댐의 손상 종류 및 원인[댐 본체, 기초 및 양안부](균열, 박리 및 탈락, 박락 및 층분리, 철근노출 및 부식, 누수, 백태, 파손 및 손상 등)

1.1 일반사항
댐의 손상은 다양한 형태로 나타나게 되며, 그 발생 또한 여러 가지 원인에 의해 기
인되기 때문에 각각의 손상에 대한 손상 발생 원인을 알아냄으로서, 그 손상으로 인
한 댐체의 안정성을 보다 정확하게 판단할 수 있을 뿐 아니라 유지관리 측면에서
가장 효과적인 보수 방법을 선택할 수 있다.

1.2 손상 종류 및 원인
필댐에서의 손상은 크게 균열, 침투, 누수, 침식, 활동, 침하, 노후화, 변형 등이, 콘크
리트댐에서의 손상은 크게 균열, 이음부에서 발생하는 누수, 기초와 접합부에서의
침투와 누수, 알칼리 골재 반응 등에 의한 노후화 등이 주류를 이루고 있으며, 이들
은 발생위치, 규모, 형태 등을 고려하여 원인이 규명되어야 하고, 댐의 안정조건 등
과 상호 연계․분석하여 대책을 수립하여야 한다.

1.2.1 콘크리트 구조물 공통사항
콘크리트 구조물에 일반적으로 나타나는 주요 손상으로는
1 ) 균열
2 ) 박리 및 탈락
3 ) 박락 및 층분리
4 ) 철근노출 및 부식
5 ) 누수
6 ) 백태
7 ) 파손 및 손상
등을 들 수 있다.
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1. 균열
콘크리트 구조물 또는 부재에 콘크리트 허용응력 이상의 응력이 작용하여 콘크리트에
부분적으로 가는 금이 발생되는 현상을 균열이라고 하며, 균열 발생원인은 다음과 같다.

가. 건조수축
콘크리트의 타설 초기에 시멘트풀은 수분의 손실이 발생하여 건조수축이 유발되고, 콘
크리트는 최대로 체적의 0.05%까지 수축한다. 이러한 습윤의 감소로 콘크리트 체적의 변
화가 일어나며, 이 경우 건조에 의한 콘크리트의 수축력이 어떤 구속력이 없이 발생한다
면 콘크리트에 균열이 발생하지 않는다. 그러나 콘크리트 구조물은 기초나 다른 구조요소
또는 콘크리트내의 보강철근 등에 의해 구속을 받고 있다. 구속력의 또 다른 형태는 콘크
리트 표면에서의 수축과 콘크리트 내부에서의 수축량의 차이에 의해 발생할 수도 있다.
건조수축은 항상 대기에 노출된 표면에서 크게 나타나기 때문에 콘크리트 내부에서는 콘
크리트 표면의 수축을 구속한다.
이와 같은 수축과 구속의 조합에 의해서 콘크리트 내부에서는 인장응력이 발생하며,
이러한 인장응력이 콘크리트의 인장강도에 도달할 때 콘크리트에 균열이 발생한다.
건조수축에 영향을 미치는 주요한 인자로는 시멘트, 골재형태, 함수비 및 배합성분 등
이 있다. 또한 건조수축은 콘크리트의 수분 손실률, 부재의 크기 및 형상, 환경요인 및 건
조의 노출된 시간 등에 따라서 크게 영향을 받는다.

나. 하중변화
수리구조물에서는 통상 수문이 설치되어 있으며, 이들 수문은 수시로 운용을 하게 되
는데 수문 운용시에는 수문의 하중이 지지부재로 이동하게 된다. 수문개폐가 수시로 반복
되는 경우에는 지지부재에도 반복횟수만큼 하중의 재하(載荷)-제하(除荷)가 반복하여 작
용하게 된다.
이와같은 현상에 의하여 지지부재에는 피로하중으로 균열이 발생할 수 있으며, 균열이
심한 경우에는 큰 사고로 이어질 수 있다. 수문 운용에 따르는 콘크리트의 균열은 주로
피어 내부의 텐션빔(tension beam) 앵커리지(anchorage) 부위에서 일어나는 경우가 많으
며 이러한 상태에서는 앵커리지의 부식으로 인하여 텐션빔에 작용하는 인장력이 허용인
장력을 넘는 경우 텐션빔이 인발되는 사고로 발전하게 된다.

