콘크리트 구조물의 균열관리

2001.

한국고속철도건설공단

품 질 안 전 실

【목    차】

Ⅰ. 개         요

Ⅱ. 균열발생 형태

Ⅲ. 균열 허용기준

Ⅳ. 균  열  관  리

Ⅴ. 균  열  분  석

Ⅵ. 보수․보강 방법

콘크리트 구조물의 균열관리

Ⅰ. 개   요

□콘크리트 구조물의 균열

○콘크리트는 골재, 시멘트, 물로 구성되며, 추가적으로 혼화제를 첨가하여 성능을 개선시킨 것으로,

○레미콘 타설 후 경화과정에서 건조수축, 온도응력, 침하, 구속 등의 원인에 의해 균열이 발생하며,

○발생된 균열을 통하여 우수 및 염화물 침투에 의한 철근부식 등으로 콘크리트 파손을 일으켜 구조물의 내구성을 약화시킬 수 있으므로,

○구조물의 사용성, 용도, 환경 등을 고려하여 적절한 보수․보강을 시행하여야 함.

□용어설명

○보   수 : 균열의 발생에 의해 손상된 콘크리트 구조물의 내구성, 방수성 등 내력이외의 기능을 회복시키는 것을 목적으로 한 행위

○보   강 : 균열의 발생에 의해 생긴 콘크리트 구조물의 내력저하를 회복시키는 일을 목적으로 하는 행위

○구조부재 : 구조계산을 수반하여 설계된 콘크리트 부재

○균 열 폭 : 콘크리트 표면에서 균열방향으로 직교하는 폭

○내 구 성 : 열화의 경시변화조건하에서 사용기간동안 요구되는 구조 성능에 저항하는 능력

□관련자료

○노반시설물 유지관리 매뉴얼(한국고속철도건설공단, 1999.9)

○콘크리트 구조물의 균열, 누수 보수․보강 전문 시방서(건설교통부, 시설안전기술공단, 1999.12)

○콘크리트의 균열조사, 보수․보강 지침(도서출판 건설도서, 1996.1)

○콘크리트구조설계기준․해설(한국콘크리트학회, 2000.9)

Ⅱ. 균열발생 형태

□균열발생 원인

[소성수축균열]

○콘크리트를 친 후에 건조한

외기에 노출될 경우 표면의

수분증발로 수축현상이 일어

나며, 건조되지 않은 내부

콘크리트의 구속으로 표면에

[그림1]

인장응력이 발생

○콘크리트 내․외부 인장응력차에 의해 콘크리트 표면에 소성

수축균열이 발생

[건조수축균열]

○콘크리트 타설 초기 양생과정에서 콘크리트 내부의 수분이 손실되어 구조물이 구속되지 않았을 경우 체적이 0.05%까지 수축됨[그림2, b].

○구조물의 양쪽이 구속된 경우 건조수축에 의해 균열이 발생됨[그림2, d].

				최초길이
				구속되지 않은 경우의 건조수축
				구속된 건조수축에서 발생되는 인장영역
				인장응력이 인장강도보다 큰 경우의 균열발생

a

b

c

d

[그림2]

[침하균열]

○콘크리트 타설중 다짐을 해도

마감작업후 콘크리트는 압밀

되는 경향이 있음

○콘크리트의 압밀에 의해 철근

배근을 따라 [그림3]과 같이

[그림3]

균열이 발생됨.

□공종별 균열 발생 형태

[교량부분(PC BOX)]

○확대기초는 대부분 매스콘크리트로 균열은 주로 철근을 따라 표면에 발생

○교각기초는

- 콘크리트 끊어 치기부의 수축/평창 변위량 차에 의한 종방향 균열

- 내/외벽부 거푸집설치구간은 습윤양생이 되지 않아 거푸집 탈형시 갑작스런 공기접촉으로 인한 건조수축 균열

○상부공은

- 벽체부와 상부슬라브 연결부의 수축/평창 변위량 차에 의한 균열

- 상부슬라브 가장자리 중앙부는 다이아프램부와의 단면차에 의한 종방향 균열

- 상부슬라브의 중앙부 배수홀을 따라 종방향 균열

[터널부분(NATM, 개착터널)]

○NATM부

- 천단부 그라우팅용 홀을 따라 종방향 균열

- 라이닝의 시공이음부와 만나는 배수공동구부위 횡방향 균열

○개착터널

- 라이닝의 수축/평창에 의한 횡방향 균열

- 라이닝의 시공이음부와 만나는 배수공동구부위 횡방향 균열

Ⅲ. 균열 허용기준

□고속철도(유지관리매뉴얼)

○포스트텐션 부재의 표면에 발생한 균열은 크기와 관계없이 모두  보수.

