콘크리트는 어떻게 파괴될까(콘크리트의 균열)?

콘크리트는 구조재료로 주로 압축응력을 압축응력을 부담합니다. 콘크리트에 압축력이 작용하면 내부에서는 어떤 변화가 일어날까요? 여기서는 콘크리트에 압축력이 작용할 때 콘크리트가 파괴될 때까지 내부에 어떤 변화가 일어나는지 살펴보도록 하겠습니다.

 

콘크리트의 파괴 형상

아래 사진은 콘크리트 압축강도 시험을 보여주고 있습니다.

 

콘크리트 압축력이 가해재는 방향으로 균열이 발생한다.

 

콘크리트가 파괴된 후의 사진을 보면 균열이 수직방향으로 크게 발생한 것을 볼 수 있습니다. 즉 콘크리트에 압축력이 가해지는 방향으로 균열이 발생됩니다. 공시체가 수직방향으로 눌리게 되면 양 옆으로는 늘어나게 되는데, 콘크리트가 인장력에 약하기 때문에 옆으로 당기는 힘에 저항하지 못하고 균열이 발생한다고 볼 수도 있습니다. 그럼 힘을 처음 받을 때부터 파괴될 때까지 콘크리트 내부에는 어떤 변화가 일어날까요?

 

콘크리트 내부의 균열은 어떻게 커질까?

콘크리트가 부담할 수 있는 최대의 압축응력을 100%라고 봤을 때, 대략 3단계로 나누어 응력-변형도 곡선과 함께 살펴보겠습니다. 

 

■ 응력-변형도 곡선이란?

■ 응력-변형도 곡선으로 파악할 수 있는 것들?

 

콘크리트의 응력-변형도 곡선과 내부 균열의 진행

 

위 그래프는 콘크리트의 응력-변형도 곡선과 균열의 진행의 정도를 그림으로 나타낸 것입니다. 콘크리트의 응력-변형도 곡선을 보면 대략 30% 내외까지는 직선에 가까운 모양을 보입니다. 거의 탄성적으로 거동할 수 있는 구간이라고 할 수 있겠는데요. 콘크리트에 압축력이 가해지기 시작하면 콘크리트 내부에서는 가장 취약한 부분에서부터 균열이 발생하기 시작합니다.

 

가장 취약한 부분은 굵은 골재와 시멘트 풀이 접촉되어 있는 부분입니다. 콘크리트는 잔골재와 굵은 골재를 접착제에 해당하는 시멘트 페이스트가 붙잡고 있는 형상입니다. 따라서 가장 취약한 부분은 골재와 접착제가 맞닿아 있는 부분이라고 할 수 있습니다. 특히 콘크리트를 타설하고 나면 블리딩 현상이 발생하는데, 블리딩때문에 생기는 공극이 굵은 골재 하부면에 많이 발생하게 됩니다. 그래서 굵은 골재 하부면에 있는 공극에서부터 균열이 서서히 증가해간다고 볼 수 있습니다. 

 

■ 콘크리트의 재료 분리 - 블리딩(Bleeding)과 격자균열, 레이턴스(Laitance)

 

그런데 이런 초기 단계에서 가해진 하중을 제거하면 콘크리트는 거의 원래 상태로 되돌아 옵니다. 부착균열이 조금 늘어나지만 하중을 제거하면 원래 모양대로 되돌아와서 탄성적인 성질을 보인다고 할 수 있습니다.

 

점점 하중이 증가해서 30%를 넘어서게 되면 골재와 시멘트 페이스트 사이의 균열이 증가하게 됩니다(아래쪽에서 두 번째 그림). 대략 30%∼60%까지의 구간은 골재 표면으로 점점 균열이 확대해 간다고 볼 수 있습니다. 즉 부착균열이 서서히 증가해갑니다. 물론 이 단계에서는 하중을 제거하더라도 원래 상태로는 되돌아 가지 못합니다.

 

60%를 넘어서게 되면 시멘트 페이스트 쪽으로 균열이 점차 진행됩니다. 따라서 부착균열이 수직방향으로 서로 연결되면서 확장되어가고, 90%를 넘어서게 되면 이 균열이 급격하게 진행하면서 파괴에 이르게 됩니다. 결국 맨 처음에 봤던 실험 사진처럼 압축력이 작용하는 방향을 따라서 균열이 발생하고 파괴에 이르게 됩니다.

 

콘크리트와 관련된 내용들입니다.

■ 콘크리트의 구성

 

■ 내구성기준압축강도(내구성 확보를 위한 요구조건)

■ 콘크리트의 배합(설계)

■ 콘크리트 배합설계 연습

 

■ 콘크리트의 시공 성능 - 워커빌리티(Workability)

■ 콘크리트의 시공 성능 - 반죽질기(Consistency)

■ 콘크리트의 재료 분리 - 블리딩(Bleeding)과 격자균열, 레이턴스(Laitance)

 

■ 레미콘의 규격

■ 습윤양생기간의 표준

 

■ 레미콘 품질 시험(받아들이기 검사)

■ 콘크리트의 공기량 측정

■ 슬럼프 시험

 

■ 콘크리트의 고강도화와 탄성계수

■ 콘크리트의 내구성 - 탄산화

■ 슈미트 해머 비파괴 시험(콘크리트 반발경도 시험)

 

■ 노출콘크리트의 시공

■ 노출콘크리트의 종류

 

■ [분류 전체보기] - 건축재료 목차

■ [분류 전체보기] - 건축시공 목차