KDS 14 20 40 콘크리트구조 내구성 설계기준

1. 일반사항

1.1 목적

(1) 이 기준은 콘크리트구조의 내구성에 관한 설계방법과 최소한의 요구조건을 규정한다.

1.2 적용 범위

(1) 구조물 또는 부재가 사용기간 중 충분한 기능과 성능을 유지하기 위하여 사용하중을 받을 때 사용성과 내구성을 검토하여야 한다.

(2) 사용성 검토는 균열, 처짐, 피로의 영향 등을 고려하여 이루어져야 한다.(KDS 14 20 26, KDS 14 20 30 참조)

1.3 참고 기준

· KDS 14 20 01 콘크리트구조 설계(강도설계법) 일반사항

· KDS 14 20 10 콘크리트구조 해석과 설계 원칙

· KDS 14 20 20 콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준

· KDS 14 20 22 콘크리트구조 전단 및 비틀림 설계기준

· KDS 14 20 24 콘크리트구조 스트럿-타이모델 기준

· KDS 14 20 26 콘크리트구조 피로 설계기준

· KDS 14 20 30 콘크리트구조 사용성 설계기준

· KDS 14 20 50 콘크리트구조 철근상세 설계기준

· KDS 14 20 52 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준

· KDS 14 20 54 콘크리트용 앵커 설계기준

· KDS 14 20 60 프리스트레스트 콘크리트구조 설계기준

· KDS 14 20 62 프리캐스트 콘크리트구조 설계기준

· KDS 14 20 64 구조용 무근콘크리트 설계기준

· KDS 14 20 66 합성콘크리트 설계기준

· KDS 14 20 70 콘크리트 슬래브와 기초판 설계기준

· KDS 14 20 72 콘크리트 벽체 설계기준

· KDS 14 20 74 기타 콘크리트구조 설계기준

· KDS 14 20 80 콘크리트 내진설계구조 설계기준

· KDS 14 20 90 기존 콘크리트구조물의 안전성 평가기준

1.4 용어의 정의

(1) KDS 14 20 01(1.4) 에 따른다.

1.5 기호의 정의

· $E_c$ : 콘크리트의 탄성계수, MPa

· $h$ : 부재의 최소 두께, mm

· $I_cr$ : 균열 단면의 단면2차모멘트

· $I_e$ : 유효단면2차모멘트

· $I_g$ : 철근을 무시한 콘크리트 전체 단면의 중심축에 대한 단면2차모멘트

· $f'_{ck}$ : 콘크리트의 설계기준압축강도, MPa

· $f_r$ : 콘크리트의 파괴계수, MPa

· $f_y$ : 인장철근의 설계기준항복강도, MPa

· $f_{sp}$ : 콘크리트의 쪼갬인장강도, MPa

· $L$ : 철하중

· $l$ : 부재의 길이, mm

$l_e$ : 보 부재의 순경간, 2방향 슬래브의 긴 변의 순경간

$M_c$ : 처짐을 계산할 때 부재의 최대 휨모멘트

$M_{cr}$ : 외력에 의해 단면에서 휨균열을 일으키는 휨모멘트

$m_c$ : 콘크리트의 단위체적질량, kg/m³

$w$ : 철근을 무시한 전체 단면의 중심축에서 인장연단까지 거리

$\alpha$ : 보 양쪽의 슬래브 판의 중앙선에 의하여 구획되는 슬래브의 휨강성에 대한 보 휨강성의 비

$\alpha_m$ : 한 슬래브 조각의 모든 보의 $\alpha$ 값의 평균값

$\beta$ : 2방향 슬래브에서 단변 방향에 대한 장변 방향의 순경간비

$\lambda$ : 경량콘크리트계수(KDS 14 20 10(4.4) 참고)

$\lambda_\Delta$ : 장기 추가처짐에 대한 계수

$\zeta$ : 지속하중에 대한 시간경과계수

$\rho'$ : 압축철근비

2. 조사 및 계획

내용 없음.

3. 재료

(1) KDS 14 20 01(3)에 따른다.

4. 설계

4.1 내구성 설계

4.1.1 설계 일반

(1)콘크리트 구조는 주어진 주변 환경조건에서 설계 공용기간 동안에 안전성, 사용성, 내구성, 미관을 갖도록 설계,

시공, 유지관리하여야 한다.

(2)설계 착수 전에 구조물 발주자와 설계자는 구조물의 중요도, 환경조건, 구조거동, 유지관리방법 등을 고려하여

공학적으로 검증된 방법을 통해 구조물의 내구성능을 확보할 수 있는 방안을 강구하여야 한다.

4.1.2 내구성 설계기준

(1)해풍, 해수, 제빙화학제, 황산염 및 기타 유해물질에 노출된 콘크리트는 4.1.3에서 규정하는 노출등급에 따라

4.1.4의 조건을 만족하는 콘크리트를 사용하여야 한다.

(2)설계자는 구조물의 내구성을 확보할 수 있는 적절한 설계기법을 결정하여야 한다.

(3)설계 초기단계에서 구조적으로 완결에 민감한 구조 배치를 피하고, 유지관리 및 점검을 위하여 접근이 용이한

구조 형상을 선정하여야 한다.

(4)구조물이나 부재의 외측 표면에 있는 콘크리트의 품질이 보장될 수 있도록 하여야 한다. 다치기와 양생이 적절

하여 밀도가 크고, 강도가 높고, 투수성이 낮은 콘크리트를 시공하고 피복 두께를 확보하여야 한다.

(5)구조물의 모서리나 부재 연결부 등의 건전성 확보를 위한 철근콘크리트 및 프리스트레스트콘크리트 구조요소

의 구조 상세가 적절하여야 한다.

(6)고부식성 환경조건에 있는 구조는 표면을 보호하여 내구성을 증진시켜야 한다.

(7)설계자는 내구성에 관련된 콘크리트 재료, 피복 두께, 철근과 긴장재, 처짐, 균열, 피로 및 기타 사항에 대한 제반

규정을 모두 검토하여야 한다.

4.1.3 노출 범주 및 등급

(1)책임구조기술자는 구조용 콘크리트 부재에 대해 예측되는 노출 정도를 고려하여 표 4.1-1에 따라 노출등급을 정

하여야 한다.

