콘크리트의 균열(1) : 건조수축에 의한 균열

콘크리트구조를 설계할때 지키는 기준에는 내구성기준과 사용성기준이 있습니다. 이 기준들의 공통적인 것은 균열입니다. 기준에 나와 있는 용어의 정의는

​내구성(durability): 구조물의 성능 저하에 대한 저항성으로 소요의 공용기간 중 요구되는 성능과 수준을 지속시킬 수 있는 정도

사용성능(serviceability performance): 고려하는 하중에 대하여, 사용상의 적절한 편의 및 기능을 제공하는 구조물의 성능

​1. 허용균열폭 규정 : 콘크리트 사용성설계기준에는 ​ 철근콘크리트 구조물의 내구성을 위해 '허용균열폭'을 엄격히 규정하고 있습니다. 콘크리트에 금이 가면 그 사이로 물과 공기가 침투해 내부 철근을 부식시키고, 결국 구조물의 성능을 갉아먹기 때문입니다.

(Cc는 최외단 철근의 표면과 콘크리트 표면 사이의 피복두께를 의미합니다. 위 값 중 큰 값을 적용)

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2. 균열의 원인 : 콘크리트는 인장에 특히 약하여 쉽게 균열이 발생합니다. 균열이 발생하면 구조적 안정성뿐만 아니라 내구성, 방수, 미관에도 영향이 미치므로 관리에 철저를 기해야 합니다. 균열의 원인은 크게 재료에관련된 문제, 시공상의 문제, 과도한 하중에 의한 문제, 사용환경에 의한 문제로 나눌수 있으며 이번글부터 차근차근 하나씩 알아보도록 하겠습니다.

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3. 건조수축에 의한 균열 : 콘크리트는 시멘트, 물, 골재를 섞어 만듭니다. 이때 화학 반응(수화 반응)에 필요한 양보다 더 많은 양의 물이 들어가게 되는데, 콘크리트가 굳으면서 이 잉여 수분이 외부로 증발하게 됩니다.

이때 수분이 빠져나간 자리가 수축하며 부피가 줄어드는 현상을 건조수축이라고 합니다. 만약 콘크리트가 자유롭게 움직일 수 있다면 단순히 크기만 줄어들겠지만, 건물은 기둥과 보로 단단히 고정되어 있기 때문에 수축하려는 힘이 '인장 응력'으로 작용하여 결국 균열(Crack)을 만들게 됩니다.

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4. 건조수축을 일으키는 주요 요인

• 단위 수량: 배합 시 물을 많이 쓸수록 수축량도 비례해서 커집니다.

• 부재의 치수: 표면적이 넓고 두께가 얇은 벽체나 슬래브일수록 수분이 빨리 증발하여 수축에 취약합니다.

• 환경 조건: 습도가 낮고 온도가 높으며 바람이 강할수록 증발이 가속화됩니다.

5. 주요발생지점 : 콘크리트가 수축하려는 힘을 이기지 못하고 찢어지는, '응력 집중 부위'가 주요 발생 지점입니다.

• 개구부(창틀, 문틀)의 모서리: 벽체에 창문이나 문을 만들기 위해 뚫어놓은 공간(개구부)은 구조적으로 약한 부위입니다. 콘크리트가 수축할 때 이 모서리 부분에 힘이 집중되어 대각선 방향으로 균열이 뻗어나갑니다.​

• 사례: 신축 빌라나 주택의 방 창문 틀 모서리에서 시작해 벽으로 퍼지는 대각선 균열을 흔히 볼 수 있습니다​.

• 기둥-벽체의 접합부: 단단한 기둥과 상대적으로 유연한 벽체가 만나는 지점 역시 응력이 집중되는 곳입니다. 기둥이 벽체의 수축을 단단히 붙잡고 있기 때문에, 그 경계면을 따라 균열이 발생하기 쉽습니다.

• 보나 벽체 : 보나 기둥, 벽체에 규칙적인 간격으로 단변의 방향으로 발생합니다

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6. 방지 대책 및 관리

건조수축을 완전히 막을 수는 없지만, 적절한 설계를 통해 균열을 최소화할 수 있습니다.

• 배합 관리: 물-시멘트비를 낮추고, 골재의 크기를 적절히 조절하여 페이스트 양을 줄입니다.

• 수축 저감제 사용: 혼화제를 통해 수분 증발 속도를 늦추거나 팽창재를 섞어 수축을 상쇄시킵니다.

• 수축 이음(Control Joint) 설치: 일정한 간격으로 미리 홈을 파서 균열이 그곳으로 유도되도록 합니다.

• 철저한 양생: 타설 후 비닐 시트를 덮거나 물을 뿌려 급격한 수분 증발을 막는 습윤 양생이 필수적

• 철근의 배근 : 바닥, 춤이 깊은 보, 벽체등에 균열을 방지하는 철근을 배근합니다.

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