 경우에도 발생할 수 있는 문제와 해결 방안에 관해 서도 소개하고자 한다. 3.1 첨가제를 활용한 유동성 개선 점토질의 주성분 중의 하나인 몬모릴로나이트 (Montmorillonite)는 <그림 3>과 같이 실리케이트 (silicate)와 알루미네이트(aluminate)로 구성된 층(layer) 구조를 갖고 있다. 한 개의 층 두께(layer thickness)는 1.2 ~ 1.8 nm 정도이며, 이 층 사이에는 물과 양이온 (cation)을 가둘 수 있는 공간(inter layer)이 존재한다. 한 층의 두께는 XRD(X-ray diffraction)로 측정할 수 있으 며, 이 층 사이 공간에 다른 화학물질이 들어가게 되면 층 두께도 변하게 된다. 몬모릴로나이트는 이 층 사이 공간 에 PCE 고분자를 흡착함으로써 PCE 고분자가 시멘트에 작용하는 것을 방해하고, 이를 통해 콘크리트 유동성을 감소시킨다. <그림 4>와 같이 PCE계 화학혼화제는 시멘트 입자에 흡착하는 Acid 부분(a)과 시멘트 입자의 입체적 반발력 (steric repulsion)을 일으키는 PEG(polyethylene glycol, b) 부분, 그리고 다양한 기능을 부여하는 제3의 분자(c) 로 구성된다. 일반적으로 PCE 고분자의 각 부분 함량은 그 용도에 맞게 조절할 수 있다. 45PC 1.5는 상대적으로 Acid 성분이 적고 PEG 성분이 많으며, 반대로 45PC 6은 Acid 성분은 많고 PEG 성분이 적은 PCE계 고분자이다. <그림 5>는 몬모릴로나이트, 몬모릴로나이트에 PCE 고분자(45PC6, 45PC1.5), PEG, 그리고 PMA(PCE의 Acid 부분만 있는 고분자)를 각각 혼합한 경우의 XRD를 측정 한 것이다. 몬모릴로나이트의 층 두께(d)는 1.23 nm로 측 정되었고, 몬모릴로나이트에 PCE를 첨가한 경우에는 층 의 두께가 1.77nm로 증가하였다. 또한, PEG를 첨가한 경 우에도 1.77nm로 PCE를 첨가한 경우와 유사하였으나, PCE의 Acid 부분만 있는 PMA는 다른 형태의 XRD가 측 정되었다. 이 결과로부터 몬모릴로나이트는 PCE의 PEG 부분을 <그림 5>와 같이 흡착하는 것으로 추정된다. <그림 6>에는 점토(clay)가 PCE 고분자를 흡착함으 로써 시멘트페이스트 유동성에 미치는 영향을 나타내 었다. PCE 고분자 종류에 따라 차이는 있지만, 점토(시 멘트의 1 %)가 있는 경우에는 점토가 없는 경우에 비해 41 ~ 58 % 정도 유동성이 감소하였다. 여기에 PEG를 첨 가하면 유동성이 7~ 26 % 정도 회복되었다. 이는 점토 질이 PCE 고분자를 흡착하여 유동성을 감소시키지만, 점 토질과 흡착할 수 있는 PEG를 첨가하면 PCE가 점토질 에 흡착하지 않고 시멘트에 흡착함으로써 유동성이 개선 될 수 있음을 의미한다. 이처럼 미립분에 잘 흡착할 수 있 는 첨가제를 개발하면 미립분을 함유한 콘크리트의 유동 성을 개선할 수 있을 것으로 기대된다. 3.2 PCE 화학구조 변경을 통한 유동성 개선 점토에 의한 PCE 고분자의 흡착을 개선하기 위해 PCE 그림 4. PCE 혼화제의 분자구조 그림 3. 몬모릴로나이트의 층 구조 그림 5. 몬모릴로나이트의 PEG 흡착 모식도그림 6. 점토가 시멘트페이스트의 유동성에 미치는 영향Magazine of the Korea Concrete Institute 42 고분자의 화학구조를 변경하는 연구도 진행되고 있다. <그림 7>에서와 같이 A는 일반적인 PCE 고분자이고, B(B-1, B-2)는 PEG를 다른 분자로 변경한 고분자이다. 3.1에서 살펴본 바와 같이 PEG를 포함한 일반적인 PCE 고분자(A)는 점토에 상당량 흡착하지만, PEG를 다 른 분자로 치환한 B-1과 B-2의 경우에는 점토 흡착량이 상당히 감소하는 것을 알 수 있다<그림 9>. 