표 4.1-1 노출 범주 및 등급

범주	등급	조건	예
일반	E0	물리적, 화학적 작용에 의한 콘크리트 손상의 우려가 없는 경우<br>철근이나 내부 금속의 부식 위험이 없는 경우	· 공기 중 습도가 매우 낮은 건물 내부의 콘크리트
EC<br>(탄산화)	EC1	건조하거나 수분으로부터 보호되는 또는 영구적으로 습윤한 콘크리트	· 공기 중 습도가 낮은 건물 내부의 콘크리트<br>· 물에 계속 잠져 되어 있는 콘크리트
	EC2	습윤하고 드물게 건조되는 콘크리트로 탄산화의 위험이 보통인 경우	· 장기간 물과 접하는 콘크리트 표면<br>· 외기에 노출되는 기초
	EC3	보통 정도의 습도에 노출되는 콘크리트로 탄산화 위험이 비교적 높은 경우	· 공기 중 습도가 보통 이상으로 높은 건물 내부의 콘크리트¹⁾<br>· 비를 맞지 않는 외부 콘크리트
	EC4	건습이 반복되는 콘크리트로 매우 높은 탄산화 위험에 노출되는 경우	· EC2 등급에 해당하지 않고, 물과 접하는 콘크리트<br>(예를 들어 비를 맞는 콘크리트 외벽, 난간 등²⁾)
			· 해안가 또는 해안 근처에 있는 구조물³⁾

		콘크리트의 정의	적용범위
ES (해양환경, 제빙화학 등 염화물)	ES1	보통 정도의 습도에서 대기 중의 염화물에 노출되지만 해수 또는 염화물을 함유한 물에 직접 접촉되지 않는 콘크리트	• 도로 주변에 위치하여 공기중의 제빙화학제에 노출되는 콘크리트
	ES2	습윤하고 드물게 건조되며 염화물에 노출되는 콘크리트	• 수영장<br>• 염화물을 함유한 공업용수에 노출되는 콘크리트
	ES3	항상 해수에 침지되는 콘크리트	• 해상 교각의 해수 중에 침지되는 부분
	ES4	건습이 반복되면서 해수 또는 염화물에 노출되는 콘크리트	• 해양 환경의 물보라 지역(비말대) 및 간만대에 위치한 콘크리트<br>• 염화물을 함유한 물보라에 직접 노출되는 교량 부위^4)<br>• 도로 포장<br>• 주차장^5)
EF	EF1	간혹 수분과 접촉하나 염화물에 노출되지 않고 동결융해의 반복작용에 노출되는 콘크리트	• 비와 동결에 노출되는 수직 콘크리트 표면
	EF2	간혹 수분과 접촉하고 염화물에 노출되며 동결융해의 반복작용에 노출되는 콘크리트	• 공기 중 제빙화학제와 동결에 노출되는 도로구조물의 수직 콘크리트 표면
	EF3	지속적으로 수분과 접촉하나 염화물에 노출되지 않고 동결융해의 반복작용에 노출되는 콘크리트	• 비와 동결에 노출되는 수평 콘크리트 표면

주 1) 중곡 구조물의 내부는 노출등급 EC3로 간주할 수 있다. 다만, 외부로부터 물이 침투하거나 노출되어 영향을 받을 수 있는 표면은 EC4로 간주하여야 한다.

바를 맞는 외부 콘크리트라 하더라도 규정에 따라 방수 처리된 표면은 노출등급 EC3로 간주할 수 있다.
비래염분의 영향을 받는 콘크리트로 해양환경의 경우 해안가로부터 거리에 따른 비래염분량은 지역마다 큰 차이가 있으므로 측정결과 등을 바탕으로 환경영향 거리를 정해야 한다. 또한 공기 중의 제빙화학제에 영향을 받는 거리도 지역에 따라 편차가 크게 나타나므로 기존 구조물의 열화율 측정결과 등으로부터 한계 영향 거리를 정하는 것이 바람직하다.
차도로부터수평방향 10m, 수직방향 5m 이내에 있는 모든 콘크리트 노출면은 제빙화학제에 직접 노출되는 것으로 간주해야 한다. 또한 도로로부터 배출되는 물에 노출되기 쉬운 신축이음(expansion joints) 아래에 있는 교각 상부도 제빙화학제에 직접 노출되는 것으로 간주해야 한다.
염화물이 포함된 물에 노출되는 주차장의 바닥, 벽체, 기둥 등에 적용한다.

표 4.1-2 수용성 황산염이온 농도에 따른 노출등급 구분

등급	토양 내의 수용성 황산염( $SO_4^{2-}$ )의 질량비(% $^{1)}$ )	물속에 용해된 황산염( $SO_4^{2-}$ ) (ppm $^{2)}$ )
EA1	$0.10 \leq SO_4^{2-} < 0.20$	$150 \leq SO_4^{2-} < 1,500$ , 해수
EA2	$0.20 \leq SO_4^{2-} \leq 2.00$	$1,500 \leq SO_4^{2-} \leq 10,000$
EA3	$SO_4^{2-} > 2.00$	$SO_4^{2-} > 10,000$

주 1) 토양 질량에 대한 비로 KS I ISO 11048에 따라 측정하여야 한다.

수용액에 용해된 농도로 ASTM D516 또는 ASTM D4130에 따라 측정하여야 한다.

4.1.4 내구성 확보를 위한 요구조건

(1) 콘크리트 설계기준압축강도는 표 4.1-1의 노출등급에 따라 표 4.1-3에서 규정하는 값 이상이라야 한다. 다만, 별도의 내구성 설계를 통해 입증된 경우나 성능이 확인된 별도의 보호 조치를 취하는 경우에는 표 4.1-3에서 규정하는 값보다 낮은 강도를 적용할 수 있다.

