건조수축과 자기수축 차이 3가지로 구분하기

콘크리트는 왜 수축하는가

콘크리트는 굳으면서 부피가 조금씩 줄어듭니다. 이 수축이 자유롭게 일어나면 문제가 없지만, 실제 구조물에서는 철근이나 이웃한 부재가 수축을 붙잡기 때문에 콘크리트 내부에 인장력이 걸리고, 이 힘이 인장 강도를 넘어서면 균열이 생깁니다. 수축은 하나가 아니라 여러 종류가 겹쳐 나타나는데, 그중 실무에서 가장 많이 마주치는 두 가지가 건조수축과 자기수축입니다. 둘은 겉으로 드러나는 균열이 비슷해 보여도 원인과 발생 시기, 대책이 서로 달라서, 제대로 구분해야 헛다리를 짚지 않습니다.

실제 균열은 수축 하나만으로 설명되지 않는 경우가 많습니다. 굳는 동안 시멘트가 내는 수화열로 부재가 데워졌다가 식으면서 줄어드는 온도수축이 더해지고, 여기에 건조수축과 자기수축이 겹칩니다. 이 셋을 합친 총수축이 구속을 만나 균열로 나타나는 것이라, 두꺼운 부재나 매스콘크리트에서는 온도수축까지 함께 검토해야 원인을 제대로 짚을 수 있습니다.

3가지 기준으로 구분하기

건조수축과 자기수축은 세 가지 기준으로 나눠 보면 명확하게 갈립니다.

▪ 기준 1 원인 수분 증발과 자기건조

건조수축은 굳은 콘크리트 안에 있던 수분이 외부로 증발하면서 부피가 줄어드는 현상입니다. 표면부터 마르기 때문에 표면에 먼저 인장이 걸리고 그물처럼 균열이 번집니다. 반면 자기수축은 외부로 물이 빠져나가지 않아도 일어납니다. 시멘트가 수화 반응을 진행하며 배합수를 소비하면 콘크리트 내부의 상대습도가 스스로 낮아지는데, 이 자기건조 현상 때문에 부피가 줄어듭니다. 한쪽은 물이 밖으로 나가서, 다른 한쪽은 물이 안에서 소모돼서 생긴다는 점이 가장 큰 차이입니다.

▪ 기준 2 발생 시기 장기와 초기

건조수축은 콘크리트가 마르는 데 시간이 걸리는 만큼 수개월에서 수년에 걸쳐 천천히 진행됩니다. 오래된 구조물의 표면 균열 상당수가 여기에 해당합니다. 자기수축은 성격이 다릅니다. 수화 반응이 활발한 타설 직후 초기 재령에 급격히 발생해, 며칠 안에 상당 부분이 진행됩니다. 그래서 자기수축은 콘크리트가 아직 충분한 강도를 갖추기 전에 균열을 일으킬 수 있어 더 까다롭습니다.

▪ 기준 3 취약한 콘크리트 일반과 고강도

건조수축은 단위수량이 많고 물-시멘트비가 높은 일반 콘크리트에서 크게 나타납니다. 물이 많으니 증발할 물도 많은 셈입니다. 자기수축은 반대입니다. 물-결합재비가 40퍼센트 이하로 낮은 고강도 콘크리트나 실리카퓸을 쓴 배합에서 두드러집니다. 물이 적어 수화가 진행되면 내부가 금세 건조해지기 때문입니다. 흥미롭게도 고강도 콘크리트는 조직이 치밀해 표면 건조가 느려서 건조수축 자체는 오히려 작을 수 있지만, 대신 자기수축이 그 자리를 채웁니다.

