에폭시 그라우트 vs. 주입 모르타르? 우리는 코드 준수에 대해 이야기합니다

후설치 콘크리트 연결의 자격, 설계 및 시공을 위한 규제 프레임워크의 중요성

1. 서론

철근콘크리트(r.c.) 구조물에서 서로 다른 시점에 타설된 요소들을 연결할 필요는 종종 발생합니다. 이는 일반적으로 예기치 않은 상황에서 이음용 철근(스타터 바 또는 다월 철근)이나 커플러를 미처 설치하지 못했을 때 일어납니다. 그러나 이 같은 연결은 계획된 시공 활동에서도 작업 흐름을 최적화하고 신속하게 진행하기 위해 필요할 수 있습니다. 또한, 이러한 연결은 건축물 및 토목 구조물의 보강이나 개보수 시 매우 중요한 요구사항이 됩니다.

이러한 상황에서는 후설치 철근 연결을 위해 주입 모르타르(injection mortar)나 그라우트(grout)를 사용하는 것 외에 많은 대안이 존재하지 않습니다. 이들은 기존에 타설된 철근콘크리트 부재에 새로운 철근을 고정하는 ‘앵커링(anchoring)’ 역할을 합니다. 주입 모르타르는 설계 하중을 안전하게 전달해야 하는 구조적 용도에서 사용됩니다.
처음에는 주입 모르타르나 그라우트가 비슷한 기술처럼 보일 수 있습니다 — 둘 다 드릴로 뚫은 콘크리트 구멍에 철근을 설치하고 이를 화학 제품으로 감싸는 방식이니까요. 하지만 이 두 기술은 여러 면에서 전혀 다른 기술입니다.
두 기술은 자격 및 코드 적합성, 안전성, 생산성, 신뢰성 등 다양한 관점에서 비교될 수 있습니다. 스포일러 경고: 구조물 보강 또는 연장 목적으로 콘크리트-콘크리트 연결을 형성할 때, 주입 모르타르는 모든 면에서 그라우트보다 우수합니다. 올바른 설계 방법과 적절한 주입 모르타르 선택이 핵심적인 역할을 합니다.
지금은 규제 프레임워크에 기반하여 이 두 기술을 비교해 보겠습니다.

2. 주입 모르타르와 그라우트의 기본적인 차이점

시작하기에 앞서 몇 가지 개념을 명확히 할 필요가 있습니다.

그라우트(grout)에 대해 이야기할 때, 우리는 사전 계량된 이성분 제품을 의미합니다. 이러한 제품은 작업자가 수동으로 또는 기계를 사용해 혼합해야 합니다. 두 성분은 보통 캔에 담겨 있으며, 혼합 후에는 “딥 앤 스틱(dip-and-stick)” 방식으로 구멍이나 틈에 부어 넣습니다. 그라우트는 일반적으로 벽돌 또는 석재 조적, 타일 등 비구조적 요소들 사이의 틈이나 이음을 채우는 데 사용됩니다 (그림 1a 및 1b 참조).

주입 모르타르(injection mortar) 시스템에 대해 이야기할 때 역시, 사전 계량된 카트리지 형태의 이성분 제품(수지와 경화제)을 말합니다. 예를 들면 Hilti HIT-RE 500, HIT-HY 200-A/R, HIT-RE 100, HIT-HY 170, HIT-FP 700 R, HIT-CT 100 등이 있습니다. 혼합은 디스펜서에 포함된 혼합기를 통해 이루어지며, 작업자가 제품의 사용 설명서(IFU)에 따라 방아쇠를 필요한 횟수만큼 당겨 주입 모르타르를 천공된 구멍에 주입합니다.
자동 디스펜서를 사용하면 접착 혼합물을 정확한 양으로 구멍에 주입할 수 있어 재료 낭비를 줄이고, 생산성을 높이며, 작업을 간편하게 처리할 수 있습니다 (그림 2 참조).

참고: 긴 구멍에 접착 모르타르를 공기 간극 없이 주입하기 위해서는, 디스펜서에 부착된 피스톤 플러그와 연장 호스를 사용합니다 (그림 2a 및 2b 참조). 이를 통해 하중 지지력의 손실 없이 안정적인 설치가 가능합니다.


그림 1: a) 수동 혼합 예시, b) 이성분 그라우트 시스템의 딥 앤 스틱(dip-and-stick) 방식 설치 예시




그림 2: a) 피스톤 플러그의 작동 메커니즘 개략도, b) 피스톤 플러그와 연장 호스를 이용하여 주입 모르타르를 정량 주입하는 자동 디스펜서 예시

자동 디스펜서는 일반적으로 볼륨 계산기(volume calculator)와 함께 사용되어, 필요한 주입 모르타르의 양을 사전에 계산하고 설정할 수 있습니다. 설정된 양은 방아쇠를 한 번 당기는 것으로 구멍에 정확하게 한 번에 주입됩니다 (그림 3 참조).



