커팅시기에 따른 건조수축 평가

1)

건조수축은 빈배합 뿐 아니라 부배합에서도 비표면적인 큰 부재 및 긴 부재에 대해 크게 발생한다 (^{Park et al., 2011}). 슬립폼에 의해 시공된 대상 구조물은 3m간격으로 줄눈이 도 입되어 있으나 줄눈도입 시기에 따라 균열이 발생가능성이 변화할 수 있다. 조사결과 대상 구조물의 설치를 위한 슬립 폼의 이동속도는 240m/12h이었으므로 6시간, 12시간, 24시 간 작업후로 가정하여 건조수축해석을 수행하였다. Fig. 4에 서는 mesh generation과 방호벽 길이변화에 따른 균열저항 성 평가를 나타낸다.

Fig. 4.

Analysis results of drying shrinkage

길이가 증가할수록 저면의 구속력이 증가되므로 균열발생 시기가 증가하였다. 균열은 전형적인 단부구속에 의한 저면 균열이었으며, 양 끝단 단부저면에서 균열발생이 가장 빠르 게 진행되었다. L=120m일 때 220일, L=240m일 때 210일에 서 저면에 균열이 발생되었다. 또한 방호벽 상부에서도 (Point C, D)에서도 270~300일 사이에 균열이 발생됨을 알 수 있다.

그러나 Table 2의 균열매핑에서도 알 수 있듯이 건조수축 균열이 시작되기 위해서는 먼저 방호벽 저면에서 균열이 발 생해야하고 상부에서는 양 끝단에서 균열이 먼저 발생해야 한다. 등간격의 종방향 균열은 건조수축이 균열에 영향을 줄 수 있으나 주된 원인은 아니라고 판단된다.

소성수축평가

1)

소성수축균열은 경화하는 과정에서 외부에 수분을 빼앗기 면서 발생하는 초기재령균열을 의미하는데, 비표면적이 큰 방호벽이나 슬래브에서 크게 발생한다. 뚜렷한 전산해석 수 행이 어려우므로 비슷한 배합의 기존 문헌을 분석하여 소성 수축 균열을 평가하였다. 기존의 문헌 (^{Almusallam, 2001})에 서는 단위시멘트량 350kg/m³, w/c 0.5인 배합을 이용하여 1 일 소성수축의 크기를 평가하였는데, 최대 7000×10^-6의 높은 수축변형률을 나타내고 있다. 소성수축은 온도가 높을수록, 풍속이 클수록, 상대습도가 낮을수록 크게 증가하였다. Fig. 5에서는 기존의 환경영향에 따른 소성 수축량을 요약한 것 이다.

시공조건을 분석하면, 대상구조물은 9월~11월에 시공되었 으며, 평균풍속은 12km/h, 최고온도 평균은 25.3℃, 습도는 68%를 나타내었다. 1일 작업시간은 12시간이며 시공속도는 240m/12h이므로 소성수축균열이 발생할 수 있는 가능성이 매우 높다. Fig. 5의 결과에 대해 다중회귀분석을 수행하면 식 (2)와 같다.

Fig. 5.

Results of plastic shrinkage (^{Almusallam, 2001})

여기서 ε 은 소성수축균열 (µ), V 는 풍속 (km/h), RH 는 상대습도 (%), T 는 온도 (℃)를 나타낸다.

식 (2)를 고려하여 실제 구조물의 노출환경을 대입하면 2927.1µ으로 충분한 균열가능성을 보이고 있다. 배합은 비 슷하지만, 기존의 연구는 비표면적인 큰 슬래브를 이용한 것 이므로 약간 과다하게 평가되었으나 소성수축균열에 대한 원인을 배제할 수 없다.

