콘크리트의 특성과 크리프

핵심 정리

콘크리트는 시멘트와 물, 골재를 섞어 굳힌 재료이며 대표적인 구조재료이다. 구조물에서 콘크리트의 성질을 제대로 이해하려면 재료가 굳는 과정과 굳은 뒤에 생기는 변형을 나누어 보아야 한다. 이 단원의 뼈대는 굳는 과정인 응결, 시간에 따라 늘어나는 변형인 크리프, 수축 계열의 변형인 건조수축의 세 가지다.

시멘트 수화 후 유동성을 잃고 원형을 유지할 정도로 굳어지는 과정은 응결이다. 응결은 굳는 과정 자체를 가리키므로, 하중을 받아 변형이 늘어나는 현상과는 구분해서 보아야 한다. 응결이 끝난 뒤 콘크리트가 압축력을 받으며 나타나는 변형이 크리프의 영역이다.

일정한 압축력이 지속되면 시간 경과에 따라 변형이 증가하는 현상을 크리프라 한다. 크리프의 요건은 압축력이 계속 걸려 있다는 것이며, 그 동안 변형은 시간과 함께 커진다. 크리프는 하중이 걸리는 순간에 정해지는 탄성변형과 달리 시간에 의존하는 변형이라는 점에서 구별된다.

크리프의 효과는 하중이 제거된 뒤에도 변형이 완전히 사라지지 않는다는 데 있다. 장기하중을 제거해도 크리프 변형은 전부 회복되지 않는다. 그래서 크리프는 변형의 크기뿐 아니라 하중을 뺀 뒤 얼마나 남는지까지 함께 보는 현상이다. 잔류 크리프 변형을 기억하면 회복 물음을 풀 수 있다.

건조수축은 크리프와 별개의 변형이다. 건조수축은 배합 조건과 주변 습도의 영향을 받으므로, 크리프의 조건과 섞지 않고 따로 정리해야 한다.

자세히

크리프와 내구성

내구성은 환경 작용에 저항하여 장기간 성능을 유지하는 성질이다. 크리프는 지속하중에 의한 시간 의존적 변형으로서 내구성 성능저하 인자가 아니다. 두 개념은 장기 거동을 다루는 것처럼 보이지만, 크리프는 하중에 따른 변형의 문제이고 내구성은 환경 작용에 대한 성능 유지의 문제다. 따라서 내구성이 떨어진 원인을 고르는 물음에서 크리프를 성능저하 인자로 먼저 꼽는 선지는 틀린다. 내구성 물음은 환경 작용에 대한 저항을 기준으로 판단하고, 변형이 얼마나 생기는지는 별도의 기준으로 본다.

건조수축을 줄이는 방법

건조수축 균열을 줄이려면 다공질이 아닌 치밀한 골재를 사용하는 것이 유효하다. 물시멘트비를 작게 유지하면 공극이 줄어 건조수축이 억제된다. 단위골재량을 늘리면 콘크리트의 건조수축이 억제된다. 대기 중 습도가 증가하면 건조수축은 감소한다.

배합 쪽 조치는 골재의 종류, 물시멘트비, 단위골재량의 세 가지로 나뉜다. 골재는 다공질이 아닌 치밀한 것을 쓰는 방향이고, 물시멘트비는 작게 유지하는 방향이며, 단위골재량은 늘리는 방향으로 억제 효과가 나타난다. 습도는 배합으로 정하는 조건이 아니라 주변 환경 조건이므로 배합 조치와 나누어 기억한다. 대기 습도가 높아지면 건조수축이 줄어든다는 방향만 기억하면 된다.

크리프 회복의 세 부분

크리프 변형은 한꺼번에 사라지지 않고 회복 속도가 다른 부분으로 나누어 본다. 탄성변형은 하중을 제거하면 즉시 회복된다. 나머지 크리프 변형은 일부만 시간이 지나며 천천히 회복된다. 그러나 회복되지 않고 남는 부분이 비가역적 잔류 크리프 변형이다.

회복을 묻는 물음은 즉시 회복, 일부 시간 회복, 잔류의 세 부분 중 어느 것을 가리키는지 구분하는 것이 핵심이다. 세 부분을 합쳐 모두 원래대로 돌아간다고 보면 틀린 판단이 된다.