콘크리트의 수분 증발률 영향요소 및 저감대책 (계산 및 측정방법)

 

1. 정의

콘크리트 수분 증발률은 단위 시간 동안 콘크리트 표면에서 증발되는 물의 양을 의미합니다. 일반적으로 단위는 kg/m²/hr 또는 g/m²/hr이며, 표면 1제곱미터당 1시간 동안 증발한 수분의 양을 나타냅니다. 콘크리트가 타설되고 경화되기 전까지의 초기 양생 단계에서 표면 수분이 빠르게 증발하게 되면 내부 수분 이동이 활발해지고 이는 곧 플라스틱 수축균열의 주요 원인이 됩니다. 특히 고온, 저습, 강풍 등의 조건에서는 수분 증발률이 급격히 증가하게 되며, 이는 콘크리트 표면 균열 및 강도 저하로 이어질 수 있습니다. 콘크리트는 수화반응을 통해 강도를 발현하게 되는데, 이 수화반응에 필요한 수분이 부족하면 구조적 결함과 내구성 저하가 발생할 수 있습니다. 따라서 콘크리트 수분 증발률은 시공 및 품질 관리에 있어 매우 중요한 관리 지표로 간주되며, 특히 여름철, 고층 건축물 시공 시 주의 깊은 검토와 관리가 필요합니다.

2. 영향 요소

콘크리트 수분 증발률은 주로 외기 조건과 콘크리트 표면 온도에 의해 결정됩니다. 영향을 미치는 주요 요소는 기온, 상대습도, 풍속, 콘크리트 온도 등입니다. 첫째, 기온이 높을수록 공기는 더 많은 수분을 흡수할 수 있어 증발 속도가 빨라집니다. 둘째, 상대습도가 낮을수록 대기는 더욱 건조하며 수분 흡수 능력이 크기 때문에 콘크리트 표면 수분이 쉽게 증발합니다. 셋째, 풍속이 강하면 콘크리트 표면의 수증기를 제거하는 속도가 증가하며 그로 인해 수분 증발이 촉진됩니다. 마지막으로 콘크리트 표면의 온도가 높을 경우, 수분의 표면 이동 및 증발이 더욱 활발해집니다. 이러한 요소들이 복합적으로 작용할 경우 수분 증발률이 급증하게 되며, 특히 여름철 강한 일사와 저습, 강풍 조건에서는 플라스틱 균열이 발생할 위험이 매우 커집니다. 따라서 타설 전 현장 기상 조건을 분석하고 필요한 조치를 미리 계획하는 것이 필수적입니다.

3. 계산 방법

수분 증발률은 현장 조건에 따라 계산되는 값으로, 가장 일반적으로 사용되는 공식은 다음과 같습니다.

E = ((Tₛ + 18)² × (V + 4)) / 1000 × (Pₛ - Pₐ)

여기서 E는 수분 증발률(kg/m²/hr), Tₛ는 콘크리트 표면 온도(℃), V는 풍속(km/h), Pₛ는 포화 수증기압, Pₐ는 대기 수증기압입니다. 이 수식은 콘크리트 표면과 외기 간의 수증기압 차와 풍속, 온도의 영향을 고려해 증발률을 예측합니다. 포화 수증기압은 표나 계산식을 통해 산출할 수 있으며, 실제 현장에서는 Nomograph, 모바일 앱, 엑셀 시트 등을 사용하여 수치 계산의 실용성을 확보하고 있습니다. ACI 기준에 따르면 수분 증발률이 0.5 kg/m²/hr 이상일 경우 플라스틱 수축균열 발생 가능성이 크기 때문에, 그 이상이 예상될 경우 추가적인 양생 대책을 수립해야 합니다.

4. 측정 방법

수분 증발률은 일반적으로 직접 측정이 어려우며, 현장 기상 데이터를 기반으로 간접적으로 산출됩니다. 측정을 위해 필요한 주요 요소는 외기 온도, 상대습도, 풍속, 콘크리트 표면 온도이며, 이는 휴대용 기상측정 장비나 설치된 환경센서, 또는 기상청 예보 정보를 통해 확보할 수 있습니다. 확보된 데이터는 ACI 305R의 nomograph나 간편 계산 프로그램, 엑셀 시트를 통해 수분 증발률로 변환할 수 있습니다. 일부 연구 목적이나 실험실 환경에서는 콘크리트 표면에 수분을 일정량 도포한 후 증발된 양을 무게 변화로 측정하여 직접 수분 손실량을 계량화하기도 하나, 실무 현장에서는 비효율적이기 때문에 대부분 간접 계산 방식으로 측정합니다. 최근에는 스마트 센서 및 IoT 기기를 활용한 실시간 데이터 수집 및 계산 시스템도 활용되고 있으며, 이를 통해 보다 정밀한 품질 관리와 예측이 가능해지고 있습니다. 수분 증발률 측정은 양생 계획 수립 및 품질 확보를 위한 핵심 자료로 활용됩니다.

5. 콘크리트 수분 증발률 저감 대책

수분 증발률을 줄이기 위한 대책은 크게 시공환경 제어, 양생 방법 개선, 화학적 조치, 시공계획 조정 등으로 구분할 수 있습니다.

 

첫째, 콘크리트를 타설하는 시간을 기온이 낮고 습도가 높은 이른 아침이나 저녁으로 조정하는 것이 가장 효과적입니다.

둘째, 타설 직후 콘크리트 표면에 증발 억제제를 분사하거나 젖은 양생포, PE시트 등으로 덮어주는 물리적 보호 조치가 필요합니다.

셋째, 바람이 강한 지역이나 고층부 작업의 경우 가림막이나 바람막이 등을 설치하여 풍속을 차단해야 합니다.

넷째, 현장에 안개 분사장치를 설치해 주위 습도를 인위적으로 상승시키는 것도 효과적인 방법입니다.

 

이 외에도 증발률이 높게 예측되는 시기에는 콘크리트 배합 시 단위수량을 조절하거나 조기 강도 발현이 가능한 혼화제를 활용하는 방안도 있습니다. 특히 여름철에는 시공계획서에 별도로 "수분 증발률 예측 및 양생 강화 항목"을 포함시켜 품질관리 및 현장 안전을 확보하는 것이 권장됩니다.