콘크리트 균열의 발생원인과 대책

콘크리트 균열의 발생 매커니즘

 

 

 

콘크리트  구조물에 균열이 발생하면, 구조물 자체의 구조적 결함, 내구성 저하, 외관손상 및 여러 문제들이 발생할 수 있기 때문에, 치명적인 손실을 가져올 수 있다.  그래서 설계 초기 단계부터, 콘크리트의 재료선정, 배합, 시공 등에 많은 주의가 필요하다. 

 

특히 콘크리트 구조물에 균열이 발생할 경우, 바로 눈에 보이는 하자이기 때문에 클레임이 즉각 적으러 이루어지게 된다. 그래서 콘크리트 균열 발생의 메커니즘의 이해가 필요하며,  균열의 원인을 분석하고 방지대책을 검토해 균열 발생을 최대한 억제할수있는 방안이 필요하다. 

 

 

 

콘크리트 균열 발생 매커니즘

 

콘크리트의 균열 발생 메커니즘을 살펴보면, 일반적으로 미세 균열에서 시작된다. 콘크리트 구조물에 하중이 증가하면 모르타르와 골재의 부착되어 있는 면에 미세 균열이 발생하게 된다. 이 균열은 서서히 진행되어 큰 균열이 된다. 

 

또한, 하중이 증가하기도 전에 콘크리트의 건조 수축 과정에서 체적의 변화로 인해 몰탈과 골재사이의 부착균열이 발생할 수 있다. 

 

콘크리트는 여러 재료가 혼합된 복합재료이기 때문에, 그 비 선형적인 성질로 인해 부착균열이 발생하게 된다.  주된 균열의 원인은 주응력이 콘크리트의 인장강도를 초과할 경우다.

 

 

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양생 완료된 콘크리트에 균열이 생기는 원인과 대책

 

 

콘크리트 균열발생 원인

 

콘크리트의 균열 발생원인은 매우 다양하다. 콘크리트 자체의 성능은 매우 발전하였으나, 균열 발생의 원인은 명확하게 정해진바는 없다. 여러 요소가 함께 복합적인 원인이 되어 균열이 발생한다고 보는 것이 적절하다. 

 

콘크리트 균열발생 원인의 대표적인 몇 가지는 다음과 같다. 

 

소성수축균열, 소성침하균열, 수화열에 의한 온도균열, 건조수축균열, 알칼리 - 골재반응에 의한 균열, 동결융해 균열, 염해 균열, 시공불량 및 설계오류에 의한 균열, 사용하중에 의한 균열 

 

 

 

 

균열 발생 원인과 대책

 

소성 수축 균열 

 

시멘트 - 페이스트 경화 시 체적 1% 정도 감소되는데, 소성상태에 있는 콘크리트의 체적이 감소하는 것을 소성수축이라 한다. 타설 후 외기에 접하는 콘크리트 표면으로부터 수분 증발과 거푸집 틈 사이의 수분 손실등으로 인해 소성 수축을 촉진시켜 표면 균열이 발생하게 된다. 

 

대책 : 타설 초기에 콘크리트가 외부환경에 직접 노출되지 않도록 하는 것이 중요하다. 표면 마감 후에는 표면을 덮어 보양하는 등의 대책을 실행할 수 있다. 양생포를 깔고 물을 주어 습윤 양생하는 것도 소성수축 균열을 방지할 수 있는 방안이다. 

 

 

소성침하 균열

 

소성침하 균열은 콘크리트가 자중에 의해 압축되면서 발생하는데, 이로 인해 철근이나 거푸집에 공극이 형성되고, 건조 후 인장응력으로 균열이 발생한다. 이는 철근 직경과 슬럼프가 크면 발생 가능성이 높으며, 충분한 진동다짐이 필요하다. 대책으로는 콘크리트의 침하 완료까지 타설 간격을 조정하거나 재다짐을 하고, 거푸집 설계와 적절한 타설높이 조정이 필요하다.

 

 

수화열에 의한 온도 균열

 

수화열에 의한 온도균열은 시멘트와 물의 반응으로 발생하는 수화열로 인해 발생한다. 이는 콘크리트의 열전도율이 낮아 외부로 발산되는데 많은 시간이 필요하며, 댐, 교량, LNG 저장탱크 등의 구조물에서 발생할 수 있다. 온도차가 25~30℃에 도달하면 균열이 발생하며, 이는 구조물의 안전성과 내구성에 영향을 줄 수 있다. 대책으로는 구조물 최소치수의 제곱에 비례하는 시간을 고려하여 열 발산을 관리하고, 발생 시 적절한 대응이 필요하다.

 

 

건조수축 균열

 

콘크리트 내 수분 손실로 인해 발생하며, 수화반응에 필요한 물량의 초과로 인한 수축으로 주로 발생한다. 이러한 균열은 시멘트-페이스트의 겔에 포함된 수분이 감소함에 따라 발생하며, 건조된 콘크리트의 팽창 또는 수축으로 인해 발생한다. 시멘트의 조성 및 골재의 종류 등이 영향을 줄 수 있으며, 대기습도와 온도 변화도 균열 발생에 영향을 미친다. 대책으로는 시멘트의 조성을 조절하여 건조수축을 줄이는 것이 중요하며, 골재의 선택과 배합설계를 통해 적절한 온도를 유지하는 것이 필요하다. 또한, 시공단계에서는 철근배근과 조인트 설치로 균열을 예방하고, 콘크리트의 자연스러운 균열 형성을 조절하는 것이 효과적이다.

 

 

 

 

균열 보수방법

 

균열의 보수는 구조물의 안전성과 미관성을 고려하여 실시되며, 보수의 범위와 규모는 경제성을 고려하여 결정된다.

 

보수 작업은 주로 방수성과 내구성을 회복하는데 초점을 맞추지만, 구조적 결함이 있을 경우 보강 작업이 함께 이루어져야 한다. 균열 상황에 따라 다양한 보수공법이 사용되는데, 균열의 폭에 따라 막을 형성하거나 콘크리트를 잘라내고 보수재를 충전하는 방법 등이 있다.

 

주입공법은 균열에 수지계나 시멘트계 재료를 주입하여 방수성과 내구성을 향상하는데, 주로 에폭시 수지 주입공법이 사용된다. 이러한 보수작업은 구조물의 상태와 균열의 크기에 따라 적절한 방법을 선택하여 진행되어야 한다.