표 4.1-3 노출등급에 따른 최소 설계기준압축강도

[표 4.1-3] 노출등급별 최소 설계기준압축강도를 나타내는 표로, EC, ES, EF, EA 등의 주요 노출등급 카테고리와 각각의 세부 등급(E0, EC1, EC2 등)에 따른 강도 기준을 체계적으로 분류하여 제시

| 최소 설계 기준 압축 강도 $f_{ck}$ (MPa) | | | | | | | | | | | | | | | | |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---| | | 21 | 21 | 24 | 27 | 30 | 30 | 30 | 35 | 35 | 24 | 27 | 30 | 30 | 27 | 30 | 30 |

(2)노출면수 EC와 ES의 경우 KDS 14 20 50(4.3)에서 규정하는 최소 피복두께 이상의 피복두께를 확보해야 한다.

(3)콘크리트 배합은 표 4.1-1의 노출등급에 따라 KCS 14 20 10(1.10)에서 규정하는 물-결합재비, 결합재 종류, 연행공기량, 염화물 함유량 등에 대한 요구조건을 만족하여야 한다.

4.2 보수·보강 및 유지관리

4.2.1 설계 일반

(1)콘크리트 구조물은 주어진 주변 환경조건에서 목표 수명기간 동안에 안전성, 사용성, 내구성, 미관을 갖도록 유지관리하여야 한다. 완공된 콘크리트 구조물은 정기적인 점검과 필요할 때 보수·보강을 통하여 본래의 기능을 유지하고 사용자의 편의와 안전을 도모할 수 있도록 관리하여야 한다.

(2)균열이 발생한 구조물에 대하여 균열 발생의 원인 및 그 유해성에 관한 검토가 필요할 때에는 KDS 14 20 30(부록)에서 제시하고 있는 방법에 따라 검토하여 제반 조치를 강구하여야 한다.

(3)기존 구조물의 안전성 평가는 KDS 14 20 90에 따라 수행하여야 한다.

(4)구조물의 안전을 점검하기 위한 안전진단과 보수·보강 설계는 책임구조기술자에 의해 수행되어야 한다.

4.2.2 보수·보강 설계

(1)손상된 콘크리트 구조물에서 안전성, 사용성, 내구성, 미관 등의 기능을 회복시키기 위한 보수는 타당한 보수설계에 근거하여야 한다.

(2)기존 구조물에서 내하력을 회복 또는 증가시키기 위한 보강은 타당한 보강설계에 근거하여야 한다.

(3)보수·보강 설계를 할 때는 구조체를 조사하여 손상 원인, 손상 정도, 저항내력 정도를 파악하고 구조물이 저한 환경조건, 하중조건, 필요한 내력, 보수·보강의 범위와 규모를 정하며, 보수·보강재료를 선정하여 단면 및 부재를 설계하고, 적절한 보수·보강시공법을 검토하여야 한다.

(4)보강설계를 할 때에는 보강 후의 구조내하력 증가 외에 사용성과 내구성 등의 성능 향상을 고려하여야 한다.

(5)책임구조기술자는 보수·보강 공사에서 품질을 확보하기 위하여 공정별로 품질관리감사를 시행하여야 한다.

부록. 콘크리트의 내구성 평가

1. 일반사항

1.1 목적

(1)이 부록은 콘크리트 구조물의 공사 착공단계에서 내구성을 평가하기 위한 것으로서 내구성 평가 원칙, 설계에 따라 시공된 콘크리트 구조물에 대한 내구성 평가 방법, 시공에 사용되기 위해 배합 설계된 콘크리트의 재료자체에 대한 내구성 평가 방법에 대한 일반적이고 기본적인 표준을 규정하고 있다.

1.2 적용 범위

(1)콘크리트 구조물의 목표내구수명은 구조물을 둘러싼 유지관리 없이 일상적으로 유지관리 할 때 내구적 한계상태에 도달하기까지의 기간으로 정하여야 한다. 시공된 콘크리트 구조물의 내구능력 결정은 구조물을 설계할 때 설정된 콘크리트 구조물의 목표 내구수명에 따라 정하여야 한다.

(2)이 기준의 부록은 시공에 착수할 콘크리트 구조물이 목표내구수명 동안에 내구성을 확보하도록 시공착수 전 시공계획단계에서 내구성을 평가하는 데 적용한다. 그러나 내구성이 특별히 요구되지 않는 구조물, 또는 성능저하환경에 따른 내구성에 대해 검증된 공법 및 재료를 사용하여 시공된 구조물은 이 기준의 부록을 따르지 않을 수 있다.

(3) 내구성 평가에는 염해, 탄산화, 동결융해, 화학적 침식, 알칼리 골재 반응 등을 주된 성능저하원인으로 고려하며, 시공할 구조물이 강게 될 성능저하환경을 조사하여 이에 따라 성능저하원인 내구성 평가 항목을 선정하여야 한다.

(4) 콘크리트 구조물이 복합성능저하가 지배적인 특수한 환경에 시공되는 경우는 각각의 성능저하인자에 대하여 내구성 평가를 수행하여 가장 지배적인 성능저하인자에 대한 내구성 평가결과를 적용하여야 한다.

1.3 참고기준

· KCS 14 20 10 일반콘크리트

· KCS 14 20 42 매스콘크리트

· KCS 14 20 44 해양콘크리트

· 염해 및 탄산화에 대한 철근콘크리트 구조물의 내구성 지침, 건설교통부, 2003

· 콘크리트 내구성 평가실수법, 건설교통부, 1999

· KS F 2456 급속 동결 융해에 대한 콘크리트의 저항 시험 방법

· KS F 2545 골재의 알칼리 잠재 반응 시험 방법(화학적 방법)

· KS F 2546 골재의 알칼리 잠재 반응 시험 방법(모르타르봉 방법)

· KS F 2585 콘크리트의 알칼리 실리카 반응성 판정 시험방법

1.4 용어의 정의

(1) KDS 14 20 01(1.4)에 따른다.

1.5 기호의 정의

내용 없음.

1.6 제출물

(1) 재료 시험 자료

(2) 함정 노출 조사 자료

(3) 그 밖의 사항은 KCS 14 20 10(1.6) 의 해당요건에 따른다.

2. 조사 및 계획

내용 없음.

3. 재료

(1) KDS 14 20 01(3)에 따른다.

4. 설계

4.1 일반사항

내용 없음.

4.2 내구성 평가 원칙

4.2.1 일반사항

(1) 내구성 평가는 내구성에 영향을 미치는 각종 성능저하원인에 대해서 시공될 콘크리트 구조물과 사용에 사용될 콘크리트에 대하여 수행하여야 한다.