이러한 흡착 특성으로 인해 점토가 없는 경우에는 A가 B보다 시멘트 페이스트 유동성이 35 % 정도 우수하지만, 점토가 있는 경우에는 B가 A보다 25 % 정도 유동성이 더 우수하였다. 이처럼 고분자의 화학구조 변경을 통해 점토 성분의 미 립분이 함유된 콘크리트의 유동성을 개선할 수 있다. 그러나 이러한 노력에도 불구하고 점토가 잔골재에 5 % 이상 함유된 경우 화학혼화제의 사용량이 1.5배 이 상 증가하기 때문에 현 시점에서 미립분이 포함된 골재 사용으로 발생하는 문제를 화학혼화제로 모두 해결할 수 있다고 말하기는 어려울 것으로 생각한다. 3.3 미립분이 적은 부순모래 사용 시 콘크리트 품질 개선 2019년 전국의 레미콘 업체에서 사용 중인 부순모래 를 수거하여 그 특성을 분석하고, 콘크리트에 첨가하였 을 때 문제점을 분석하였다. 수거한 부순모래의 조립률 과 미립분 함량을 분석한 결과, 조립률이 3.2 이상이고 미 립분 함량이 3 % 이하인 경우가 상당수 관찰되었기 때문 에 해당 부순모래 사용 시 문제점과 해결방안을 검토하 였다<그림 10>. 조립률이 3.2 이상으로 높고 미립분 함량이 3 % 이하 로 적은 부순모래와 조립률이 2 정도인 천연모래를 혼합 하여 사용 시, 부순모래 치환율이 25 % 증가할수록 슬럼 프는 10~ 20 mm 증가하는 경향이 나타났다. 그러나 슬 럼프 형상은 부순모래 치환율이 50 % 이하로 낮을 때에 는 양호하게 나타났으나, 치환율이 높아지면 슬럼프 모 양이 붕괴하는 현상이 나타난다. 또한, 부순모래 치환율 이 50 %라 하더라도 조립률이 높은 부순모래를 사용하 는 경우에는 잔골재율(S/a)을 증가시켜야 슬럼프 형상이 붕괴하지 않았다. 이처럼 조립률이 3.5 이상으로 높고 미립분 함량이 적 은 부순모래를 사용한 콘크리트는 잔골재율을 50 %에서 57 %까지는 증가시켜야 슬럼프 형상이 양호하게 형성되 었다<그림 11>. 이 경우 유동성과 압축강도 손실 없이 콘 크리트의 점성을 증가시키기 위해, 부순모래용 혼화제로 그림 9. 혼화제 종류별 고분자 흡착량그림 11. 잔골재율에 따른 슬럼프 형상 그림 10. 수거된 부순모래의 조립률과 미립분 함량 분포도 그림 7. 일반적인 PCE 고분자 형태(A) 그림 8. PEG 변경 고분자 형태(B-1, B-2) 특집 5 | SPECIAL ARTICLES제 32권 4호 2020. 07 43 개발 중인 화학혼화제(PCM 2000)를 적용하여 잔골재율 50 %에서도 양호한 슬럼프 형태를 얻을 수 있었다. 4. 맺음말 천연 잔골재의 고갈로 대체 골재의 사용이 늘어가는 상황에서 저품질의 잔골재는 화학혼화제 업계에 큰 과 제를 던져주고 있다. 부순모래에 함유된 미립분은 화학 혼화제를 흡착하여 콘크리트의 유동성을 감소시키고, 단 위수량을 증가시키며 건조수축을 발생시켜 콘크리트 내 구성에 나쁜 영향을 미치고 있다. 이와 같은 문제를 해결 하기 위해 화학혼화제의 구조 변경 또는 첨가제를 활용 하는 방안들이 제안되고 있으나 아직은 경제성 측면에서 상업적으로 활용하는 데는 한계가 있다. 더욱 효율적으 로 미립분의 영향에서 벗어날 수 있는 화학혼화제의 개 발이 필요하다. 앞에서 살펴본 바와 같이 골재에 포함된 미립분의 함 량도 중요하지만, 흙 성분의 실트나 점토 성분이 포함되 지 않도록 관리할 수 있다면 미립분이 증가하더라도 화 학혼화제 사용량이 많이 증가하지는 않을 것이다. 그러 나 양질의 골재만을 요구할 수 없는 현장 상황에서 관련 연구기관 및 업계가 저품질 골재의 작용 메커니즘에 대 한 한층 깊이 있는 이해와 정보공유를 통해 문제를 함께 해결해 가기를 희망한다. 