스크랩 하절기 콘크리트 균열원인 및 방지 방안

[노랑나비]

하절기 콘크리트 시공의 특징은 높은 기온 뿐 아니라 굳지 않은 콘크리트(Fresh Concrete)의 높은 온도, 높은 태양복사열, 낮은 상대습도 등으로 높은 수화열과 함께 건조수축의 가능성도 높아지기 때문에 시공직후 수일 내에 원치 않는 초기균열 문제가 발생될 가능성이 큽니다.

따라서 국내 및 해외의 경우 온도가 어느 이상(32℃) 되면 콘크리트 타설을 아예 제한하는 경우도 있습니다.(일반적으로 봄ㆍ가을에도 높은 일교차나 바람 등의 영향으로 초기균열 발생 가능성이 있기는 합니다.)

                         <그림 1> 포설계절에 따른 슬래브 온도 변화 패턴

<그림 1>에서 보듯이 대기온도가 높은 계절에 콘크리트 슬래브가 타설되면 이미 크게 올라가 있는 대기온도에 콘크리트 슬래브 초기 양생과정에서 발생하는 높은 수화열이 더해져서 콘크리트 내부 온도가 지나치게 상승하게 됩니다. 이 경우 초기 응결 시간을 지나 콘크리트 슬래브가 응결되는 시점과 콘크리트 내부 온도가 최저에 이르게 되는 시점 사이의 온도차가 커지고 발생하는 응력의 크기 또한 크게 상승하여 초기 균열발생 가능성은 그만큼 높아지게 됩니다. 따라서 일정 수준이상으로 대기온도가 높아져 콘크리트 타설 후 양생과정에서 콘크리트 내부의 큰 온도변화가 예상되는 경우에는 별도의 대책수립을 통하여 콘크리트 온도를 적절하게 유지할 수 있도록 하여야 합니다.

1.초기균열의 정의 및 특징

초기균열은 콘크리트 포설 후 수일(72시간) 이내에 수화열과 건조수축에 의해 발생하는 균열로서 일반적으로 균열 틈이 많이 벌어지고 모양도 구불구불한 것이 그 특징이며 이외에도 재령이 증가함에 따라 그 균열 폭이 넓어지게 되는데, 이는 잔여 건조 수축량이 남아있기 때문에 건조수축이 끝날 때까지 이 틈은 계속 하여 벌어지게 됩니다.

2.초기균열 발생 온도 조건

하절기 시공시 수화속도가 빨라지므로 짧은 시간내에 수화열이 크게 발생하게 되어 시공당일 밤 온도하락기에 초기균열 발생 가능성이 높아지며 하절기 시공의 경우 오전 시공부분의 경우 수화열이 본격적으로 발생되는 시기가 그날의 최고 온도 시간대와 일치할 경우가 많으므로 초기균열의 가능성은 특히 높아집니다.

초기균열은 그 발생빈도에 있어서 콘크리트 타설시기에 크게 좌우되며 <그림2>에서도 알 수 있듯이 더운 계절일수록, 또 더운 계절의 경우에도 타설시각이 오전일수록 초기균열이 더 많이 발생한다는 것을 알 수 있습니다.

<그림 2> 포설시각과 초기균열 발생 패턴

시멘트는 물과 만나면 수화과정에서 에너지를 방출하며 이 에너지는 열을 발생시켜 양생 중 콘크리트의 온도를 상승시키는 작용을 합니다. <그림 3>에서보면 수화열이 본격적으로 발생하는 시기는 시멘트가 물과 혼합된 직후가 아니라 일정시간이 경과한 후입니다. 이런 수화열의 발생률은 수화열의 발생속도나 최대 수화열의 크기가 외부의 온도 조건에 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있습니다.

그러므로 콘크리트 타설시의 주변온도(대기온도, 콘크리트 혼합물의 온도, 태양의 복사열 등) 조건은 수화열의 발생패턴을 결정하는 매우 중요한 요소라 할 수 있습니다.

<그림 3> 시멘트 주성분의 시간에 따른 수화열 발생률

<그림 4>에서 대기온도의 변동 패턴(점선)은 타설계절에 관계없이 비슷하지만 슬래브 온도의 변동 패턴(실선)은 큰 차이가 있다는 것 즉, 선선한 계절 공사에서는 슬래브 온도의 변화폭이 적은 반면 더운 계절 공사에서는 타설 후 첫 24시간 동안 슬래브 온도의 변화폭이 매우 컸음을 알 수 있습니다.

<그림 4> 포설계절에 따른 슬래브 온도 변화 패턴

타설시각이 초기균열 발생에 미치는 영향은 본격적인 수화열 발생시기가 물과 시멘트가 혼합되고 몇 시간이 지나서야 시작된다는 점에서 부터 설명됩니다. 즉, 더운 계절의 아침 일찍 타설한 구간의 본격적인 수화열 발생 시기는 기온이 최고에 도달하는 정오에서 4시 사이와 일치하게 되므로 수화작용은 급속도로 진행되어 콘크리트 온도는 급상승하게 되며, 반면에 더운 계절에 시공했다 하더라도 오후에 타설한 부분은 타설 당시의 온도는 높지만 기온이 상당히 떨어진 저녁때 본격적인 수화열 발생이 시작하게 되므로 전체적인 콘크리트  온도의 상승은 오전 시공분에 비하여 그다지 크지 않게 된다는 것입니다.

즉, 양생과정에서 콘크리트 내부 온도의 변화 폭은 오전 최초 시공 분에서 가장 크게 나타나고 오후에 시공된 부분일수록 내부온도 변화 폭은 점점 감소하게 됩니다<그림 5>. 온도 낙차 폭이 크면 클수록 체적변화와 더불어 내부에 발생하는 응력 또한 커져 균열이 발생할 가능성이 커지게 되므로 온도 낙차 폭이 상대적으로 큰 오전시공 부분에서 초기 균열발생 가능성이 높아지게 되는 것입니다.

<그림 5> 시공시기에 따른 온도 낙차폭

이러한 타설시각의 영향은 더운 계절에 타설한 경우에만 해당되며 선선한 계절의 온도 변화 패턴은 전반적인 주변온도가 낮기 때문에 타설시각에 관계없이 온도 변동 폭도 작으며 결과적으로 일교차가 심하지 않은 경우라면 초기균열 발생 빈도는 매우 낮습니다.

3.초기균열 방지를 위한 시공관리 방안

시공당일 최고 기온이 32℃ 이상인 경우에는 필수적으로 초기균열의 가능성을 검토하고 그 결과에 따라 적절한 조치를 통하여 초기균열 발생 가능성을 사전에 저감하도록 하여야 합니다.

1.콘크리트 타설시간 :가급적 오후 작업(오전 작업 피할 것)

2.태양광 차단막을 설치하여 초기 콘크리트 타설 온도의 지나친 상승을 억 제하여 초기균열의 가능성을 낮추는 방안을 강구

3.굳지 않은 콘크리트(Fresh Concrete)의 온도는 가능한 한 낮은 것이 좋으며 어떠한 경우라도 35℃를 넘어서는 안됨.

(건교부 자료 요약 정리)