균열유발줄눈 시공상태 평가

2)

줄눈 커팅폭은 3.0m, 커팅깊이는 30mm로 적절하게 수행 되어 있었는데, 커팅이후 실런트로 적절하게 메움이 되어 있 었다. 또한 방호벽 사이의 신축이음부는 경간별로 분리되어 있었으므로 방호벽간의 연결은 없었다. 기존의 연구에서는 커팅에 대한 시기는 타설후 일반적으로 8~10시간으로 보고 되고 있다 (^{KISTEC, 1999}). 이 시간을 넘어설 경우 일체시 공이 되어 균열이 발생할 가능성이 있다. 해석을 위해 원칙 적으로 시공된 3m 간격의 건조수축해석과 6m 간격의 건조 수축해석을 수행하였다. Mesh generation은 Fig. 4와 동일하 며, 해석결과는 Fig. 6에 나타내었다.

Fig. 6.

Cracking evaluation considering crack joint

Fig. 6 결과에서도 알 수 있듯이, 커팅이 제시간에 이루어 지지 않아 6m의 방호벽 단위가 생길 경우, 상부의 단부에도 균열이 발생하고 있음을 알 수 있다. 3m 방호벽에서는 하부 에만 균열이 발생하고 상부에는 2년이 경과한 후에도 균열 이 발생하지 않았다.

종방향 등간격 균열 (0.2mm 이하)

1)

슬립폼으로 타설된 콘크리트는 외부노출에 민감하며 품질 관리가 철저하게 이루어지지 않으면 시공초기에 균열이 발 생할 수 있다. 해석결과에서 알 수 있듯이 건조수축이 발생 하게 될 경우는 저면에서 균열이 시작되어야 하지만, 상부균 열이 발생하였으므로 소성침하 및 소성수축균열로 판단된다. 또한 등간격으로 균열이 발생한 부위를 초음파 장비로 탐상 한 결과, 철근의 위치에서 균열이 발생하였다. 철근이 고정 되어 있는 상태에서 콘크리트의 슬럼프가 미세하게 발생하 여 균열이 발생한 것으로 판단된다. 슬럼프 20mm 이하의 콘 크리트라 하더라도 수mm의 슬럼프가 발생하며, 이에 따라 매립된 수직철근 부위에 균열이 발생한다. 이는 기존의 문헌 에서도 대표적인 소성침하균열의 중 하나로 평가되고 있다 (^{KISTEC, 1999}; ^{Emmons, 1994}). 이러한 균열은 커팅을 통 한 줄눈부의 시공이 일부 지연된 영향을 받았으리라 판단된다.

불규칙한 상부균열 (0.3mm 이하)

2)

불규칙한 상부균열은 국소적인 다짐불량이 주된 원인이다. 구조적인 균열은 아니며, 실립폼이 진동하면서 이동시 골재 가 밀집된 부분에 발생된 것으로 조사되었다. 이는 국부적인 콘크리트의 품질불량이며, B구간에만 집중되었다.

복부 망상균열 (0.1mm 이하)

3)

복부 망상균열은 건조수축 및 소성수축의 대표적인 경우 이며, 균열깊이가 비교적 작다. 방호벽은 해상위에 시공된 교량 위에 설치되었으므로 풍속이 지면보다 빠르고 9~11월 의 최고온도는 낮에 20℃가 넘으며, 상대습도가 70% 이하 로 건조하다. 이러한 시공환경은 소성수축이 발생되기에 아 주 유리한 환경이다. 균열은 격자형의 형태를 가지고 있었으 며, 진전하는 균열은 아닌 것으로 조사되었다.

횡방향 균열 (0.2mm 이하)

4)

횡방향 균열은 지반에서 일정한 높이 (0.5m, 0.8m)에 발생 하였으며 대표적인 소성침하에 의한 균열패턴이다. 조사결과 횡방향 균열의 높이는 수평철근의 위치와 동일했으며, 종방 향 등간격 균열과 마찬가지로 20mm 미만의 낮은 슬럼프를 가지는 배합이라 하더라도 발생하는 슬럼프로 인해 소성침 하 균열이 발생하였다.