(2) 시공될 콘크리트 구조물 및 콘크리트가 내구성 평가를 통과한 경우에는 결정된 시공방법 및 배합 설계된 콘크리트를 사용하여 시공될 구조물에 대해 사용 적속 초기재령 상태의 콘크리트에 균열이 발생하는지를 평가하여야 한다. 이 때 시공될 구조물의 균열발생이 제어되지 않는 균열처럼성 평가 결과를 얻는 경우에는 균열 제어시공이 되도록 시공방법을 수정하여야 하고, 시공방법의 수정만으로 균열제어가 되지 않는 경우에는 평가에 통과하는 결과를 얻도록 콘크리트 배합을 수정하여야 한다.

4.2.2 콘크리트 구조물의 내구성 평가 원칙

(1)시공된 콘크리트 구조물에 사용될 콘크리트에 대한 내구성 평가는 내구성능 예측값에 환경계수를 적용한 소

요 내구성값을 내구성능 특성값에 내구성 감소계수를 적용한 설계 내구성값과 비교함으로써 부록 식 (2.2-1)에

따라 수행한다.

$\gamma_e d_E = \alpha_k A_r$ (2.2-1)

여기서, $\gamma_e$ : 콘크리트 구조물에 관한 환경계수

$\alpha_k$ : 콘크리트 구조물에 관한 내구성 감소계수

$A_r$ : 콘크리트 구조물의 내구성능 예측값

$A_k$ : 콘크리트 구조물의 내구성능 특성값

4.2.3 배합 콘크리트의 내구성 평가 원칙

(1)배합콘크리트의 내구성 평가는 부록 식 (2.3-1)과 같이 콘크리트의 내구성능 예측값에 환경계수를 적용한 소

요 내구성값을 내구성능 특성값에 내구성 감소계수를 적용한 설계 내구성값과 비교함으로써 수행한다.

$\gamma_e E_r = \alpha_k B_k$ (2.3-1)

여기서, $\gamma_e$ : 콘크리트에 관한 환경계수

$\alpha_k$ : 콘크리트에 관한 내구성 감소계수

$B_r$ : 콘크리트의 내구성능 예측값

$B_k$ : 콘크리트의 내구성능 특성값

4.2.4 환경계수와 내구성 감소계수

(1)환경계수는 시공된 콘크리트 구조물과 콘크리트 재료의 성능저하 환경조건에 대한 안전율로서 적용한다.

(2)내구성 감소계수는 내구성능 특성값 및 내구성능 예측값의 정밀도에 대한 안전율로서 적용한다.

(3)각 성능저하요인에 대하여 내구성을 평가할 때 사용되는 환경계수와 내구성 감소계수는 각 성능저하요인에 대

해 독립적으로 적용하여야 한다.

4.3 콘크리트 구조물의 내구성 평가

4.3.1 일반사항

(1)이 부록은 내구성이 특별히 요구되지 않는 콘크리트 구조물이나, 특수한 공법 및 재료를 사용한 콘크리트 구조물을 제외한 일반적인 콘크리트 구조물에 대해 성능지하요인별 시공 전 콘크리트 구조물의 내구성을 평가하고 이에 따른 내구성의 확보를 위해 적용한다.

(2)성능저하환경에 놓여있는 콘크리트 구조물의 주된 성능저하인자인 염해, 탄산화, 동결융해, 화학적 침식, 알칼리 골재반응에 대하여 검토하여야 한다.

(3)콘크리트 구조물이 목표내구수명 동안에 지배적인 성능저하인자에 따라 요구되는 내구성능을 평가하여야 한다.

(4)콘크리트 구조물에 여러 성능저하인자가 복합적으로 작용하는 경우에는 각각의 성능저하인자가 독립적으로 작용한다고 가정하여 콘크리트 구조물의 내구성을 평가하며, 가장 지배적인 성능저하인자에 대한 내구성 평가 결과를 적용할 수 있다.

4.3.2 염해에 관한 내구성 평가

4.3.2.1 해당구조물의 염해 환경 설정

(1)염해를 받을 수 있는 환경에 놓인 콘크리트 구조물의 환경조건은 국내 해안선으로부터 거리에 따라 계측한 콘크리트 표면의 염소이온 농도 $C_s$ (kg/m³)를 설정하여야 한다.

4.3.2.2 철근부식 임계염소이온 농도 설정

(1)철근부식을 일으키는 임계 염소이온농도 $C_{lim}$ 는 부록 식 (3.2-1)을 사용하여 구할 수 있다.

$C_{lim} = 0.004 \, C_{bind}$

$(3.2-1)$

여기서, $C_{bind}$ : 단위결합재량(kg/m³)

4.3.2.3 콘크리트 구조물의 염해 내구성 평가

(1)염소이온 침투에 의한 콘크리트 구조물의 내구성은 부록 식 (3.2-2)에 의해 평가한다.

$\gamma_F C_s \leq \phi_r C_{lim}$ (3.2-2)

여기서, $\gamma_F$ : 염해에 대한 환경계수로서 일반적으로 1.11

$\phi_r$ : 염해에 대한 내구성 감소계수로서 일반적으로 0.86

$C_{lim}$ : 철근부식이 시작될 때의 임계염소이온 농도

$C_s$ : 철근 위치에서 염소이온 농도의 예측값

(2)염해에 대한 콘크리트 구조물의 내구성 평가를 위한 염소이온 농도는 콘크리트 중의 염소이온의 확산에 관한 기초방정식인 피크(Fick)의 제2법칙을 유한요소법 또는 유한차분법을 사용하여 구하거나, 부록 식 (3.2-3)을 사용하여 구할 수 있다.

