콘크리트의 균열 발생 원인과 대책

목 차 1. 콘크리트 균열의 분류 2. 대표적인 콘크리트 균열 사례 3. 콘크리트 균열 보수 방법

1. 콘크리트 균열의 분류 1 . 1 요인에 따른 균열 분류 1 . 2 균열의 원인 및 발생 시기

1. 콘크리트 균열의 분류 1. 1 요인에 따른 균열 분류 1 ) 발생원인에 의한 분류 2 ) 내력 영향에 의한 분류 1. 1 요인에 따른 균열 분류 1 ) 발생원인에 의한 분류 설계조건에 의한 균열 : 설계기준 미비, 오류, 구조에 대한 이해 부족, 내구성 무관심 등에 기인 시공조건에 의한 균열 : 시공 부주의, 시공시 초과하중, 거푸집 오류, 피복두께 오류 등에 기인 재료조건에 의한 균열 : 시멘트, 혼화재료, 골재 등의 품질관리 미비에 기인 사용환경에 의한 균열 : 온습도 변화, 동결융해, 중성화, 염해, 화재 등에 기인 2 ) 내력 영향에 의한 분류 구조적 균열 : 사용하중의 작용으로 발생하는 균열 - 설계오류에 의한 균열, 외부하중에 의한 균열, 단면 및 철근량 부족에 의한 균열 비구조적 균열 : 구조물의 안전성 저하는 없지만 내구성 및 사용성을 저하시킬 수 있는 균열 - 소성수축 균열, 침하균열, 온도균열, 건조수축 균열, 미세균열 등 3 ) 발생시기에 의한 분류 경화 중 균열 : 재료분리, 소성수축 균열, 침하 균열, 자기수축 균열, 온도균열 등 경화 후 균열 : 건조수축 균열, 화학반응에 의한 균열, 동결융해에 의한 균열 등

1. 콘크리트 균열의 분류 1. 2 균열의 원인 및 발생 시기 1 ) 사용재료에 의한 균열 시 멘 트 골 재 원 인 발생시기 1. 2 균열의 원인 및 발생 시기 1 ) 사용재료에 의한 균열 시 멘 트 원 인 발생시기 형 태 특 징 이상 응결 타설후 수시간~1일 표면균열 폭이 크고 길이가 짧은 균열이 비교적 단시간에 불규칙하게 발생 수 화 열 타설후 ~ 10일 표면관통 콘크리트 단면에 직선상의 균열이 규칙적으로 발생, 표면균열 및 관통균열로 분류됨 이상 팽창 타설후 ~ 10일 이상 그물모양 망사형의 그물 모양 균열로 발생 골 재 원 인 발생시기 형 태 특 징 점토 성분 타설후 수시간~1일 그물모양 표면건조에 따라 불규칙한 그물모양 균열 발생 저 품 질 표면관통 불규칙하며 길이가 짧은 균열 발생 반 응 성 타설후 ~ 10일 이상 거북등 모양의 균열 발생

1. 콘크리트 균열의 분류 1. 2 균열의 원인 및 발생 시기 2 ) 콘크리트에 기인한 균열 콘크리트 자체 물성 콘크리트 제조 1. 2 균열의 원인 및 발생 시기 2 ) 콘크리트에 기인한 균열 콘크리트 자체 물성 원 인 발생시기 형 태 특 징 염분량 과다 수십일 이상 그물모양 표면이 침식되며, 전면에 균열 발생 침하/블리딩 타설후 수시간 ~ 1일 표면균열 탈설후 1~2시간에 철근상부 등에서 발생 소성수축 관통가능 비정형적 개구부나 코너부에는 경사균열, 상판·보 등에는 등간격의 직선형으로 발생 자기수축 타설후 수시간 ~ 7일 건조수축 경화후 ~ 수십일 이상 콘크리트 제조 원 인 발생시기 형 태 특 징 혼화재료 불균질성 타설후 수시간 ~ 1일 그물모양 팽창성 및 수축성으로 구분되며, 부분적 발생 장시간의 대기시간 표면관통 전면에서 그물모양 또는 길이가 짧은 불규칙한 균열 발생