다. 토압 및 수압의 작용
수리구조물에는 통상 외측에는 토압이 작용하고 내측에는 수압이 작용하는 경우가 보
통이며, 이 경우 이들 두 가지의 작용하중에 대하여 정확한 역학 검토가 필요하다. 특히
지반의 절취 또는 성토면에 위치하고 있는 여수로 측벽의 경우, 지반거동에 의한 배면토
압의 변화는 설계에서 고려하지 않은 추가하중으로 작용하게 되며 그 초기현상은 균열로
나타나게 되고 심한 경우 전도파괴로 발전할 가능성도 있으므로 구조물 안전상 특별한
주의를 요한다.

라. 부등침하
대부분 여수로 기초는 암반층에 위치하고 있어 안전성에 큰 문제가 없는 것으로 보이
나 기초암반에 절리 또는 파쇄대가 위치하고 있거나 풍화암이 부분적으로 분포되어 있는
경우 이들에 대한 기초안정처리가 미흡하면, 폭에 비하여 상대적으로 긴 여수로에서는 부
둥침하가 나타날 수 있다. 이러한 부등침하는 주로 조인트(이음)를 연하여 단차로 나타나
기도 하는데 여수로에서는 이와 같은 단차가 수류의 장해요소로 작용하게 되어 방류시
큰 손상으로 발전하게 된다.

마. 동결융해
동결융해에 의한 콘크리트 구조물의 노후화는 겨울철에 콘크리트중의 수분이 동결과
융해를 반복함으로써 콘크리트에 균열, 박리, 손상 등 동해(凍害)를 일으키는 현상을 말한
다. 특히 콘크리트 타설후 응결, 경화 초기에 입은 콘크리트의 동해를 초기동해라고 한다.
동해의 형태별로서는 대부분의 경우 미세한 균열의 발생으로 지도모양으로 나타나는
패턴크랙(pattern crack)이나 구조물의 이음매, 단부 혹은 구조균열에 따라 나타나는 D
균열(D-line cracking) 등이 있다. 동해의 가장 일반적인 형태는 표면층의 박리 (스케일링
(scaling))이다. 박리는 콘크리트 표면의 얇은 시멘트풀이나 모르터가 벗겨지는 것으로 이
것이 진행하면 골재사이의 모르터 및 굵은 골재의 탈락으로 이어진다. 또한 팝아웃
(popout)이라 불리워지는 것은 콘크리트 표면층 부근의 강도가 낮은 다공질 골재가 동결
팽창하여 외부측의 모르터 부분을 박리시켜 원추형 모양으로 움푹 패이는 것을 말한다.
경화콘크리트의 동해의 의한 균열은 시멘트풀이나 골재내부의 공극내에 있는 공극수
의 팽창에 의해 발생한다. 물이 동결하면 약 9%의 체적팽창이 생기며 이 체적팽창이 아
직 동결하지 않은 물을 이동시켜 이때 발생한 압력에 의하여 동해가 발생한다.

바. 철근의 부적절한 배치
철근콘크리트 구조물에서 일정한 철근 간격과 적당한 피복두께는 역학적인 측면뿐만
아니라 건조수축균열, 철근부식 등의 내구성에 대한 관점에서는 필수적인 것이다. 일반적
으로 설계시에는 철근에 대한 최소 피복두께를 규정하고 있으나 시공시 피복두께를 충분
히 확보하지 못하거나 지나치게 크게 시공하여 균열을 유발하는 경우가 있다.
철근피복두께가 부족한 경우에는 콘크리트 타설후 양생기간 중 슬래브 상부면의 건조
수축 현상과 겹쳐질 때, 철근이 배근된 형상대로 균열이 발생할 수 있으며, 철근부식에
취약한 부위가 된다. 그러나 반대로 피복두께가 과다하게 시공될 경우에는 다음의 이유
로 인하여 균열이 발생한다.
① 콘크리트의 수축 구속력 약화 : 콘크리트의 표면이 철근에서 멀어지기 때문에 콘
크리트의 표면 부근이 수축되는 것을 구속할 힘이 약해진다.
② 부재의 내하력 감소 : 인장 철근의 덮개가 설계치수보다 클 경우, 구조물의 내하
력과 강성이 저하되어 인장측의 균열이 심해질 수 있다.
③ 균열 분산 효과 약화 : 콘크리트의 표면에서부터 철근까지의 거리가 증가함으로
써 설계시에 고려하였던 균열이 분산되지 않고 집중되는 결과를 초래한다.

사. 환경적인 원인
환경․온도의 변화, 중성화, 동결융해의 반복, 화학작용, 염화물 침입, 철근부식 등은
균열발생의 원인이 된다.
아. 재료적인 원인
시멘트의 이상응결․팽창, 콘크리트의 침하 및 블리딩, 시멘트 수화열, 알칼리골재반
응, 혼화제 사용잘못 등은 균열발생의 원인이 된다.

