콘크리트 균열이 발생하는 5가지 중요한 이유
콘크리트 균열은 건물의 외관뿐만 아니라 구조의 안전과 수명에도 영향을 미칩니다. 이러한 현상은 건조 수축, 자기 수축, 소성 수축, 열 수축, 자생적(화학적) 수축 등 5가지 주요 원인으로 인해 발생합니다.
1. 수분 손실로 인한 건조 수축
건조 수축은 주로 불포화 공기 환경에서 콘크리트의 모세관이나 겔 기공의 수분이 손실될 때 발생합니다. 고성능 콘크리트는 다공성이 낮기 때문에 일반 콘크리트에 비해 건조할 가능성이 적습니다. 그러나 건조 수축의 누적 효과는 대량 콘크리트에서 심각한 힘을 발휘합니다. 콘크리트의 수분 손실은 인체의 수분 손실과 유사하여 내부 구조에 변화를 일으킵니다. 이러한 변화로 인해 발생하는 응력이 콘크리트의 인장 강도를 초과하면 균열이 발생할 수 있습니다.
2. 초기 경화 중 플라스틱 수축
플라스틱 수축은 경화 전 플라스틱 단계에서 발견할 수 있습니다. 고성능 콘크리트는 물 대 겔 비율이 낮고 자유 수분이 적으며 물에 더 민감한 미세한 미네랄 혼합물이 함유되어 있어 쉽게 흘러내리지 않고 수분을 빨리 잃습니다. 이러한 특성으로 인해 고성능 콘크리트는 플라스틱 수축이 발생할 가능성이 더 높습니다. 콘크리트는 완전히 굳기 전에 표면에서 수분을 잃고 내부에서는 안정적인 플라스틱 상태를 유지합니다. 이러한 차이는 표면에 인장 응력을 발생시킵니다. 응력이 인장 응력 이상으로 커지면 균열이 발생합니다. 균열은 매우 얇지만 콘크리트 표면에 매우 많고 조밀하게 분포되어 있습니다.
3. 자체 수축 - 습도 변화의 원인
자체 수축은 시멘트 수화와 함께 콘크리트의 닫힌 내부 구조에서 습도가 감소하는 것을 말합니다. 이러한 현상은 공극에 불포화 수분을 발생시킵니다. 그 결과 음압이 발생하여 콘크리트의 자체 수축을 유발합니다. 물 대 겔 비율이 낮기 때문에 고성능 콘크리트는 초기 단계에서 더 높은 강도를 보이고 수분 손실이 더 빠를 수 있습니다. 공극 시스템의 상대 습도는 80% 미만으로 떨어집니다. 한편, 고성능 콘크리트의 치밀한 구조는 외부로부터의 수분을 차단하여 자체 수축을 악화시킵니다.
4. 열 수축 - 열 팽창으로 인한 손상
강도가 요구되는 대용량 콘크리트 프로젝트에는 훨씬 더 많은 시멘트가 필요합니다. 이로 인해 더 많은 수화 열이 발생하고 시스템이 약 35~40℃로 더 빨리 가열됩니다. 초기 온도에 더해 최고 온도는 70~80℃를 넘어설 수도 있습니다. 콘크리트는 열팽창과 냉수축의 성질을 가지고 있으며 열팽창계수(CTE)는 10×10-6/℃입니다. 온도가 20~25℃ 떨어지면 약 (2 - 2.5)×10-4의 냉수축을 계산할 수 있지만 콘크리트의 최종 인장 값은 1 - 1.5×10-4에 불과합니다. 따라서 냉수축으로 인한 응력은 콘크리트의 인장 강도를 쉽게 초과할 수 있습니다. 결과적으로 균열이 나타나고 콘크리트 표면에서 내부로 확장되어 구조에 심각한 영향을 미칩니다.
5. 자가 수축-수분 공급의 부작용
자생 수축은 화학적 수축이라고도 합니다. 시멘트가 수화되는 동안 시멘트-물 시스템의 절대 부피가 감소하고 많은 기공이 형성됩니다. 그러나 고성능 콘크리트에서는 물 대 겔 비율이 낮고 미세한 미네랄 혼합물이 추가되기 때문에 수화 작용이 제한될 수 있습니다. 따라서 화학적 수축이 일반 콘크리트보다 적습니다. 하지만 자생적 수축으로 인한 균열은 여전히 콘크리트의 미세한 구조에 영향을 미칩니다. 다른 요인과 결합하여 균열의 방아쇠가 될 수도 있습니다.
위의 요인 외에도 콘크리트 균열의 또 다른 주요 원인은 온도 수축 응력입니다. 이 응력은 대량 콘크리트에 사용되는 대량의 시멘트가 수화 열을 방출할 때 발생하는 온도 변동과 수축으로 인해 발생합니다.
예방 및 관리 - 콘크리트 균열에 대처하는 방법
1. 콘크리트 배합 비율 최적화
- 시멘트
- 수화 열을 줄이기 위해 저열 및 중열 시멘트를 우선적으로 사용합니다.
- 콘크리트의 강도와 성능을 유지하면서 시멘트의 양을 제한하여 온도 상승을 줄입니다.
- 집계
- 입자 크기가 적당한 고품질 골재를 선택합니다.
- 콘크리트 수축을 줄이려면 골재를 더 많이 사용하고 시멘트 모르타르는 적게 사용하세요. 예를 들어, 잘 선별된 골재와 중간 정도의 모래를 사용하면 콘크리트의 밀도를 효과적으로 높일 수 있습니다.
- NOVASTAR 폴리카복실레이트 고가소제(PCE) 는 고성능 감수제이며 물에 잘 녹습니다. 물 소비량을 늘리지 않고도 콘크리트 흐름을 개선하고 시멘트의 양을 줄일 수 있습니다. 이 감수제를 저용량으로 사용하면 콘크리트의 유동성을 높일 수 있습니다. 또한 염화물 이온과 알칼리의 함량은 폴리카복실레이트 고가소제(PCE) 가 상당히 낮아 콘크리트의 내구성이 향상됩니다.
2. 건설 프로세스 개선
- 시멘트를 층 또는 섹션별로 타설하여 층 두께와 타설 속도를 조절합니다. 이렇게 하면 콘크리트 내부의 열이 고르게 분산되어 열 스트레스나 온도 변화를 피할 수 있습니다.
- 콘크리트를 압축하여 이상적인 밀도를 보장하고 콘크리트 균열을 방지합니다.
- 콘크리트를 타설한 후에는 플라스틱 필름과 같은 보습재를 덮어 증발과 균열을 줄이세요.
- 콘크리트 표면에 물을 분사하여 콘크리트 내부와 외부의 온도를 제어합니다. 이를 통해 콘크리트의 온도를 제어하고 열 스트레스를 줄일 수 있습니다.