1. 콘크리트 균열의 분류 1. 2 균열의 원인 및 발생 시기 2 ) 콘크리트에 기인한 균열 콘크리트 시공 원 인 발생시기 1. 2 균열의 원인 및 발생 시기 2 ) 콘크리트에 기인한 균열 콘크리트 시공 원 인 발생시기 형 태 특 징 급속한 타설 타설후 수시간 ~ 1일 표면균열 거푸집 변형, 침하 및 블리딩에 의한 균열 다짐 불충분 타설후 수시간 슬래브의 경우 주변을 따라 원형으로 발생하며, 배근 및 배관의 표면에 발생 경화전 진동 및 재하 구조 및 외력에 의한 균열과 동일하게 발생 급격한 건조 그물모양 표면 여러 부분에 짧은 균열이 불규칙하게 발생 초기 동해 수시간 ~ 10일 이상 가는 균열로서 탈형시 콘크리트 면이 백색임 부적합한 이어치기 관통균열 이어치기 면에서 균열 발생 피복두께 부족 수10일 이상 배근 및 배관 표면에 발생 거푸집 변형 거푸집 이동방향으로 평행하게 발생 거푸집 조기제거 1일 이상 강도부족에 의한 균열 및 건조수축 균열 증대 동바리 침하 보 단부 상단 및 중앙부 하단 등에 발생

1. 콘크리트 균열의 분류 1. 2 균열의 원인 및 발생 시기 3 ) 환경요인에 의한 균열 물 리 적 환 경 화 학 적 환 경 1. 2 균열의 원인 및 발생 시기 3 ) 환경요인에 의한 균열 물 리 적 환 경 원 인 발생시기 형 태 특 징 외부 온습도 변화 수10일 이상 표면관통 건조수축 균열과 유사한 형태로 발생 부재양면 온습도차이 표면균열 저온 및 저습 측면에 휨방향과 직각으로 발생 동결융해 그물모양 표면 스케일링 현상 발생 화 재 표면 전체에 거북등 모양의 가는 균열 발생 화 학 적 환 경 원 인 발생시기 형 태 특 징 화학적 부식 수10일 이상 그물모양 표면이 침식되고, 전면에 걸쳐 균열 발생 중 성 화 철근 부식에 의한 균열로 철근을 따라 발생, 피복 박락 및 녹 유출 염 해

1. 콘크리트 균열의 분류 1. 2 균열의 원인 및 발생 시기 4 ) 구조적 요인에 의한 균열 하 중 구조 설계 및 지지 조건 1. 2 균열의 원인 및 발생 시기 4 ) 구조적 요인에 의한 균열 하 중 원 인 발생시기 형 태 특 징 설계하중 초과 장기 하중 수10일 이상 표면관통 휨하중에 의해 보나 슬래브의 인장 측에 수직으로 균열 발생 단기/동적하중 전단하중에 의하 기둥, 보, 벽 등에 45˚ 방향으로 균열 발생 구조 설계 및 지지 조건 원 인 발생시기 형 태 특 징 단면, 철근량 부족 수10일 이상 그물모양 휨 및 전단하중에 의한 균열과 유사한 형태 부등침하 표면관통 45˚ 방향으로 커다란 균열 발생 지반동결 시공 및 사용중 동결 조건에 따라 다양한 형태로 발생

1. 콘크리트 균열의 분류 1. 2 균열의 원인 및 발생 시기 4 ) 구조적 요인에 의한 균열 하 중 구조 설계 및 지지 조건 1. 2 균열의 원인 및 발생 시기 4 ) 구조적 요인에 의한 균열 하 중 원 인 발생시기 형 태 특 징 설계하중 초과 장기 하중 수10일 이상 표면관통 휨하중에 의해 보나 슬래브의 인장 측에 수직으로 균열 발생 단기/동적하중 전단하중에 의하 기둥, 보, 벽 등에 45˚ 방향으로 균열 발생 구조 설계 및 지지 조건 원 인 발생시기 형 태 특 징 단면, 철근량 부족 수10일 이상 그물모양 휨 및 전단하중에 의한 균열과 유사한 형태 부등침하 표면관통 45˚ 방향으로 커다란 균열 발생 지반동결 시공 및 사용중 동결 조건에 따라 다양한 형태로 발생

2. 대표적인 콘크리트 균열 사례 2 . 1 콘크리트 균열 발생 사례 2 . 2 경화 중 콘크리트의 균열 2 . 1 콘크리트 균열 발생 사례 2 . 2 경화 중 콘크리트의 균열 2 . 3 경화 후 콘크리트의 균열