자. 시공잘못
콘크리트 배합 및 타설시 물의 첨가, 혼화재 잘못배합, 비비기 잘못, 운반시간 지연,
급속한 타설, 철근피복두께 부족, 거푸집의 부풀음, 다짐부족, 경화시의 진동 재하, 거푸집
조기제거, 초기동결 등은 균열발생의 원인이 된다.

차. 세부설계 오류 및 시공 후 관리잘못
설계잘못으로 구조물에 실제 작용하는 하중보다 부족한 단면으로 시공되었거나, 시공
후 관리잘못으로 설계하중보다 더 큰 과하중이 작용할 경우에는 콘크리트 구조물이 견딜
수 있는 허용응력 이상의 응력이 작용하여 콘크리트에 균열이 발생하게 된다.

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2. 박리 및 탈락
가. 박리
콘크리트 표면의 모르터가 점진적으로 손실되거나, 표면이 분리되어 들뜨는 현상이다.

나. 탈락
콘크리트 중의 일부재료가 구조물 또는 부재의 표면으로부터 분리되어 떨어져 나가거
나 박리가 생겨 파손되는 현상을 말한다.
주요 손상원인은 구조물 모서리에서 균열이 진전되어 발생되거나, 공도교와 같이 신
축․수축작용을 하는 구조물 하부가 여수로 피어에 구속된 경우 여수로 피어 모서리가
탈락될 수 있고, 피어 상단부에서 권양하중이 상단면 안쪽에 분포되지 않고 모서리까지
작용하는 경우 상단면 모서리가 파손되는 경우가 발생하기도 한다.

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3. 박락 및 층분리

가. 박락
박락은 콘크리트가 균열을 따라서 원형으로 떨어져 나가는 층분리 현상의 진전된 현
상을 말한다.
여수로의 경우 방류시 방류수와 함께 돌들이 떠내려가면서 콘크리트면과의 충격 또는
마찰에 의해 침식, 마모가 생기는 경우에도 박락으로 보일수 있으므로 손상 위치와 형태,
즉 발생위치가 방수로 하단부인지 상단부인지 깨진 흔적인지, 안쪽에서 밖으로 떨어져 나
간 것인지, 혹은 철근부식에 의한 것인지 등에 대하여 관찰하여야 한다.

나. 층분리
철근의 상부 또는 하부에서 콘크리트가 층을 이루며 분리되는 현상으로 철근의 부식
에 의한 팽창이 주요 원인이며 이러한 부식은 주로 염화물이온(소금, 염화칼슘)에 의하여
발생한다. 그러므로 층분리가 발생한 경우에는 매입철근이 부식되었는지에 대한 조사가
필요하다.

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4. 철근노출 및 부식
콘크리트중의 철근이 부식하면 부식생성물인 녹이 발생하여 원래 체적의 2～3배에 달
하게 되어 그 팽창압에 의해 피복콘크리트에 군열을 발생시키며, 표면 콘크리트의 박리,
탈락, 철근과의 부착성 저하, 강도저하를 일으키게 된다.
철근부식의 주요 원인은 다음과 같다.

가. 탄산화
콘크리트의 탄산화는 시멘트수화물인 수산화칼슘이 탄산칼슘으로 변하는 것을 말하며,
이때 시멘트 경화체의 알칼리성이 저하되는 현상이라 할 수 있다. 가장 일반적인 탄산화는
대기 중의 탄산가스가 콘크리트 내부로 확산되는 형태로, 탄산화는 콘크리트 표면에서 내
부로 진행해 간다. 이러한 탄산화는 콘크리트 자체에는 유해하지 않지만, 콘크리트 중의
철근이 부식되는 환경을 조성하게 된다.

나. 염화물
염화물에 의한 콘크리트 중의 철근의 부식은 세공용액의 pH가 9이하가 되지 않아도
철근부근에 소정의 염화물이 존재하면 염소이온이 강재 표면의 부동태 피막을 파괴하게
되고, 그 결함 부분에서 물의 존재 하에 국부전지를 만들어 철근의 부식반응을 일으킨다.

다. 동결융해
콘크리트는 동결융해 작용을 받으면 표면부터 성능이 저하되는데 동해가 현저히 진행
할 경우 콘크리트 유효단면이 크게 감소하여 내하력에 영향을 미치며, 철근 피복두께의
감소로 인하여, 철근과의 부착강도 저하 및 변형의 증대 등이 문제가 된다. 피복두께의
감소와 콘크리트 조직의 느슨함 때문에 염화물이온 및 탄산가스의 침투속도가 빠르게 되
어, 철근의 부식이 촉진된다.

