철근콘크리트 균열 원인과 대책, 균열 보수

철근콘크리트 균열 원인과 대책, 균열 보수 개요

철근콘크리트 구조물의 균열 발생 원인은 경화 중인 콘크리트에 발생하는 소성수축 균열과 침하균열, Cold joint, 양생 불량 등이 있으며, 경화 후의 균열은 건조수축, 온도변화, 중성화, 염해, 알칼리골재반응, 철근 부식에 의한 균열이 있습니다. 균열 예방 대책으로는 설계 시 신축이음 계획, 재료 배합 시 W/C 적게, 시공 시에는 철근 배근 상태 관리, Cold Joint 방지, 콘크리트 접합부 관리 철저, 양생, 중성화 방지, 염화 방지 등을 들 수 있습니다. 시공 후 균열 보수공법으로는 표면처리, 충전, 주입, Anch or 간결, Prestress, 강판 부착, 탄소섬유 Sheet 부착공법 등이 있습니다.

균열 발생

● 미경과 콘크리트 시 균열(시공 시 균열).

□ 소성수축 균열

원인

콘크리트 표면의 급격한 수분 증발로 발생합니다. 수분의 증발 속도가 블리딩 속도보다 빠를 때 주로 발생합니다.

대책

타설 전 지반이나 거푸집에 충분한 수분공급, 흡수성이 큰 골재는 충분한 수분 공급 후 사용, 양생 작업은 콘크리트 타설 후 되도록 빨리 실시콘크리트 표면에 바람막이 및 직사광선을 차단하는 시설 설치, 온도상승 방지.

□ 침하균열 발생

원인

지주 및 거푸집 조기 탈영 원인으로 침하되어 균열 발생, 콘크리트 W/C 비의 과다로 철근 하단에 물방울로 인한 공극 발생으로 침하균열 발생.

대책

저 슬럼프(최대 12cm 이하)의 콘크리트를 충분히 진동 다짐하여 콘크리트 자체 침하 최소, 충분한 콘크리트 타설 시간 확보, 견고한 기초로 거푸집 동바리의 변형 사전 예방.

□ 양생 불량으로 인한 균열 발생

초기 습윤양생 불량: 콘크리트 타설 작업 온도 35℃ 이상일 때 서중 콘크리트 타설 발생합니다. 초기 동해로 인한 균열: 콘크리트 타설 작업 시 온도 5℃ 이상 유지, 단열 보온양생 보양 실시(한중 콘크리트).

□ 타설 후 진동, 충격, 시공 하중으로 인한 균열 발생

타설 후 3일간은 진동, 충격 금지, 과다한 시공 하중 금지.

□ Cold Joint에 의한 균열 발생

레미콘 지연 등으로 인한 시공 시 한계 시간 초과로 균열 발생, 콜드조인트 한계 시간 준수(온도 25℃ 이상 : 1.5시간 이내, 온도 25℃ 미만 : 2시간 이내).

□ 거푸집 및 지주(동바리) 존치 기간 미준수로 인한 균열 발생

거푸집을 조기 제거의 경우 온도 차이에 의한 균열 발생, slab 거푸집은 충분한 강도 확보 이후 제거 필수적입니다. 압축부재 거푸집의 존치 기간은 압축강도 50kg/㎠ 이상일 때로 합니다.

● 경화 후 콘크리트 균열

□ 건조수축 균열

원인

콘크리트가 양생이 되면서 부재가 건조수축되어 균열 발생합니다. 건조수축에는 경화 수축, 건조수축, 탄산화 수축 등이 있습니다. W/C니, 시멘트, 부재 크기, 골재 함수율, 양생 등의 영향을 받습니다.

대책

단위 수량 감소, 굵은 골재의 양 증가, 적절한 수축 줄눈 배치, 건조수축을 보상할 수 있는 시멘트 사용, 적절한 철근 배치, 거푸집은 충분히 살수하여 습윤 상태에서 콘크리트를 타설, 직사광선이나 바람에 노출되지 않도록 보호, 습윤 상태의 표준양생 실시 □ 철근 부식에 의한 균열.

철근이 부식되면 2.5~7배 팽창하면서 균열 발생합니다. 해사 사용 시 염분 규제치 이하 사용 필수적입니다. 알칼리성의 콘크리트가 탄화 등으로 알칼리 성분을 잃어버리게 되어 부식된 철근이 산화, 체적이 증가하여 발생합니다.

대책

투수성이 낮은 콘크리트 사용, 콘크리트의 피복두께 증가, 코팅된 철근 사용, 부식방지 완화제 사용.

□ 시공 불량으로 인한 균열

원인

콘크리트의 작업능률 증대를 위해 수량을 추가 사용했을 경우, 양생이 불량하거나 다짐을 충분히 못 한 경우, 응력이 크게 발생하는 위치에 시공 조인트를 둘 경우 발생.

