자기수축은 수화수축의 한 부분으로서 거시적인 견지에서 체적이 수화수축에 의해 감소해가는 현상을 말합니다. 이러한 자기수축 메커니즘, 영향 요인 그리고 저감대책에 대해 알아보겠습니다.
자기수축 메커니즘
자기수축은 시멘트의 수화반응에 의해 내부에 새롭게 생성되는 공극에 외부 및 주변부에서 물의 보급이 없는 경우에 발생하는데 물의 보급이 있는 경우라도 물의 침투속도가 공극 형성을 따라가지 못하는 경우에 물이 부족하고 공극 내를 물로 충전할 수 없게 되어 공극 내에 습도저하가 발생합니다. 이렇게 자기 건조의 발생에 따라 자기 수축이 일어나게 되는데 수중양생으로 질량이 증가하더라도 자기 수축은 발생합니다. 이와 같이 시멘트 경화체 중에 새롭게 생성된 공극 내 상대습도의 저하에 의해 부압이 발생하고 수축이 일어나게 되는 것을 자기 수축이라 합니다. 모세관 장력설에 의해 자기 수축 메커니즘을 설명하겠습니다. 즉, 혼합한 후이 시멘트 페이스트는 공극이 없는 밀실 한 것으로 존재하지만 시멘트의 수화반응을 동반하여 수화생성물의 체적이 물과 미수화 시멘트의 체적보다 감소하는 것으로서 경화체 내에 새롭게 공극이 형성됩니다. 수화 초기, 경화 시멘트 페이스트의 조직은 아직 공극이 많은 상태로 있기 때문입니다. 외부 및 주변부에서 물의 이동이 용이하여 수화에 의해 생성된 공극은 물에 의해 충전됩니다.
자기수축에 미치는 영향 요인
사용재료의 영향으로는 시멘트의 종류 및 분말도에 따라 자기수축에 미치는 영향은 상이합니다. 즉, 알루미나 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트는 조기에 큰 자기수축이 발생하며 장시간에 걸쳐 수축량도 증가합니다. 반대로, 중용열 포틀랜드 시멘트, 벨라이트계 시멘트는 자기수축이 적습니다. 또한 고로시멘트 B종은 초기에는 자기수축 저감량이 적지만 재령에 따라 증가합니다. 시멘트 분말도도 자기수축에 영향을 미치는데 시멘트가 미분인 것일수록 응결 후의 수축량이 큽니다. 그러나 재령 1일 이후의 변형 증가율은 거의 일정합니다. 고성능 콘크리트에서 사용되는 혼화재료는 고로슬래그 미분말, 실리카 퓸, 플라이애쉬, 석회석 미분말 및 팽창재 등이 있습니다. 혼화제의 영향으로 인해 고성능 감수제 및 건조수축 저감재의 첨가에 따라 자기수축은 저감되는 경향이 있으나 그 정도는 미미하며 종류에 따른 차이도 미세합니다. 자기수축에 미치는 배합 요인의 영향으로는 물-결합재비, 단위수량, 골재 체적 등을 들 수 있습니다. 자기수축변형은 물-결합재비가 작을수록, 단위수량이 많을수록 커지며, 단위수량이 일정한 경우에는 단위분체량이 많을수록 자기수축이 커집니다. 즉, 단위페이스트양이 많을수록 자기수축은 증가합니다. 단, 단위분체량과 자기수축의 관계는 분체의 종류 및 조성의 영향을 크게 받습니다.
콘크리트의 자기수축은 양생온도가 높을수록 초기에 발생하는 경향이 있습니다. 수화반응의 지표인 적산온도로 정리한 각 양생온도에 있어 자기수축이 일치합니다. 그러나 적산온도에 의해 자기수축변형을 추정한 방법을 매스 콘크리트의 균열해석에 도입한 경우에는 수축변형의 추정치 변동계수가 균열 발생 확률에 영향을 미칠 가능성이 있습니다.
자기수축 저감대책
자기수축 저감대책인 팽창재는 콘크리트 경화 과정에서 팽창성의 수화물을 형성하는 것으로 에트린자이트와 수산화칼슘의 생성에 의한 팽창력을 이용합니다. 팽창재는 현재 KS 및 ASTM에서 K, S, M형의 3가지로 분류합니다. 이 중에서 가장 많이 사용되고 있는 K형 팽창재는 칼슘 설포 알루미네이트와 무수석고 및 석회로 구성되어 있으며, S형 시멘트의 구성비를 높이고 석고를 첨가한 형태, 그리고 M형은 알루미네이트 시멘트와 석고가 주요 팽창성분으로 구성되어 있습니다. 콘크리트의 경화 과정에서 팽창성의 수화물을 형성하여 수축을 보상하는 팽창재와 달리 수축저감제는 콘크리트가 경화된 후에 경화체로부터 수분이 증발할 경우 표면 장력을 저하시키는 물리 작용으로 콘크리트의 수툭을 저감시킵니다.