그림 3: 볼륨 계산기를 이용해 필요한 주입 모르타르를 정확히 혼합하고 정량 주입하는 자동 스마트 디스펜서 예시


주입 모르타르와 그라우트의 주요 차이점은 아래 표에 요약되어 있습니다:

표 1: 주입 모르타르와 그라우트의 주요 차이점 요약

3. 주입 모르타르에 대한 자격(인정) 절차의 중요성

안전과 직결되는 구조 적용을 설계할 때는 반드시 수행해야 할 두 가지 핵심 과제가 있습니다.
첫째, 작용 하중과 같은 설계 조건을 명확히 정의해야 합니다.
둘째, 설계를 수행하여 저항 성능이 요구 성능보다 높거나 최소한 동등한지 검토해야 합니다.
전체 구조물의 나머지 부분과 동일한 국제 설계 기준을 따르기 위해서는, 후설치 철근 시스템 전체(주입 모르타르, 철근, 시공 방식 포함)가
현장 타설된 철근 시스템과 동등한 성능(하중–변위 거동 등)을 보유함을 독립된 공인 기관(TAB/ICC-ES 등)이 입증해야 합니다.
이러한 입증이 이루어진 후설치 철근 시스템만이 유로코드(Eurocode) 또는 ACI 기반의 설계 기준에 따라 설계될 수 있습니다.
또한 필요한 경우에는 지진 하중이나 화재 조건 등의 작용 조건을 포함하여 검토해야 합니다.
이처럼 후설치 철근을 구조 연결용으로 평가·설계·시공하기 위한 체계적이고 강력한 자격 기준은 주입 모르타르 시스템에서만 제공되며,
그라우트는 구조적 용도에 대한 자격 기준이 존재하지 않습니다.

표 2는 주입 모르타르 기반 후설치 철근 시스템과 그라우트의 평가 기준 비교를 요약한 것입니다.

4. 구조적 연결에는 오직 모르타르만 사용할 수 있습니다

예를 들어 슬래브-벽체 간의 콘크리트-콘크리트 연결을 설계한다고 상상해보십시오.
귀하는 유로코드 또는 ACI에 따라 전체 구조 및 철근 배근 설계를 완료했습니다.
이때 어떤 그라우트 제품이 콘크리트 부재의 보수나 충진 용도로 시험된 것을 발견할 수도 있습니다.
하지만 해당 시스템은 새로운 구조 콘크리트 부재를 기존 구조에 연결하는 용도로는 평가받은 적이 없습니다.
제품의 기술 데이터 시트에 부착 강도에 대한 정보가 일부 포함되어 있을 수도 있습니다.
그러나 TAB 또는 ICC-ES와 같은 제3자 기관의 명확한 저항 성능 수치 없이,
그라우트를 이용한 설계나 시공이 시간이 지남에 따라 전달될 힘을 견딜 수 있을지 어떻게 알 수 있을까요?
답은 명확합니다: 알 수 없습니다.
콘크리트 부재를 구조적으로 연결하기 위한 후설치 철근 적용에 대해 성능이 명확하게 평가되지 않은 그라우트 시스템을 가지고는
설계를 수행할 수 없습니다. 이는 사과와 오렌지를 비교하는 것과 같은 잘못된 비교일 수 있습니다.
Hilti는 구조 연결을 위한 다양한 인증 솔루션을 제공하고 있으며,
사용자가 자신의 적용 조건에 최적화된 가치 기반 솔루션을 쉽게 찾고 선택할 수 있도록 지원합니다.

우리는 이를 위해 주입 모르타르 기반의 SPEC2SITE 솔루션을 제공하고 있으며, 다음과 같은 핵심 가치를 보장합니다:

• 생산성 - 엔지니어, 건축가, 사양 작성자에게는 더 나은 성능과 가치 기반의 사양 설계를 가능하게 하고,시공자에게는 현장에서의 작업을 더 빠르고 간단하게 만들어 줍니다.
• 안전성 - 승인된 시스템 솔루션은 복잡한 현장에서도 올바른 시공을 도와주어 설계 사양을 충족시킬 수 있습니다. 결과적으로, 설계자가 원하는 결과를 얻을 수 있고 더 안전한 시공 방식이 보장됩니다.
• 지속 가능성 - 자재 사용량 절감 및 설계 최적화를 통한 CO₂ 배출 저감으로, 보다 지속 가능한 솔루션을 제공합니다.

5. PROFIS ENGINEERING 소프트웨어를 활용한 설계

코드에 완전히 부합하고 안전한 콘크리트-콘크리트 연결 설계를 시작하려면,
Hilti의 전용 소프트웨어인 PROFIS ENGINEERING을 사용해 보십시오.
이 소프트웨어는 빠르고, 효율적이며, 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공하며, 유로코드 및 ACI를 포함한 다양한 국가 및 지역 기준에 부합하는 설계 솔루션을 얻을 수 있도록 도와줍니다.
PROFIS를 통해 다음을 포함한 다양한 응용 분야에 대한 철근 정착 깊이를 계산할 수 있습니다:

• 이음 철근(Lap splices)
• 말단 정착(End anchorages)
• 전단-마찰(Shear-friction, overlay) 응용

모든 계산은 인증된 Hilti 주입 모르타르 시스템을 기반으로 최신 설계 코드 및 표준에 따라 수행됩니다.
더 안전한 선택을 위해 지금 Hilti 담당자에게 문의하십시오.
귀하의 적용 조건에 가장 적합한 인증 방식과 설계 방법을 이해하는 데 도움이 필요하시면,
이 글에 댓글을 남기시거나, Hilti Engineering Centre에 질문을 게시하거나,
Hilti 콘크리트-콘크리트 연결 핸드북을 참고해 주세요.