대책

정확한 시공 절차에 따라 확실한 시공과 품질관리, 현장에서 콘크리트 혼합물에 가수 금지, 정해진 타설 속도 준수, 다짐 철저, 초기 양생 계획 수립, 타설 시 현장 주변의 발파, 진동 작업 금지.

□ 부등침하에 의한 균열

원인

구조물 저면 지반의 지지력이 불균등할 경우.

대책

장기부 등 변위에 대한 균열 발생 및 하자발생, 방지를 위해 지지지반을 보강(LW 공법, 주입 회반죽 공법 등)하여 부등변위 방지 대책 수립, 구조물 전 연장에 걸쳐 균등하고 확실한 지지력이 확보될 수 있도록 기초지반 처리, 암거의 경우, 콘크리트 시방서에 명기된 휨 철근분배 규정에 적합하도록 종방량 철근 보강.

균열 방지 세부 사항

□ 설계 대책

- 과대 하중 산정 방지 – 소요 단면, 철 근량 확보, 신축이음 설계 : Expansion Joint.

□ 재료 배합 대책

- 풍화된 시멘트 사용금지, 단위 수량 적게, W/C 비를 적게, 적정 혼화제 3~6% 투입, 해사 사용금지, 적정 공기량 4~7%.

□ 타설 시공 시 대책

- 철근 : 배근, 조립 상태, 이음, 정착, 피복두께.

□ 균열 조사

- 조사 시기: 거푸집 해체 후 처음 2개월: 1회/월, 거푸집 해체 후 2개월 이후: 1회/분기.

- 조사 방법: 선 표준조사를 통하여 균열의 원인 파악 및 보수․보강 방법을 강구하되 표준조사만으로 파악이 곤란할 시 상세 조사를 실시하여 보수․보강 방안 강구.

◦ 표준조사 : 균열 형태, 폭, 길이, 관통 여부, 발생 시기, 설계도서 검토 등.

◦ 상세 조사 : 전달경로, 균열폭․길이 변동, 균열 깊이 등[비파괴 검사, 코아 검사, 콘크리트 물성 분석(물리, 화학 시험) 등].

□ 기록 방법

◦ 대장관리,

- 교량, Box, 옹벽 등 구조물별 균열 관리대장 작성,

- 최초 균열 발생 시부터 준공 시까지 발전 상황 기록 유지,

◦ 현장 기록,

- 균열 발생 부의 중간 위치에 균열 No. 를 연필로 기재,

- 균열 양단부를 연필로 체크마크하고 조사 일자 기재,

- 조사 일자, 크랙 폭(mm, 소수 둘째 자리), 균열 길이(m, 소수 첫째 자리) 순으로 기재, - 균열 발전이 없는 경우에는 조사일(균열폭, 길이)을 이전조사일 옆에 기재하고 균열 발전이 있는 경우 상기 항과 동일한 방법으로 표기.

◦ 균열 보수 시기

원칙적으로 구조물에 공용 전 하중 제하여서 완료된 후, 균열의 진행이 완료된 경우 보수 시행. 뒤채움 부분 외벽 보수를 선행 조치 후 뒤채움 시공. 구조적 균열, 유해한 균열, 철근의 부식 우려, 누수 등의 우려가 있는 경우는 조속한 보수․보강 공법 선정 및 시행.

균열의 보수보강 대책

□ 표면처리공법: 0.2m/m 이하.

- 경미한 균열 부위에 cement paste 등으로 도막 형성, 에폭시 접착제로 표면 보수.

□ 충전공법(V-cut 법).

- 0.3mm 이하의 주입이 어려운 균열에 깊이 10mm 정도로 V-cut 하고, 회반죽 또는 에폭시 수지로 충진 하여 관리합니다.

□ 주입공법.

- 주입용 pipe를 10~30cm 간격으로 설치하고 저점 성의 에폭시 수지를 주입.

□ 강재 anchor 공법.

- 꺾쇠형 anchor로 균열이 더 이상 진행되지 않도록 하는 공법, 시멘트 회반죽 주입 정착합니다.

□ 강판 부착 공법.

- 균열 부위에 강판을 대고 anchor로 고정한 후 접착 부위를 에폭시 수지로 채우는 공법.

□ prestress 공법.

- 구조체가 절단될 염려가 있는 경우 균열에 직각 방향으로 prestress 강선 배근 후 인장.

□ 탄소섬유 Sheet 보강공법.

- 균열부에 고탄력의 탄소섬유 sheet를 에폭시 수지로 부착하여 응력을 증가시키는 방법.

- 경량이고 긴장으로 인한 하중 부담이 적고 작업성이 편리합니다.

- 시공 전 습기를 제거해야 하며 0℃ 이하에서는 작업 금지합니다.