주영길 연구위원 은 서울대학교 화 학과에서 학사 및 석사, 고려대 건축사 회환경공학과에서 박사 학위를 취득한 후 대림산업 대덕연구소를 거쳐 2013 년부터 (주)실크로드시앤티 기술연구 소에서 연구위원으로 재직하고 있다. 주 관심연구 분야는 화학혼화제 전반이 지만, 특히 특수 기능성 혼화제 개발 및 해외 시장 적용이며, 우리 학회 고성능 콘크리트위원회 및 시멘트제조성능위 원회 위원으로 활동하고 있다. ygju1@silkroadcnt.co.kr 이민재 선임연구원은 공주대학 교 건축공학과에서 학사과정을 졸업했 고, 동 대학원에서 건축재료공학으로 석사학위를 취득한 이후 2013년부터 (주)실크로드시앤티 기술연구소에 재 직하고 있다. 주 관심연구 분야는 초고 성능·고성능 콘크리트, 기능성 콘크리 트이며 현재 초고층 콘크리트의 펌프 압송성 개선과 관련한 연구를 수행하고 있다. epdmj@silkroadcnt.co.kr 박광영 전무는 KAIST 화학과에서 석사학위를 취득하였고, 2004년부터 (주)실크로드시앤티 기술연구소에 영 입되어 당시 미개척 분야였던 3세대 화 학혼화제인 PCE 개발을 착수, 다수의 신제품을 출시함으로써 국내 PCE 기술 을 선도하는데 괄목할만한 공헌을 하였 다. 현재는 (주)실크로드시앤티 기술연 구소장을 역임하고 있다. kypark@silkroadcnt.co.kr 담당 편집위원 : 권승희(명지대학교) kwon08@mju.ac.kr 김진국(서울과학기술대학교) jinkook.kim@seoultech.ac.kr 류두열(한양대학교) dyyoo@hanyang.ac.kr 문주혁(서울대학교) juhyukmoon@snu.ac.kr 4. S, Ng, Plank, J., “Interaction mechanism between Na mntmorillonite clay and MPEG-based polycarboxylate superplasticizers,“Cement and Concrete Research, 2012, 42, p.847-854. 5. Lei, L., Plank, J., “A synthesis and properties of a vinyl ether-based polycarboxylate superplasticizer for concrete possessing clay tolerance,” Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53, p.1048-1055. 6. 윤용호, 최종호, 이동규, 정용욱, “부순모래의 조립률 및 치환율에 따른 콘크리트의 기초 특성”, 한국건설순환자 원학회 논문집 3(3), 2015, p.244-251. 참고문헌Magazine of the Korea Concrete Institute 44 기술기사 1 | TECHNOLOGY ARTICLES 손정락 Jeongrak Sohn LH 토지주택연구원 건설환경연구실 연구위원 김진원 Jinwon Kim LH 토지주택연구원 건설환경연구실 연구원 모듈러 주택의 건설 프로세스 및 공사기간 산정방법 Construction Process and Schedule Calculation Method of Modular Housing 1. 머리말 최근 1인 또는 2인 가구의 증가에 따라 수요자 맞춤형 주택공급이 상용화 단계에 접어들고 있으며, 스마트 건설기술 시장이 성장함에 따라 모듈러 주택에 대한 사회적 관심이 높아지고 있다. 모듈러 주택 건설공사는 착공 후 현장에서 수 행하는 습식공사뿐만 아니라 공장에서 모듈러 제작이 동시에 이루어지므로 일반적인 건설공사보다 공기를 획기적으 로 단축할 수 있다. 