건조수축·온도철근

왜 배우는가: 건조수축과 온도변화는 콘크리트 균열의 대표 원인이며, 균열은 내구성과 누수 문제로 이어진다. 기준은 주철근 설계 외에 이 철근의 최소량과 배치를 따로 정하므로 시험에서 용어·기준·철근량 계산이 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제113회 1교시 9번, 제112회 1교시 3번, 제95회 1교시 3번, 제66회 1교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

건조수축·온도철근은 콘크리트의 체적 변화로 생기는 균열을 억제하려고 주철근 직각 방향 등에 배치하는 보조 철근이다.

핵심 키워드

• 건조수축(Drying Shrinkage): 경화 후 내부 수분이 빠지며 생기는 체적 감소
• 온도철근(Temperature Reinforcement): 온도변화·수화열에 따른 변형을 구속하는 철근
• 수축·온도철근비: 단면적 대비 보조 철근 단면적의 비
• 표피철근: 노출면 근처 균열을 제어하는 철근
• 균열 제어: 균열 폭과 간격을 허용 범위로 묶는 설계 목표
• 최소 철근량: 균열 제어를 위해 규정된 하한 철근량
• 배근 간격: 철근 중심 간격과 최대 간격 규정
• 구속(Restraint): 변형이 자유롭지 못해 응력이 생기는 상태

2. 개념 풀이

쉬운 말로 설명하면, 콘크리트는 굳는 동안 물이 빠져나가 줄어들고, 낮과 밤의 온도차로 늘었다 줄었다 한다. 이 변형이 주변에 막히면 인장응력이 생기고 콘크리트는 약한 인장 강도 때문에 균열이 난다.

정식으로 정의하면 건조수축은 경화 후 시멘트 페이스트의 수분 손실과 화학적 수축으로 생기는 체적 감소이다. 온도철근은 수화열과 외기 온도 변화에 따른 체적 변형을 제한하여 균열 폭을 줄이는 철근이다. 두 철근은 실무에서 하나의 보조 철근으로 묶여 '수축·온도철근'으로 설계된다.

주철근은 휨이나 축력을 받는 주된 방향의 응력에 저항하도록 배치된다. 그래서 주철근 방향에 직각인 방향의 수축 변형에는 저항이 부족하다. 이 부족한 방향을 보강하는 것이 수축·온도철근의 역할이다. 설계에서는 주철근이 충분해도 보조 철근이 없으면 표면 균열이 생길 수 있다는 점을 먼저 이해해야 한다.

균열 제어의 핵심 원리는 철근이 균열 폭을 줄이는 것이다. 철근이 적으면 균열 한 곳에 변형이 집중되어 폭이 커진다. 철근을 촘촘하게 배치하면 균열이 여러 곳으로 분산되어 개별 균열 폭이 작아진다. 따라서 수축·온도철근은 철근량 자체보다 간격과 배치 위치가 함께 중요하다.

두께가 얇은 벽체와 슬래브의 노출면은 온도 변화를 직접 받는다. 반면 두꺼운 매스콘크리트의 내부는 온도 변화가 천천히 진행된다. 그래서 기준은 두께에 따라 배치 방식과 철근량을 달리 규정한다. 도로교설계기준(한계상태설계법)의 건조수축·온도 철근 적용 범위는 해당 기준에서 확인해야 한다.

철근의 역할을 식으로 보면 보조 철근량은 A_s = \rho \cdot b \cdot h 로 표현된다. 여기서 A_s는 보조 철근 단면적(mm²), \rho는 수축·온도철근비, b는 단면 폭(mm), h는 단면 두께(mm)이다. 기준 철근비 값은 5절에서 확인한다.