고성능 분체 혼화재 및 조기강도형 알칼리프리계 급결제를 사용한 습식 숏크리트 공법■ 기술개발자 : 한국건설기술연구원 (원장 우효섭)■ 주 소 : 경기도 고양시 일산서구 고양대로 283(대화동) (Tel. 031-9100-661)■ 홈페이지 : http://www.kict.re.kr (이메일 : sooho@kict.re.kr)■ 기술개발자 : 두산건설(주) (대표이사 최종일)■ 주 소 : 서울시 강남구 언주로 726 두산빌딩 (02-510-3114)■ 홈페이지 : http://www.doosanenc.com (이메일 : jonggil1.chae@doosan.com)■ 기술개발자 : (주)실크로드티앤디 (대표이사 차철용)■ 주 소 : 충청남도 태안군 태안읍 원이로 341 (Tel. 041-672-8877)■ 홈페이지 : http://www.silkroadtnd.co.kr (이메일 : terminator@silkroadcnt.co.kr)■ 보호기간 : 2013. 01.25 ～ 2018. 01. 241. 신기술의 내용가. 신기술의 범위 및 내용(1) 범위실리카흄과 플라이애쉬를 혼합한 분체 혼화재와 비정질 수산화알루미늄이 포함된 알칼리 프리계 급결제를 사용한 습식 숏크리트 공법(2) 내용이 신기술은 고성능 숏크리트를 활용하여 터널의 급속안정화 및 급속시공을 가능하게 하는 기술로서, 실리카흄과 플라이애쉬를 혼합하여 경제성 및 내구성을 향상시킨 분체 혼화재와 비정질 수산화알루미늄이 포함된 알칼리프리계 급결제를 사용하여 3시간 압축강도 1 MPa 이상, 28일 압축강도 40 MPa이상의 성능을 발현하도록 한 숏크리트 공법이다.나. 신기술의 시공절차 및 방법본 신기술은 일반강도와 동일한 시공방법, 인력 및 타설장비를 사용하면서도 숏크리트의 28일 압축강도를 40 MPa 이상으로 고강도 발현이 가능하도록 하였으며, 또한 백화현상 최소화 등 장기 내구성을 향상시킨 기술이다. 재료배합은 지반조건, 사용골재의 입도분포 등에 따라 조금씩 상이하지만 기본배합은 아래 표와 같다. 본 신기술의 고성능 분체 혼화재는 시멘트 사용량의 5%로 치환？사용되며, 시멘-트 사용량의 8%로 알칼리프리계 급결제를 사용하고 58kg/m3의 고성능감수제를 사용하여 W/B(물/바인더)비를 40% 이하로 적용한다.2. 국내외 건설공사 활용실적 및 전망가. 활용실적1) 강남순환도시고속도로 건설공사 5공구 관악터널- 공사기간 : 2010. 06 07 - 공사금액 : ￦45,631,000 - 공사규모 : 61m3- 발 주 처 : 강남순환도로(주)2) 강남순환도시고속도로 건설공사 6공구 신림2터널 보강설계 구간- 공사기간 2011. 03 06 - 공사금액 ￦222,345,000 - 공사규모 33m3- 발 주 처 강남순환도로(주)3) 수도권 고속철도 (수서-평택) 4공구- 공사기간 : 2012. 05 현재 - 공사금액 : ￦325,450,000 - 공사규모 : 2km- 발 주 처 : 한국철도시설공단나. 향후 활용전망현재까지 우리나라에서 고성능 숏크리트의 활용은 초기 단계로서, 터널의 붕괴 붕락 구간이나 단층대 등과 같은 취약지반에서 터널의 안정성 확보를 위해 주로 적용되어 왔다. 최근 에는 고성능 숏크리트의 높은 강도특성을 활용하여, 콘크리트 라이닝을 생략하여 경제성을 도모하는 싱글쉘 터널？암반공동 등이 설계 검토되는 등 고성능 숏크리트의 활용분야가 더욱 확대될 전망이다. 이미 유럽, 일본 등의 선진국에서는 싱글쉘 터널을 중심으로 고성능 숏크리트의 적용 실적이 더욱 증가되고 있는 실정으로서, 향후 해외시장 진출이나 세계적인 기술추세를 고려할 때 본 기술의 활용도가 매우 높아질 것으로 예상된다.3. 기술적.경제적 파급효과가. 