또한, 공장에서 생산되는 모듈러 유닛은 대량생산을 통해 균일한 품질을 확보할 수 있고, 건설자재 의 로스와 폐기물 발생을 저감시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만 국내 모듈러 건축 시장은 해외 선진국보다 활성화 단 계에 접어들지 못해 기술뿐만 아니라 제도적인 측면에서 앞으로 해결해야 할 과제가 많이 남아있다. 특히, 국내 모듈러 주택은 주로 공공의 시범사업 형태로 진행되었고, 모듈러 구조시스템이나 사용자재, 모듈러 간의 접합부 고정방법 등이 제작사별로 달라 표준화된 공사기간 산정기준을 정립하는 데 한계가 있다. 이에 본 기사에서는 모듈러 주택 건설공사의 모듈러 부분에 해당하는 생산 · 운송 · 조립 단계의 세부적인 작업 프로세스를 소개하고, 모듈 러 주택 건설공사의 크리티컬 패스를 중심으로 적정 공사기간을 산정할 수 있는 방법을 간단히 소개하고자 한다. 2. 모듈러 주택의 정의 및 공급현황 2.1 모듈러 주택의 정의 모듈러 주택은 주택법 제51조에 따라 주요 구조부의 전부 또는 일부, 세대별 주거 공간의 전부 또는 일부(거실, 화장 실, 욕조 등 일부의 기능이 가능한 단위 공간을 말함)를 국토교통부령으로 정하는 성능 기준 및 생산기준에 따라 맞춤 식 등 공업화 공법으로 건설하는 주택을 의미한다. 이를 쉽게 정리해 보면, 모듈러 주택은 공장에서 구조체를 제작하여 일부 건축마감을 실시한 후 현장으로 운반하여 조립하고, 잔여 건축마감을 실시하여 완성되는 주택이라 할 수 있다. 이 러한 모듈러 주택은 적용하는 공법에 따라 유닛박스형, 패널라이징, 인필 공법으로 구분되는데, 국내에 공급된 모듈러 주택은 주로 유닛박스형 공법이 적용되었다. 이 공법은 공장에서 철강재로 주요 구조부를 제작한 후 바닥판, 벽체 및 천장 패널, 전기 및 설비, 내외부 마감재 설치 등의 작업을 실시한 후 현장으로 운송하여 블록처럼 쌓아 올려 조립하는 공법을 의미한다.제 32권 4호 2020. 07 45 2.2 모듈러 주택의 공급현황 국내에 공급된 모듈러 주택 현황은 <표 1>과 같이 요 약할 수 있으며, 공공의 주도하에 시업사업 형태로 진행 되었다. 부산 용호 지구는 LH가 자체적으로 TFT를 구 성하여 소규모 주택에 모듈러 공법을 적용하였고, 서울 가양과 천안 두정 지구는 정부 R&D 연구과제의 실증 단지 구축 형태로 프로젝트가 진행되었다. 부산용호 지 구는 주택에 모듈러 공법이 처음 적용된 현장으로 모듈 러 공장제작 범위가 매우 좁아 대부분의 마감 공사를 현 장에서 진행하였다. 서울 가양 지구는 국내 최초 공동주 택으로 설계변경 최소화와 공사기간 단축을 위해 설계 시공 일괄 입찰로 공사를 진행하였고, 천안 두정 지구는 코어를 중심으로 인필식과 적층식 모듈러 공법이 혼합 적용된 프로젝트이다. 인천 옹진(백령도) 지구는 도서 지역에 최초로 진행한 프로젝트로서 건설 특수성을 반 영하여 시공책임형 CM 형태로 발주되었다. 공장에서 생산이 완료된 모듈러는 육상과 해상운송을 통해 해당 현장으로 운반하였으며, 2020년 7월에 준공될 예정이 다. 이 지구는 마을정비형 공공주택(3개동 80호)과 공 공실버주택(1개동 72호)으로 구성되어 있다. 현재 공공 중심으로 추진된 모듈러 주택 사업은 앞에 서 언급한 4개 프로젝트가 전부이며, 공업화 인증을 받 은 국내의 모듈러 제작사는 5곳에 불가하다. 따라서 모 듈러 주택 건설공사에 대한 설계, 시공, 품질, 안전 등에 대한 표준화된 건설기준 수립이 미흡한 실정이다. 또한, 모듈러 제작사별로 적용하고 있는 공법에 따라 접합하 는 방법과 사용하는 자재 등이 달라 표준화된 공사기간 을 정립하기는 쉽지 않다. 이에 따라 모듈러 주택 건설 공사의 적정 공사기간은 해당 사업지구의 여건이나 특 성, 공사를 수행하는 방법이나 적용 공법 등을 종합적으 로 고려하여 산정되어야 할 것으로 사료된다. 3. 