○철근콘크리트 부재에 대해서는 0.2mm이상의 균열을 찾아내고, 누수균열의 경우는 모두 보수.

○3mm이상의 모든 균열은 발주처에 통보하여 보수절차에 대한 승인을 받은 후 보수.

○신규 패칭한 부위에 발생한 균열은 크기에 관계없이 모두 보수.

□콘크리트구조설계기준(대한토목학회)

강재의 종류		강재의 부식에 대한 환경 조건
		건조 환경	습윤 환경	부식성 환경	고부식성 환경
철근	건 물	0.4mm	0.3mm	0.004tc	0.0035tc
	기타구조물	0.006tc	0.005tc
프리스트레싱 긴장재		0.005tc	0.004tc	-	-

※tc: 최외단 철근의 표면과 콘크리트 표면 사이

□외국의 규정상 허용 균열폭

국 명	규 준	조 건	허용 균열폭(mm)
미 국	ACI 318	옥 외	0.33
		옥 내	0.41
프랑스	Brocard	-	0.40
유 럽	CEB	상당한 침식작용을 받는 구조물	0.10
		방호시설이 없는 보통구조물	0.20
		방호시설이 있는 보통구조물	0.30
일 본	일본건축학회	-	0.30

Ⅳ. 균열관리

□시공중 관리

○균열조사

- 시공사 : 타설 후부터 약28일까지 주기적 확인, 수시확인

- 감리단 : 월1회 현장점검, 수시확인

- 공  단 : 현장점검 기간중 필요 개소

※ 년1회 정기 안전점검 시행(외부 안전진단 전문기관)

○관리방법

- 보수․보강여부 결정

․0.2mm 이상은 균열 진행여부를 관찰한 후 보수․보강 계획 수립 및 결함관리대장 기록 관리(붙임 구조물 결함관리대장 참조)

․0.2mm 이하는 공단 유지관리매뉴얼에 의해 감리단 및 시공사에서 협의 결정

- 보수․보강계획서 수립

․시공사 : 보수․보강계획서 감리단에 제출

․감리단 : 시공사에서 제출한 보수․보강계획서 검토 승인

- 보수․보강 조치

․시공사 : 승인된 방법에 의거 보수․보강 조치

․감리단 : 보수과정 입회 및 보수․보강상태 확인

․공  단 : 필요시 확인

□준공후 관리

○준공 후 하자․정기점검 등에서 발견된 구조물의 균열은 구조물 외관망도에 기록관리하며 필요개소는 보수․보강조치(관할 사무소, 하자기간내 보수는 시공사 책임으로 시행

○하자검사 실시 - 매6개월마다 시행(낙찰율이 88%이하의 경우 안전진단전문기관에서 시행)

○정기점검 실시 - 매6개월마다 시행(사무소 주관, 세심한 육안점검)

○정밀점검 실시 - 매2년마다 시행(사무소 주관, 간단한 도구 및 측정장비를 이용한 면밀한 육안점검)

□업무흐름도

관  찰

조 사

NO

기록관리

보수여부

YES

보  수

YES

NO

확  인

Ⅴ. 균열 분석

□일반사항

○균열발생 구조물의 주위 환경조건(건습, 염분, 동결융해 등)을 파악

○균열이 발생한 위치가 구조물에 작용하는 하중조건과 관련여부 조사

○설계오류, 외부하중 등에 의한 구조적 또는 비구조적인지 파악

○균열이 진행되고 있는지 아니면 더 이상 진행이 없는지 파악

□구조적 균열과 비구조적 균열의 분류

분 류	정 의	주 요 균 열
비구조적	구조물의 안정성 저하는 없으나 내구성, 사용성 저하를 초래할 수 있는 균열	․소성침하균열 ․소성수축균열 ․초기온도수축균열 ․장기건조수축균열 ․불규칙한 미세균열 ․염화물에 의한 철근부식에 의한 균열 ․알카리 골재반응에 의한 균열
구 조 적	구조물이나 구조부재에 사용하중의 작용으로 인해 발생한 균열	․설계오류에 의한 균열 ․외부하중에 의한 균열 ․단면 및 철근량의 부족에 의한 균열

