Transcript 콘크리트의 균열 발생 원인과 대책

콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
목
차
1. 콘크리트 균열의 분류
2. 대표적인 콘크리트 균열 사례
3. 콘크리트 균열 보수 방법
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
1. 콘크리트 균열의 분류
1 . 1 요인에 따른 균열 분류
1 . 2 균열의 원인 및 발생 시기
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
1. 콘크리트 균열의 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
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
1. 콘크리트 균열의 분류
1. 2 균열의 원인 및 발생 시기
1 ) 사용재료에 의한 균열
시 멘 트
원인
발생시기
형태
이상 응결
타설후 수시간~1일
표면균열
폭이 크고 길이가 짧은 균열이 비교적 단시간에
불규칙하게 발생
수화열
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
특징
재
원인
발생시기
형태
점토 성분
타설후 수시간~1일
그물모양
표면건조에 따라 불규칙한 그물모양 균열 발생
저품질
타설후 수시간~1일
표면관통
불규칙하며 길이가 짧은 균열 발생
반응성
타설후 ~ 10일 이상
그물모양
거북등 모양의 균열 발생
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
특징
1. 콘크리트 균열의 분류
1. 2 균열의 원인 및 발생 시기
2 ) 콘크리트에 기인한 균열
콘크리트 자체 물성
원인
발생시기
형태
특징
염분량 과다
수십일 이상
그물모양
표면이 침식되며, 전면에 균열 발생
침하/블리딩
타설후 수시간 ~ 1일
표면균열
탈설후 1~2시간에 철근상부 등에서 발생
소성수축
타설후 수시간 ~ 1일
자기수축
타설후 수시간 ~ 7일
개구부나 코너부에는 경사균열, 상판·보 등에는
등간격의 직선형으로 발생
건조수축
경화후 ~ 수십일 이상
표면균열
관통가능
비정형적
콘크리트 제조
원인
발생시기
형태
혼화재료
불균질성
타설후 수시간 ~ 1일
그물모양
팽창성 및 수축성으로 구분되며, 부분적 발생
장시간의
대기시간
타설후 수시간 ~ 1일
표면관통
그물모양
전면에서 그물모양 또는 길이가 짧은 불규칙한
균열 발생
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
특징
1. 콘크리트 균열의 분류
1. 2 균열의 원인 및 발생 시기
2 ) 콘크리트에 기인한 균열
콘크리트 시공
원인
발생시기
형태
급속한 타설
타설후 수시간 ~ 1일
표면균열
거푸집 변형, 침하 및 블리딩에 의한 균열
다짐 불충분
타설후 수시간
표면균열
슬래브의 경우 주변을 따라 원형으로 발생하며,
배근 및 배관의 표면에 발생
경화전 진동
및 재하
타설후 수시간 ~ 1일
표면균열
구조 및 외력에 의한 균열과 동일하게 발생
급격한 건조
타설후 수시간 ~ 1일
그물모양
표면 여러 부분에 짧은 균열이 불규칙하게 발생
초기 동해
수시간 ~ 10일 이상
그물모양
가는 균열로서 탈형시 콘크리트 면이 백색임
부적합한
이어치기
타설후 수시간 ~ 1일
관통균열
이어치기 면에서 균열 발생
피복두께 부족
수10일 이상
표면균열
배근 및 배관 표면에 발생
거푸집 변형
타설후 수시간 ~ 1일
표면균열
거푸집 이동방향으로 평행하게 발생
거푸집 조기제거
1일 이상
표면균열
강도부족에 의한 균열 및 건조수축 균열 증대
동바리 침하
타설후 수시간 ~ 1일
표면균열
보 단부 상단 및 중앙부 하단 등에 발생
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
특징
1. 콘크리트 균열의 분류
1. 2 균열의 원인 및 발생 시기
3 ) 환경요인에 의한 균열
물리적 환경
원인
발생시기
형태
특징
외부 온습도 변화
수10일 이상
표면관통
건조수축 균열과 유사한 형태로 발생
부재양면
온습도차이
수10일 이상
표면균열
