작성일: 2013-04-08 조회수: 4283
   제   목  차폐콘크리트
   글쓴이  관리자

"월간 레미콘 아스콘 골재" 2013. 02 - 한천구 교수 (청주대 건축공학과) 

1. 서언
 
1986년 소련의 체르노빌 원전사고, 2011년 동일본 대지진시 대형 쓰나미에 의한 원전사고 등 방사선 물질
  
의 누출에 의한 안전문제가 중요시되고 있다.
  
따라서, 본 고에서는 시사적으로 조금 늦은 감은 있지만 방사선 물질의 위험을 막아주는 차폐 콘크리트와 
  관련하여 개요, 콘크리트의 재료, 배합 및 시공 등에 대하여 기술해 본다.
 

2. 개요
  차폐 콘크리트란 주로 생체방호를 위하여 감마(γ)선과 중성자 등의 방사선을 차폐할 목적으로 사용되는
  콘크리트로 정의할 수 있다.
 
그런데, 생체 방호목적의 차폐를 설계할 때 고려해야 할 방사선 중에는 표 1과 같이 α선, β선, γ선,
  χ선, 중성자등이 있는데, χ선은 그 선원에 차이가 있지만, 콘크리트의 차폐성능과 연관 지어서는 기본적
  으로 γ선과 동일하게 고려한다. 또한 γ선 차폐체는 α선, β선 등에 대하여도 유효하게 작용된다.
 
결국 중요하게 고려되는 γ선의 차폐성능은 차폐체의 밀도와 두께에 비례한다. 즉, 두께가 일정하다면 밀
  도가 큰 만큼 차폐성능이 향상되고 또한, 밀도가 일정하다면 두께가 두꺼울수록 차폐성능이 향상된다.

  면, 중성자의 차폐는 γ선과 달리 결합수량, 붕소량과 밀접한 관계가 있다.

 
차폐 콘크리트 공사를 필요로 하는 구조물로는 원자력발전소, 특수의료시설, 방사선 연구용 시설, 핵연료
  재처리 및 저장시설, 핵폐기물 저장시설 등이 있다.

3. 차폐 콘크리트의 재료 및 배합
 
(1) 차폐 콘크리트용 재료
    차폐 콘크리트용 재료로서, 먼저 시멘트의 경우 특별히 정해진 시멘트에 대한 제약은 없다. 그러나,
   차폐 콘크리트는 부재단면이 큰 경우가 많기 때문에 KS L 5201의 2종(중용열) 혹은 4종(저열)을 사용하
   거나, KS L 5211(플라이애시 시멘트)과 같은 수화열 발생이 적은 시멘트를 사용하는 것이 유리하다.
   
골재와 관련하여 차폐설계상 요구되는 콘크리트의 밀도는 일반 구조용 콘크리트와 같이 2,300kg/㎥ 정
   도라면 천연 잔.굵은 골재, 부순 잔.굵은 골재를 사용할 수 있다. 그러나, 콘크리트의 밀도를 보통의 
   경우보다 높게 할 필요가 있는 경우에는 표 2와 같은 중정석(바라이트:BaSO
4), 갈철광, 자철광, 적철
   광, 인철, 철 등의 중량골재를 사용하여야 한다.

 

    그러나 상기의 중량골재는 대부분 고가이고 구입도 용이하지 않다. 따라서 교과서에도 시방서에도 소개
    는 없지만 저렴한 중량골재로는 KS F 2543의 동슬래그 골재, KS F 2583의 연(납)슬래그 골재 및 KS F
    4571의 전기로 산화슬래그 골재 등이 있음에 골재특성을 충분히 검토하면 차폐용 중량골재로 활용할 수
    있다.
차폐용 콘크리트에 사용하는 화학혼화제는 콘크리트의 단위수량이나 단위 시멘트량을 적게 할 목
    적으로 감수제나 고성능 AE감수제를 사용할 수 있다. 또한, 보통 콘크리트와 같이 플라이애시를 혼화재
    로 사용하는 경우도 있고, 제강슬래그 미분말, 철분 등을 혼화재로 첨가하여 소요의 차폐성능을 확보하
    는 경우도 있다. 물의 경우는 보통 콘크리트의 규정과 동일하다. 

  (2) 차폐 콘크리트의 배합
    차폐 콘크리트의 배합원칙은 보통골재를 사용하는 것과 마찬가지로 시험비비기를 통해 결정하면 된다.
    단, 중량골재를 사용한 차폐 콘크리트는 배합계획상 소요조건을 만족하더라도 콘크리트 타설 중에 과도
    한 침하, 재료분리, 공극 등이 생기게 되면 이 부분으로 방사선이 누출될 수 있으므로 차폐체로서의 성
    능확보가 되지 않는 것으로 간주된다. 특히 복잡한 단면형상이나 과밀하게 배근된 부분, 매설철물이 많
    은 부분에 있어서는 충전성을 시험에 의해 검토하여야 한다.

    슬럼프인 경우, 차폐용 콘크리트에서는 소요의 밀도를 확보하기 위해 일반구조용 콘크리트보다 슬럼프
    를 작게하는것이 바람직하다. 그러나, 배근상태나 매설철물 등의 조건에 따라 밀실한 부위의 타설이 곤
    란하기 때문에 콘크리트 표준시방서 상에는 150mm 이하로 규정하고 있다. 물시멘트비는 단위 시멘트량
    이 과다로 되지 않는 범위 내에서 가능한 적게 하는 것이 원칙이다. 콘크리트 표준시방서에는 50%이하로
    규정하고 있다. 단위수량은 차폐 콘크리트의 경우 아주 높은 균일성과 균열방지가 요구되기 때문에 가능
    한 최소량이 결정되도록 하여야 한다.

4. 차폐 콘크리트의 시공
 
차폐 콘크리트의 제조는 적용할 구조물의 규모에 따라 달라질 수 있지만, 중량골재 등 특수재료를 사용할
  필요가 있는 경우라면 제조설비를 잘 갖추고 있는 레미콘 공장을 이용하는 것이 좋다. 이 경우 차폐용
  콘크리트에 사용하는 굵은 골재나 잔골재 등이 보통골재와 혼합되지 않도록 저장하거나 계량할 수 있는 장
  치를 갖추어야 한다. 기타 재료 계량에서부터, 비비기, 운반에 이르는 제반사항은 보통 레미콘 제조와 동
  일하다.
 
차폐 콘크리트에 있어 타설, 다짐, 양생 및 마무리의 현장시공은 보통 콘크리트와 동일하다. 단 이어치기
  는 차폐 측면에서 방사선 누출의 결함부가 되기 때문에 가능한 고려하지 않도록 한다. 단, 부득이 이어치
  기를 할 경우에는 그 위치 및 형상은 선원에서의 방사선이 인체 혹은 측정기구가 있는 장소 등으로 직진하
  지 않도록 요철면의 형상이 되게 고려하여야 한다.

 
차폐용 콘크리트의 거푸집은 보통 콘크리트용보다 높은 강도, 강성 및 경도를 갖는 것이 필요하다. 즉,
  차폐 콘크리트는 콘크리트 자체의 밀도가 크고, 슬럼프가 작은 것을 진동다짐 하기 때문에 측압이 크고,
  또한, 방사선 차단상 약점이 되는 폼타이를 사용하지 않으며, 기계와 연관되는 부위가 많은 관계상 콘크리
  트의 형상. 치수에 높은 정밀도가 요구되는 점 등 때문에 특수성을 갖는다. 따라서 거푸집은 거푸집 겸
  구조체가 되는 철골구조와 복합하는 방법 등도 고려하면 유익한 구조가 될 수 있다.



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