□진행성 균열과 고정균열의 원인 및 조치

원 인	균열의 형태		조 치
	진행성	고정
급격한 하중의 재하		○	양생기간동안 하중재하 금지
철근량의 부족	○		검토후 보수․보강 조치
온도응력(온도상승에 따른 과도한 팽창 또는 부적합한 신축이음)	○		양생시 수화열관리를 하고, 신축이음 위치 재검토
철근의 부식	○		콘크리트 타설전 철근의녹제거, 콘크리트 내에서 녹발생이 진행될 경우 보수 조치
기초침하	○	○	기초침하 진행여부를 관찰하고, 적절한 보수․보강 조치
알카리 골재 반응	○		골재 사용전 시험 실시
양생불량, 거푸집 설치 등 시공상의 오류		○	보수 조치
설계오류(팽창계수가 다른 콘크리트와 재료의 연결, 응력집중, 잘못된 이음 설치)	○		재설계 및 보수․보강

□균열발생시기 및 원인에 따른 균열 분류

요인 시기	재료조건	시공조건	구조․외력 조건	사용․환경 조건
초 기 (수시간 ~1일)	․이상응결성의 시멘트사용 ․점토분 많은 골재사용 ․단위수량 과다 ․소성, 경화수축	․급속한 타설속도 ․거푸집 변형 ․동바리 침하 ․초기양생 불량 ․초기의 재하, 진동,충격 ․급속한 건조
중 기 (1일 ~ 수10일)	․건조수축 ․매스콘크리트의 수화열로 인한 온도응력	․매스콘크리트의 수화열로 인한 온도응력 ․양생불량 ․거푸집의 조기 탈형 ․동바리의 조기제거 ․재하,진동	․매스콘크리트의 수화열로 인한 온도 응력
장 기 (10일이상)	․장기건조수축 ․강도부족 ․철근의 부식 ․반응성 골재의 사용	․콜드죠인트 ․배관의 피복두께 ․강도부족 ․철근의 피복두께부족 ․슬래브 상부철근의 피복부족	․부등침하 ․단면,철근량의 부족 ․극단적인 철근량의 변화 ․모서리 부분의 응력집중 ․단면이 큰곳과 작은곳의 경계 ․형상이 복잡한 구조물 ․신축이음의 부적당한 위치 및 간격	․초과하중 ․구조물의 온도응력 ․철근의 녹발생에 의한 팽창 ․산, 염류의 화학작용 ․진동하중 ․동결융해

□균열 원인별 특징

분 류	원 인	발생시기	형태	특 징
재 료	이상응결	수시간~1일	표면	폭이 크고 짧은 균열이 비교적 빨리 불규칙하게 발생
	수화열	1~2주내	관통	구조물 내부를 관통하는 균열 발생
	점토성분 골재	수시간~1일	표면,그물모양	콘크리트 표면에 그물모양으로 균열발생
	침하,블리딩	수시간~1일	표면	철근 설치 부위를 따라 균열 발생
	건조수축	10일~1월	표면,그물모양	표면을 따라 그물모양으로 발생
시 공	급속한 타설	수시간~1일	표면	거푸집의 변형, 블리딩에 의한 균열 발생
	불충분한 다짐	수시간~5일	표면	배근, 배관을 따라 발생
	급격한 표면 건조	수시간~1일	표면,그물모양	타설후 즉시 양생을 하지 않았을 경우 불규칙적으로 균열 발생
	초기동해	수일~수10일	표면,그물모양	가는 균열, 거푸집 탈형하면 콘크리트면이 하얗게 됨
	이어치기면 부적합	수시간~수10일	관통	이어치기면을 따라 발생
	피복두께 부족	수10일이상	표면	배근, 배관을 따라 발생
사용및환경	부재양면의 온․습도차	수10일이상	표면	저온측 또는 저습측의 표면에 휨방향과 직각으로 발생
	동결․융해의 반복	수10일이상	표면,그물모양	내구성이 저하되어 표면이 부풀어 올라 파손됨
	산․염분에 의한 화학작용	수10일이상	표면,그물모양	표면이 침식되고, 팽창성 물질이 형성되어 전면에 균열이 발생
구조및외력	설계하중이내의 단기․동적하중	수10일이상	표면,관통	전단하중에 의해 기둥,보,벽 등에 45°방향으로 균열 발생
	구조물의 부등침하	수10일이상	표면,관통	45°방향으로 균열 발생