저온 및 저습 측면에 휨방향과 직각으로 발생
동결융해
수10일 이상
그물모양
표면 스케일링 현상 발생
화 재
수10일 이상
그물모양
표면 전체에 거북등 모양의 가는 균열 발생
화학적 환경
원인
발생시기
형태
화학적 부식
수10일 이상
그물모양
표면이 침식되고, 전면에 걸쳐 균열 발생
중성화
수10일 이상
그물모양
염
수10일 이상
그물모양
철근 부식에 의한 균열로 철근을 따라 발생, 피복
박락 및 녹 유출
해
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
특징
1. 콘크리트 균열의 분류
1. 2 균열의 원인 및 발생 시기
4 ) 구조적 요인에 의한 균열
하
중
원인
발생시기
형태
특징
설계하중 초과
장기 하중
수10일 이상
표면관통
휨하중에 의해 보나 슬래브의 인장 측에 수직으로
균열 발생
설계하중 초과
단기/동적하중
수10일 이상
표면관통
전단하중에 의하 기둥, 보, 벽 등에 45˚ 방향으로
균열 발생
구조 설계 및 지지 조건
원인
발생시기
형태
단면, 철근량
부족
수10일 이상
그물모양
휨 및 전단하중에 의한 균열과 유사한 형태
부등침하
수10일 이상
표면관통
45˚ 방향으로 커다란 균열 발생
지반동결
시공 및 사용중
표면관통
동결 조건에 따라 다양한 형태로 발생
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
특징
1. 콘크리트 균열의 분류
1. 2 균열의 원인 및 발생 시기
4 ) 구조적 요인에 의한 균열
하
중
원인
발생시기
형태
특징
설계하중 초과
장기 하중
수10일 이상
표면관통
휨하중에 의해 보나 슬래브의 인장 측에 수직으로
균열 발생
설계하중 초과
단기/동적하중
수10일 이상
표면관통
전단하중에 의하 기둥, 보, 벽 등에 45˚ 방향으로
균열 발생
구조 설계 및 지지 조건
원인
발생시기
형태
단면, 철근량
부족
수10일 이상
그물모양
휨 및 전단하중에 의한 균열과 유사한 형태
부등침하
수10일 이상
표면관통
45˚ 방향으로 커다란 균열 발생
지반동결
시공 및 사용중
표면관통
동결 조건에 따라 다양한 형태로 발생
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
특징
2. 대표적인 콘크리트 균열 사례
2 . 1 콘크리트 균열 발생 사례
2 . 2 경화 중 콘크리트의 균열
2 . 3 경화 후 콘크리트의 균열
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
2. 대표적인 콘크리트 균열 사례
2. 1 콘크리트의 균열 발생 사례
침하균열
- A : 철근 위에 발생
- B : 기둥 상단 발생
- C : 슬래브 깊이 변화
소성수축
- D : 대각선 방향
- E : Random 방향
- F : 철근 위에 발생
온도균열
- G : 외부 구속
- H : 내부 구속
건조수축 -I
미세균열
- J : 거푸집 면
- K : 콘크리트 마감면
철근부식
-L:중성화
-M:염 해
 알칼리골재 반응 - N
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
2. 대표적인 콘크리트 균열 사례
2. 2 경화 중 콘크리트의 균열
1 ) 콘크리트 재료분리
발생원인
- 부적절한 배합
- 입경이 큰 재료의 비율 과다
- 단위수량 증대
발생시기
- 레미콘 제조시 및 타설 직후
[ 그림 1 ] 콘크리트의 재료분리 사례
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
사용재료의 품질관리 철저 및 단위수량
저감형 배합 적용
2. 대표적인 콘크리트 균열 사례
2. 2 경화 중 콘크리트의 균열
2 ) 소성수축 균열
발생원인
- 타설 후 급격한 수분 증발
- 적절한 양생(보양) 미비
타설 후 비닐시트 등 양생포를 활용하여
- 거푸집 누수
수분의 급속한 증발 방지
발생시기
- 타설 2시간 후 ~ 약 1일
콘크리트 표면 수분 증발
경
화
정
도
콘크리트 내부 수분 상승
[ 그림 2 ] 소성수축 균열 발생 개념도
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
[ 그림 3 ] 소성수축 균열 사례