$C_s - C_i = (C_0 - C_i)\left[1-erf\left(\frac{x}{2\sqrt{D_e t}}\right)\right]$ (3.2-3)

여기서, $C_s$ : 위치 $x$ (cm), 시간 $t$ (년(y), 또는 초(s))에서 염소이온 농도의 실계값 (kg/m³)

$C_i$ : 초기 염소이온 농도로서 최댓값으로 0.3 kg/m³

$C_0$ : 표면 염소이온 농도

$erf$ : 오차함수,

$erf(z) = \frac{2}{\sqrt{\pi}}\int_0^z e^{-t^2}dt$

$D_e$ : 염소이온의 유효확산계수(m²/y, 또는 m²/s)

$D_e = \gamma_c D_v$

$\gamma_c$ : 콘크리트의 재료계수로서 일반적으로 1.0이 사용되며, 구조물의 최상부에는 1.3

$D_v$ : 콘크리트 염소이온 확산계수의 특성값(m²/y, 또는 m²/s)

(단만, $1.0 \times 10^{-12}$ m²/s = $0.31536 \times 10^{-4}$ m²/y)

4.3.3 탄산화에 관한 내구성 평가

4.3.3.1 탄산화 내구성능

(1)콘크리트 구조물의 시공계획단계에서 탄산화에 대한 내구성 평가는 구조물 설계 당시의 내구성 조건과 콘크

리트의 재료, 배합, 시공방법 등에 따라 대상구조물의 탄산화에 관한 환경조건을 고려한 내구성 평가를 통하여

대상 구조물의 목표내구수명 내에서 탄산화에 대한 요구내구성능을 확보하고 있는지 여부를 수행하여야 한다.

(2)탄산화에 대한 허용 성능저하 한도는 탄산화 침투깊이가 철근의 깊이까지 도달한 상태를 탄산화에 대한 허

용 성능저하 한계상태로 정하도록 한다.

4.3.3.2 콘크리트 구조물의 탄산화 내구성 평가

(1)콘크리트 구조물의 탄산화에 대한 내구성 평가는 목표내구수명에 도달하였을 때의 철근부식이 발생하는 탄

산화 한계깊이와 구조물의 성능저하에 따른 예측 탄산화 깊이에 각각 내구성 감소계수와 환경계수를 곱하여 비

교함으로써, 즉 다음 평가 기본식 부록 식 (3.3-1)에 따라 계산할 수 있다.

$\gamma_F \cdot S_D \leq \phi_c \cdot S_{lim}$ $(3.3-1)$

여기서, $\gamma_F$ : 탄산화에 대한 환경계수로서 일반적으로 1.1

$\phi_c$ : 탄산화에 대한 내구성 감소계수로서 일반적으로 0.92

$S_{lim}$ : 철근부식이 발생할 수 있는 탄산화 한계깊이(mm)

$S_{lim} = c - c_s$

$c$ : 설계피복두께(mm)

$c_s$ : 한계 탄산화 깊이 여유값으로서, 자연환경에서는 10 mm, 심한 염해환경에서는 25 mm

$S_D$ : 탄산화 깊이의 예측값 (mm)

(2)예측 탄산화 깊이는 부록 식 (3.3-2)에 따라 계산할 수 있다.

$S_D = \gamma_{co} \cdot \alpha_t \cdot \sqrt{t}$ $(3.3-2)$

여기서, $\gamma_w$ : 탄산화 깊이 예측식의 변동성을 고려한 안전계수로서 일반적으로 1.15, 그러나, 고유동화 콘크리트의 경우는 1.1

$\alpha_x$ : 실제 탄산화 속도계수(mm $/\sqrt{y}$ ), 여기서, y는 재령(년)

$\alpha_x = \alpha_f \cdot \beta_r \cdot \gamma_c$

$\alpha_f$ : 특성 탄산화 속도계수(mm $/\sqrt{y}$ ), 여기서, y는 재령(년)

$\beta_r$ : 환경작용의 정도를 나타내는 방향계수로서 건조되기 어려운 환경인 북향한 면에서는 1.0, 건조되기 쉬운 환경, 남향 면에서는 1.6

$\gamma_c$ : 콘크리트의 재료계수로서 일반적으로 1.00이고, 구조물의 상면 부위에서는 1.30으로 하나, 구조물의 콘크리트와 표준양생공시체 간에 품질의 차이가 생기지 않는 경우에는 1.0

$t$ : 재령(년)

4.3.4 동해에 관한 내구성 평가

4.3.4.1 동해의 내구성능

(1)콘크리트 구조물의 시공계획단계에서 동결융해에 대한 내구성 평가는 구조물 설계 당시의 내구성 조건과 콘크리트의 재료, 배합, 시공방법 등에 따라 대상구조물의 동결융해에 관한 환경조건을 고려한 내구성 평가를 통하여 대상 구조물의 목표내구수명내에서 동결융해에 대한 요구내구성능을 확보하고 있는지 여부를 수행하여야 한다.

4.3.4.2 동해의 내구성 평가

(1)동결융해 저항성 시험을 통하여 얻어지는 상대동탄성계수와 콘크리트의 질량감소율을 지표로 동해에 관한 내구성을 평가한다. 이 때 동해에 대한 콘크리트 구조물의 내구성 평가는 부록 식 (3.4-1)에 의해 수행할 수 있다.

$\gamma_F \cdot P_f \leq \phi_{FC} \cdot F_{lim}$ $(3.4-1)$

여기서, $\gamma_F$ : 동해에 대한 환경계수로서 일반적으로 1.0

$\phi_c$ : 동해에 대한 내구성 감소계수, 구조물의 종류와 위치에 따라 아래 부록 표 3.4-1의 값을 사용

부록 표 3.4-1 구조물의 종류와 위치에 따른 동해에 관한 내구성 감소계수

구분	보통부위	구조물의 상부
일반 구조물	1.0	0.8
중요 구조물	0.9	0.7

$F_s = \frac{1}{E_s}$

$F_s$ : 상대동탄성계수의 예측값의 역수

$E_s$ : 상대동탄성계수의 예측값(%)

$F_{\text{lim}} = \frac{1}{E_{\text{min}}}$

$F_{\text{lim}}$ : 상대동탄성계수의 최솟값의 역수

$E_{\text{min}}$ : 동결융해작용에 대하여 소요 성능을 만족하기 위한 상대동탄성계수의 최소 한계값(%)로서 일반적으로

부록 표 3.4-2에 따름.

