양생 완료된 콘크리트에 균열이 생기는 원인과 대책

굳은 콘크리트 균열 발생 원인 및 대책

 

 

 

 

이미 양생이 완료된 콘크리트에서 균열이 발생하는 원인은 무엇일까? 콘크리트 구조물에 균열이 발생하면 당연하겠지만 그 구조물의 치명적 손실을 불러올 수 있기 때문에 균열이 발생하지 않도록 원인을 파악하고 대책을 찾아야 한다.

 

양생이 완료된 콘크리트에서의 균열은 보통 건조수축 균열,알칼리- 골재 반응에 의한 균열, 동결융해에 의한 균열, 염해에 의한 균열등이 원인이다. 

 

각각의 원인과 대처 방안을 알아보자.

 

 

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콘크리트 균열의 발생원인과 대책

 

 

 

건조수축 균열

 

발생원인 

 

콘크리트의 수화반응은 시멘트량의 40% 이하 물량으로 발생하나, 실제로는 물/시멘트비가 45~60% 정도인 경우가 흔하다. 물을 첨가하면 시멘트가 반응하여 수산화칼슘 결정질을 형성하며, 이는 콜로이드의 역할을 하는 겔상태의 미세입자다. 건조로 인해 콘크리트는 수분을 잃어 수축하고, 수분을 흡수하면 팽창한다.

 

이 변화로 콘크리트는 건조수축에 의한 인장응력으로 균열을 발생시킬 수 있다. 재료의 종류, 상대습도, 크기, 형상, 혼화제, 시멘트 종류 등이 영향을 미치므로 적절한 선택과 배합이 필요하다.

 

 

 

방지대책

 

콘크리트의 건조수축 대책으로는 재료선정과 배합설계, 보강근 배근, 시공조인트 설치가 필요하다.

시멘트는 C3A/SO3의 낮은 비율, Na2O 또는 K2O 함량의 감소, C4AF의 증가가 건조수축을 줄일 수 있으며, 높은 시멘트 분말도는 약간의 증가를 유발한다.

 

골재는 크기와 강도가 클수록, 흡수율이 낮을수록 건조수축 억제에 효과적이다. 배합설계는 건조수축에 영향을 줄이는 범위에서 시공성, 강도, 내구성을 고려해야 한다. 시공상으로는 철근배근, 적절한 균열 분담, 조인트 설치가 중요하며, 특히 면이 큰 콘크리트는 조인트를 미리 설치하여 균열을 방지할 필요가 있다.

 

 

알칼리- 골재반응에 의한 균열

 

발생원인

 

알칼리-골재반응은 콘크리트의 알칼리 성분과 반응성 골재가 수분과 함께 새로운 물질을 생성하는 반응이며, 주로 알칼리-실리카 반응이 피해를 일으킨다. 화산유리나 오팔과 같은 골재가 존재하고 충분한 알칼리와 수분이 필요하며, 이로 인해 콘크리트는 균열을 발생시키거나 붕괴할 수 있다. 피해는 표면균열이나 Map Crack, Disruptive Crack 형태로 나타난다.

 

 

방지대책

• 반응성 골재 사용 금지: 콘크리트에 반응성 골재를 사용하지 않는다.
• 시멘트 알칼리량 저감: 시멘트의 Na2O 당량을 0.6% 이하로 유지하거나 저 알칼리형 시멘트를 사용한다.
• 콘크리트 당 총알칼리량 저감: 콘크리트 1㎥당 총알칼리량을 0.3㎏/㎥ 이하로 유지한다.
• 고로슬래그 미분말, 플라이애쉬, 또는 실리카 흄 사용: Ca(OH)2 소비에 따른 OH- 농도를 감소시키고 알칼리 이온 및 수분 이동을 줄이기 위해 사용한다. 방수성 마감: 해수, 바닷바람, 수분침투를 방지하기 위한 방수성 마감을 한다.

 

동결 융해에 의한 균열

 

발생원인

 

콘크리트의 동결 융해는 수분의 동결팽창으로 인한 압력에 의해 균열이 발생한다. 동결의 진행으로 콘크리트의 내부 응력 상태가 형성되며, 이는 내구성 저하와 철근 부식을 초래한다. 동결 융해의 영향은 물/시멘트비, 공기량, 잔골재율에 달려있다. 물/시멘트비가 클수록 모세공극이 증가하여 동결 융해에 민감해지고, 공기포의 간격이 작을수록 압력 완화 효과가 커지며, 잔골재율이 클수록 동결 융해 저항성이 증가한다.

 

 

방지대책

 

동결 융해로 인한 균열을 방지하기 위한 대책은 다음과 같다.

① 공기포 조절제 사용: 적정한 공기량을 유지하여 응력 흡수능력 증대

② 물/시멘트비 저감: 밀실한 조직으로 콘크리트 매트릭스 구성

③ 단위수량 최소화: 동결 가능한 수분함량 최소화

④ 균일한 시공 및 밀실화

⑤ 구조적 대책 수립: 빠른 배수와 철근 보호 등

⑥ Polymer 등으로 표면 보강.

 

 

염해에 의한 균열

 

발생원인

 

철근의 부식은 염화물 또는 염분침해로 인한 현상으로, 철근 콘크리트의 피복 콘크리트의 중성화로 화학작용이 일어난다. 외부 산성물질이 작용하면 체적팽창으로 균열이 발생하고, 수분과 탄산가스의 침투로 부식이 가속화된다. 또한, 수분을 포함한 콘크리트는 전기전도성이 있어 전류가 흐르면 전기화학작용으로 부식이 발생한다.

 

 

방지대책

철근부식에 따른 균열을 방지하기 위한 대책은 다음과 같다.

 

① 염분 제거: 염화물 함량을 줄이고, 염분 고정화를 통해 안정한 화합물 생성.

② 철근 표면처리: 부식에 강한 금속 또는 합성수지 도포 (아연도금).

③ 콘크리트의 밀실화: 국부전지의 음극반응 억제, 재료관리 강화.

④ 피복두께 증대: 외부 유입물질 차단하여 중성화 영향 감소.

⑤ 방청제 사용: 금속 부식속도 저감.

⑥ 전기방청법: 외부전류로 국부전지 분극.

⑦ 콘크리트 표면처리: 수지계 도장, 타일붙임 등으로 외부유입물질 차단.