[스크랩] 콘크리트균열 시공관리

1. 개    요

 

  1) 균열의 종류

 

         균열은 시멘트가 갖는 화학적인 특성 및 시공상의 요인 등이 복합적으로 작용하여 발생되

      는데 일반적인 구조물 현장에서 자주 발생하는 균열에 대해 균열관리를 목적으로 균열에 대

      한 이해가 필요하다. 따라서,M-Project Model 현장과 같은 유사한 구조물의 발생 가능한 균

      열의 원인 및 종류에 대하여 기술한다.

 

     ◇ 균열의 종류

 

         ㆍ경화 중인 콘크리트의 균열     →  ㆍ소성 수축 균열
                                             ㆍ침하에 의한 균열
                                             ㆍ수화열에 의한 균열
                                             ㆍ화학적 작용에 의한 팽창균열
                                             ㆍ기타 (초기 동결, 경화전 진동, 적재하중)

 

         ㆍ경화된 콘크리트의 균열        →  ㆍ건조수축에 의한 균열
                                             ㆍ온도 응력에 의한 균열 (매스콘크리트,동결,융해)
                                             ㆍ자중 및 외력(적재하중)에 의한 균열
                                             ㆍ재료(시멘트,골재,철근)선정에 기인하는 균열
                                             ㆍ철근부식으로 인한 균열

         ㆍ설계 및 시공부실에 의한 균열  →  ㆍ시공 부실에 의한 균열
                                                           ㆍ설계 잘못으로 인한 균열

  2) 균열의 발생 원인 및 특성

 

     ① 소송수축 균열

 

        바닥 슬래브등 표면적이 넓은 부재에 타설된 콘크리트에 건조한 외기나 바람, 고온등으로

        수분의 블리딩율 보다 수분 증발율이 빠르게 일어나는 경우 표면의 콘크리트 유동성이 작

        아 지면서 인장강도가 없기 때문에 소성수축 균열을 일으킨다.

        이러한, 균열의 폭은 콘크리트 표면에서 1 ~ 2mm 정도로 큰 편이나 슬래브의 두께 방향으

        로 들어가면 급격히 줄어든다

 

        ◇ 방지대책

           - 거푸집과 골재를 습윤상태로 한다.
           - 바람과 햇볕을 막을 수 있는 차폐시설을 임시로 한다.
           - 골재와 혼합수를 차게하여 타설되는 콘크리트의 온도를 낮춘다.
           - 콘크리트 타설 후 가급적 빨리 양생 시킨다.

 

     ② 침하에 의한 균열

 

        타설 및 진동 후 마감된 콘크리트는 응결을 시작하기 전 블리딩 현상에 의하여 시멘트나 골

        재등 비중이 큰 물질은 침하하고, 비중이 작은 혼합수는 콘크리트에서 유리되어 윗면에 떠

        오르려는 성향을 나타낸다.

        블리딩 현상은 단위수량이 많거나 시멘트 입자가 큰 콘크리트 또는 골재의 입도가 큰 콘크

        리트에 현저하게 생긴다. 침하에 의한 균열은 콘크리트의 침하와 응결이 동시에 진행되는

        과정에서 침하의 변위가철근, 거푸집 또는 굵은 골재에 의하여 국부적으로 구속을 받아 발

        생한다.

 

        철근과 관련하여 이러한 균열은 철근의 크기와 슬럼프치가 크고 피복두께가 작으면 증가하

        는 특징이 있으며, 타설 된 콘크리트가 가소(可塑)상태에 있을 때에는 재진동에 의하여 소

        성수축균열이나 침하에 의한 균열을 없앨 수 있다.

 

        ◇ 방지대책

           - 적절한 다짐 및 재진동을 한다.
           - 가능한 한 낮은 슬럼프의 콘크리트를 사용 한다.
           - 철근 직경이 작은 철근을 사용한다.