2. 대표적인 콘크리트 균열 사례 2. 1 콘크리트의 균열 발생 사례 침 하 균 열 소 성 수 축 온 도 균 열 2. 1 콘크리트의 균열 발생 사례 침 하 균 열 - A : 철근 위에 발생 - B : 기둥 상단 발생 - C : 슬래브 깊이 변화 소 성 수 축 - D : 대각선 방향 - E : Random 방향 - F : 철근 위에 발생 온 도 균 열 - G : 외부 구속 - H : 내부 구속 건 조 수 축 - I 미 세 균 열 - J : 거푸집 면 - K : 콘크리트 마감면 철 근 부 식 - L : 중 성 화 - M : 염 해 알칼리골재 반응 - N

2. 대표적인 콘크리트 균열 사례 2. 2 경화 중 콘크리트의 균열 1 ) 콘크리트 재료분리 2. 2 경화 중 콘크리트의 균열 1 ) 콘크리트 재료분리 발 생 원 인 - 부적절한 배합 - 입경이 큰 재료의 비율 과다 - 단위수량 증대 발 생 시 기 - 레미콘 제조시 및 타설 직후 사용재료의 품질관리 철저 및 단위수량 저감형 배합 적용 [ 그림 1 ] 콘크리트의 재료분리 사례

2. 대표적인 콘크리트 균열 사례 2. 2 경화 중 콘크리트의 균열 2 ) 소성수축 균열 2. 2 경화 중 콘크리트의 균열 2 ) 소성수축 균열 발 생 원 인 - 타설 후 급격한 수분 증발 - 적절한 양생(보양) 미비 - 거푸집 누수 발 생 시 기 - 타설 2시간 후 ~ 약 1일 타설 후 비닐시트 등 양생포를 활용하여 수분의 급속한 증발 방지 콘크리트 표면 수분 증발 경 화 정 도 콘크리트 내부 수분 상승 [ 그림 2 ] 소성수축 균열 발생 개념도 [ 그림 3 ] 소성수축 균열 사례

2. 대표적인 콘크리트 균열 사례 2. 2 경화 중 콘크리트의 균열 3 ) 침하 균열 단위수량이 많지 않은 배합을 적용하며 , 2. 2 경화 중 콘크리트의 균열 3 ) 침하 균열 발 생 원 인 - 타설 후 콘크리트 침강시 철근, 골재 등의 간섭에 의해 발생 - 높은 단위수량 및 물시멘트비 - 빠른 타설 속도 발 생 시 기 - 타설 후 약 1 ~ 3 시간 단위수량이 많지 않은 배합을 적용하며 , 적절한 타설 속도 유지 초기 발견시 탬핑에 의해 균열 폐색 조치 [ 그림 4 ] 침하 균열 발생 개념도 [ 그림 5 ] 침하 균열 사례

2. 대표적인 콘크리트 균열 사례 2. 2 경화 중 콘크리트의 균열 4 ) 자기수축 균열 Cement Water Hydrate 2. 2 경화 중 콘크리트의 균열 4 ) 자기수축 균열 발 생 원 인 - 시멘트 수화반응에 의한 자체 체적 감소에 기인 - 단위시멘트량이 높은 배합 발 생 시 기 - 응결 종료 ~ 약 7일 수축저감제 및 팽창제의 적절한 적용 단위시멘트량 저감형 배합 적용 Cement Water Hydrate Void [ 그림 6 ] 시멘트의 자기수축 개념

2. 대표적인 콘크리트 균열 사례 2. 2 경화 중 콘크리트의 균열 5 ) 온도 균열 저발열 콘크리트 배합 및 재료 사용 2. 2 경화 중 콘크리트의 균열 5 ) 온도 균열 발 생 원 인 - 시멘트 수화반응에 의한 온도상승 및 강하 - 온도상승시 팽창 / 온도강하시 수축 - 내부구속 및 외부구속에 의해 균열 발생 발 생 시 기 - 응결 종료 ~ 약 7일 저발열 콘크리트 배합 및 재료 사용 프리쿨링 및 파이프쿨링 공법 적용 균열유발줄눈 및 온도철근 배근 내 부 구 속 외 부 구 속 콘크리트 내부 팽창 인장응력 콘크리트 표면 균열 발생 기초 콘크리트 콘크리트 관통 균열 발생 인장응력 [ 그림 7 ] 온도 균열 사례

