hair crack, 균열

[최현기]

1. 서 언

콘크리트 구조물에서 균열 발생은 크게 설계상의 문제와 시공상의 문제로 나눌 수 있다. 여기에서는 시공상의 문제점에 대해 논하고자 한다. 시공상의 균열은 피할 수 없고 또한 균열로 인하여 철근은 공기중이나 습기에 노출되어 부식하게 된다. 나아가 구조물상의 내구성이 저하되고 안정성에도 문제가 되어 왔다. 따라서 콘크리트 구조물에서 건조수축 및 온도응력으로 인하여 발생하는 균열을 최소로 억제하기 위해 균열 원인을 정확히 파악하여 적절한 대책을 수립 안전한 구조물 시공에 기여코져한다.

2. 균열의 종류

1) 건조 수축 균열

1-1) 건조 수축 균열의 특징

가) 초기에 표면에 얇게 발생하여 시간이 흐를수록 깊이가 깊어진다.

나) 타설 후 수개월 사이에 걸쳐 발생

다) 슬래브 거더에서는 축방향과 직각 방향으로 측벽부 에서는 수직균열로 나타난다.

라) 복부에 비교적 규칙적으로 발생

마) 관통균열로 균열폭이 0.03∼0.1mm이나 1mm이상에서 수 cm로 발생할 수도 있다.

바) 균열 중앙부에서 폭이 넓고 단부에서 좁다. 길이는 몇 cm에서 몇 m에 이른다.

사) 주로 자유로운 변형 억제력이 작은 단방향으로 발생한다.

1-2) 건조수축균열의 원인

가) 초기수축균열은 콘크리트가 아직 충분히 굳지 않은 상태에서 응결이 시작된 상태일 때 콘크리트 표면의 급격한 건조로 발생

나) 콘크리트 부재 표면과 부재 내부의 수축량 차이로 발생

다) 시공 후 단위수량이 많은 콘크리트 또는 콘크리트 부재의 변형이 구속된 경우

라) 콘크리트의 수축이 철근에 의해 구속을 받아 철근에는 압축력이 콘크 리트에는 인장력이 발생하여 콘크리트의 인장강도를 초과하면 균열 생 성

마) 건조로 시멘트 풀의 수분량 감소로 인한 수축 균열

바) 대기 중 이산화탄소와 시멘트 수화물의 탄산염 수축 반응의 영향으로 장기간 건조상태에 노출될 때.

사) 시멘트의 수화반응을 위해서 시멘트의 45% 정도의 물이 필요하다 이중 25% 정도는 시멘트조직내에 결합되므로 체적이 감소된다. 즉 경화 수축 작용이 발생하여 균열이 원인이 된다.

아) 해사를 이용한 콘크리트에서 그 함수량이 많은 경우 건조수축 증대

염류 용액을 사용한 시멘트 모르타르의 건조 수축

배합수에 용해된 염의 종류	수축의 비율(%)
	1000 ppm	10000 ppm
증류수 염화 나트륨 염화 칼슘 염화 암모늄 탄산 나트륨 황산 나트륨 질산 칼슘 질산 鉛 초산 亞鉛 붕사 후민산 나트륨	100 114 110 110 93 87 98 98 88 105 104	100 137 137 117 133 94 112 101 * 119 108

(주) * 공시체는 탈형시에 파괴되었음.

자) 건조 수축 계수

콘크리트의 건조수축계수(×10⁵)

적 용 범 위	부재단면의 최소치수(cm)
	20	20∼75	75
수중 구조물 아주 습한 공기중, 수면상의 구조물 일반 옥외 구조물 건조한 공기중, 건조한 실내구조물	0 12.5 25.0 37.5	0 10 20 30	0 7.5 15 22.5

1-3) 억제 대책

구 분	억 제 대 책 종 류	시행자	방 법
재 료	1) 입도 분포가 좋은 골재를 사용하여 수분량 감소	레미콘 회사
	2) 높은 탄성 계수, 낮은 흡수율의 골재 사용 수축에 저항
	3) 굵은골재 최대 치수를 크게하면 콘크리트의 함수비를 낮게 할 수 있고 시멘트풀의 건조수축에도 저항
	4) 건조 수축 보상 시멘트 사용 - 팽창 콘크리트 사용		필요에 따라 검토
	5) 해사 사용시 염화물량을 철저히 관리	레미콘회사 시공사	콘크리트 염화물 함유량 시험
배 합	1) 굵은골재량 증가, 총 골재비를 높게 한다. - 단위 수량 감소 한다.	레미콘 회사
	2) 단위 수량 감소로 시멘트 풀의 함수비 낮춤
	3) 콘크리트 배합 초기 온도 낮추어 수분량 감소
	4) 시멘트 페이스트가 작은 배합
	5) 플라이 애쉬 혼입 건조수축 억제, 시멘트 치환 효과
	6) AE제 사용 단위 수량 감소
	7) 고성능 감수제 사용 단위 수량 감소	시공자	유동화 콘크리트 시공

