서언
인간 세상의 삼라만상(參羅萬像)은 단독적으로 발생하는 경우가 많지만, 경우에 따라서는 2개 이상이 복합되어 발생하는 경우도 있다. 그렇기 때문에 이런 경우는 문제의 해답을 하나의 원인에서 찾으려고 하면 잘 안 풀리는 경우가 있다. 콘크리트에 발생하는 균열에는 특히 그런 경우가 많다. 그러므로 본 고에서는 대표적으로 사진 1과 같이 지하실 흙막이 벽 부분에 타설된 콘크리트에 일정 간격의 수직 방향 관통균열에 대하여, 시공자는 토압에 의한 균열을 의심하고 있었지만 그렇지 않음에 그 원인에 대하여 고찰하고 대책을 생각해 본다.

외부구속 수화열 응력

<사진 1> 지하 외벽 균열 모습

<사진 1>의 균열은 먼저, 기술강좌 2회(매스 콘크리트의 온도균열) 중 외부구속 수화열균열에 속한다. 즉, <그림 1>과 같이 먼저 타설한 바닥 콘크리트와 철근에 연결되어 시공되는 두꺼운 벽의 경우, 타설 후 수화열이 발생하여 부피가 팽창할 때에는 아직 굳지 않아 변형을 일으키지만, 최고온도에 도달하는 과정에서 굳어져 고정되게 되는데, 이번에는 최고온도에서 외기온에 의해 식어지게 되면 늘어났던 부피가 다시 줄어드는데, 상부 쪽은 자유단으로 문제없이 줄어들지만, 하부는 바닥 콘크리트 및 철근에 구속되어 줄어들 수 없음에 그 응력으로 하부에서 상부로 균열이 발생한다.
균열 발생 시기는 재령 1주 또는 2주의 거푸집 탈형 후이고, 균열 크기는 0.2~0.5mm 정도로 3~6m 정도의 일정 간격으로 세로 직선형의 관통된 균열이 발생한다.

<그림 1> 매스콘크리트 수화열 

건조수축 응력
상기 벽체의 경우 한쪽 면이 흙막이에 접하기는 하더라도 한쪽 면은 외기에 노출되어 자연상태에서 표면부터 건조가 진행되어 전체적으로 수축 응력이 발생한다. 즉, 기술강좌 제 15회(콘크리트의 건조수축 균열)에서 기술한 바와 같이 콘크리트는 시멘트 풀로 골재를 고착시킨 것인데, 시멘트 수화작용에 활용되고 남는 잉여수는 모세관 공극을 통해 <그림 2>와 같이 건조 됨으로서 부피축소가 이루어지는데, 부재가 자유단으로 구속되지 않은 경우는 수축되어 문제가 없지만, 구속된 경우에는 줄어드는 양만큼 응력이 작용하여 균열이 발생하게 된다. 건조수축 균열의 양은 사용재료 및 배합 등에 따라 달라질 수 있지만, 초기에는 크고 후기로 갈수록 작아져서 대략 6개월이면 4~8×10-4 정도가 된다.

<그림 2> 구조체의 습도변화 

특히, 최근에는 외벽 콘크리트가 구조체로서 큰 힘을 받는 경우도 있어, 매스콘크리트이면서 고강도 콘크리트로 되는 경우가 있다. 이런 경우, 일반강도는 자기수축 양이 건조수축량의 1/10 정도밖에 되지 않아 무시되지만, 고강도 화하면 그 비율이 점점 커져 자기수축만으로도 균열이 발생할 수 있어 이를 고려해야만 하는 경우가 존재한다.
기온변화에 따른 길이 변화 및 기타
모든 재료는 온도변화에 따라 팽창 또는 수축의 변화를 나타낸다. 대표적으로 기차 철로는 온도가 높아지면 늘어나고, 낮아지면 줄어드는 것을 잘 알고 있는데, 콘크리트 구조물도 기온의 일교차 혹은 <그림 3>과 같은 연교차에 의해 기차선로와 비슷한 선팽창계수(1×10-5/℃)만큼 늘어나기도 하고 줄어들기도 한다.
특히 사진 1의 벽체는 가을 무렵에 타설하여 겨울에 발견된 것으로, 이 시기는 온도가 크게 낮아지는 시기이므로 기술강좌 104회(건설물의 온도변화에 따른 팽창수축)에서 언급한 것처럼 계절 변화의 온도 저하에 기인하여 발생 된 균열이 더 크게 진전된다.
기타요인으로 상기의 다양한 요인 외에도 크던작던 간에 토압력, 지반침하 등의 요인도 있을 수 있다.

<그림 3> 연중 온도변화 

균열 방지대책 및 결언
이상에서 언급한 바와 같이 지하 흙막이 안쪽 벽체 콘크리트의 수직 관통균열은 시공자가 우려하는 토압에 의한 균열일 확률은 거의 없고, 주로 매스 콘크리트의 외부구속 수화열 원인, 건조수축 및 자기수축 원인, 저온 지향형 기온변화원인 등의 복합원인인 것으로 사료된다. 따라서 균열방지대책은 하나만으로는 해결될 수 없음에 각각의 원인에 상응하는 대책을 복합적으로 검토하는 것이 바람직하다. 그렇지만 자연적이며, 필연적인 경우도 있어서 어떠한 대책을 복합할지라도 현실적으로 균열방지가 불가능할 수도 있음에, 이런 경우는 가능한 모든 대책을 마련하지만 어떤 의미에서는 일정 간격으로 지수판을 내부에 설치하고 균열유발 줄눈을 설계 및 시공에 반영하여 자연 섭리에 부응토록 하는 것이 바람직할 수 있다.