기술적 파급효과(1) 국내외 기술과 수준 비교 국내외 기술과 수준 비교표 기존기술 신기술 일반강도 구현기술 차별성 - 고성능 분체혼화재 플라이애쉬 실리카흄 사용량 50%이상 감소 칼슘설포알루미네이트 실리카흄 대비 높은 조기강도 확보 알루미네이트/ 시멘트광물계 조기장기강도형 알칼리프리계 급결제 비정질 수산화알루미늄 응결촉진 (3시간 1MPa 이상) 알칼리함량 14%이상(일반) / 1%이하(신기술) 유동화제 (나프탈렌계) 고성능감수제 (폴리카르본산계) 슬럼프 10cm(일반) / 20cm(신기술) W/B 45%(일반) / 38%(신기술) (2) 건설시장에 미칠 파급효과2010년 기준 국내 터널 개소는 1382개소로 전체 토목공사에서 터널공종이 포함된 공사는 50%이상을 차지하며, 도로 및 철도의 직선화, 고속화로 인해 터널 시공 물량이 급증하고 있다. 그러나 터널의 안정성 확보를 위하여 1차 지보재로 사용되는 숏크리트는 실제로 사용되는 물량이 설계량을 크게 초과하여 공사비 및 공사기간이 증가하고 터널의 안정성에 악 영향을 미치는 등 문제가 많아 최근에는 경제적인 터널 시공을 위하여 내구성이 뛰어나고 리바운드 발생량이 적은 고성능 숏크리트의 필요성이 점증되고 있어 이에 본 기술은 이러한 필요를 만족시키는 공법이라 판단되므로 그 활용성은 매우 클 것으로 기대된다.(3) 국내외 기술 대비 경쟁력전 세계적으로 취약한 지반조건에서 터널의 안정성 확보, 대단면 터널의 경제적 시공과 싱글쉘터널(Single-shell tunnel)의 적용 등을 위하여 고강도 및 고내구성의 숏크리트 적용이 증대되고 있으며, 이에 따라 본 기술은 3시간 압축강도 1 MPa 이상, 28일 압축강도 40 MPa이상 고강도 발현으로 국내 터널설계기준(2007), 터널표준시방서(2009) 및 콘크리트 표준시방서(2009)의 고강도 숏크리트의 압축강도 기준을 모두 만족시킨다. 또한 고성능 숏크리트의 필수 재료인 실리카흄의 대체 재료인 고성능 분체 혼화재를 개발, 국산화를 통하여 앞으로 각종 국가사업이나 민간사업에 활발한 적용이 예상되며, 성장 가능성이 뛰어난 기술이다.나. 경제적 파급효과(1) 설계단가- 기술명 : 고성능 분체 혼화재 및 조기강도형 알칼리프리계 급결제를 사용한 습식 숏크리트 공법- 단위 : ㎥당 - 재료비 : 215,494- 노무비 : 16,888- 경비 : 6,190- 합계 : 238,572(2) 공사비 공사비 비교 구분 단위 금액 비고 기존단가 (원) 리바운드 요율(%) 리바운드 금액(원) 숏크리트 타설 두께(%) 숏크리트 타설 금액(원) 일반강도 ㎥ 184,033 13 207,952 - 207,957 VAT 제외 신기술 ㎥ 238,572 8 257,658 80 206,126 70 180,361 (3) 공사기간본 기술은 일반강도 숏크리트와 동일한 장비 및 인원을 배치하나, 고성능 분체 혼화재, 알칼리프리계 급결제 및 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하여 숏크리트를 고강도화 함에 따라 타설두께가 감소하므로 굴착량 감소 및 굴착시간을 단축시킬 수 있으며 굴착량이 감소함에 따라 발파 시 발생하는 버력의 처리시간을 단축할 수 있다.(4) 유지관리비 유지관리비 비교 구분 신기술공법 (100%) 신기술공법 (80%) 신기술공법 (70%) 일반강도 (100%) 원가항목 공사원가 356,092 284,871 249,262 289,127 사용원가 1,434,634 1,356,339 1,317,191 1,886,041 폐기원가 52,900 42,320 37,030 52,900 합계 1,843,626 1,683,530 1,603,483 2,228,068 대비 82.75% 75.56% 71.97% 100% ※ ( )숏크리트 타설두께 (5) 환경부하 저감, 시장확대, 고용창출, 타산업 활성화 등 간접효과터널 시공시 1차 라이닝으로 사용되는 숏크리트에서 가장 많은 부분을 차지하는 포틀랜드 시멘트는 제조 시 다량의 이산화탄소를 배출함으로써 전세계 온실가스의 배출량의 7%에 해당하나 본 기술은 산업부산물(실리카흄, 플라이애쉬)을 재활용하여 숏크리트 m3당 시멘트를 24 kg 대체함으로써 m3당 약 23 kg의 이산화탄소를 저감할 수 있다.[국가교통과학기술진흥원 건설기술 토목 터널]