 

     ③ 수화열에 의한 균열

 

        시멘트는 고열 반응에 의하여 얻어지는 화합물로 평형상태에 이르지 못하고 있으나 물과

        수화반응을 일으키면서 열의 형태로 에너지를 방출하여 낮은 에너지의 안정상태를 얻게된

        다. 보통콘크리트에 있어 단위 시멘트량이 300kg/㎥ 정도이면 콘크리트의 수화열에 의한

        온도는 35°C 정도이며, 단위 시멘트량 10kg/㎥ 증가에 따라 약 1°C 의  비율로 온도가 상승

        한다. 수화열에 의하여 콘크리트 내부의 온도가 높아지면 대기중으로 열을 방출하면서 부

        재 중앙부와 표면에 온도차가 생기며, 이러한 온도차에 의한 온도응력이 콘크리트의 인장

        강도보다 큰 경우에는 균열이 발생한다.

        ◇ 방지대책

           - 발열량이 낮은 시멘트를 사용하고 단위 시멘트량을 줄인다.
           - 골재의 혼합수를 차게한다.
           - 부재 표면이 냉각되지 않도록 한다.
           - 직사 일광이나 야간에 급냉되는 것을 피한다.

 

     ④ 건조수축에 의한 균열

 

        콘크리트의 건조수축은 수화된 시멘트에 흡착되었던 수분이 증발하여 콘크리트에 생기는

        체적변형이다.
        건조수축은 주로 콘크리트와 주위의 상대습도의 차이에 기인하는 것으로 콘크리트의 경화

        가 시작된 초기에 많이 생기며, 시간의 경과에 따라 서서히 줄어 든다.

        건조수축은 치수가 작은 부재의 경우 5년정도, 큰 부재는 10년이상 계속되나 콘크리트 타설

        후 1개월 이내에 전체 수축량의 35~50%, 1년 이내에 60~80% 진행되는 것으로 알려져 있

        다. 콘크리트 중의 물의 함량은 콘크리트의 수축율과 거의 선형으로 비례한다. 따라서,

        시멘트비가 낮을 수록 건조수축율은 작아 진다.

 

        건조수축에 의한 균열발생은 두가지로 생각 할 수 있다. 먼저 슬래브나 벽체와 같이 두께가

        얇고 면적이 넓은 부재에서는 부재 중앙과 표면의 거의 같은 비율로 건조되어 체적 변형을

        일으키려 하나 단부의 보나 기초 등 구속부재에 의하여 자유변형을 할 수 없기 때문에 이에

        따라 좁은 폭의 미세한 균열들이 발생한다.  반대로 보나 기둥 등 두께가 두꺼운 부재에서

        는 부재 내부와 표면간의 상이한 수축률에 의하여 인장응력이 생기고 이 응력의 크기가 콘

        크리트의 인장강도 이상이 되면 균열이 발생 한다. 표면의 수축률이 커지면 균열은 점차 콘

        크리트의 내부로 침투하게 된다. 건조수축에 의한 인장응력 크기는 수축률,구속정도, 콘크

        리트의 탄성계수, 크리이프량 등에 영향을 받는다.  

 

        ◇ 균열 억제방안

           - 굵은 골재의 혼입량을 가능하면 크게 할 것
           - 물시멘트비를 작게 할 것
           - 철근을 적당한 간격으로 배근하고 온도보강용 철근을 추가 배근 할 것
           - 적당한 간격으로 신축이음을 설치 할 것
           - 필요한 경우에는 팽창시멘트를 사용 할 것

 

     ⑤ 화학적 작용에 의한 팽창균열

 

        황산염(SO4)은 시멘트 수화물과 화학반응을 하여 애트린가이트(ettringite)라는 불용성의

        물질을 생성한다. 애트린가이트는 수분을 많이 포함한 세장한 형태의 결정으로 이물질이

        생성되면 체적이 증가 하기  때문에 콘크리트 내부에 팽창압이 작용하여 균열이 생기고 콘

        크리트 표층부가 박리하게 된다. 황산염은 CaSO4, NaSO4, MgSO4 등의 형태로 땅속이나

        지하수 또는 공장의 매연 등에 존재하여 빈번하게 콘크리트에 유해한 작용을 한다.  

        황산염이 함유된 물이 콘크리트에 닿는 것을 막지 못하면 내황산 시멘트를 사용한다. 이러

        한 시멘트는CaOㆍAl2O3가 5% 미만인 포틀랜트 시멘트,알루미나 시멘트,고로 시멘트,포졸

        란 시멘트 등이 있다. 
      
