콘크리트의 균열발생 요인 및 억제 대책

1. 개요

. 콘크리트의 인장강도가 압축강도에 비하여 월등히 작으나 발생하는 건조수축, 온도, creep 등에 의한 2차 인장응력이 콘크리트

인장강도를 초과하여 균열발생

. 구조물에 발생된 균열은 방수성 및 외관을 해칠 뿐만 아니라 내부철근이 공기나 습도에 노출되어 철근의 부식이 진행되므로 구조물

자체의 내구성 및 안정성에 심각한 영향 등을 미치게 된다.

2. 균열의 종류

(1) 굳지 않은 콘크리트의 균열

① 소성수축 균열

② 침하균열

(2) 굳은 콘크리트의 균열

① 건조수축으로 인한 균열

② 열응력으로 인한 균열

③ 화학적 반응으로 인한 균열

④ 자연기상작용으로 인한 균열

⑤ 철근의 부식으로 인한 균열

⑥ 시공불량으로 인한 균열

⑦ 시공 시의 초과하중으로 인한 균열

⑧ 설계 잘못으로 인한 균열

⑨ 외부하중으로 인한 균열

3. 균열의 발생원인 및 대책

(1) 굳지 않은 콘크리트의 균열

1) 소성수축 균열

① 원인

㉠ 갑자기 낮은 습도의 대기나 바람에 노출

㉡ 수분증발이 콘크리트의 bleeding보다 빠르게 일어나서 표면에 인장응력 발생

2) 침하균열

① 콘크리트를 타설 후 마감작업을 하여도 압밀에 의하여 침하균열 발생

② 원인 : 철근직경, slump가 클수록, 콘크리트 덮개가 작을수록, 거푸집이 약할 경우 발생

③ 대책 : 거푸집의 정확한 설계, 충분한 다짐, 기둥, slab, 보의 충분한 타설시간, slump 최소화, 콘크리트 덮개 증가 등으로

감소시킬 수 있다.

(2) 굳은 콘크리트의 균열

1) 건조수축으로 인한 균열

① 콘크리트가 건조하면서 외부에는 인장응력이 발생하며 이 인장응력이 콘크리트의 인장강도를 초과하면서 균열발생

(인장응력<;인장강도)

② 단위수량이 클수록 커짐

③ 대책 : 단위수량감소, 굵은골재량 증가, 수축 조인트 적절배치, 철근 적절배치, 중용열 Cement 사용

2) 열응력으로 인한 균열(온도균열)

① 콘크리트 구조물에 작용하는 온도차이(수화작용,대기온도)로 부등이 체적변화 --<; 인장변형 유발 --<; 인장변형률이

Concrete의 인장변형 능력 초과 --<; 균열

② 수화작용에 의한 온도차이 : 교각, 기초, 댐 및 기둥 등의 Mass Concrete

대책 : 내분온도 증가를 줄임, 냉각시험 및 속도제어, Concrete의 인장변형 능력증가

3) 화학적 작용으로 인한 균열

① 알칼리성 Cement와 실리카성 골재와 반응 --<; Gel 형성 --<; 팽창, 균열(저알칼리 Cement, Pozzolan사용)

② Cement와 탄소를 함유한 골재(Carbonate Rock)와 반응 --<; 팽창, 균열(저알칼리 Cement, 굵은골재 최대치수 감소)

4) 자연 기상작용으로 인한 균열

① 동결융해,열의 상승과 냉각 Paste 속의 물이 동결과정에서 팽창 --<; 시멘트풀에 균열, 골재손상

대책

＊물시멘트비 최소화

＊내구성이 강한 골재 사용

＊노출되기 전 충분한 양생

5) 철근의 부식으로 인한 균열

① 콘크리트 속의 철근은 알칼리성의 콘크리트가 싸고 있기 때문에 녹이 잘 슬지 않는다. 그러나 탄화(Carbonation) 등을

통하여 콘크리트의 알칼리 성분이 감소할경우 부식을 일으킬 수 있다

② 부식 --<; 철의 산화 --<; 체적증가 --<; 국부적균열 --<; 수분침투 --<; 부식촉진 --<; 균열증대

대책

＊투수성이 낮은 콘크리트의 사용

＊콘크리트 덮개를 늘림

＊추가 보호장치 사용

＊철근 코팅(Epoxy Coated Rebar 사용)

＊부식방지 혼화제 사용

6) 시공불량으로 인한 균열

① 콘크리트의 Workability 증가를 위한 물을 추가 사용 --<; 강도저하, 건조수축 증가로 균열

② 양생불량

③ 거푸집을 제대로 지지하지 못하는 경우

④ 다짐을 충분히 못하는 경우

⑤ 응력이 크게 발생되는 위치에 시공 Joint를 두는 경우

⑥ 줄눈시공 불량

7) 시공 시의 초과하중

① Precast 부재

＊운반 시 도로 사정으로 충격이나 비틀림

＊고리 설치위치

＊들어 올리는 과정에서 갑자기 멈춤

＊양생과정에서 증기양생을 실시할 경우 상승 강하의 허용 규정초과

② 현장타설 Concret의 시공 중 재료 과적, 건설장비 가동

③ 동기 시공에 따른 Concrete의 온도차이

8) 설계 잘못으로 인한 균열

① 부재 코너부분 --<; 응력집중현상

② 구조물 기초 --<; 부등침하

③ 수축 Joint 결여

9) 외부하중으로 인한 균열

① 하중 --<; 부재에 인장응력 유발 --<; 균열

② 철근을 잘 분포시켜 배근, 철근 응력을 감소시킬 수 있도록 배근

4. 결론(향후 연구개선 방향)

콘크리트는 골재와 Cement로 이루어진 복합의 비균질성 재료이기 때문에 역학적 거동이나 특성이

다양하고 복잡하게 나타난다. 콘크리트의 균열도 그 발생 원인이나 기구가 매우 복잡하다. 추후 균열에

저항성이 강한 섬유 콘크리트(SFRC)의 개발과 같은 새로운 재료의 개발로 균열을 근원적으로 해결하는

방법이 강구되어야 할 것이다.

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