Ⅵ. 보수․보강 방법

□조사방법

○표준조사

- 균열발생여부 조사 : 콘크리트 타설부터 약28일까지 주기적으로 거푸집 탈형 직후 균열 발생여부를 육안조사

- 균열의 현상 조사  : 균열의 길이, 폭, 깊이 등

- 균열의 경과 조사  : 발생된 균열을 “구조물 결함관리대장”에 기록하고, 콘크리트 표면에도 기록하여 진행성 또는 고정성인지를 관찰

- 균열의 원인 조사  : 균열 주위의 환경, 구조물의 형상, 배합, 건조수축, 다짐부족, 관리시험자료 등 조사

○상세조사

표준조사의 범위에서는 원인분석, 보수․보강의 필요여부를 결정이 어려울 경우 시행하는 조사

- 상세조사 : 형태, 전달경로, 균열폭, 길이변동, 균열깊이 등을 비파괴측정장비 또는 코아를 채취

- 조건분석  : 콘크리트 강도, 타설시 기상 및 콘크리트 온도, 수화열 등

- 시공시 하중조건, 건습조건, 지반조사 등 조사

- 기타 필요시 콘크리트의 물리, 화학적 시험

- 세부적인 평가는 균열분석에 의거 평가

□보수․보강 공사(공단, 유지관리매뉴얼)

○보수․보강 재료는 공단 유지관리매뉴얼 기준에 따른다.

○표면준비, 주입

- 균열발생 부재의 표면은 겔상의 에폭시로 봉합되어야 한다

- 노즐에서 성분비율 조절기능이 있는 배치타입 펌프를 사용

○품질검사

- 각각의 배합별로 최소 1일3개의 샘플을 만듬

- 매45m 간격으로 주입된 균열부에서 코아(50×115mm)를 채취

○코아의 에폭시 침투정도

- 침투 최소 깊이는 100mm 또는 균열깊이가 100mm이하면 전체

- 균열의 85%는 에폭시 충진

- 균열의 외부면은 방수가 되어야 함

□균열 주입 시공 절차

균열조사 및 확인

표  면  준  비

주 입 구  설 치

실        링

충 진 제  주 입

마       감

□보수․보강후 확인

○목 적

보수․보강공사를 완료하고 난 후 보수․보강이 소정의 목적을 달성하였는가의 확인 및 평가 실시

○평가기준 : 강도와 강성에 관한 기준

- 최소한 균열깊이의 85%이상  주입

충

진깊이

균

열깊이

코

아길이

균열폭

○투수성에 관한 기준

: 보수된 부위가 방수를 요하는 완전방수구간은 100% 충진하고, 기타 물 또는 액체의 삼투압이 적은 경우에는 95%이상 충진이 적당

○미관에 관한 기준

: 보수 충진재의 흘러내림 및 균열 봉합재 등이 보수주위에 남아있지 않게 깨끗하게 정리하여야 한다

□평가방법

○코어채취

- 25~50mm 지름의 코어채취

- 코어채취후 육안관찰

- 실내시험(전단인장시험 등)

○비파괴기법

- 초음파신호 속도 시험

- 충격음(Impact echo)법

붙임.

구조물 결함관리대장(예)

명칭 : 경부고속철도 제 - 공구 위치 :								비고
관리번호	구 분	관 찰
		1차	2차	3차	4차	5차	6차
	1.조사일자
	2.균열길이
	3.균 열 폭
	1.조사일자
	2.균열길이
	3.균 열 폭
	1.조사일자
	2.균열길이
	3.균 열 폭
	1.조사일자
	2.균열길이
	3.균 열 폭
	1.조사일자
	2.균열길이
	3.균 열 폭
	1.조사일자
	2.균열길이
	3.균 열 폭
	1.조사일자
	2.균열길이
	3.균 열 폭
점 검 자
검 토 자
확 인 자(감리)