     ⑥ 부실 시공에 의한 균열

 

        콘크리트는 타설중에 여러 가지 부적절한 시공에 의하여 균열이 발생하게 되는데, 표면에

        골재분리된 면은 외부의 변화에 대한 저항력이 발생하게 되므로 상대적으로 건조수축에 취

        약하게 되고, 다짐부족으로 인해 수밀한 콘크리트가 구성되지 못하는 경우 콘크리트 내부

        에 상대적으로 많은 공기층이 존재하게 되므로 이로 인하여 건조수축이 가속되며 , 거푸집

        이 견고히 유지되지 못하는 경우 콘크리트 성형중 변형이 유발되어 수축 균열이 발생 할 가

        능성이 증대 된다.

 

        따라서, 콘크리트 작업의 전과정(재료의 계량 → 비비기 → 운반 → 치기 → 다지기 →

        마무리 → 양생)에 걸쳐서 콘크리트의 공극이 적은 치밀한 콘크리트가 되도록 해야 한다.
       
2. 균열관리 및 보수

 

  1) 균열조사

 

     ① 균열조사 방법

 

        현장에 발생된 균열에 대한 원인 분석 및 보수, 보강의 필요성 여부를 판정하고 보수방법

        및 보강방법의 선정에 필요한 자료를 얻기 위하여 균열조사를 실시한다.

 

        ◇ 표준조사

           - 균열조사 항목 : 균열패턴, 균열길이, 폭, 깊이, 관통유무 등
           - 균열부위 상태 : 표면의 건습상태, 오염, 박리, 박락 등
           - 균열의 경과   : 발생 또는 발견시기, 진행경과, 변화상태
           - 구조물 장애   : 누수, efflorescence(풍화), 백태, 철근의 녹, 부재의 굴절, 미관손상
           - 설계도서 조사 : 설계도, 구조계산

 

        ◇ 시공기록조사

           - 사용재료, 콘크리트 배합, 다짐상태, 양생방법, 관리시험 Data
           - 공정순서, 거푸집, 환경조사(온도,습도,통풍)

    ② 균열조사 Sheet ( Crack Map )

 

  2) 균열의 평가

 

     ① 시공기록 및 균열현황

 

    ② 균열부재 현장시험

 

      ◇ 초음파 시험 : 초음파시험기(Utra Sonic Test)는 20KHz 이상의 초음파 종파 Pulse를 콘크

                             리트 중에 방사해서 그 전파시간으로부터 얻어지는 전파속도에 의해 콘크

                             리트의 품질을 평가하는  방법으로써, 수 cm의 짧은 거리에서부터 10m 정

                             도의 원거리에 이르기까지 광범위하게 적용된다.

 

        ㆍ측정항목 : 균열폭, 균열깊이
        ㆍ사용방법과 측정요령 : 장비 제작자의 사양에 따른다.

        ㆍ초음파시험기 측정결과 ( PTA 현장자료 예시 )

 

         ☞ 결과의 판정 : 구조물에 중대한 영향을 미칠정도는 아니나 적절한 보수가 필요 함

     ◇ 슈미트 햄머 (Schmidt Hammer) 시험

 

        비파괴 시험은 경화한 콘크리트의 강도를 비파괴적으로 추정하는 방법으로써 여러 가지 방

        법이 있으나 가장 정확한 방법은 코아(Core)를 채취하여 실제 구조물의 강도를 측정하는

        것이다. 그러나, 실제 구조물에서 콘크리트 코아를 채취하면 구조물의 강도가 저하 되거나

        좋지 않은 영향을 미칠 수 있으므로 간단하게 구조물의 강도를 추정 할 수 있는 가장 좋은

        방법으로 슈미트 햄머에 의한 시험을 전세계적으로 많이 사용되고 있다.

       ㆍ장비의 종류 : 여러나라의 많은 종류가 있으므로 최근 개발된 제품을 선정
       ㆍ사용방법 및 측정요령 : 장비 제작자의 사양에 따른다.
       ㆍ슈미트햄머 측정결과 ( PTA 현장자료 예시 )

 

        ☞ 결과의 판정 : 설계기준강도 240kg/㎠ 이상 이므로 만족 함.