구 분	억 제 대 책 종 류	시행자	방 법
시 공	1) 적당한 양의 철근을 올바른 위치에 배치시켜 육안으로 판별되는 균열을 미세 균열로 분산 시킴	시공자	도면 준수 시공
	2) 거푸집 이음부 밀실화로 타설 직후 배합수 유실 방지	시공자	거푸집 간극 최소화
	3) 거푸집 탈형제를 사용 콘크리트의 표면을 관리하여 대기 영향 감소	시공자	사용성 검토 후 선정
	4) 충분한 다짐으로 밀실한 콘크리트 타설 잉여 수량 감소 저하	시공자	시공 계획 수립
양 생	1) 초기 건조 균열(소성 수축 균열)은 타설된 콘크리트 표면을 덮거나 바람 막이 설치로 수분 증발 억제	시공자	양생포 이용 앵생제 피막 이용 검토
	2) 증기 양생은 콘크리트의 초기 강도를 상당히 증가시켜 균열 경향 감소 시킴	시공자	타당성 검토
	3) (주)습윤 양생이 추천되고 있으나 기간이 길면 균열에 유리한 것만은 아니다.	시공자	시방서의 거푸집 존치 기간 준수
설 계	1) 수축 조인트를 적절히 배치 군열 유도	시공자	1Span 30m이내 유지, 지수판 설치 수밀성 유지
	2) 배력 철근을 적절히 배치하여 균열 분산	시공자	배력 철근 증가 배치 및 배력철근 직경을 낮추어 동일 철근량 사용 검토

2) 온도 균열

2-1) 온도 균열의 특징

① 접속부에서 하측이 넓고 상부측은 좁게 나타난다.

② 관통 균열로 규칙적이며 균열폭은 경우에 따라 1mm 이상 일때도 있다.

③ 타설 후 수일 사이에 일어난다.

④ 전면 수직 균열과 콘크리트 이음매 간의 수직 균열로 나타난다.

2-2) 온도 균열의 원인

① 콘크리트 타설 후 약 40시간 동안에 일어나기 쉬우며 시멘트가 수화반응을 할 때 수화열이 발생 콘크리트 의 내부는 온도가 상승하여 팽창하고 경화 진행에 따라 점차 냉각되어 수축되며 이 수축작용이 구속되면 균열이 발생한다.

② 구조물이 구속된 매스 콘크리트에서 발생

③ 하부 슬래브 콘크리트 타설 후 복부 콘크리트를 타설할 때 복부 콘크리트는 경화열에 의해서 팽창하고 냉각할 때 수축하며 이때 하부 콘크리트의 제약을 받아 균열 발생

④ 대기의 온도 변화등에 의한 부등의 체적 변화로 인장변형이 유발되고 이 인장 변형율이 콘크리트 인장 변형능력을 초과하면 균열이 발생하며 어느 형태의 구조물에도 발생 가능하다.

2-3) 억제 대책

구 분	억 제 대 책 종 류	시행자	방 법
재 료	1) 쇄석 자갈이 자연 골재 보다 균열 방지 우수	레미콘 회사
	2) 골재 강도가 높을수록 클리프 감소 효과
	4) 열을 적게 발생하는 시멘트 이용
배 합	1) 최소의 물-시멘트 비	레미콘 회사
	2) 최대 골재 크기 제한
	2) 규정된 절차 요구
	4) 물-시멘트 비 저감을 위해 고성능 감수제 사용	시공자	유동화 콘크리트 시공
시 공	1) 콘크리트 1회 타설 높이(Lift)를 적게 한 다음 하부 콘크리트가 굳기전에 상부 콘크리트 타설	시공자	40∼50cm 이하
	2) 시공을 천천히 할 것	시공자	시공 계획 수립
	3) 구속도가 적을 것	시공자	거푸집 표면 관리 등 시공관리
	4) 타설 온도가 낮을 것	시공자	서중콘크리트 타설시 타설시간 조절
양 생	1) 매스콘크리트 온도 제어 방법 이용 - 재료 사용 전 온도 하향(Pre-Cooling) - Con'c 내부 온도 하향(Pipe-Cooling)	시공자	타탕성 검토
	2) 추운 날씨 동안은 노출된 콘크리트 표면 보호	시공자	양생포 이용

