콘크리트의 균열에 대해

건설 기술자 관련 교육에서 받았던 내용입니다

특히나 기억에 남는 내용들 위주로 기록하려 합니다

 

건물에 보면 오래된 콘크리트 건물부터 최근 신축한 콘크리트 건물까지

생각지 못한 많은 균열 발생 현장을 볼 수 있습니다

 

그럼 균열 발생 원인을 살펴볼까요?

 

1. 콘크리트에 작용하는 인장력의 증가로 인해

2. 콘크리트의 인장강도의 저하로 인해

 

그리고 균열 발생의 원인을 추정해 볼 수 있습니다

반드시 한 가지의 원인이 있는 경우는 드물고

2가지 이상의 요인이 중첩된 경우가 대부분입니다

그래서 꼭 전문가의 원인가 평가 등의 분석이 필요합니다

 

 

그렇다면 인장 응대력 증대의 요인에 대해 알아보겠습니다

 

내부적 요인과 외부적 요인으로 나눌 수 있습니다

 

내부적 요인

1. 콘크리트의 건조로 인한 수축

2. 수화열응력

3. 알칼리 골재의 반응

4. 철근에 생긴 녹의 염해 또는 중서화

5. 굳지 않는 콘크리트의 균열 중 소성 수축 균열과 침하 균열

6. 기타 이상 응결이나 팽창 

등이 요인이 될 수 있습니다

 

외부적 요인

1. 동해

2. 시공 시 하중 (over load 등)

3. 외부 작용 하중

4. 잘못된 설계 (부동 침하 등)

5. 기타 이상 응결이나 팽창

등의 요인이 있습니다

 

그럼 인장 강도를 저하시키는 재료와 시공에 대해 알아보겠습니다

 

인장강도를 저하시키는 재료는

1. 풍화된 시멘트

2. 진흙이 많은 골재

3. 오염된 물

 

인장강도 저하 시키는 시공은

1. 타설 방법이 부적절

2. 피복 두께의 부족

3. 불충분한 다짐 (콜드 조인트)

4. 습윤 양생 부족

5. 필요 강도 이하에서의 형틀 해체

 

콘크리트의 균열을 발생시키는 주요 원인을 알아보겠습니다

 

1. 건조 수축 균열

 경화된 시멘트 페이스트는 도벨모라이트라고 불리는 관형 또는 층형의 결정으로 구성되어 있습니다

도벨모라이트 층간에는 잉여수 때문에 가는 구멍들이 존재하는데, 단위 수량이 많을수록 잉여수가 증가하므로

가는 구멍은 크고 많이 존재하게 됩니다

 

가는 구멍이 크면 층간의 가는 구멍을 채운 잉여수는 증발해서 서서히 공기와 교체됩니다

잉여수가 가는 부분은 후퇴함에 따라 표면 장력이 크게 되어 이 힘이 도벨모라이트를 끌어들이려 하면

수축이 발생하게 됩니다

 

또 건조 수축 균열은 

두꺼운 부재와 얇은 부재의 건조 속도 차이를 생기는 인장력과

구조물 전체의 수축으로 생기는 인장력의 작용도 영향을 줍니다

 

 

2. 수화열 균열

콘크리트는 열 팽창성 재료입니다

고온이 되면 콘크리트 내부의 팽창으로 저온의 표면부가 인장 되고 균열이 발생할 수 있습니다

팽창되어 응고된 콘크리트가 냉각될 때, 외부부터 수축이 구속되면 역시 균열이 발생합니다

 

부재단면의 최소 수치가 80cm 이상 이거나 수화 열에 의한 콘크리트 내부의 최고 온도와 외부 기온의 차이가 

25도 이상이 예상되는 콘크리트인 매스 콘크리트는 수화열 균열이 일어날 가능성이 높습니다

 

 

3. 중성화 균열

중성화란 공기 중의 약 0.035%인 탄산가스의 작용을 받아 콘크리트 중 약 25%를 차지하는 

수산화칼륨이 서서히 탄산칼슘으로 디어 콘크리트가 알칼리성을 상실하는 것을 말합니다

중서화 균열이나 콘크리트의 중성화로 물과 공기가 침투하면서 철근이 녹슬어 구조물에 생기는 균열을 말합니다

 