2. 대표적인 콘크리트 균열 사례 2. 3 경화 후 콘크리트의 균열 1 ) 건조수축 균열 2. 3 경화 후 콘크리트의 균열 1 ) 건조수축 균열 발 생 원 인 - 콘크리트 내부 잉여수의 증발에 의한 수축에 기인 - 단위수량 과대, 수분증발 대책 미비 등 발 생 시 기 - 경화 후 ~ 수십일 이상 (약 5년) 단위수량 관리 및 수분 증발 방지 대책 단위수량 최소화 배합 적용 콘크리트 표면 수분 증발 [ 그림 8 ] 건조수축 발생 개념도 [ 그림 9 ] 건조수축 균열 사례

2. 대표적인 콘크리트 균열 사례 2. 3 경화 후 콘크리트의 균열 2 ) 동결융해에 의한 균열 2. 3 경화 후 콘크리트의 균열 2 ) 동결융해에 의한 균열 발 생 원 인 - 콘크리트 내부 수분의 동결 및 융해 반복에 의한 표면 균열 발생 - 공기량 미확보, 단위수량 과다, 초기 동해 등 발 생 시 기 - 경화 후 ~ 공기량 3 ~ 6% 이상 반드시 확보 단위수량 최소화 배합 적용 물시멘트비 저감 및 양생 철저 [ 그림 10 ] 동결융해 피해 사례

2. 대표적인 콘크리트 균열 사례 2. 3 경화 후 콘크리트의 균열 3 ) 철근부식에 의한 균열 2. 3 경화 후 콘크리트의 균열 3 ) 철근부식에 의한 균열 발 생 원 인 - 수분 침투, 염해, 중성화 등에 의한 콘크리트 내부 철근의 부식에 기인 - 철근부식에 의한 체적 팽창으로 콘크리트 균열 발생 발 생 시 기 - 콘크리트 경화 후부터 장시간 물시멘트비 저감에 의한 수밀성 증대 단위수량 최소화 배합 적용 고내구성 콘크리트 적용 검토 [ 그림 11 ] 철근부식에 의한 균열 사례

2. 대표적인 콘크리트 균열 사례 2. 3 경화 후 콘크리트의 균열 4 ) 화학적 부식에 의한 균열 2. 3 경화 후 콘크리트의 균열 4 ) 화학적 부식에 의한 균열 발 생 원 인 - 하수시설(정화조 등)에서 황화수소에 의한 콘크리트 부식에 기인 - 직접적인 화학약품과의 접촉에 의한 콘크리트 부식 발 생 시 기 - 화학반응 발생 시기 물시멘트비 저감에 의한 수밀성 증대 항균성 콘크리트 배합 적용 ( 항균금속 함유 : 니켈, 텅스텐 ) [ 그림 12 ] 화학적 부식에 의한 균열 사례

3. 콘크리트 균열 보수 방법 3 . 1 허용 균열 폭 관련 규준 3 . 2 콘크리트 균열 보수 기준 3 . 1 허용 균열 폭 관련 규준 3 . 2 콘크리트 균열 보수 기준 3 . 3 콘크리트 균열 보수 공법

3. 콘크리트 균열 보수 방법 3. 1 허용 균열 폭 관련 규준 ACI 224위원회 허용 균열 폭 규정 3. 1 허용 균열 폭 관련 규준 허용 균열 폭 : 콘크리트구조물의 안전성 및 내구성을 고려하여 정한 균열 폭의 한계치 ACI 224위원회 허용 균열 폭 규정 환      경      조      건 허 용 균 열 폭 ( mm ) 건조한 공기 또는 보호 층이 있는 경우 습기, 흙 중에 있는 경우 동결방지제의 사용시 해수, 해풍에 의한 건습 반복 시 수밀 구조 부재의 경우 0.40 0.30 0.18 0.13 0.10 CEB-FIP Code 의 허용 균열 폭 규정 환    경    조    건   허 용 균 열 폭 ( mm ) 영구하중과 장기 변동하중 작용 변동하중의 불리한 조합 유해한 노출조건하의 구조물 방호 시설이 없는 구조물 방호 시설이 있는 구조물 0.1 0.2 0.3 미관상 검사

