콘크리트의 수축에 대하여 2

콘크리트의 수축은 콘크리트 구조물에 균열을 유발하며, 프리스트레스트 콘크리트에서는 긴장력의 손실의 한 원이 됩니다. 콘크리트 부재는 표면으로부터 내부로 향하여 건조해 들어가기 때문에, 표면부터 수축하지만 표면보다 적게 수축하는 내부 콘크리트 표면의 수축을 구속하여 표면에 인장응력이 발생하게 됩니다. 반대로 표면보다 적게 수축하는 내부 콘크리트는 표면의 수축으로 인하여 압축응력이 발생합니다. 이러한 경우를 부등건조수축이라고 하며, 표면에 발생한 인장응력에 의하여 콘크리트 부재의 표면에 수축균열이 발생하게 됩니다. 이때 표면에 가까운 표피에 철근이 배치되어 있으면, 철근위치를 따라 등간격의 균열이 표면에 발생하게 됩니다. 철근이 배치되지 않거나 철근이 배치되더라도 표면에서 멀리 떨어져서 압축을 받는 위치에 배근되어 있으면 방향성이 없는 균열이 표면에 발생하게 됩니다.

 

 

강재로 보강된 콘크리트는 수축에 의하며 내부적으로 응력이 작용합니다. 강재 위치까지 수축이 진행되면 철근이나 긴장재가 콘크리트의 수축을 방해하여, 콘크리트에는 인장응력이 작용하고 강재에는 압축응력이 작용합니다. 이 인장응력이 콘크리트의 인장가도보다 크게 작용하면, 콘크리트 부재에 수축균열이 발생하게 됩니다.

 

또한 접하고 있는 다른 단면요소나 인접부재에 의하며 변형이 구속된 부재는 콘크리트의 수축이 진행되는 동안에 수축되지 못하므로, 구속 작용에 의하여 인장응력이 작용하게 됩니다. 이 인장응력에 의하여 부재 단면을 관통하는 수축균열이 발생하는 경우가 많습니다. 접하고 있는 다른 단면요소에 의하여 부재의 변형이 구속되는 대표적인 예는 한쪽방향으로 길이가 긴 옹벽과 교량에 많이 사용되는 콘크리트 박스 거더를 들 수 있으며, 인접부재에 의하여 변형이 구속되는 예는 부정정 구조물의 골조 등이 있습니다.

 

 

일반적으로 옹벽은 기초 부분에 콘크리트를 먼저 타설하고 벽체 부분은 기초 콘크리트가 어느정도 굳은 후에 콘크리트를 타설하므로, 시차에 다라 기초와 벽체의 수축에 차이가 발생하게 됩니다. 이때 이미 굳은 기초는 나중에 벽체가 굳어가면서 수축될 때 이를 구속하게 됩니다. 따라서 벽체에는 기초의 구속 작용에 의하여 인장응력이 발생하고 되고, 이 인장응력에 의하여 벽체 단면을 관통하는 수직 균열이 발생하게 됩니다.

 

옹벽의 벽체에 발생하는 이러한 수축균열은 일반적으로 일정한 간격으로 발생합니다. 박스 거더도 콘크리트를 타설 할 때 단면을 분할 타설하게 됩니다. 즉 박스 단면 하부 플랜지를 먼저 타설하고 복부와 상부 플랜지는 하부 플랜지의 콘크리트가 어느 정도 굳은 후에 콘크리트를 타설하므로, 옹벽과 동일한 원리로 박스 거더 복부에 수축에 의한 수직 균열이 발생하는 경우가 많습니다. 프리스트레스트 콘크리트 박스 거더의 복부에서 시공중에 이러한 수축균열이 발생하였더라도, 거더의 축방향으로 프리스트레스를 도입하면 단면이 압축상태가 되어 균열이 발생했었던 흔적도 발견하기 어려울 정도로 균열이 폐합되게 됩니다.

 

부정정 구조물의 골조는 보의 콘크리트가 수축될 때, 보와 연결된 기둥이 보의 수축을 구속하게 됩니다. 따라서 기둥의 구속 작용에 의하여 보에 인장응력이 발생하고, 이 인장응력에 의하여 보에 균열이 발생하는 경우가 있습니다. 골조는 독일어인 라멘을 우리말로 표현한 라멘이라는 용어로도 통용됩니다.