구 분	억 제 대 책 종 류	시행자	방 법
양 생	3) 일간·계절간 온도 변화가 적을 것		대기 노출부는 덮개 이용
	4) 냉각시점을 지연시키며 냉각 온도 제어		한중콘크리트 시공관리
	5) 높은 응력을 유발하는 조건이 없을 것	시공자	열원으로부터 보호
설 계	1) 짧은 블록 사용	시공자	1Span 30m이내유지
	2) 온도 균열 제어 철근 배치	시공자	배력철근 증가 배치 및 직경은 낮추고 동일 철근량 사용 검토
	3) 인장 변형에 대한 능력이 큰 콘크리트를 사용	시공자	압축강도 300∼350kg/㎠ 콘크리트 사용

3. 결론

1) 균열억제대책은 시공사와 레미콘회사가 품질향상을 위하여 공동 노력을 할 때 소정의 목적을 달성하리라 본다.

2) 구체적인 실천 방법으로서는 다음과 같다.

- 레미콘 검수시 슬럼프, 공기량, 염화물 함량, 압축강도 시험을 규정에 따라 철저히 실시

- 유동화 콘크리트 시공 계획을 수립 시공에 반영

- 도면에 따른 철근의 정확한 배치

- 콘크리트 1회 타설 높이를 40∼50cm 이하로 한 다음 콜드조인트 없이 시공

- 시공전 시공 계획을 수립

- 거푸집 간극을 최소화 하고 밀폐시키며 표면 관리에 노력

- 박리제 사용

- 한중, 서중 콘크리트의 시공 계획에 의한 철저한 시공 관리

- 양생포 이용 및 양생제 이용 검토

- 증기 양생 시공성 검토

- 시방서에 따른 거푸집 존치 기간준수 및 초기습윤양생

- 구조물 1Span 30m 이내 유지

- 지수판 시공 철저

- 배력철근 증가배치 및 직경을 낮추고 동일 철근량 사용을 시공성과 연계하여 검토 후 시공에 반영

- 압축강도 300∼350kg/㎠ 콘크리트의 효율적 이용

3) 또한 균열 발생 후에는 그 균열 정도에 따라 보수방안을 세워 보수시기방법 및 보수범위 등을 정하여 구조 및 방수기능을 회복시킴이 타당하리라 본다.

※ 허용 균열 폭 예

내구성에 따른 허용균열폭

(a) ACI

환 경	최대허용 균열폭(mm)
건조한 공기 또는 보호층 습기, 토양 동결방지제 해수, 해수살포 지수구조물	0.40 0.30 0.18 0.15 0.10

(b) CEB-FIP 국제지침

환 경	최대허용 균열폭(mm)
	영구하중과 오래작용하는 변동하중	영구하중과 변동하중에 불리한 조합
심한 부식작용을 받는 구조물의 부재 보호공이 없는 구조물의 부재 보호공이 있는 구조물의 부재	0.1 0.2 0.3	0.2 0.3 미관상 검사

(c) 보수여부에 관계되는 균열폭의 기준

(콘크리트의 균열조사 보수지침, 일본 콘크리트 협회)

		내구성으로 본 경우			방수성으로 본 경우
		극심함	중간	완만함	-
(A) 보수를 필요로 하는 균열폭(mm)	大	0.4이상	0.4이상	0.6이상	0.2이상
	中	0.4이상	0.6이상	0.8이상	0.2이상
	小	0.6이상	0.8이상	1.0이상	0.2이상
(B) 보수를 필요로 하지 않는 균열폭(mm)	大	0.1이하	0.2이하	0.2이하	0.05이하
	中	0.1이하	0.2이하	0.3이하	0.05이하
	小	0.2이하	0.3이하	0.3이하	0.05이하

(d) 허용최대 균열폭의 규격치의 예

국 명	관련자료 및 기관	최대허용 균열폭(mm)
한 국	콘크리트 표준시방서 기준	해양 콘크리트 0.15∼0.2
일 본	運 輸 省	항만 구조물 0.2
프랑스	Brocard
미 국	ACI 건축기준	실내부재 0.38 실외부재 0.25
소 련	철근콘크리트 기준	0.2
유 럽	유럽 콘크리트 위원회	심한 침식작용을 받는 구조물의 부재 0.1 보호공이 없는 보통 구조물의 부재 0.2 보호공이 있는 보통 구조물의 부재 0.3

균열