포스트텐션 그라우팅 — 유동성과 블리딩, 덕트 검사, 그리고 벤트 순서

포스트텐션 텐던의 방식(防蝕)은 그라우트가 덕트를 빈틈없이 채우는 데서 시작된다. 긴장재는 시공 후 손댈 수 없는 위치에 있고, 그것을 지키는 것은 도장이나 피복이 아니라 덕트 안에 채워진 그라우트다. 그래서 이 작업의 사양은 그라우트의 시험값과 주입 압력·속도·벤트 순서라는 두 묶음으로 되어 있다.

이 글은 FHWA 「Post-Tensioning Tendon Installation and Grouting Manual」 Version 2.0 (FHWA-NHI-13-026)을 근거로 한다.

1. 그라우트는 시험값으로 규정된다

항목기준시험법

압축강도7일 21 MPa(3000 psi) · 28일 35 MPa(5000 psi)ASTM C942 (50 mm 큐브)

투수성30 V 조건에서 6시간 후 2500 쿨롱 미만이면 일반적으로 수용 가능ASTM C1202

체적 변화24시간에 0.0% ~ +0.1% 미만, 28일에 +0.2% 이하ASTM C1090

유동성(유출시간)혼합 직후 5~30초, 30분 정치 후 30초 재혼합 시 30초 미만수정 ASTM C939 (1 L 용기)

고온 조건 유동성1시간 재순환 후 유출시간 30초 이하FDOT 절차 (32.5 °C 조건, 25 mm 덕트 122 m)

블리딩약 20 °C 상온에서 3시간 후 0.0%위크 유도 블리딩 시험 (수정 ASTM C940)

압력 블리딩0.34 MPa(50 psi)까지 공기압을 가해 배출된 블리딩수 측정Schupack 압력 블리딩 (ASTM C1741)

유동성 규정이 두 시점으로 되어 있다는 점이 중요하다 — 혼합 직후만이 아니라, 30분 정치 후 재혼합했을 때에도 기준을 만족해야 한다. 고온 시험은 더 가혹한 조건을 모사한다 — 실온·그라우트·물·덕트·펌프·믹서를 모두 32.5 °C(90 °F)에서 최소 12시간 순응시킨 뒤, 내경 25 mm 덕트 122 m(400 ft)를 통해 1시간 이상 계속 순환시키고 15분 간격으로 입구 압력·그라우트 온도·배출부 유동성을 기록한다.

블리딩 시험도 조건이 구체적이다 — 길이 1000 mm의 청결한 7연선 스트랜드(0.5 in 또는 0.6 in)를 높이 1000 mm 실린더에 담고 900 mm 높이까지 그라우트를 채운 뒤, 그 위에 모이는 블리딩수를 기록한다. 스트랜드를 넣는 이유는 연선 사이의 심지 작용(wick)이 실제 텐던에서 물을 끌어올리기 때문이다.

2. 덕트 — 단면적과 통과 검사

덕트 크기는 긴장재 순단면적의 배수로 규정된다.

기준덕트 내부 단면적

AASHTO LRFD §5.4.6.2스트랜드 텐던 순단면적의 2.0배 이상

AASHTO — 풀스루(pull-through) 방식으로 삽입하는 경우2.5배 이상

PTI/ASBI M50.3-12 §4.3.52.5배 이상으로 표준화

텐던을 넣기 전에는 토피도(torpedo)로 덕트의 손상과 막힘을 확인하도록 권장된다. 규정은 단순하고 구체적이다.

토피도는 덕트와 같은 단면 형상이되, 내부 치수보다 사방으로 6 mm(1/4 in) 작게 만들고 양 끝은 둥글게 한다.

직선 덕트에서는 길이 약 0.6 m(2 ft)로 한다. 급곡선 덕트에서는 양 끝이 바깥쪽 벽에 닿았을 때 안쪽 벽에서 6 mm 이상 여유가 생기는 길이로 하되, 0.6 m보다 길 필요는 없다.

합격 기준은 도구가 아니라 손이다 — 토피도를 과도한 힘이나 기계 보조 없이 손으로 쉽게 끌어당길 수 있으면 그 덕트는 양호하다.

적용 범위는 길이 약 15 m(50 ft)를 넘는 모든 내부 종방향 텐던이며, 검사 시점은 공법에 따라 다르다 — 프리캐스트 거더는 야드 출하 전, 현장타설은 현장에서, 프리캐스트 세그먼트의 내부 텐던은 가설 후 현장에서.

3. 압력과 속도에는 상한이 있다

펌핑은 합리적인 시간 안에 텐던을 채울 수 있는 가장 낮은 압력으로 해야 하며, 입구에서 0.52 MPa(75 psi)를 초과해서는 안 된다. 펌핑 압력은 1 MPa(145 psi)를 초과해서는 안 된다. — FHWA-NHI-13-026, §4.3.5.2

펌핑은 합리적인 시간 안에 텐던을 채울 수 있는 가장 낮은 압력으로 해야 하며, 입구에서 0.52 MPa(75 psi)를 초과해서는 안 된다. 펌핑 압력은 1 MPa(145 psi)를 초과해서는 안 된다. — FHWA-NHI-13-026, §4.3.5.2

여기에 단서가 붙는다 — 플라스틱이나 강재 내부 덕트, 강관 외부 덕트는 그보다 높은 압력을 견딜 수 있지만 그라우팅에서는 더 높은 압력을 권장하지 않는다. 다만 틱소트로픽 그라우트를 움직이기 위해 초기에 일시적으로 더 높은 압력이 필요할 수 있고, 흐르기 시작한 뒤에는 일반 그라우트와 같은 압력으로 돌아가야 한다.

