콘크리트 구조물의 수화열(수화반응, 요인, 발생과정+대책)

□ 양날의 검

 

 ○ 양쪽으로 날이 서 있어 쓰임에 따라 득이 될 수도, 해가 될 수도 있음을 관용적으로 표현하는 말.

 

 콘크리트는 기본적으로 골재를 시멘트가 수화반응을 통해 풀 역할을 하며 일체화를 통하여 강도를 발현하는 재료이다.

 

 여기서 수화열 발생으로 강도를 발현한다는 것이 포인트다. 고강도 콘크리트나 대규모 구조물, Mass Concrete의 경우는 수화열 발생이 어마어마하기 때문에 그로 인한 물 증발이 발생하고, 그것이 건조수축으로 균열로 이어지는 원인이 되기도 한다.

 

 이를 방지하기 위해 온도를 낮추어야 하는데, 또 그렇게 되면 강도 발현이 늦어지거나 오히려 약해진다. 그야말로 '양날의 검'인 셈이다.

 

 필요한 강도 발현을 위해 '적당한' 수화열을 낼 수 있도록 '알맞은' 배합을 통해 '적절한' 다짐과 관리를 통하여 '잘' 시공하는 것이 중요하다.

□ 수화 반응에 필요한 수(水)량

 ○ 결합수: 시멘트량의 약 25%

 ○Gel 수: 시멘트량의 약 15%

*gel 수: 물과 시멘트가 정확하게 필요한 만큼 딱 반응할 수 없으므로 그 외 유동성 확보 등으로 필요한 물

 ○ 경험치: 시멘트량의 약 50% (적절한 Workability 확보)

 

□ 수화열에 영향을 주는 요인

 ○ 설계: 구조물 두께, 형상, 철근량

 ○ 배합: 부배합, S/a(조립률), Gmax(굵은 골재 최대치수)

 ○ 환경: 습도, 기온, 바람

 ○ 시공: 운반시간, 다짐, 양생

 

□ 수화열로 인한 문제

 ○ 균열 발생의 원인

 ○ 누수를 발생시켜 철근 부식의 원인 제공

 ○ 구조체 강도의 저하

 ○ 열화의 원인

 

□ 수화열로 인한 문제 발생 과정

 ○ 수화열→온도증가→온도응력 증가→온도균열→내구성 저하→열화

 

 

□ 대책

 ○ 재료:  분말도가 낮은 시멘트 사용, 저열 시멘트 사용, 양호한 골재 사용(흡수율, 반응성 낮은..)

 ○ 배합: 양입도 골재 사용, Slump 감소 방지, AE제 사용

 ○ 시공: 철저한 시공계획을 통하여 적절한 1일 타설량/작업량 실시, Pre/Post-Cooling 공법, Pre-wetting 등 적절한 공법 적용

 

□ 수화열 대책으로 섬유 보강 방안

 ○ 섬유보강: 수화열에 대한 온도균열 발생 시 대책으로 종종 활용되며 특히, 폭렬에 대해 증기 방출구 역할을 통하여 완화시킬 수 있음

 ○ 하지만 섬유보강 혼입률 기준이 아직 미비하여 적극적으로 활용되지 못함

 ○ 다양한 Hybrid 섬유재 개발과 기준 마련이 필요함

 

□ 마무리

 

 콘크리트의 수화열은 강도를 내기 위해 발생하므로 강도 발현을 위하여 당연히 따라오는 현상이며, 강도 발현과 비례하는 관계이지만 그로 인한 문제점도 글처럼 나타난다.

 

 발생하는 상황에 적당히, 적절히, 잘 대처하고 나아가 사전에 방지할 수 있도록 많은 경험을 축적하여 경제적 가치 또한 도모하는 것이 필요할 것이다.