     ◇ 철근탐지기에 의한 피복두께 측정

 

        철근콘크리트 구조물 내부에 있는 철근을 자기파의 원리를 이용하여 철근의 위치를 찾아

        냄으로써 콘크리트의 피복두께를 측정하는 방법이다. 이것은 설계에 따른 피복두께의 정확

        한 시공여부를 판단하여 구조물 장기적인 내구성을 판단 할 수 있다.

       ㆍ장비의 종류 : 여러나라의 많은 종류가 있으므로 최근 개발된 제품을 선정
       ㆍ사용방법 및 측정요령 : 장비 제작자의 사양에 따른다.
       ㆍ피복두께 측정결과 ( PTA 현장자료 예시 )

 

        ☞ 결과의 판정 : 시방규정 피복두께 50mm 이상 이므로 만족 함

   ③ 균열의 평가

 

      ◇ 이차침전지 벽체 구조물 균열의 특징을 살펴보면

 

         - 긴방향의 벽체면을 따라 일정간격으로 분포되어 있고 연직방향으로 발달되었으며, 기초

           Slab에 구속된 된 벽체 하단부에서 균열이 시작되어 상단부 자유단으로 진행되는 양상을

           보아 콘크리트 건조수축에 의한 균열로 평가되고,

         - 부재의 내력이 부족하면 벽체 하단부에서 2/5 h 지점에 횡방향 균열이 발생하게 되는데,

           이러한 현상은 없는 것으로 보아 구조물에 유해하지 않은 것으로 판단된다.

 

      ◇ 균열이 발생된 벽체 부위에 현장시험한 결과를 살펴보면

 

         - 슈미트햄머에 의한 강도 추정과 철근 탐지기에 의한 철근의 피복 두께 측정, 초음파 시험

           결과 그리고 시공기록을 종합한 결과, 본 구조물의 품질상태는 설계기준을 만족하는 것

           으로 조사되었고, 발생된 균열이 구조물에 중대한 영향을 미칠 정도는 아니라고 평가 된

           다.

      ◇ 균열 보수의 필요성

 

         - 현장 구조물은 내,외벽에 균열을 폐합 할 수 있는 방수처리가 계획되어 있고 지하에 매설

           되어 균열에 보완성 및 진행성에 유리하나, 수조로써의 기능과 사용성을 고려하여 구조

           물의 수밀성과 내구성을 증진 시키기 위하여 균열의 정도에 따라 보수계획을 수립한다.
           

  3) 균열의 보수
 
    ① 외국의 균열 규준

 

       균열은 철근의 부식 또는 심미적 관점에서 여러요인에 대한 확실한 자료가 부족하기 때문에

       각 나라마다 간략한 규정을 정하고 있는 실정이며, 균열에 영향을 미칠 수 있는 여러 변수

       (철근응력,철근굵기,철근간격,덮개,등)들의 조합을 통해 균열을 조절하는 방법을 제시하고

       있다.

      【 표4-4. 각국의 균열규준에 따른 허용최대 균열 폭 】

 

        ※ 주) 균열메카니즘, 설계조건에 의한 균열 및 대책, 한국과학기술원 자료

 

    ② 보수계획

 

      ◇ 보수공법 선정 기준 ( SH STP 현장 시공 예시 )

 

         현장 구조물은 내,외벽에 균열을 폐합 할 수 있는 방수처리가 계획되어 있고 지하에 매설

         되어 균열에 보완성 및 진행성에 유리하다. 그러나, 수조로써의 기능과 사용성을 고려하여

         구조물의 수밀성과 내구성을 증진 시키기 위하여 균열의 정도에 따라 다음과 같이 보수계

         획을 수립한다.

 

        【 표4-5. 균열폭에 의한 균열보수 계획】

         

 

         ☞ 보수여부 판정 : 균열의 진행 여부를 확인하고 크랙케이지로 균열폭을 측정하여 보수여

                                   부를 판정

         ☞ 보수시기 : 균열이 진행되지 않거나 콘크리트 타설후 45일이 경과하면 보수를 시작한

                            다.
    ③ 보수공법

 

      ◇ 표면처리 공법

 

         미세한 균열 (일반적으로 0.2mm 이하) 위에 내구성을 향상시킬 목적으로 행하는 공법으로

         균열부분만 피복하는 방법과 전면을 피복하는 방법이 있다. 이 방법은 균열 내부의 처치를

         할 수 없다는 점과 균열이 활성화 될 경우에는 제어하기 어려운 결점이 있다.