속도도 규정된다 — 별도 승인이 없으면 정상 펌핑 압력에서 분당 덕트 5 m(16 ft)~15 m(50 ft)의 속도로 주입한다.

4. 벤트를 닫는 순서가 곧 시공 절차다

수평이거나 드레이프된 텐던에서는 텐던 프로파일의 최저점에 있는 주입구에서 시작한다 — 초기 정착부일 수도, 프로파일 중간의 저점일 수도 있다.

지정된 주입구에서 일정하고 꾸준하게 주입한다.

첫 번째 중간 배출구에서 나오는 그라우트가 주입 중인 것과 같은 농도이고 공기나 물의 슬러그가 전혀 없을 때 그 배출구를 닫는다.

다음 배출구에서 같은 상태의 흐름이 나올 때까지 계속하고, 차례로 닫는다.

모든 중간 배출구를 닫고 마지막 정착부 배출구에서 그라우트가 나올 때까지 계속한다.

마지막 정착부와 그 그라우트 캡이 완전히 채워지도록 최소 2갤런(약 7.6 L)을 배출시킨다.

압력이 한계를 넘는 경우의 처리도 정해져 있다 — 주입 중 실제 압력이 입구 허용 최대치를 넘으면 그 주입구를 닫고, 이미 그라우트가 흘러나온 다음 벤트에서 주입을 이어간다. 조건은 하나다 — 일방향 흐름을 유지할 것.

5. 물을 들이지 않는 것이 가장 싼 대책이다

그라우팅 전 관리에서 반복되는 지시는 덕트에 물이 들어가지 않게 하라는 것이다. 고점과 정착부의 그라우트 벤트는 임시로 닫아 두어야 한다. 이유는 비용이다 — 덕트가 막힌 결과로 생기는 보수보다 물을 애초에 막는 편이 훨씬 낫고, 이미 들어간 물이나 굳어버린 이물질을 제거하는 일은 어렵고, 값비싼 진공 그라우팅이 필요할 수 있다.

실제로 이 매뉴얼은 진공 그라우팅 장비를 별도로 다룬다 — 계약 문서가 요구하는 경우 압력 그라우팅 작업과 동시에 현장에 준비되어야 하며, 그라우팅이 중단되어 부분적으로만 채워진 텐던이 생겼을 때의 대응 수단이기도 하다. 다만 프리캐스트 세그먼트 슬래브의 횡방향 텐던만 있는 공사처럼 진공 그라우팅 준비가 대개 필요하지 않은 경우도 명시된다.

시공계획서에 들어가야 할 항목도 열거된다 — 텐던 형식별 주입·배출 순서, 주입 방향과 벤트 폐쇄 순서, 그리고 필요한 경우의 진공 그라우팅을 이용한 2차 그라우팅 절차.

6. 정리

그라우트 강도는 7일 3000 psi, 28일 5000 psi이고, 투수성은 6시간 2500 쿨롱 미만이 일반적 기준이다.

체적 변화는 24시간 0.0~+0.1%, 28일 +0.2% 이하다.

유출시간은 혼합 직후 5~30초, 30분 정치·30초 재혼합 후 30초 미만이어야 한다.

고온 시험은 32.5 °C에서 122 m 덕트를 1시간 재순환한 뒤 30초 이하를 요구한다.

블리딩은 위크 유도 시험에서 3시간 후 0.0%가 기준이다.

덕트 내부 단면적은 긴장재 순단면적의 2.0배(풀스루는 2.5배)이고, PTI/ASBI는 2.5배로 표준화한다.

토피도는 덕트보다 사방 6 mm 작고 약 0.6 m 길이이며, 손으로 쉽게 끌리면 합격이다.

주입 압력은 입구 0.52 MPa 이하, 최대 1 MPa이고, 속도는 분당 5~15 m다.

벤트는 주입 그라우트와 같은 농도로 슬러그 없이 나올 때 순차적으로 닫고, 마지막 정착부에서 최소 2갤런을 배출한다.

압력이 넘치면 이미 그라우트가 나온 다음 벤트로 옮겨 일방향 흐름을 유지한다.

포스트텐션에서 그라우팅은 마감 작업이 아니라 방식 설계의 마지막 단계다. 압력 한 번, 벤트 하나의 순서가 어긋나 생긴 공극은 완성 후에는 보이지 않고, 확인하려면 진공 그라우팅과 같은 비싼 수단이 필요하다. 그래서 이 매뉴얼의 요구 대부분은 강도가 아니라 절차에 관한 것이다.