Cracks due to differential drying shrinkage occur mainly on exposed surfaces of concrete structures, and appear to be very complicated with time. Thus it is impossible to control the cracks due to differential drying shrinkage by previous researches on average drying shrinkage of concrete which does not consider the non-uniform moisture distribution in concrete. Therefore, based on moisture diffusion of concrete, the differential drying shrinkage of concrete was investigated in this dissertation.
The analytical method of moisture diffusion of concrete was firstly developed to estimate the differential drying shrinkage. From the moisture distribution in concrete obtained by analysis of moisture diffusion, the analytical method of differential drying shrinkage was suggested, in which the creep of concrete was also considered.
The internal relative humidity in concrete was measured for drying specimen at early ages, and the change of relative humidity due to self-desiccation was also measured for sealed specimen. The effect of concrete strength and initial moist-curing time on relative humidity distribution in concrete was investigated. And the validation of moisture diffusion theory was verified by comparing experimental results with analytical results. In addition, the experiments for differential drying shrinkage were carried out at early ages, in which the autogenous shrinkage due to self-desiccation was also considered. The effect of concrete strength and initial moist-curing time on shrinkage strain distribution in concrete was investigated. And the validation of suggested analytical method was also verified by comparing experimental results with analytical results.
The moisture distribution in low-strength concrete is mostly influenced by moisture diffusion of concrete, but the effect of self-desiccation is negligible. The rate of moisture diffusion in low-strength concrete is much higher than that of high-strength concrete, and the relative humidity near the exposed surface decreases rapidly at the early stage of drying. In high-strength concrete, self-desiccation has a considerable influence on moisture distribution in a cross-section of concrete. And the moisture diffusion of concrete is also influenced by concrete strength and initial moist-curing time. The analytical results obtained by moisture diffusion theory are in good agreements with experimental results. It seems that the moisture distribution in concrete is also well predicted by moisture diffusion theory in concrete exposed to the ambient air at early ages.
The change of shrinkage strain due to self-desiccation is very small in low-strength concrete, however, the change of shrinkage strain due to moisture diffusion of concrete is very large as compared with high-strength concrete. The shrinkage strain due to self-desiccation of high-strength concrete is much larger than that of low-strength concrete, and shrinkage strain distribution at early ages is greatly influenced by self-desiccation. In addition, the shrinkage strain near the exposed surface increases rapidly at the early stage of drying, but inside the concrete, shrinkage strain changes very slowly. The concrete strength and initial moist-curing time have an influence on internal shrinkage strain in concrete. The analytical results of differential drying shrinkage strain are in good agreements with experimental results. As the differential drying shrinkage is closely related to moisture diffusion of concrete, the accurate prediction of moisture distribution in concrete is very important to estimate the differential drying shrinkage of concrete. Thus the differential drying shrinkage of concrete must be considered in the analysis of concrete structures in which a highly non-uniform moisture distribution is occurred due to moisture diffusion.
부등건조수축으로 인하여 발생한 균열은 콘크리트 구조물의 표면에 주로 발생하며, 시간의 변화에 따라 균열의 예측이 매우 복잡하다. 그러므로 기존의 부등수분분포의 영향을 고려하지 못하는 평균적인 개념의 건조수축에 대한 연구에 의하여 이러한 부등건조수축에 의한 균열을 제어할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트의 수분확산에 근거하여 부등건조수축에 대한 연구를 수행하였다.
먼저 콘크리트의 부등건조수축을 예측하기 위하여 수분확산에 대한 해석방법을 개발하였다. 그리고 수분확산으로 얻훈 수분분포를 이용하여 부등건조수축 해석방법을 제안하였고, 크리프의 영향을 고려하였다. 또한 초기재령에서 외기에 노출된 콘크리트 내부의 여러 위치에서 상대습도를 측정하였다. 또한 자체건조로 인한 콘크리트의 상대습도 변화를 측정하여 초기재령에서 수분확산과 자체건조가 콘크리트 내부의 각 위치에서 상대습도에 미치는 영향을 검토하였다. 그리고 수분확산 이론에 의하여 해석결과와 실험결과를 비교하여 초기재령에서 수분확산 이론의 타당성을 검증하였다. 또한 초기재령에서 콘크리트 강도에 따라 자기수축의 영향을 고려하여 부등건조수축에 대한 실험을 수행하였다. 이러한 실험으로부터 콘크리트 내부의 부등수분분포로 인한 수축변형도에 대한 실험결과와 해석결과를 비교하여, 해석방법의 타당성을 검증하였다.
저강도 콘크리트 단면의 수분분포는 주로 수분확산에 의하여 영향을 받았으며, 자체건조의 영향은 매우 작게 나타났다. 그렇지만 고강도 콘크리트는 수분확산뿐만 아니라 자체건조에 의하여도 영향을 받았다. 노출표면 근처에서 상대습도의 변화는 매우 빠르게 일어났지만, 내부의 위치에서 상대습도의 변화는 매우 작았다. 또한 콘크리트의 수분확산은 강도에 따라 현저하게 영향을 받았으며, 초기 양생기간도 수분확산에 영을 주는 것으로 나타났다. 그리고 수분확산 이론에 의한 해석결과는 실험결과를 잘 예측하였다. 따라서 수분확산 이론에 의하여 콘크리트의 수분분포를 정확하게 예측할 수 있을것으로 판단된다.
한편 부등건조수축 실험에 의하면 저강도 콘크리트는 수분확산으로 인하여 주로 수축현상이 일어나고, 자기수축의 영향은 거의 없었다. 그렇지만 고강도 콘크리트는 자기수축에 의해서도 영향을 받았다. 그리고 콘크리트의 부등건조수축은 강동에 따라 큰 차이를 나타냈다. 또한 제시한 해석방법에 의한 해석결과는 실험결과를 잘 예측하였다.
이와 같이 콘크리트의 부등건조수축은 수분확산과 밀접한 관계가 있기 때문에 부등수분분포에 의하여 발생하는 콘크리트의 부등건조수축을 정확하게 예측하기 위해서는 수분분포를 정확하게 예측해야 한다. 그리고 수분확산으로 인하여 부등수분분포가 발행하는 콘크리트 구조물의 경우에 부등건조수축의 영향을 고려해야 할 것으로 판단된다.
