구조물에 발생하는 균열

균열 조사 방안

1. 목 적

구조물에 발생하는 균열의 원인추정, 보수, 보강의 필요여부 판정 및 보수, 보강방법의 선정자료를 얻기 위함.

 

2. 균열 조사

균열 조사는 균열의 원인추정, 보수․보강의 방법 및 적부판정의 선정자료를 얻는 것을 목적으로 하며 표준조사와 상세조사가 있다.

 

3. 균열조사내용

1) 표준조사

 균열조사 (패턴, 폭, 길이, 관통유무, 이물 충전의 유무 등)

균열의 선단위치는 콘크리트 응력 상태를 추정함에 있어 중요하므로 눈으로 보는 선단이 확인되지 않을 때까지 잘 관찰하여 기입할 필요가 있다. 구조물 표면에 격자상의 마크를 넣어 도면의 그것과 대응시켜 기입하면 능률도 나고 정밀도도 향상된다. 망상의 균열이 발생된 경우에는 수축균열, 팽창균열의 어느 쪽인가를 확인할 필요가 있고, 모양과 표면의 상태를 주의깊게 관찰하여 기록한다. 사진촬영도 유효한 수단이다.

     

 2) 균 열 폭

균열 폭은 균열이 콘크리트 구조물에 끼치는 영향을 판단하는데 이용되는 Parameter이다. 또, 균열폭의 변동 유무도 원인추정, 보수․보강방법의 선정에 관하여 중요한 항목이므로 조사해 두면 좋다.

균열폭은 콘크리트의 표면에서 균열방향에 대해 직각으로 측정한 폭을 말한다. 균열폭은 균열의 원인추정, 보수․보강 필요여부의 판정, 보수․보강방법의 선정시의 판단자료가 되므로 측정시의 변동요인을 고려하여 목적에 맞도록 측정해야 한다.

균열 폭 및 상태 측정은 Crack Scale, Crack Comparator, Crack Monitor, 현미경 등을 사용한다. 균열폭 변동의 측정은 이밖에 전기적인 측정도 가능하며, Clip Gauge를 사용하는 방법, 전기식 다이얼 게이지를 사용하는 방법이 있다. 또 표적기간을 Contact Gauge를 사용해 측정해도 된다. 균열 폭의 변동을 검토할 경우는 초기값을 측정한 위치를 구조물에 기록하여 두고, 그후 같은 위치에서 측정한다.

연속된 하나의 균열이라 해도 위치에 따라서 폭이 다른 것이 보통이다. 그래서 어느 하나의 균열폭이라는 것을 어떻게 해석하고 또는 나타내면 좋은지가 문제가 되는 것이다. 보수․보강의 필요여부 판정의 자료로 할 경우에는 최대 균열폭에 주목하면 될 것이다. 그러나 최대폭을 나타내는 부분이 균열의 전체길이 중 극히 일부분에 지나지 않을 경우나 어쩌다 균열의 가장자리의 콘크리트가 국부적으로 이그러진 탓으로 다른 부분에 비교하여 큰 최대폭이 되었을 경우 등에는 과잉보수를 행하게 되는 수가 있다. 따라서 적당한 여러 곳의 균열폭을 측정 기록해 두는 것이 좋다.

또, 균열폭은 온도나 습도에 따라 변화되므로 변동측정을 할 경우에는 그 측정시의 온․습도의 조건은 가능한 같도록 하는게 원칙이다. 하루의 온도는 시각에 따라 변화되므로 측정시각은 되도록 일정하게, 오전 10시 전후에 하는 것이 좋다.

이 시각의 온도는 하루 평균기온에 거의 상당하므로 데이터의 해석 따위에 안성맞춤이다. 직접 비를 맞는 수가 많은 토목구조물은 적어도 3일간 이상 경과된 뒤에 측정하는 등의 배려도 필요하다.

 

3) 균열의 길이

균열의 길이는 균열의 원인추정이나 보수․보강의 필요여부 판정에는 그다지 관계되지 않는 것이 보통이다. 그러나 길이에 따라서 균열이 국부적인 원인에 의하는지 광범위에 걸친 원인에 의하는지 짐작할 수있어, 전혀 무관하다고는 말할수 없다.

균열의 길이가 문제가 되는 것은 주로 보수․보강의 규모 파악과 공사비의 산출에 의해서다.

따라서 적어도 균열폭이 0.05mm정도 이상의 구간의 길이를 측정, 기록할 필요가 있다. 그러나 하나의 연속된 균열에서 보수하는 부분과 보수하지 않는 부분으로 구별하는 일은 거의 없으므로 가능한 눈으로 확인할 수 있는 전구간의 길이를 파악해 놓는 것이 좋다.