라. 화학적 침식
화학적 침식이란 콘크리트의 시멘트 수화물이 어떤 종류의 화학물질(부식성 물질)과
반응하여 용출됨에 의하여 조직이 다공화 되거나 반응에 의하여 팽창을 일으켜 구조물의
성능이 저하하는 현상을 말한다.

마. 알칼리골재반응
시멘트 중의 알칼리 성분이 시멘트 페이스트의 모세관공극 중의 수산화칼슘을 함유
한 고알칼리성의 공극용액과 골재중에 함유된 반응성 실리카질 광물에 의해서 일어나는
화학반응으로써, 반응생성물의 형성과 알칼리 실리카겔의 흡수에 따라 콘크리트 내부에서
국부적인 체적팽창이 생기므로 콘크리트 균열 및 박리현상 등이 유발되어 이것과 다른
성능저하 요인이 상승적으로 작용하면 콘크리트의 내구성이 현저하게 저하된다.

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5. 누수
콘크리트구조물에서 누수는 수밀성이 요구되는 구조물에서 그 기능을 상실하게 하며,
또한 콘크리트 내에 수분이 존재하게 하여 동결융해 작용을 일으켜 콘크리트의 노후화를
발생시키며, 산소와 물의 작용으로 철근부식의 원인을 제공한다. 누수의 원인은 다음과
같다.

가. 공극
콘크리트 조직에는 반죽시 혼입되는 공기 이외에도 수화반응중에 생기는 많은 공극
(겔공극, 모세관공극), AE제의 사용에 의한 연행된 공기 등의 기포가 존재한다.

나. 균열
단순히 콘크리트 표면부위에만 발생된 균열은 적절한 표면처리(보수)로 수분의 침입
을 막을 수 있지만 부등침하, 하중분포의 불균형, 온도팽창, 수축, 지진 등으로 콘크리트
내부까지 발생된 균열은 콘크리트 내부로 수분이동의 통로를 형성한다.

다. 품질불량
현장 시공시 타설불량에 의한 골재분리, 거푸집 조기제거 등으로 발생하는 표면균열․
박리, 환경에 대한 보호조치 소홀에 따른 공해물질 침입 등도 콘크리트 수밀성 저하에 직
접적인 영향을 미친다.

라. 방수관련 설계, 시공 부족
각종 줄눈부와 신축이음부의 누수, 시공가설재와 관련된 누수, 구조 및 부재 연결부,
변단면부의 누수, 배수시설 및 방수층과 관련된 누수, 구조물의 변형 및 변상과 관련된
누수, 건축물의 창틀주위의 누수가 방수관련 설계 및 시공의 부족에 관련되어 있다.

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6. 백태
콘크리트 노후화의 증거로서 콘크리트 내부의 수분에 의하여 염성분이 콘크리트 표면
에 고형화된 현상을 말한다. 백태현상은 콘크리트 내부 또는 배면의 수분이 외부로 나오
면서 발생하는 현상이므로 균열이 발생된 곳이나 콘크리트가 치밀하지 못한 부위에서 주
로 발생하게 된다.<사진 1.2-4 참조>

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7. 파손 및 손상(시공잘못으로 인한 품질불량)
콘크리트의 품질불량은 대부분 현장에서 슬럼프(slump)치 관리, 운반, 치기, 다지기, 양
생 등 시공의 전과정에서 어느 하나라도 품질관리를 잘못하면 시공후 구조물의 결함으로
나타나게 된다. 품질불량으로 구조물에 쉽게 나타나는 손상원인은 다음과 같다.

가. 재료분리
여수로는 규모가 매우 큰 콘크리트 구조물로서 피어와 도류벽의 경우 구조물 높이가
매우 높아서 콘크리트 타설시 주로 슈트(chute)와 콘크리트 펌프카를 이용하게 되는데 이
때, 콘크리트가 투하되는 과정에서 굵은골재가 하부에만 몰리는 재료분리 현상이 발생하
게 된다.

나. 다짐부족
슈트(chute)를 이용한 시공시에는 콘크리트가 낙하하면서 굵은골재와 모르터가 분리되
므로 다짐이 부족하여 모르터 충진이 안되었을 경우에는 거푸집을 제거하면 콘크리트 표
면이 매끄럽지 못하고, 골재분리현상이 나타나게 된다.

다. 배부름 현상
콘크리트 타설시 거푸집 체결 및 버팀이 불충분한 경우 거푸집이 밀려나 배부름 현상
이 발생하게 된다. 배부름 현상은 콘크리트와 함께 철근도 같이 밀리게 되므로 구조적으
로 불안정하며, 여수로 도류벽이 배부른 경우에는 방류시 돌출로 인한 부압이 발생하는
등 수류에 지장을 초래하게 된다.

 

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