일본콘크리트학회 허용 균열 폭 규정 ( 콘크리트의 균열조사 보수 · 보강 지침 ) 3. 콘크리트 균열 보수 방법 3. 1 허용 균열 폭 관련 규준 일본콘크리트학회 허용 균열 폭 규정 ( 콘크리트의 균열조사 보수 · 보강 지침 ) 구     분  환경요인 1) 내구성을 고려한 경우 2) 방수성을 고려한 경우 엄   격 중   간 느   슨 허 용 균열 폭 ( mm ) 보수 필요 대 중 소 0.4 이상 0.6 이상 0.8 이상 1.0 이상 0.20 이상 보수 불필요 0.1 이하 0.2 이하 0.3 이하 0.2이하 0.3이하 0.05 이하  주 1) 주로 철근의 녹 발생조건의 관점에서 본 환경조건     2) 콘크리트 구조물의 내구성 및 방수성에 영향을 주는 유해성의 정도로서 다음 요인의 영향을 종합하여 판단         (균열 깊이, 패턴, 폭, 콘크리트 표면 피복 유무, 재료, 배합 등)

3. 콘크리트 균열 보수 방법 3. 2 콘크리트 균열 보수 기준 균열보수 목 적 균열현상·원인 균열 폭 (mm) 보 수 공 법 3. 2 콘크리트 균열 보수 기준 균열보수 목 적 균열현상·원인 균열 폭 (mm) 보 수 공 법 표면처리 공 법 주 입 공 법 충 전 공 법 단면복구 침투성 방수제 방 수 성 확 보 철근부식 되지 않는 경우 변동이 작은 경우 0.2 이하 ○ △ 0.2~1.0 큰 경우 내 구 성 1.0 이상 -  주 1) 균열 폭 3.0mm 이상은 구조적 결함을 수분하는 경우가 많으므로, 상기 보수공법과 함께 보강방안 검토     2) ○ : 적당하다고 판단되는 공법, △ : 조건에 따라 적당한 공법

3. 콘크리트 균열 보수 방법 3. 3 콘크리트 균열 보수 공법 1 ) 표면처리 공법 3. 3 콘크리트 균열 보수 공법 1 ) 표면처리 공법 미세한 균열 ( 일반적으로 0.2mm 이하 ) 위에 도막을 형성시켜 내구성 및 방수성을 향상시키는 공법, 균열 부분만을 피복하는 방법 균열 폭의 변동 ( 균열의 진행성 ) 에 따라 2가지 방법으로 구분 표면피복재 ( 보수재 ) 절연재 ( 테이프 등 ) 표면피복재 ( 보수재 ) (A) 진행성 균열 (B) 비진행성 균열 [ 그림 13 ] 콘크리트 균열 표면처리 공법

3. 콘크리트 균열 보수 방법 3. 3 콘크리트 균열 보수 공법 2 ) 주입 공법 3. 3 콘크리트 균열 보수 공법 2 ) 주입 공법 균열에 수지계 또는 시멘트계 재료를 주입하여 방수성 및 내구성을 향상시키는 공법 마감재가 콘크리트 표면에서 들떠 있는 경우에도 적용되는 공법 [ 그림 14 ] 콘크리트 균열 주입 공법

3. 콘크리트 균열 보수 방법 3. 3 콘크리트 균열 보수 공법 3 ) 충전 공법 3. 3 콘크리트 균열 보수 공법 3 ) 충전 공법 0.5mm 이상의 비교적 큰 균열을 대상으로 하며, 철근이 부식되지 않은 경우에 적용하는 공법 균열 부위를 따라서 U 또는 V자 형으로 컷팅한 후, 컷팅 부위를 보수재료로 충전하는 공법 [ 그림 15 ] 콘크리트 균열 충전 공법

3. 콘크리트 균열 보수 방법 3. 3 콘크리트 균열 보수 공법 4 ) 단면복구 공법 3. 3 콘크리트 균열 보수 공법 4 ) 단면복구 공법 콘크리트 구조물이 성능저하 되어 원래의 단면을 손실한 경우나 성능저하 원인 ( 중성화, 염해 등 ) 에 의해 철근부식이 발생된 경우 손상 부위를 제거하고 단면을 복구하는 공법 부식 철근의 이면까지 콘크리트 단면을 제거한 후, 철근 부식제거 및 방청처리를 실시하고 폴리머시멘트모르타르 등을 이용해 단면을 복구 [ 그림 16 ] 콘크리트 단면복구 공법

감 사 합 니 다 Q & A 고품질 콘크리트구조물을 구축하기 위해서는 하자를 예방하기 위한 품질관리와 고품질 콘크리트의 적용이 중요합니다. 감 사 합 니 다