2. 대표적인 콘크리트 균열 사례
2. 2 경화 중 콘크리트의 균열
3 ) 침하 균열
발생원인
- 타설 후 콘크리트 침강시 철근, 골재
등의 간섭에 의해 발생
- 높은 단위수량 및 물시멘트비
- 빠른 타설 속도
발생시기
단위수량이 많지 않은 배합을 적용하며 ,
적절한 타설 속도 유지
초기 발견시 탬핑에 의해 균열 폐색 조치
- 타설 후 약 1 ~ 3 시간
[ 그림 4 ] 침하 균열 발생 개념도
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
[ 그림 5 ] 침하 균열 사례
2. 대표적인 콘크리트 균열 사례
2. 2 경화 중 콘크리트의 균열
4 ) 자기수축 균열
발생원인
- 시멘트 수화반응에 의한 자체
체적 감소에 기인
- 단위시멘트량이 높은 배합
발생시기
수축저감제 및 팽창제의 적절한 적용
단위시멘트량 저감형 배합 적용
- 응결 종료 ~ 약 7일
Void
Water
Cement
[ 그림 6 ] 시멘트의 자기수축 개념
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
Hydrate
2. 대표적인 콘크리트 균열 사례
2. 2 경화 중 콘크리트의 균열
5 ) 온도 균열
발생원인
저발열 콘크리트 배합 및 재료 사용
- 시멘트 수화반응에 의한 온도상승 및 강하
- 온도상승시 팽창 / 온도강하시 수축
- 내부구속 및 외부구속에 의해 균열 발생
프리쿨링 및 파이프쿨링 공법 적용
균열유발줄눈 및 온도철근 배근
발생시기
- 응결 종료 ~ 약 7일
내부구속
외부구속
인장응력
콘크리트
내부 팽창
인장응력
기초 콘크리트
콘크리트 표면 균열 발생
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
콘크리트 관통 균열 발생
[ 그림 7 ] 온도 균열 사례
2. 대표적인 콘크리트 균열 사례
2. 3 경화 후 콘크리트의 균열
1 ) 건조수축 균열
발생원인
- 콘크리트 내부 잉여수의 증발에 의한
수축에 기인
- 단위수량 과대, 수분증발 대책 미비 등
발생시기
단위수량 관리 및 수분 증발 방지 대책
단위수량 최소화 배합 적용
- 경화 후 ~ 수십일 이상 (약 5년)
콘크리트 표면 수분 증발
[ 그림 8 ] 건조수축 발생 개념도
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
[ 그림 9 ] 건조수축 균열 사례
2. 대표적인 콘크리트 균열 사례
2. 3 경화 후 콘크리트의 균열
2 ) 동결융해에 의한 균열
발생원인
- 콘크리트 내부 수분의 동결 및 융해
반복에 의한 표면 균열 발생
- 공기량 미확보, 단위수량 과다,
공기량 3 ~ 6% 이상 반드시 확보
단위수량 최소화 배합 적용
초기 동해 등
발생시기
- 경화 후 ~
[ 그림 10 ] 동결융해 피해 사례
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
물시멘트비 저감 및 양생 철저
2. 대표적인 콘크리트 균열 사례
2. 3 경화 후 콘크리트의 균열
3 ) 철근부식에 의한 균열
발생원인
- 수분 침투, 염해, 중성화 등에 의한
콘크리트 내부 철근의 부식에 기인
- 철근부식에 의한 체적 팽창으로
콘크리트 균열 발생
발생시기
- 콘크리트 경화 후부터 장시간
[ 그림 11 ] 철근부식에 의한 균열 사례
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
물시멘트비 저감에 의한 수밀성 증대
단위수량 최소화 배합 적용
고내구성 콘크리트 적용 검토
2. 대표적인 콘크리트 균열 사례
2. 3 경화 후 콘크리트의 균열
4 ) 화학적 부식에 의한 균열
발생원인
- 하수시설(정화조 등)에서 황화수소에
의한 콘크리트 부식에 기인
- 직접적인 화학약품과의 접촉에 의한
콘크리트 부식
발생시기
- 화학반응 발생 시기
[ 그림 12 ] 화학적 부식에 의한 균열 사례
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
물시멘트비 저감에 의한 수밀성 증대
항균성 콘크리트 배합 적용
( 항균금속 함유 : 니켈, 텅스텐 )
3. 콘크리트 균열 보수 방법
