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콘크리트 균열 발생 원인 및 대책
2009년 06월 04일 (목) 15:44:51 장영길 대리 great81_4@nate.com
 

건설 기술의 발전과 함께 오늘날 많은 건물들이 들어선 서울의 광경은 이제 어찌보면 당연한 것인지 모르겠다. 수많은 건축물들이 만들어지면서 자연스레 또 다른 문제점이 발생하고 있는데 그것은 하자이며 하자로 인한 건설관련 소송 과 분쟁은 끊이지 않고있다. 이중 건설관련 소송과 분쟁의 주를 이루는 것은 결로, 누수, 균열 이 대표적이라 하겠다.

필자는 본 글에서 하자중에 대표적인 균열의 원인과 대책에 대하여 간단히 살펴보고자 한다.


 균열은 크게 구조적인균열(structural crack)과 비구조적균열(nonstructural crack)의 두 가지로 분류할 수 있는데 콘크리트 구조물에 균열이 발생하면, 구조적 결함, 내구성 저하, 외관손상, 철근부식, 방수성능 저하 등으로 건축물의 수명단축에 치명적인 손실을 초래할 수 있기 때문에, 설계초기단계부터 콘크리트의 재료 선정, 배합설계, 시공 및 구조물 안전진단에 주의를 기울여야한다.


1.균열발생원인을 주제별로 살펴보면 아래와 같다.

 

1)재료 특성에 따른 균열발생 원인은 첫 번째, 시멘트-풍화돤 것을 사용하면 동결융해에 대한 저항값이 떨어지고 이상응결,이상팽창(건조수축)에 의해 균열이 발생한다.

 

두 번째로 골재-골재에 포함된 점토,이토,반응성 골재나 풍화암 사용할 때, 골재의 강도가 낮고, 원형이 아닌 이형 골재는 시멘트 사이에 공극이 생기면 균열의 원인이 되고 레미콘에 염분 함유량이 너무 많으면 철근을 부식 시켜 균열이 발생 된다.

세 번째, 물-해수, 유해물질 함량이 많을때, 물과 시멘트 비가 너무 크거나 굵은 골재 치수의 결정을 너무 작게 하면 Con'c 강성이 떨어져 균열이 발생 한다.


2)시공 상태에 따른 균열발생 원인은 첫 번째, 비빔시간은 4~5분이상시, 혼화재료의 불균일 분산으로 인한 재료 분리 상태에서의 타설, 두 번째, 펌프카를 이용한 운반시-기온이 높을 때 보온덮개를 덮어 슬럼프 저하 및 재료분리를 방지한다. 세 번째, 거푸집-철근배근간격,피복두께불량, 거푸집 조임불량, 거푸집 배불림(휨강성 부족), 동바리 침하, 거푸집 조기 해체 네 번째, 타설-타설순서 잘못되거나, 치기속도 너무 빠른 경우(여름1.5m/hr, 겨울 1.0m/hr),  시공이음처리 불량,cold joint발생, 다섯 번째, 다짐-하부구조물의 침하(지보공의 침하)가 발생하였을때, 여섯 번째, 양생-초기동해, 초기양생급격한 건조, 경화전 진동이나 하중등은 건조수축등 위와 같은 잘못된 시공이 이루어 지면 추후 균열이 발생할수 있는 소지가 된다.


3)다음으로 설계에 따른 균열발생 원인을 보면

첫 번째, 설계미숙으로 joint를 도면상 누락되어 이음부 시공이 제외되는 경우와 구조물의 크기가 클 경우 expansion joint를 계획하지 안아 수축팽창으로 인하여 균열 발생, 두 번째,  철근 부족, 잘못된 배근도 철근피복 두께 부족, 배력, 가외철근 부족, 줄눈설치 누락등 으로 인하여 균열이 발생한다.

 

4)마지마으로 환경에 따른 균열발생 원인으로는

 

첫 번째, Con'c의 두께가 80cm 이상이 되면 구조체 내부와 외부의 온도차로 인해 온도 구배가 생겨 균열이 발생하기도 하고 동절기에 Con'c가 타설하고 해빙기가 되면 Con'c 내부의 수분이 녹으면서 표면이 가라앉게 되는데 이것이 동결융해하는데 이것으로 인해 균열이 발생하기도 한다.

