아파트 콘크리트에 균열이 났다고?

대한민국은 아파트 공화국이라고 불리만큼 정말 아파트가 많습니다. 아파트라고 하는것은 재료학적으로 봤을때 콘크리트와 철근에 조합체라고 볼수있습니다. 신축아파트 입주 사이트나 그리고 여러 커뮤니티에서 보면 콘크리트에 균열이 나는부분에 대해서 굉장히 많이들 걱정하는데요 콘크리트의 균열의 원인과 양상에 대해서 포스팅해보도록하겠습니다.

1. 콘크리트의 침하균열

1) 침하균열이란?

콘크리트를 부어넣은후 시멘트 및 골재의 침하와 동시에 블리딩이 발생하고 침하는 콘크리트의 각 구성재료가 상호 접촉하고 시멘트 페이스트가 어느정도 응결되어 고책될때까지 계속하여 발생합니다. 또한 콘크리트의 침하가 철근 및 기타 매설물에 따라서 국부적으로 방해를 받으면 그 상부면에 인장력 또는 전단력이 발생하고 이러한 응력에 저항 가능한 강성(콘크리트의 인장강도)이 없으면 콘크리트의 면에 균열이 발생하는데 이러한 균열을 침하균열이라고 합니다. 

2) 침하균열의 발생형태

침하균열은 보의 상단 철근의 상면이나 바닥판 상단 철근 상면의 종방향을 따라 발생하고, 균열의 폭은 1mm이상일수도 있으나 깊이는 대체적으로 작으며, 철근배근의 하단 및 골재의 하부에는 그림 1과같이 공극이 발생하기도 합니다. 일반적으로 콘크리트 구조물에서 침하가 장ㄷ애가 되는 요소는 철근이고, 철근은 규칙적으로 배근되어지기 때문에 침하균열도 대개 규칙적으로 발생합니다. 

또한 침하균열은 콘크리트를 타설후 약 1~3시간 경과 하였을때 발생하고 부재의 두께가 다르거나 콘크리트 타설 높이가 큰만큼 침하량이 크게 되며 그 차이에 따라서 경계면상에 침하균열이 발생합니다. 

3) 침하균열의 발생 원인

첫번째, 단위수량이 많은수록 발생이 많이 됩니다. 단위수량이라는 것은 배합시 시멘트와 골재에 대비하여 물의 양이 많다는 것을 의미하고 묽은 콘크리트가 되므로 침하가 증가하기 때문에 균열이 발생하는 것입니다.

두번째,  침하균열은 잔골재율 S/a가 낮을수록 골재의 입자구성이 커지므로 침강속도가 빨라지면서 발생할수있습니다. 잔골재율이 커진다는것은 콘크리트의 구성인 굵은골재, 잔골재, 수분, 시멘트중에서 작은 골재의 비율이 작아진다는 것으로 이해하면 됩니다. 작은 골재가 아닌 큰 골재 즉, 무거운 골재가 많아지게 되기 때문에 침강속도, 즉, 콘크리트를 잘 배합해서 타설하게 되면 굳기가 시작이 되고 굳는 동안에 굵은골재가 무겁기 때문에 중력작용에 의해 자연스럽게 하강하는것을 의미합니다. 이로써 침하균열이 발생하는것이다.

세번째, 거푸집의 마찰저항이 작거나, 흡수율이 높은 재질일 경우 거푸집조립불량으로 인한 틈새발생시 콘크리트자체의 수량감소로 인해 침하가 촉진됩니다. 마찰저항이 작다는 것은 거푸집에 미끄러짐을 이야기 하는것이고 이로써 침하 촉진을 기인한다고 볼수있습니다.

네번째, 콘크리트 1회 타설량이 많을수록 침하량이 증가합니다. 콘크리트 타설시 우리나라 많은 아파트에서 펌프카를 사용해서 콘크리트를 시공하는데요 콘크리트 작업이 아무래도 날씨에 영향도 많고 운송시간의 영향도 많고 또한 연속타설이 안될경우 시공이음이 발생하기 때문에 원가를 위해서 타설량을 최대한 많이 하는경우가 많습니다.

다섯번째, 시멘트의 분말도가 낮은경우 침하균열이 발생할수 있습니다. 시멘트 분말도가 낮기에 응결시간 즉, 콘크리트가 굳는 시간이 늦어질수 있고 굳어지는 시간이 길어지면 콘크리트내 골재의 침하는 더 증가할수 있기 때문입니다.

2. 콘크리트의 건조수축균열

1) 건조수축균열이란?

콘크리트 타설 초기에 시멘트 페이스트는 수분의 손실이 발생하ㅕ 이로 인해 수축이 유발되고 최대 콘크리트 체적의 0.05%까지 수축한다고 알려져 있습니다. 이 콘크리트의 수축이 어떤 구속력도 없이 발생한다면 콘크리트에는 규열이 발생되지 않습니다. 그러나 콘크리트 구조물은 기초나 다른 구조부재 또는 콘크리트 내부의 보강철근 등에 인해 구속을 받는 것이 보통입니다. 

이와 같은 수축과 구속의 조합에 의해서 콘크리트 내부에서는 인장응력이 발생하며, 이러한 인장응력이 콘크리트의 인장강도에 도달하게 되면 콘크리트에는 균열이 발생합니다.  구속력의 또 다른 형태는 콘크리트 표면에서 수축과 콘크리트 부재 내부에서의 수축량의 차이에 의해 발생할수 있씁니다. 건조수축은 항상 대기에 노출됨 표면에서 크기 때문에 콘크리트 내부에서는 콘크리트 표면의 수축을 구속하고 이와같은 차이로 인해 인장응력이 발생하며 이로인해 표면균열의 원인이 됩니다. 

표면에 생기는 균열은 초기에 콘크리트 내부로 관입되지 않으나 추가적인 건조가 되면 콘크리트 부재 내부로 깊숙히 전파하게 됩니다. 

2) 건조수축에 영향을 미치는 요인

첫번재, 시멘트의 영향입니다. 건조수축의 크기는 시멘트의 종류에 따라 달라지게 되는데요, 중용열시멘트나 플라이애시를 혼합한 시멘트가 가장 적은 건조수축을 나타냅니다. 그 다음으로는 조강 포틀랜드시멘트와 보통 포틀랜드시멘트가 비교적 근사한 건조수축을 보이고 이ㅏㅆ으며 실리카나 고로슬래그를 혼합한 경우는 품질, 분말도, 분쇄방법에 따라 차이가 있지만 보통 포트랜드시멘트에 비해 건조수축이 매우 높은 것으로 알려져 있습니다. 균열발상시기도 시멘트별로 차이가 있어 고로슬래그를 사용한 경우는 균열발생시기도 가장 빠르고 다음이 보통 포틀랜드 시멘트, 플라이애쉬시멘트 순으로 나타나고 있습니다. 

두번째, 혼화재료의 영향입니다. 혼화재 중에서도 백토나 규조토 등이 함유되어 있을경우 단위수량을 증가시키기 때문에 건조수축이 커지는 것이 보통이나 플라이애시는 입형이 구상형이기 때문에 단위수량을 감소시킬수 있으므로 수축저감에 효과가 있으며, 타 연구결과에 따르면 플라이 애시를 20%로 치환시킨 경우 수축률을 20%정도까지 절감시킬수 있습니다.

세번째, 골재의 영향입니다. 전체 콘크리트 65~75%를 차지하는 골재는 건조수축에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 콘크리트의 건조수축량은 시멘트 페이스트에 비해 1/4~1/6정도인데 그 중요한 이유가 골재에 의한 건조수축 억제 때문입니다.