건조균열·온도균열

왜 배우는가: 건조균열과 온도균열은 콘크리트 구조물 시공 중 가장 빈번하게 발생하는 균열이며, 내구성과 사용성을 직접 떨어뜨린다. 매스콘크리트 설계와 시공관리의 기본 원리이므로 여러 회차의 기출에 반복해서 나온다.

출제 이력: 제99회 4교시 1번, 제94회 3교시 1번, 제91회 1교시 12번, 제66회 1교시 8번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

건조균열은 콘크리트 내부 수분 증발에 의한 수축이 구속되어 인장응력이 인장강도를 넘을 때 생기는 균열이고, 온도균열은 수화열에 의한 온도 상승·하강과 구속이 겹쳐 생기는 인장 균열이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 건조수축
• 모세관 공극
• 수화열
• 내부구속
• 외부구속
• 온도균열지수
• 매스콘크리트
• 인장강도 초과

2. 개념 풀이

쉬운 말로 말하면 콘크리트가 마르거나 식으면서 줄어들려는데, 주변이 그 줄어듦을 붙잡으면 콘크리트 안에 당기는 힘이 생긴다. 이 힘이 콘크리트가 버틸 수 있는 인장강도를 넘으면 금이 간다. 건조균열은 수분 빠짐에 의한 수축이, 온도균열은 열에 의한 수축이 원인이다.

정식 정의는 다음과 같다. 건조균열은 경화한 콘크리트의 구속된 부재에서 모세관 공극 등의 잉여수가 건조환경으로 빠져나가 조직이 수축하고, 이때 생긴 인장응력이 인장강도를 초과해 발생하는 균열이다. 온도균열은 시멘트 수화열로 콘크리트 온도가 올랐다가 내려갈 때 열수축이 내부구속 또는 외부구속에 막혀 발생하는 인장균열이다.

핵심 용어를 풀이하면 다음과 같다.

• 건조수축: 잉여수가 빠져나가며 생기는 체적 감소다. 단위수량이 많을수록 커진다.
• 수화열: 시멘트 수화반응에서 나오는 열이다. 콘크리트 온도를 크게 올릴 수 있다.
• 구속: 인접 부재나 지반, 철근이 수축을 막는 상태다. 구속이 있어야 인장응력이 생긴다.
• 매스콘크리트: 넓은 슬래브에서 두께 80cm 이상인 부재, 하단 구속 벽에서 두께 50cm인 부재, 또는 내외부 온도차가 25℃ 이상인 콘크리트다. 온도균열 관리 대상이다.

이 두 균열은 원인이 다르지만, 인장응력이 인장강도를 넘는다는 파괴 원리는 같다. 답안에서는 이 공통 원리를 먼저 쓰고 원인을 나누어 쓰면 논리가 명확해진다.

3. 등장 배경과 필요성

콘크리트 구조물이 고강도화되고 대형화되면서 단면이 커지고 시멘트량이 늘었다. 그 결과 수화열이 커졌고 온도균열 제어가 중요한 관리 대상이 되었다. 고강도 콘크리트는 단위시멘트량이 많아 수화열과 건조수축이 함께 커지는 경향이 있다.

건조균열은 현장에서 피할 수 없는 현상으로 취급된다. 건조환경에서 표면 수분이 급격히 증발하면 충분한 강도를 얻기 전에 인장응력이 생긴다. 초기 양생이 부족하면 이 균열이 특히 많이 생긴다.

온도균열은 타설 후 수화열이 최고점에 이르는 시기보다, 온도가 내려가며 콘크리트 강도가 발현되기 시작하는 시기에 주로 발생한다. 이 시기에는 인장강도가 낮은데 구속에 의한 인장응력은 커지므로 균열 위험이 높다. 따라서 설계 단계에서는 온도균열지수를 확인하고, 시공 단계에서는 온도 상승과 하강 속도를 관리해야 한다.

이 때문에 두 균열은 설계기준의 균열 제어 규정과 시공 품질관리 항목에서 함께 다뤄진다. 기술사 시험에서는 원인, 영향 인자, 방지대책을 한 흐름으로 묻는 경우가 많다.