균열의 길이는 보통 사용되는 Scale 등을 이용하여 균열에 따라 측정한다. 이 경우 너무 엄밀하게 균열의 굴곡에 맞춰 길이 측정을 할 필요는 없다. 실제적인 측정이나 보수작업을 고려해 적당히 선택한 구간의 직선거리를 누가해 나가도록 하면 된다. 균열의 길이변화를 계속해서 조사할 경우에는 균열길이의 측정구간을 균열 양단에 측정일을 기입하여 균열의 진전상태를 조사한다.

    

4) 관통의 유무

균열이 관통하였는지 어떤지는 물이나 공기가 통하는 가의 여부로 판정된다. 콘크리트의 양면이 관찰 가능한 경우에는 표면과 이면의 패턴이 일치되고 있는가 하는 점이 Check Point가 된다.

 

5) 균열부분의 상황

균열부분의 상태에서 이물 충전의 유무, 백태의 유무, 철근의 녹 유무 등을 관찰하여 기록한다.

 

6) 균열부위(주변)의 조사

대상으로 하는 균열에 대해 그 균열 부위의 콘크리트 표면의 건습상태, 오염박리, 박락등을 조사한다. 기록은 균열의 현장조사와 동일하게 구조물의 설계도 등에 기입하면 좋다.

표면의 건습상태는 건조수축, 반응성 골재 등에 따른 균열발생과 관련되므로 보수방법의 선정에도 관련되므로 육안으로도 좋으니 조사하여 기록한다.

또, 균열 주변부에서는 녹물, 백태 등에 의한 오염에 대해서도 조사하여 기록해 둠이 바람직하다. 이러한 오염은 단순히 미관상의 문제로 파악할 뿐 아니라, 육안에 의한 균열조사에서는 빠뜨리기 쉬운 미세한 균열의 존재를 살필 수 있는 것이기도 하다.

 

7) 균열경과의 조사

균열의 발생시기는 균열의 원인추정의 중요한 판단요소이므로 신중히 확인해야 한다. 일반적으로 발견시기는 발생시기와 일치하지 않으므로 다수의 관계자로부터 정보를 수집하고, 균열폭의 변동 기록등도 참고로 하여 종합적으로 판단하지 않으면 안된다. 거푸집의 제거시기에 발견되었는가의 여부는 하나의 Check Point이다.

 

8) 장해의 현장조사

균열이 발생한 곳, 부위 등에 대하여 누수, 철근노출, 과대한 굴곡 따위에 의한 실제적인 장해 유무를 육안으로 검사하여 장해가 있을 경우에는 도면 등에 기록한다.

또 미관상의 장해가 있을 경우에는 특히 균열에 따른 오염, 녹에 의한 오염 백태에 의한 오염에 유의하여 도면 등에 기록한다.

9) 장해 경과의 조사

장해가 있을 경우에는 현장조사를 실시했을 때, 그 장해가 언제부터 있었는가를 관계자로부터 들어 기록한다. 또 필요에 따라서 그 후의 경과도 기록하는 것이 좋다. 누수와 같은 경우에도 그에 따라 구조물의 기능에 장해가 발생하지 않으면 현재화되지 않는 수가 많으나 현재화의 시기와 발생시기가 다를 경우가 많으므로 과거로 거슬러 올라 조사함이 균열발생시기의 추정에 도움이 되는 수도 있다.

 

10) 설계도 서류의 조사

설계도서로써는 구조물의 확인을 할 수 있는 설계도(일반도) 배근도, 구조계산서외 필요에 따라 공사시방서, 내역서 등을 조사한다.

설계도는 대상으로 하는 구조물의 전체적인 규모, 형태 등을 파악하는데 기본적으로 필요로 하는 것이다.

배근도는 균열의 발생방향과 배근방향과의 관계 및 균열간격과 배근간격의 관계 등을 검토하기 위해 필요하다. 구조계산서는 균열이 발생한 단면에서의 콘크리트 및 철근의 응력을 검토하기 위해 필요하다. 또한, 시방서나 내역서는 설계도에서는 충분히 나타낼 수 없는 사항을 보충하는 자료로 실제적인 공사의 상태를 아는데 참고가 된다. 특히 사용재료에 대해서는 특기사항에도 주의하여 실제로 사용한 재료 및 그 시험성적표(결과)를 면밀히 조사할 필요가 있다.

 

11) 시공기록 조사

1) 콘크리트의 사용재료 : 시멘트, 골재, 혼화재료, 물

2) 콘크리트의 배(조)합

계획된 배(조)합 및 실시된 배(조)합을 조사한다.

3) 다져넣기․양생방법․공정

콘크리트의 다지기 시간, 운반시간, 대기시간, 다져넣기 시간, 다져넣는 양, 다져넣는 방법, 다져넣는 방향, 다져넣는 순서, 굳히기 방법, 마무리 방법, 양생방법등을 조사한다. 다져넣는 순서는 하루 이내의 것 뿐 아니라 균열이 발생한 시공블록과 인접한 다른 블록이 전체 공정중에서 어떻게 시공되어 갔는가가 명확해 지면 좋다. 그밖에 콘크리트의 품질에 영향이 있는 것으로서 다지기 현상에서의 배(조)합 조정의 유무, 강우․강설의 유무, 동결, 양생온도, 거푸집 내의 배수상태 등의 기록도 있으면 좋다.