 

두 번째로, 산성비나 공기중 탄산가스로 인해 Con'c가 알칼리성을 잃고 중성화되어 철근이 부식되어 팽창하면서 균열이 발생하기도 하고, 화재, 해안 환경, 도로구조물에서 자동차 타이어에 의한 마모가 균열의 원인이 되기도 한다.


2.위에서 균열발생 원인에 대하여 알아보았고 이제 그 대책에 대해서 간단히 살펴보겠다.

1)재료를 사용함에 있어 그 대책 첫 번째, 물은 불순물이 없는 청정수(음료수 및 지하수)를 사용하며 해수는 사용하지 않는다. 또한 물, 시멘트 비는 혼화재를 사용하고 물, 시멘트 비가 낮아지면 건조시 침하 및 bleeding 현상 등에 의한 균열이 발생할수 있다. 그리고 bleeding 방지위해 분말도 높은 시멘트 , AE제 사용 하도록 한다.

 

두 번째, 시멘트는 풍화되는 않은것을 사용하고 저장 및 관리에 철저히 해야하며 발열량이 적고 수화열이 적고 수화열 감소를 위해 중용열 시멘트나 플라이 애쉬를 사용한다..

 

마지막으로, 골재의 최대치수는 철근간격, 시공연도 내에서 최대로 하여 단위수량을 적게 함으로 균열 방지를 한다. 그리고 잔골재율이 작아지면 Con'c 단위수량이 감소되어 r균열 방지가 되며 단위수량 감소로 인해 Con'c 건조시 bleeding 현상이 적어져 재료분리에 의한 균열 또한 감소한다.

또한 철근에 피복(도료, 아연도금, 에폭시수지)을 하거나 방첨제를 Con'c에 첨가하여 부식을 방지한다.


2)두번째로, 설계단계부터 균열방지 대책으로는 온도응력에 따른 내부응력을 막기위해 신축줄눈설치 표시, 무근콘크리트 8m내외, 철근콘크리트 13m내외, 수평 단면 급변하는곳 상세히 표기, 무근콘크리트 바닥판 3~4m 내외,건물이 긴 경우 50m마다, 구조적으로 다른 건물과 연결부등 이러한 곳은 상급 균열이 발생하는 곳으로 다른 부위로 까지 전위가 쉬운 부위이므로 신출줄눈 표시를 상세히 표기해야한다.

또한, 설계시 풍하중, 지진력 등의 산정을 충분히 하여 설계 소요 단면 및 철근량을 확보한다.


3)시공시균열발생 대책으로 Con'c 타설시 서서히 부어 재료분리가 되지 않도록 하며 진동다짐은 시간과 간격을 준수하여 재료분리가 되지 않도록 한다. 다짐이 과하면 재료분리가 생기고 거푸집 변형이 발생하여 균열발생의 원인되며 다짐시 진동다짐기계보다 손다짐으로 하는것이 재료분리가 적어 균열방지가 된다.

 

또한, 타설이음은 Con'c의 균열을 억제 또는 유도 하는 중요한 부위 이므로 설계시 면밀한 검토가 필요하며 시공시 철저히 시방서에 따르다.

 

그리고 거푸집은 측압에 안전토록 해야하며, 동바리 침하나 좌굴변형 생기지 않게 한다. 거푸집 해체는 소요강도 확보 된 후 실시하도록 하고, Con'c의 초기 건조수축에 의한 균열방지를 위해서는 양생을 철저히 하여야 하며, Con'c표면에 피막 양생제를 살포하여 Con'c표면 수분 증발을 최대한 억제 하고, 동해입지 안도록 보양을 철저히 해야하겠다.


위에서 살펴보듯이 건물의 균열은 여러 가지 원인으로 발생되고 있는데 이러한 균열을 100% 방지 할수있는 기술은 아직까진 없다. 단 균열발생을 최소화 하기위해 설계자와 시공사, 현장에서 작업을 하는 기술자들의 노력으로 어느정도 그 수를 줄일수 있는 것은 확실하다. 더욱 더 건축기술이 발전하고 초고층 빌딩이 들어서면서 더 좋은 양질의 시멘트 생산과 품질관리, 책임감있는 시공이 이루어져야 할것이다.

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