부록 표 3.4-2 동결융해작용에 대하여 구조물의 성능을 만족하기 위한 상대동탄성계수의 최소한계값 (%)

기상조건	기상작용이 심하고 동결 융해가 자주 반복될 때	기상작용이 심하지 않고 온도가 동결점 이하로 지는 경우가 드물 때
단면	얇은 경우	보통의 경우
(1) 연속해서 또는 빈복해서 물에 포화되는 경우^1)	85	70

구조물	(2) 일반적인 노출상태로	70	60	70	60
의 노출	(1)에 속하지 않는 경우
상태

주 1) 수로, 물탱크, 교각의 받침대, 교각, 옹벽, 터널 복공등과 같이 수면 가까이에서 포화된 부분 및 이 구조물들 위에 보, 슬래브 등에 수면에서 떨어져 있지만 용성, 유수, 물방울 때문에 물에 포화된 부분 등

단면의 두께가 0.2 m 이하인 구조물

4.3.5 화학적 침식에 관한 내구성 평가

4.3.5.1 화학적 침식의 내구성능

(1) 콘크리트의 화학적 침식에서 다음과 같은 여러 요인에 대해 평가하여야 한다.

① 산에 의한 침식

② 황산염에 의한 침식

③ 염류에 의한 침식

④ 강알칼리에 의한 침식

⑤ 동·식물성 기름에 의한 침식

⑥ 당류에 의한 침식

⑦ 부식성 가스에 의한 침식

4.3.5.2 화학적 침식의 내구성 평가

(1) 화학적 침식에 의한 콘크리트 구조물의 내구성은 부록 식 (3.5-1)에 의해 평가할 수 있다.

$\gamma_P \cdot Z_r \leq \phi_K \cdot Z_u \qquad (3.5-1)$

여기서, $\gamma_P$ : 화학적 침식에 대한 환경계수로서 일반적으로 1.1

$\phi_K$ : 화학적 침식에 대한 내구성감소계수로서 일반적으로 0.92

$z_{lim}$ : 화학적 침식 한계깊이(mm)

$z_{lim} = c - c_x$

$c$ : 설계피복두께(mm)

$c_x$ : 한계 화학적 침식 깊이 여유값으로서, 일반적으로 철근의 직경을 사용함

$z_r$ : 화학적 침식 깊이의 예측값(mm)

4.3.6 알칼리 골재반응에 관한 내구성 평가

4.3.6.1 알칼리 골재반응의 내구성능

(1)구조물의 요구성능이 콘크리트의 알칼리 골재반응에 의해 손상 받지 않아야 한다.

(2)콘크리트 표면을 피복함으로써 알칼리 골재반응에 관한 구조물의 성능을 확보할 수 있으며, 이런 경우에는 유지관리계획을 고려하여 표면피복에 의한 방수 효과를 적절한 방법으로 평가하여야 한다.

(3)알칼리 골재반응에 의한 피해를 방지하기 위해서는 외부로부터 알칼리금속이온 및 염소이온 등이 침투되지 않도록 시공하여야 한다.

(4)알칼리 골재반응에 의한 피해를 감소시키기 위하여 콘크리트 구조물의 외부를 방수처리하거나 배수를 용이하게 하여야 한다.

4.3.6.2 알칼리 골재반응의 내구성 평가

(1)알칼리 골재반응에 대한 콘크리트 구조물의 내구성은 부록 식 (3.6-1)에 의해 평가할 수 있다.

$\gamma_P \cdot R_r \leq \phi_K \cdot R_u \quad (3.6-1)$

여기서, $\gamma_P$ : 알칼리 골재반응에 대한 환경계수로서 일반적으로 1.1

$\phi_K$ : 알칼리 골재반응에 대한 내구성감소계수로서 일반적으로 0.92

$R_{lim}$ : 알칼리 골재반응의 화학적 한계 안정성

$R_r$ : 알칼리 골재반응의 화학적 안정성 예측값

4.4 배합단계에서 콘크리트 내구성 평가

4.4.1 일반사항

(1) 이 기준에서는 배합계획 단계에서 콘크리트의 배합설계에 따라 제조될 콘크리트가 지배적인 성능저하인자에 대해 요구되는 내구성을 만족하는지를 평가하는 절차를 규정하고 있다.

(2) 이 기준은 내구성이 특별히 요구되지 않는 콘크리트나, 통수한 공법 및 재료를 사용한 콘크리트를 제외한 일반적인 콘크리트에 대해 시공 전 성능저하 요인에 따른 배합 단계의 콘크리트 내구성을 평가하고 이에 따른 내구성의 확보를 위해 적용한다.

(3) 설정된 콘크리트의 성능이 평가조건을 만약 만족하지 못한다면, 콘크리트에 대한 내구성능의 확보를 위해 배합 또는 재료를 변경하여 콘크리트의 내구성을 재평가하여야 한다.

(4) 성능저하환경에 놓여있는 콘크리트의 주된 성능저하인자는 염해, 탄산화, 동결융해, 화학적 침식, 알칼리 골재반응으로 하여 평가하여야 한다.

(5) 콘크리트 구조물이 복합성능저하가 지배적인 특수한 환경에 시공되는 경우에는 각각의 성능저하인자에 대하여 배합 설계된 콘크리트에 대해 내구성 평가를 수행하여 가장 지배적인 성능저하인자에 대한 내구성 평가결과를 적용할 수 있다.

4.4.2 염소이온 확산계수의 평가

4.4.2.1 염소이온의 확산계수에 대한 평가

(1) 콘크리트의 염해에 대한 내구성을 평가하기 위해 부록 식 (4.2-1)과 같이 염소이온의 확산계수를 평가한다.

$γ_p D_p = α_k D_k \quad (4.2-1)$

여기서, $γ_p$ : 염해에 대한 환경계수로서 일반적으로 1.11

$α_k$ : 염해에 대한 내구성감소계수로서 일반적으로 0.86

$D_k$ : 콘크리트의 염소이온 확산계수의 특성값( $\text{m}^2/\text{y}$ , 또는 $\text{m}^2/\text{s}$ )

$D_p$ : 콘크리트의 염소이온 확산계수의 예측값( $\text{m}^2/\text{y}$ , 또는 $\text{m}^2/\text{s}$ )

(단위, $1.0 \times 10^{-12} \text{m}^2/\text{s} = 0.3536 \times 10^{-4} \text{m}^2/\text{y}$ )

4.4.2.2 염소이온 확산계수 예측식

(1) 콘크리트의 염소이온 확산계수의 예측값 $D_s$ 는 평가 대상 콘크리트에 대해 실제 실험이나 실측된 자료를 통해 구한 확산계수 $D_s$ 에 물-결합재비 또는 PS 강재비에 따른 보정을 한 부록 식 (4.2-2)와 부록 식 (4.2-3)에 따라 계산할 수 있다.