4) 관리시험 데이터

콘크리트의 품질 관리 데이타로서는 슬럼프, 공기량, 압축강도 등의 시험결과를 조사한다. 강도의 데이타에 관해서는 공시체의 양생조건과 실제의 구조물의 환경조건의 관계를 명확히 할 필요가 있다.

5) 지반의 상황

지보공침하, 구조물의 부동침하나 변위를 검토하기 위한 자료를 구비한다. 또 지중 구조물에서는 되메우기 시기(토압의 영향)나 지하수의 상승시기(수압의 변동과 열전달 변화의 영향)가 문제가 되는 수가 있다.

6) 거푸집류

거푸집 및 지보공에 대한 기록은 존치기간, 다져넣을 때의 콘크리트 중량에 의한 변형, 콘크리트의 수화열의 영향을 검토할 수 있는 것이 필요하게 된다.

7) 환경조건

환경조건은 보통 구조물 시공중의 콘크리트 다져넣기 장소에 있어서의 기후와 온도와 습도의 기록인데 특수한 경우에는 풍속, 풍향, 햇살의 유무, 강우량, 강설량 등의 조사도 필요하다.

 

4. 구조물의 사용, 환경 상태의 조사

1) 하 중

구조물에 걸리는 하중은 설계단계에서 검토가 이루어져 그 결과가 구조계산에 채용되고 있어 설계도 서류의 조사로 대강 충분하다. 그러나 실제로는 구조물의 사용‧공용시에 설계시의 하중조건을 상회하여 그것이 균열발생의 원인이 되는 수도 있으므로 현장에서의 하중조건을 조사할 필요도 있다.

2) 온도 및 습도 조건

구조물의 기상환경으로서는 환경조건의 조사가 실시되면 그 결과를 참고로 하면 좋다. 그러나, 구조물 중에서도 가령 폐쇄된 공간이 많이 있는 건축물 등에서는 그러한 공간이 특별한 조건에 건조되거나 저, 고온 상태로 유지되거나 한다. 이러한 온도 및 습도 조건은 콘크리트의 신축과 밀접하며 균열발생과의 관련도 깊으니 조사해 두는 것이 좋다.

3) 입지 조건

철근 부식에 기인하는 균열 등의 경우에는 단순히 콘크리트의 재료, 시공상의 원인뿐 아니라 구조물의 완성 후에 외부에서 침투한 염화물이 원인이 되는 일도 있다. 이 같은 경우에는 바다에서 날아드는 염분이 문제가 되는데 해안에서의 거리, 풍향 등이 그 영향의 대‧소의 표준이 되는 일도 있다.

 

5.  상세조사

표준조사의 범위에서 원인추정, 보수․보강의 적부 및 방법 선정이 불가능할 때 실시한다

(1) 콘크리트 열화도 조사

콘크리트 열화도 조사에는 강도시험, 중성화 깊이시험, 콘크리트의 분석(W/C), 단위 시멘트량, 혼화재료량, 골재량, 불순물량, 염화물 함유량시험 등이 있다.

(2) 철근의 열화도 시험

철근의 열화도 조사는 철근의 노출시험, 비파괴시험 및 인장강도시험 등이 있다.

(3) 지반조사

침하, 측방향 변위 등이 있으며, 이를 위해 시공시 구조물 대장에 지점별 측량성과를 유지 관리하여야 한다.

(4) 균열의 상세조사

1) 전달경로 조사 :균열은 동시에 전면적으로 발생하지 않고 전달경로가 있다.

2) 쪽의 변동상황 조사 : 발견된 균열이 성장할 것인지 아닌가 혹은 시간적 변동이 있는가 등을 조사 한다.

추적방법은

① Tape Pin을 균열에 끼우는 방법

② 균열선단 위치를 기록하는 방법

③ 균열위에 Paste를 얇게 바르고 다시 균열의 생성여부를 검토하는 방법

④ Micrometer 또는 Clip Gauge 등으로 측정

3) 깊이 및 균열면의 조사 : 균열깊이 측정 방법으로는

① 균열 부분을 절단 확인

② 코아 보링실시

③ 초음파 전파속도 측정 등이 있다

 

6. 기술자의 판단 자료

(1) 콘크리트의 궁극률 시험

(2) 콘크리트중의 반응성 골재의 유무

(3) 구조물의 재하시험(변형, 응력, 균열폭의 변화 등)

(4) 구조물의 진동시험

콘크리트 구조물 균열원인 추정에 필요한 인자가 많으므로 표준조사 및 상세조사에서 얻을 결과만으로 객관적인 원인 추정이 곤란하므로 기술자의 주관적인 판단에 따르는 경우가 많다.