 

         - 사용재료 : 도막(塗膜) 탄성방수재, polymer cement paste, 기타
         - 시공방법 : ㆍ균열면을 Wire brush 로 문질러 거칠게 함.
                      ㆍ표면 부착물 제거
                      ㆍ물세척 후 충분히 건조
                      ㆍ기공부분에 Putty 수지로 충전
                      ㆍ보수재료로 균열부를 도포

 

      ◇ 주입공법

         균열부분에 수지계 혹은 시멘트계의 재료를 주입하여 방수성, 내구성을 향상시키는 공법

         으로써 여러가지 시공방법이 있으므로 안전하고 경제적인 방법을 선정 할 필요가 있다.

         - 사용재료 : 에폭시 수지재 ( 종류가 다양하므로 성능을 비교분석하여 적정한 재료를

                           선택)
         - 시공방법 : Maker standard

3. 균열저감 대책

 

  1) 설계단계에서의 대책

 

     ① 인장력을 저감시키는 방법               

                                                ㆍ Expansion joint(신축이음) 고려
                                                ㆍ 유발줄눈의 채용
                                                ㆍ 외부단열방수 고려
                                                ㆍ 부등침하 방지 대책 반영

     ② 인장력을 분산시키는 방법               

                                                ㆍ 건조수축 철근량을 증대 (철근비)
                                                ㆍ 균열방지 철근 배치

     ③ 인장에 저항하는 힘을 증강시키는 방법   

                                                ㆍ 벽두께를 증대

 

  2) 시공단계에서의 대책

 

     ① 콘크리트 배합 時                  

                                                ㆍ 가능한 한 단위수량을 적게한다.
                                                ㆍ 수축저감제( AE 감수제) 고려한다.
                                                ㆍ Cement는 Fly Ash, 중용열 Portland Cement, 
                                                   조강 Portland Cement 를 사용한다.
                                                ㆍ 골재는 흡수율이 적고 견고하고 조립율이 2~3정도인
                                                   것을 사용한다.

     ② 시공단계에서의 대책           

                                                ㆍ 철근의 덮개를 충분히 확보한다.
                                                ㆍ 거푸집은 처짐, 밀림등이 없도록 견고히 설치한다.
                                                ㆍ 동바리의 부등침하를 방지한다.
                                                ㆍ 거푸집 해체시 구조물에 충격을 주지 않게 한다.
                                                ㆍ 개구부, 단부, 벽체와 접속되는 부분에 보강근 확인한다.
                                                ㆍ Con'c 타설전에 Slump 값의 변화가 없도록 관리한다.
                                                ㆍ 콘크리트 소요강도를 얻기전에 하중을 가하지 말 것
                                                ㆍ 다짐을 수밀하게 하여 밀실한 콘크리트를 만든다.
                                                ㆍ 습윤상태를 7일이상 유지한다.
                                                ㆍ 양생 중에 외기의 바람을 차단한다.

 

  3) Model 공사에서의 균열저감 전략
  
     ◇ 시방서 기준과 조건을 철저히 이행  ⇒  시공단계별 CHECK POINT 와 CHECK LIST 활용

     ◇ 무리하지 않은 시공계획 수립       ⇒  1일 작업 소화량(콘크리트 타설량)을 분석하고 동원

                                                            능력에  맞게 추진

     ◇ 품질시공 의식전환 행사 시행 및 교육  ⇒ 콘크리트 타설 前 전근로자에 품질교육을 실시

                                                                 하고  타설 요령을 숙지하는 행사를 실시 함.

     ◇ Mass Con'c 수화열 억제관리  ⇒ 제2장 6.품질관리계획 수화열 관리 편 참조

 

출처 : 블로그 > 다지라미 | 글쓴이 : Daram [원문보기]

 

출처 : 다지라미

글쓴이 : Daram 원글보기

메모 :