① $t < t_c = 30$ 년에 대하여,

$D_s = \frac{D_R}{1-m} \left(\frac{t_R}{t}\right)^m$ (4.2-2)

② $t \geq t_c = 30$ 년에 대하여,

$D_s = \frac{D_R}{1-m} \left[(1-m) + m \frac{t_c}{t}\right] \left(\frac{t_R}{t_c}\right)^m$ (4.2-3)

여기서, $D_s$ : 기준 시간(*)에서 염소이온 확산계수

$t_R$ : 기준 시간(일반적으로 28일 0.077년)

$t_c$ : 확산계수 감소한계(일반적으로 30년)

$m$ : 재령계수로서, 재령에 대한 영향을 나타내는 상수

(2) 콘크리트의 염소이온 확산계수 예측식에서 재령계수 $m$ 은 평가대상 콘크리트에 대해 실제 실험이나 실측 자료를 통해 구하여야 한다.

(3) 기준 조건에서 측정된 확산계수 $D_s$ 은 구조물에 사용될 콘크리트에 대해 실제 실험이나 실측된 자료를 통해 구할 수 있으며, 실험을 통해 확산계수를 도출하는 경우에는 물-결합재비에 따른 확산계수 예측값을 다음의 부록 식 (4.2-4)로 나타낼 수 있다.

$\log D_R = a + b(W/B)$ (4.2-4)

여기서, $a$ , $b$ : 실험으로부터 정해지는 상수

$W/B$ : 물-결합재비

4.4.3 탄산화 속도계수의 평가

4.4.3.1 탄산화 속도계수의 평가

(1) 콘크리트의 탄산화에 대한 내구성을 평가하기 위해 부록 식 (4.3-1)과 같이 탄산화 속도계수를 평가한다.

$\gamma_c \cdot \alpha_{cp} \leq \alpha_c \cdot \alpha_t \qquad (4.3-1)$

여기서, $\gamma_c$ : 탄산화를 고려한 환경계수로서 일반적으로 1.1

$\alpha_c$ : 탄산화를 고려한 내구성감소계수로서 일반적으로 0.92

$\alpha_{cp}$ : 콘크리트 탄산화 속도계수의 예측값(mm/ $\sqrt{Y}$ );부록 식 (4.3-2)에 의한 값

$\alpha_t$ : 콘크리트의 특성 탄산화 속도계수(mm/ $\sqrt{Y}$ );부록 식 (3.3-2)에서 사용한 값

4.4.3.2 탄산화 속도계수의 예측식

(1) 탄산화 속도계수의 예측값 $\alpha_{cp}$ 는 평가대상 콘크리트에 대해 실제 실험이나 실측자료를 통해 구하며, 실험을 통해 탄산화 속도계수를 도출하는 경우에는 유효 PS 강재에 따른 탄산화 속도계수는 다음 부록 식 (4.3-2)로 구할 수 있다.

$\alpha_{cp} = \alpha \cdot b \cdot (IT/B) \qquad (4.3-2)$

여기서, $IT/B$ : 유효 톤-킬럽계비

$\alpha, b$ : 시멘트(결합재)의 종류에 따라 정해지는 상수

(2) 콘크리트의 탄산화 속도계수 예측식에서 계수 $\alpha, b$ 는 평가대상 콘크리트에 대해 실제 실험이나 실측 자료들을 통해 구하여야 한다.

4.4.4 상대동탄성계수의 평가

4.4.4.1 상대동탄성계수의 평가

(1) 콘크리트의 동해에 대한 내구성을 평가하기 위해 부록 식 (4.4-1)과 같이 콘크리트의 상대동탄성계수를 평가한다.

$\gamma_c F_s \leq \phi_c F_{lim}$ (4.4-1)

여기서, $\gamma_c$ : 동해에 대한 환경계수로서 일반적으로 1.0

$\phi_c$ : 동해에 대한 내구성 감소계수로서 일반적으로 0.8~1.0을 사용하고, KS F 2456(A법)에 따라서 콘크리트의 상대동탄성계수를 구하는 경우에는 일반적으로 1.0

$F_s$ : 상대동탄성계수의 예측값의 역수

$F_s = \frac{1}{E_r}$

$E_r$ : 콘크리트의 상대동탄성계수의 예측값 혹은 설계값(%);일반적으로 콘크리트의 동결융해시험(수중 동결융해 시험법) KS F 2456(A법)으로 구함. 다만 실제의 동결융해 작용조건이 KS F 2456(A법)에 따라 설정된 조건보다도 엄격한 경우나 설계수명기간을 특히 길게 설정하는 경우에는 동결융해 반복 사이클, 동결융해온도 및 1사이클의 소요시간을 실제의 조건에 맞추어 엄격하게 정할 수 있음.

$F_{lim}$ : 동탄성계수의 최소한계값의 역수

$F_{lim} = \frac{1}{E_{min}}$

$E_{min}$ : 동결융해 작용에 대하여 구조물 소요 성능을 만족하기 위한 상대동탄성 계수의 최소 한계값(%)으로서 일반적으로 부록 표 4.4-1에 따름

부록 표 4.4-1 동결융해작용에 대하여 구조물의 성능을 만족하기 위한 상대동탄성계수의 최소 한계값(%)

기상조건	기상작용이 심하고 동결 융해가 자주 반복될 때	기상작용이 심하지 않고 온도가 동결점 이하로 떨어지는 경우가 드물 때
단면	얇은 경우<br/>²⁾	보통의 경우
(1)연속에서 또는 반복해서 물에 포화되는 경우¹⁾	85	70

| 구조물의 노출상태 | (2)일반적인 노출상태로 (1)에 속하지 않는 경우 | 70 | 60 | 70 | 60 |

주 1) 수로, 물탱크, 교각의 받침대, 교각, 옹벽, 터널 복공등과 같이 수면 가까이에서 포화된 부분 및 이 구조물들 외에 보, 슬래브 등에 수면에서 떨어져 있지만 융설, 유수, 물방울 때문에 물에 포화된 부분 등

단면의 두께가 0.2 m 이하인 구조물

4.4.4.2 동해에 따른 물-결합재비

(1) 콘크리트의 상대동탄성계수는 양생상태 또는 골재의 표면수율의 변동, 재료의 계량오차 등에 의하여 크게 영향을 받기 때문에 콘크리트의 배합설계를 하는 경우의 물-결합재비는 부록 표 4.4-2의 값보다 작아야 한다.