측정과 진단

수축량은 길이 변화를 재서 확인합니다. 표준 시험 방법인 KS F 2424는 모르타르와 콘크리트 시험체의 길이가 시간에 따라 얼마나 변하는지 측정하는 방법이며, 건조수축 균열을 따로 평가하는 KS F 2595 같은 시험도 있습니다. 다만 현장 균열은 건조수축과 자기수축, 여기에 온도수축까지 겹쳐 나타나는 경우가 많아, 하나만 따로 떼어 내기가 쉽지 않습니다. 그래서 실무에서는 균열이 생긴 시기와 부재 종류, 배합을 함께 살펴 어떤 수축이 주된 원인인지 추정합니다. 타설 며칠 안에 고강도 부재에서 생긴 균열이라면 자기수축을, 오래된 부재의 표면에 서서히 번진 균열이라면 건조수축을 먼저 의심하는 식입니다.

한 가지 더 구분해 둘 것이 있습니다. 타설 직후 콘크리트가 아직 굳지 않았을 때, 표면의 물이 블리딩으로 올라오는 속도보다 빠르게 증발하면 표면이 당겨져 갈라지는 소성수축 균열이 생깁니다. 이것은 굳은 뒤에 생기는 건조수축이나 자기수축과는 발생 시점도 원인도 달라, 바람이 강하거나 건조하고 더운 날 타설할 때 표면 보양으로 막아야 합니다. 초기에 생긴 균열이라고 무조건 자기수축으로 넘겨짚지 않으려면 이 소성수축도 후보에 두는 것이 좋습니다.

수축 균열을 줄이는 대책

원인이 다른 만큼 대책도 갈래가 다릅니다. 다만 이미 생긴 균열이라면 먼저 폭과 진행 여부를 확인해야 합니다. 폭이 좁고 더는 벌어지지 않는 균열은 표면 처리로 마감해도 되지만, 폭이 크거나 물이 새는 균열은 주입 보수로 메워 철근을 보호해야 합니다. 외부에 노출되거나 방수가 필요한 부위라면 균열을 방치했을 때 수분과 이산화탄소, 염화물이 파고드는 통로가 되므로 조기에 처리하는 편이 안전합니다.

▪ 건조수축 대책

건조수축은 증발할 물을 줄이고 마르는 속도를 늦추는 것이 핵심입니다. 단위수량을 낮추고 물-시멘트비를 관리하며, 골재를 충분히 확보해 수축을 억제합니다. 타설 후 습윤 양생을 충분히 해서 표면이 급하게 마르지 않도록 하고, 수축저감제를 쓰거나 일정 간격으로 수축 이음을 두어 균열이 생길 자리를 미리 유도하기도 합니다.

▪ 자기수축 대책

자기수축은 내부가 마르지 않게 물을 대주는 것이 핵심입니다. 미리 물을 머금은 경량골재나 흡수성 재료를 섞어 수화가 진행되는 동안 내부에 물을 공급하는 내부 양생이 대표적입니다. 팽창재를 써서 수축을 상쇄하거나 수축저감제를 병용하는 방법도 효과가 있습니다. 물론 습윤 양생을 초기부터 철저히 하는 것도 기본입니다. 습윤 양생은 두 수축 모두에 통하는 공통된 방어선이라, 어느 쪽이 주된 원인인지 애매할 때 가장 먼저 챙겨야 할 대책입니다.

건조수축과 자기수축은 이름이 비슷하고 결과도 균열로 같지만, 뿌리가 다른 별개의 현상입니다. 균열을 만났을 때 언제 어떤 콘크리트에서 생겼는지부터 따져 보면 원인을 좁힐 수 있고, 원인을 알아야 맞는 대책을 고를 수 있습니다. 설계와 배합 단계에서 두 수축을 미리 염두에 두는 것이 사후에 균열을 쫓아다니는 것보다 언제나 낫습니다. 일반 구조물이라면 단위수량 관리와 습윤 양생으로 건조수축을 잡는 데 무게를 두고, 고강도나 매스 부재라면 내부 양생과 온도 관리로 자기수축과 온도수축까지 함께 다스리는 식으로 접근하면 됩니다. 결국 어떤 콘크리트를 어디에 쓰느냐가 대책의 우선순위를 정해 줍니다.