건설 프로세스 및 공사기간 산정방법 3.1 모듈러 주택의 건설개요 일반적인 모듈러 주택 건설공사는 <그림 1>과 같이 비모듈러와 모듈러 공사로 구분되며, 주요 건설 프로세 스는 터파기, 모듈러 하부 RC 공사, 모듈러 설치, 건축 마감, 기타 부대공사 순서로 진행된다. 비모듈러 공사는 일반적인 건설공사와 유사하며, 기 초, 터파기, 지하층 골조공사를 해당 현장에서 수행(때에 따라 1층과 코어를 RC 구조물로 계획하는 때도 있음)하 게 되며, 이 단계에서 RC 구조물과 최하층 모듈러 접합 을 위한 선행 작업이 이루어진다. 공장에서는 비모듈러 공사와 동시에 모듈러 제작도면 작성, 원자재 수급, 모듈 러 생산 등의 작업이 진행되는데, 최적의 공사기간을 수 립하기 위해서는 모듈러 하부공사(기초, 터파기, 지하층 골조공사 등)의 종료시점까지 모듈러 생산이 완료되어 야 한다. 일반적인 프로젝트의 모듈러 운송은 보통 현장설치 당일 또는 하루 전날에 이루어지므로 크리티컬 패스에 그림 1. 모듈러 주택 건설공사의 프로세스 표 1. 공공 모듈러 주택 사업현황 구분 LH 부산 용호 SH 서울 가양 LH 천안 두정 LH 인천 옹진 착공 시점 2016.112016.092018.042019.07 준공 시점 2017.072017.112019.062020.07 용도다세대주택 공동주택, 공용주차장 공동주택공동주택 규모1개동 14호2개동 30호1개동 40호 4개동 152 호 층수 지하 1층 지상 4층 지하 1층 지상 6층 지하 1층 지상 6층 지상 4층 발주 방식 설계시공 분리 설계시공 일괄 (부분 일괄) 설계시공 분리 시공책임형 CM 특이 사항 LH TFT 설계 (적층) R&D 연구 과제 (적층) R&D 연구 과제 (적층+인필) 해상운송 (적층)Magazine of the Korea Concrete Institute 46 기술기사 1 | TECHNOLOGY ARTICLES 해당하지 않으나, 도서 지역에 프로젝트를 수행하는 경 우에는 운송 거리와 방법 등을 종합적으로 고려하여 적 절한 운송계획을 수립해야 한다. 모듈러 공사는 양중 및 조립, 지붕 설치, 접합부 내 · 외부 마감 작업을 포함하 며, 대부분 장비에 의해 작업이 이루어진다. 이러한 작 업은 비나 바람의 영향에 따라 작업이 중단되는 경우 가 발생할 수 있으므로 적절한 시공계획을 수립해야 한 다. 모듈러 공사가 종료된 이후에는 공용부위의 건축마 감과 기계/전기/통신 배선작업, 부대 토목 및 조경 공사 등을 수행하는데, 일반적인 주택건설 공사의 프로세스 와 대동소이하다. 이처럼 모듈러 주택 건설공사는 기존의 RC 공법이 적용된 주택 건설공사와 달리 공장에서 대다수의 단위 작업이 이루어지므로 공사기간은 모듈러 공사의 시공 범위, 공장에서 수행하는 모듈러 건축마감 범위, 모듈러 현장설치 기간 등에 따라 프로젝트별로 다르게 나타날 수 있다. 3.2 모듈러 생산 · 운송 · 조립 단계별 작업 프로세스 3.2.1 모듈러 생산단계 모듈러 생산은 해당 프로젝트에 대한 도면검토 후 제 작도면이 완성된 이후에 실시되며, 일반적으로 모듈러 구조체 제작과 내부 마감공사로 구분된다. 모듈러 구조 체는 각형 강관이나 H형강, C형 찬넬 등을 접합한 후 방청처리를 하며, 바닥판은 데크플레이트를 설치한 후 철근을 조립하고 콘크리트를 타설하여 완성한다. 모듈 러 구조체 생산이 완료되면, 주요 구조부에 내화석고보 드를 시공하고, 벽체와 천장을 설치한 후 방통공사, 잔 여 마감작업을 실시한다. 모듈러 생산단계의 세부적인 프로세스는 <그림 2>1)와 같이 요약할 수 있다. 3.2.2 모듈러 운송단계 모듈러 운송은 하부의 RC 공사가 종료된 이후 연속 작업이 가능하도록 계획을 수립해야 하는데, 우리나라 는 국토의 면적이 넓지 않아 일반적으로 현장설치 당일 또는 하루 전날에 운송을 실시한다. 