4. 소성 수축 균열

굳지 않는 콘크리트의 건조 수축이 대표적이며, 노출 면적이 넓은 슬라브와 같은 구조부재에서 타설 직후에 발생합니다

건조한 바람이나 고온 저습 한 외기에 노출될 경우 일어나는 급격한 수분의 손실에 기인하며

양생 초기나 마감 직전에 주로 발생합니다

 

 

5. 침하 균열

타설 및 다짐하여 마감 작업 후에도  압밀이 지속되어 발생하는 침하로 인한 균열을 말합니다

거푸집이나 철근 배치 등에 영향을 받습니다

철근의 직경이 클수록, 슬럼프가 클수록, 콘크리트 피복 두께가 작을수록 증가합니다

 

 

그렇다면 이러한 균열의 허용폭은 얼마나 될까요?

내구 성상 허용균열 폭은

건조 공기 중 혹은 보호층이 있는 경우 허용 최대 균열 폭은 0.4mm

습한 공기 중 또는 흙 허용최대 균열폭은 0.3mm

동결 방지제에 접하는 경우 허용 최대 균열폭은 0.175mm

해수 조풍에 의해 건습이 반복될 경우 0.15mm

수밀 구조부재로 인한 경우 허용 최대 균열폭은 0.1mm이다

 

이러한 균열 검사는 

비파괴 검사인 초음파 건사와 X선 Y선 투과 법이 있습니다

또한 core 검사가 있는데 균열의 크기와 깊이 등을 정확히 환인 할 수 있습니다

 

그럼 균열 방지 대책에 대해 알아보겠습니다

설계단계의 문제인 온도 균열, 수축 균열일 경우가 원인일 경우는

span 부재 단면 축소, 신축이음, 수축 이음 그리고 최소 철근량의 배치와 철근 응력도를 감소시키는 방법이 있습니다

철근 부식에 의한 균열은 피복을 증가시키는 방법을 이용합니다

횡균열은 배근을 밀집시키거나 연속 철근을 이용합니다

재료의 문제인 cement 강도 변형이나 골재 강도 및 점도 함유량 그리고 수화열이 원인일 때는

3개월 이상 경과된 것, 시험 후 사용하며

물, 골재의 청결, 적합한 강도, 적정한 입도, 불순물 제거를 우선적으로 합니다

중용 열 시멘트, fli ash 및 혼화제를 사용하기도 하며

배합설계,  시공계획을 검토하여 단위 시멘트량, 단위 수량을 적게 하기도 합니다

 

콘크리트 균열에 보수와 보강이 필요한 경우 

여러 보수, 보강 법이 쓰입니다

그중에서도 탄소섬유 시트 보강 법에 대해 알아보겠습니다

 

탄소섬유 시트 보강법

-강화섬유 신트를 상온 경화수지로 콘크리트 표면에 접착시키는 공법입니다

공법의 특징은

재료의 비중이 강재의 4분의 1에서 5분의 1 정도로 경량이며

인장강도는 강재의 10배 정도

인장 탄성계수는 강재와 같거나 그 이상이며

내구성이 우수하고

시공성도 우수하여 복잡한 형체의 구조물에 적용이 가능하며 수작업으로 시공합니다

엄격한 시공 관리는 당연히 필수겠죠~

 

탄소섬유 시트 보강 법을 적용할 수 있는 분야는 

시공 중에 구조물의 일시적인 과하중으로 인한 하자가 발생하거나

설계 변경 등으로 인하 구조물의 내력 증대 요구 시

또는 구조물의 노후화로 인한 보강시공이 필요할 때 등입니다

 

시공 순서는 

바탕처리-단면복구-바탕 청소-프라이머 도포- 초벌 함침재 도포 - 시트 부착 -정벌 함침재 도포 -후처리 및 마감

입니다

 

콘크리트 구조물의 균열의 종류와 발생 원인 그리고 보강 법까지 알아보았습니다