3 . 1 허용 균열 폭 관련 규준
3 . 2 콘크리트 균열 보수 기준
3 . 3 콘크리트 균열 보수 공법
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
3. 콘크리트 균열 보수 방법
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
허용균열폭
( mm )
건
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
허 용 균 열 폭 ( mm )
환
경
조
건
• 유해한 노출조건하의 구조물
• 방호 시설이 없는 구조물
• 방호 시설이 있는 구조물
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
영구하중과
장기 변동하중
작용
영구하중과
변동하중의
불리한 조합
0.1
0.2
0.3
0.2
0.3
미관상 검사
3. 콘크리트 균열 보수 방법
3. 1 허용 균열 폭 관련 규준
일본콘크리트학회 허용 균열 폭 규정 ( 콘크리트의 균열조사 보수 · 보강 지침 )
내구성을 고려한 경우
구
분
환경요인
2)
1)
엄
격
중
간
느
슨
방수성을 고려한
경우
보수 필요
대
중
소
0.4 이상
0.4 이상
0.6 이상
0.4 이상
0.6 이상
0.8 이상
0.6 이상
0.8 이상
1.0 이상
0.20 이상
0.20 이상
0.20 이상
보수 불필요
대
중
소
0.1 이하
0.1 이하
0.2 이하
0.2 이하
0.2 이하
0.3 이하
0.2이하
0.3이하
0.3이하
0.05 이하
0.05 이하
0.05 이하
허 용
균열 폭
( mm )
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)
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
3. 콘크리트 균열 보수 방법
3. 2 콘크리트 균열 보수 기준
보 수
균열보수
목
적
방수성
확
보
내구성
확
보
균열현상·원인
철근부식
되지 않는
경우
철근부식
되지 않는
경우
균열 폭
(mm)
표면처리
공
법
주
공
입
법
공 법
충 전
공 법
균열 폭
변동이
작은 경우
0.2 이하
○
△
0.2~1.0
△
○
균열 폭
변동이
큰 경우
0.2 이하
△
△
0.2~1.0
△
○
○
0.2 이하
○
△
△
0.2~1.0
△
○
○
△
○
균열 폭
변동이
작은 경우
균열 폭
변동이
큰 경우
철근부식
1.0 이상
○
○
△
△
△
0.2~1.0
△
○
○
△
○
-
침투성
방수제
○
0.2 이하
1.0 이상
단면복구
공
법
○
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
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
3. 콘크리트 균열 보수 방법
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 )
(A) 비진행성 균열
표면피복재 ( 보수재 )
(B) 비진행성 균열
[ 그림 13 ] 콘크리트 균열 표면처리 공법
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
절연재 ( 테이프 등 )
3. 콘크리트 균열 보수 방법
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
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
3. 콘크리트 균열 보수 방법
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
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
3. 콘크리트 균열 보수 방법
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
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책
Q&A
고품질 콘크리트구조물을 구축하기
위해서는 하자를 예방하기 위한
품질관리와 고품질 콘크리트의
적용이 중요합니다.
콘크리트의 균열 발생 원인과 대책