하지만 도서 지역에 프로젝트를 수행하는 경우에는 육상뿐만 아니라 해상 을 통해 운송해야 하므로 적절한 운송계획을 수립해야 한다. 모듈러 육상운송은 <그림 3>2)과 같이 보양이 완 그림 3. 모듈러 육상운송 프로세스 (b) 모듈러 상차(a) 모듈러 포장(c) 모듈러 운송 그림 2. 모듈러 생산단계의 프로세스 (e) 내화 석고보드 시공(d) 바닥판 완성(f) 런너/스터드 설치 (h) 벽체 단열재 시공(g) 벽체 석고보드 시공(I) 전기/통신 배선작업 (k) 바닥완충재 시공(j) 천장 석고보드 시공(l) 기포 콘크리트 타설 (n) 모르타르 타설(m) 난방배관 시공(o) 위생기구 설치 (q) 내부 가구 설치(p) 내부 인테리어(r) 등기구 설치 (b) 방청처리(a) 주요 구조부 접합(c) 데크플레이트 설치 1) 모듈러 생산단계의 프로세스는 천안 두정 지구의 적층식 모듈러 공 법을 중심으로 요약 정리함. 2) 모듈러 육상운송 프로세스는 천안두정 지구의 인필식 모듈러 공법 을 중심으로 요약 정리함.제 32권 4호 2020. 07 47 료된 모듈러 유닛을 운송 차량에 상차한 후 고정해 현장 으로 이동시킨다. 그리고 모듈러 해상운송은 <그림 4>3) 와 같이 공장에서 출발지 선착장, 출발지 선착장에서 도 착지 선착장, 도착지 선착장에서 현장까지 총 3회에 걸 쳐 운송해야 한다. 따라서 해상운송이 요구되는 모듈러 공사는 운송단계에 소요되는 기간을 고려하여 공사기 간을 산정해야 한다. 3.2.3 모듈러 조립단계 모듈러 조립 전에는 최하층 모듈러와 RC 구조물과의 접합을 위한 베이스 플레이트가 선 시공되어야 하며, 양 중시간 단축과 품질확보를 위해 특별한 경우를 제외하 고는 모듈러를 현장에 야적시키지 않는다. 모듈러 양중 을 위해서는 크레인에 밸런스 빔을 먼저 설치해야 하며, 운송 차량이 현장에 도착하면 밸런스 빔의 인양 고리에 모듈러를 고정하여 해당 설치 부위로 옮겨 고정한다. 해 당 층의 모듈러 설치가 종료되면 모듈러 수직 접합부위 에 모듈러 고정용 플레이트를 설치하고, 레벨을 확인한 후 다음 층의 모듈러를 설치한다. 이 작업은 최상층까지 반복되며, 지붕 구조물은 자재를 옥상으로 양중한 후 조 립이 이루어진다. 지붕의 마감은 프로젝트의 특성에 따 라 건식 또는 습식 형태로 분류되는데, 건식마감은 지붕 구조물과 패널을 설치한 후 방수마감을 한다. 그리고 모 듈러 접합부 마감은 본 조립이 끝난 이후에 실시하며, 보통 건축마감 작업과 동시에 진행된다. 모듈러 조립단 계의 세부적인 프로세스는 <그림 5>4)와 같이 요약할 수 있다. 그림 4. 모듈러 해상운송 프로세스 (b) 모듈러 상차(a) 모듈러 상차 준비(c) 선착장으로 이동 (e) 모듈러 선적(d) 모듈러 선적준비(f) 모듈러 출항 준비 (h) 모듈러 해상운송 완료(g) 모듈러 해상운송(I) 모듈러 하역 및 상차 (k) 모듈러 육상운송(j) 모듈러 육상운송 준비(l) 모듈러 현장 도착 그림 5. 모듈러 조립단계의 프로세스 (b) 앵커볼트 설치(a) 앵커볼트 고정판넬 설치(c) 베이스 플레이트 설치 (e) 모듈러 양중 준비(d) 밸런스 빔 연결(f) 모듈러 양중 (h) 모듈러 가조립(g) 모듈러 설치(I) 접합부 플레이트 설치 (k) 모듈러 본조립(j) 모듈러 설치(반복)(l) 지붕 구조물 설치 (n) 지붕 판넬 및 방수시트(m) 지붕 C형 찬넬 설치(o) 외부 접합부 마감 3) 모듈러 해상운송 프로세스는 인천 옹진(백령도) 지구의 적층식 모듈 러 공법을 중심으로 요약 정리함. 4) 모듈러 조립단계의 프로세스는 천안 두정 지구의 적층식 모듈러 공 법을 중심으로 요약 정리함.Next >