콘크리트가 온도에 따라 늘어나고 줄어든다?

콘크리트의 온도에 따른 팽창과 수축

콘크리트의 열팽창계수는 일반적으로 1.0 x 10^-5 / ℃로 알려져 있습니다. 즉, 1℃ 상승할 때 약 0.00001의 팽창을 합니다. 즉, 100m의 콘크리트 구조물이 1℃ 상승하면 약 1mm 정도 늘어나는 것입니다. 콘크리트의 팽창은 주로 시멘트의 수화열에 의해 발생합니다. 시멘트는 수분과 만나면 화학 반응을 일으켜 수화열을 발생하는데, 이 열로 인해 콘크리트가 팽창합니다.
콘크리트의 수축은 주로 건조에 의해 발생합니다. 콘크리트는 경화 과정에서 수분을 잃게 되는데, 이때 수축이 일어납니다. 콘크리트의 건조수축률은 일반적으로 0.03%입니다. 즉, 100m의 콘크리트 구조물이 건조되면 약 30mm 정도 줄어드는 것입니다.
콘크리트의 건조수축은 구조물의 변형과 균열을 유발할 수 있습니다. 만일 이 균열을 잘게 분산시킬 수만 있다면 거의 문제가 되지 않을 것입니다. 예를 들어, 균열을 300개 정도로 분산시킨다면 균열의 크기는 3㎜/300 = 0.01㎜로 거의 눈에 띄지 않을 뿐만 아니라 구조물에 해를 미치지도 않을 것입니다.

건조수축에 따른 대책

이처럼 균열을 잘게 분산시켜서 눈에 보이지 않게 하기 위해서는 철근을 충분히 배근해야 합니다. 철근은 콘크리트의 수축을 억제하고, 균열이 발생하더라도 균열이 크게 진행되지 않도록 하기 때문입니다. 따라서 구조설계기준에서는 최소한의 철근량을 규정하고 있습니다.
이것과는 달리 콘크리트에 줄눈을 넣어서 해결할 수도 있습니다. 줄눈은 콘크리트의 수축에 따라 균열이 발생할 수 있는 부분에 콘크리트를 절단하여 만든 틈을 말합니다. 줄눈을 만들면 콘크리트에 발생하는 균열이 줄눈에 집중되기 때문에 다른 곳에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있습니다.
줄눈은 일반적으로 탄성이 있는 실링재로 채워집니다. 실링재는 줄눈이 벌어지면서 발생하는 압력을 흡수하여 콘크리트의 손상을 방지합니다.

이곳저곳에서 한두번 봐왔던 금색줄의 정체(!)는 바로 줄눈입니다. 줄눈은 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시키기 위한 중요한 요소입니다.

열팽창계수에 따른 대책

콘크리트의 열팽창계수는 콘크리트의 종류와 온도에 따라 달라집니다. 일반적으로, 일반콘크리트의 열팽창계수는 1.0~1.3 x 10^-5 / ℃이고, 고강도콘크리트의 열팽창계수는 0.9~1.2 x 10^-5 / ℃입니다. 즉, 고강도콘크리트는 일반콘크리트보다 열팽창이 적습니다.
콘크리트의 열팽창을 고려하지 않고 구조물을 설계하면, 온도 변화에 따라 구조물에 변형과 균열이 발생할 수 있습니다. 따라서 콘크리트의 열팽창계수를 고려하여 구조물을 설계하는 것이 중요합니다.