콘크리트의 열팽창계수에 대하여

대부분의 물체와 마찬가지로 콘크리트도 온도가 올라가면 팽창하고 온도가 내려가면 수축하게 됩니다. 콘크리트 구조물의 온도가 내려갈 때 인접하고 있는 구조요소에 의하여 구속되어 있으면, 콘크리트가 수축하지 못한 상태로 인장응력을 받게 됩니다. 이 인장응력을 온도응력이라고 하는데, 이 구속응력이 콘크리트의 인장강도보다 더 커지면 콘크리트에 균열이 발생하게 됩니다. 특히 이 온도수축이 건조수축에 동시에 발생하게 되면 균열이 발생할 확률이 매우 높습니다.

 

강재가 내부에 배치된 철근콘크리트나 프리스트레스트 콘크리트에서 콘크리트의 열팽창 계수와 강재의 열팽창 계수가 큰 차이가 있다면, 온도변화에 따른 변형률이 달라서 두 재료 간의 부착에 해로운 영향을 줄 것입니다. 그러나 콘크리트의 열팽창 계수와 강의 열팽창 계수는 아주 유사한 값을 보이므로, 큰 문제가 되지는 않습니다.

 

 

도로교설계기준에서는 정밀한 자료가 없는 경우 설계 목적으로 사용되는 콘크리트의 열팽창 계수를 정하고 있습니다. 철근의 열팽창 계수도 정해주고 있습니다. 그러나 두 재료의 열팽창 계수의 차이는 일반적으로 무시하여 좋을 정도로 유사한 경향을 보이고 있습니다.경량 콘크리트의 열팽창 계수는 사용된 골재의 종류에 따라 다릅니다. 설계목적으로 사용하는 경량 콘크리트의 열팽창 계수는 일반 콘크리트의 열팽창계수보다는 다소 작은 값을 나타냅니다.

 

콘크리트 구조물의 온도변화와 그에 다른 영향은 구조물이 위치하고 있는 지역의 기온과 온도변화, 콘크리트 시공시기, 단면의 크기, 피복두께 등에 따라 다릅니다. 우리나라에서는 일반적으로 대기에 노출된 구조물에 대하여는 20℃의 온도변화를 고려하고 있습니다. 이것은 구조물의 완공 시기가 연평균 기온과 일치한다고 보고, 연평균 기온과 월평균 기온의 최고값과 최저값과의 차이를 각각 20℃로 본 것입니다. 예를 들어 연평균 기온이 10℃인 지역에서는 완공 때 구조물의 온도를 10℃로 보고 겨울에는 구조물의 온도가 -10℃까지 내려가는 상황의 온도응력을 검토하고, 여름에는 30℃까지 올라가는 상황의 온도응력을 검토하는 것입니다.

 

 

그러나 구조물의 완공 시기가 연평균 기온과 일치하지 않는 경우에는 20℃를 온도변화로 보는 것이 비합리적일 수 있습니다. 즉 한여름 또는 한겨울에 완공되는 경우가 있는데 이러한 경우에는 20℃보다 큰 폭의 온도변화를 나타낼 것이기 때문입니다. 그렇지만 초기 재령의 콘크리트는 크리프에 의하여 온도응력이 흡수되는 효과가 있으므로, 정밀한 검토가 필요한 경우가 아니라면 연평균 기온을 기준으로 상하 변화를 고려하는 것이 일반적인 검토방법입니다. 한편 지하에 건설되는 구조물이나 실내의 경우에는 온도변화의 범위를 20℃보다 낮게 취할 수도 있지만, 발생 가능한 환경 변화도 고려하여 판단하는 것이 바람직한 방법일 것입니다.