부록 표 4.4-2 콘크리트의 소요 상대동탄성계수를 만족하기 위한 최대 물-결합재비 (%)

기상조건	기상작용이 심하고 동결융해가 자주 반복될 때	기상작용이 심하지 않고 온도가 동결점 이하로 떨어지는 경우가 드물 때
단면	얇은 경우<sup>2)</sup>	보통의 경우
구조물의 노출상태	(1) 엄식에서 또는 반복해서 물에 포화되는 경우<sup>1)</sup>	45
		(85)
	(2) 일반적인 노출상태로 (1)에 속하지 않는 경우	50
		(70)

주 1) 수로, 물탱크, 교각의 받침대, 교각, 옹벽, 터널 복공등과 같이 수면 가까이에서 포화된 부분 및 이 구조물들 외에 보, 슬래브 등 수면에서 떨어져 있지만 융설, 유수, 물방울 때문에 물에 포화된 부분 등

단면의 두께가 0.2m 이하인 부위
$\gamma$ 는 부록 표 4.4-10에서 제시한 콘크리트의 소요 상대동탄성계수 (%)

(2)동결융해 작용 조건이 KS F 2456(A법)에 의하여 설정된 조건과 같은 정도의 범위 내에 있으며 표준 콘크리트 재료를 선정한 경우에는 콘크리트의 물-결합재비가 부록 표 4.4-2의 값 이하이고, 공기량이 4~7%인 것을 확인함으로써 상대동탄성계수의 평가를 대신할 수 있다.

(3)동결융해나 해수 등의 염화물의 영향을 받는 콘크리트에 있어서는 구조물에 스케일링이 발생할 염려가 있으므로 예상 환경을 고려하여 미리 그 영향을 파악한 후 콘크리트의 배합을 결정하여야 한다.

4.4.5 화학적 침식의 평가

(1)콘크리트의 화학적 침식에 대한 내구성을 평가하기 위해 부록 식 (4.5-1)과 같이 침식속도계수를 평가할 수 있다.

$\gamma_e = \frac{S_e}{ω_k \cdot S_t}$ (4.5-1)

여기서, $\gamma_e$ : 화학적 침식을 고려한 환경계수로서 일반적으로 1.1

$ω_k$ : 화학적 침식을 고려한 내구성 감소 계수로서 일반적으로 0.92

$S_e$ : 콘크리트 침식 속도계수의 예측값

$S_t$ : 콘크리트의 특성 침식속도계수

(2)화학적 침식에 의한 콘크리트 침식속도계수의 예측값 $S_e$ 에 대한 신뢰할 만한 자료가 없을 때에는 축적 침식 시험에 따른 시험결과 및 검증된 실험결과로부터 제시된 예측식으로부터 추정할 수 있다. 이 때 화학적 침식에 대한 환경계수는 1.0으로 한다.

(3)내화학적 침식성의 평가는 대상이 되는 콘크리트의 침식 작용과 정도를 고려한다. 콘크리트 공시체의 촉진 시험 및 폭로시험 또는 그 밖의 적절한 시험을 통해 콘크리트의 성능저하 발생 여부나 이러한 성능저하로 인해 구조물의 요구성능에 어느 정도 영향을 미치는지 파악하여야 한다.

(4)내화학적 침식으로 인한 콘크리트의 성능저하가 구조물의 요구성능에 영향을 미치지 않도록 하기 위해서 이 시방서에서 규정한 콘크리트 재료를 선정하고 이에 적합한 물-결합재비를 사용하여야 한다.

4.4.6 알칼리 골재반응성의 평가

(1)알칼리 골재반응성에 관한 평가는 부록 식 (4.6-1)과 같이 알칼리 골재반응에 따른 콘크리트의 팽창량으로 평가한다.

$\gamma_p L_r \leq \alpha_k L_{max}$ (4.6-1)

여기서, $\gamma_p$ : 알칼리 골재반응에 대한 환경계수로서 일반적으로 1.1

$\alpha_k$ : 알칼리 골재반응에 대한 내구성 감소계수로서 일반적으로 0.92

$L_r$ : 알칼리 골재반응에 의한 콘크리트 팽창량 예측값(%)

$L_{max}$ : 콘크리트가 소유의 내알칼리 골재반응성을 만족하기 위한 팽창량 최대 한계값(%)으로서 일반적으로 0.05%

(2)알칼리 골재반응에 의한 콘크리트 팽창률의 예측값 $L_r$ 에 대한 신뢰할 만한 자료가 없을 때에는 KS F 2585의 6개월 재령에서 길이 변화로부터 구할 수 있다. 이 때 알칼리 골재반응에 대한 환경계수는 1.0으로 한다.

(3)아래에 나타내는 조건 중 하나를 만족하는 경우에는 내알칼리 골재반응성 평가를 생략할 수 있다.

① KS F 2545, KS F 2546 중에서 해당실험을 통해 '무해' 혹은 '반응성이 없음'으로 판정된 골재만을 사용하는 경우

② 알칼리 급속 이온이 존입할 염려가 없는 환경으로 위의 ①의 기준을 만족하지 않거나 또는 이 시험을 하지 않은 골재를 사용하지만, 다음과 같은 알칼리 골재반응 억제 대책 중 하나를 행하는 경우

가. 시멘트의 등가알칼리량이 0.6% 이하의 저알칼리형 포틀랜드 시멘트를 사용

나. 알칼리 골재반응 억제 효과를 가진 혼합시멘트를 사용

다. 콘크리트 중의 알칼리 이온 총량을 3kg/m³ 이하로 규제