아파트 외벽 누수와 결로 문제<1> 아파트 외벽 누수 경로 분석하기

아파트 장수명화를 위한 방수 공사 계획 김소중l승인2017.06.14 18:00:35l1029호

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1. 철근 콘크리트 건물의 중성화(노후화)
1) 외벽 콘크리트의 중성화와 철근의 부식, 균열발생   

건물 외부 벽체 등 철근 콘크리트 구조물의 노출된 균열 부위를 통해 철근에 물(H₂O)과 공기가 접촉하고 수소이온(H죘) 농도가 높아짐으로써 철근 부식이 가속화하고, 철근이 부식해 팽창할 때 그 팽창력에 의해 구조체에 균열이 발생한다. 철근이 부식하면 부식부분은 빗물의 이동 통로 역할을 하며 노후된 건물에서는 먼곳까지 물이 새는 원인이 된다.  
※철근(Fe)에 물(H₂O)과 공기가 접촉하면 녹(Fe(OH)₃)과 수소이온(H죘)이 발생한다.   
수소이온(H죘)은 철근 부식작용을 가속시킨다.  
철근의 녹이 팽창해 철근과 콘크리트가 분리돼 고층 외벽에서 아래층으로 떨어지면서 통행인과 주차 차량을 다치게 할 정도이면 심각한 수준이다.

쪾콘크리트는 많은 공극이 있다.
다소 놀랍게도 콘크리트는 다공질이다. 콘크리트를 확대해 보면 수백만 개의 작은 구멍과 미세한 균열과 모세관 등 얼마나 많은 작은 공극이 있는지 알 수 있다.
콘크리트가 손상되고 파괴되는 여러 가지 방법이 있지만 가장 보편적이며 널리 퍼져있는 것은 물, 염분 및 동결·해동 사이클이다. 외벽의 경우 물과 탄산가스에 의해 콘크리트가 중성화된다.
물이 콘크리트의 공극에 들어가고 콘크리트를 푸석푸석하게 강도를 떨어뜨리는 과정이 시작된다. 콘크리트 공극으로 운반된 물이 콘크리트를 산성화시키기 때문이다. 물이 공극에 침투하면 동결됐을 때 9% 확장시킨다. 이 압력에 의해 균열이 발생하고 콘크리트 구조물의 내부 공극을 확장시킨다. 균열이 발생하고 콘크리트 내부 공극은 물과 화학 약품들이 침투되는 경로가 되고, 추운 동절기에 반드시 동결로 인한 압력을 받게 돼 콘크리트를 탈락시킨다.
ex)외벽 균열이 많거나 세라믹 패널이 노후됐을 경우 늦가을 비에 물이 콘크리트에 침투했다가 겨울에 얼면서 콘크리트를 탈락시킨다.  
     
2) 콘크리트의 부식과 균열발생   

철근 콘크리트 건물에서 철근은 빗물이 유입돼 부식하고 콘크리트는 탄산가스(CO₂)에 노출되면서 부식이 촉진된다. 시멘트(CaO)와 물(H₂O)이 혼합, 수화 반응으로 생성(고체화)된 철근 콘크리트의 콘크리트{Ca(OH)₂; 수산화 칼슘}는 pH12~13으로 강알칼리성을 갖고 있으나 공기 중에 많이 존재하는 산성인 이산화탄소(CO₂)와 접촉해 pH7에 근접한 탄산칼슘{CaCO₃}과 물(H₂O)로 변화하는 콘크리트 중성화(노후화) 현상이 발생한다.
콘크리트가 pH7 정도로 중성화되면 콘크리트는 푸석푸석해진다. 콘크리트의 pH는 상당히 중요하다. 콘크리트의 3대 주성분인 시멘트, 모래, 골재가 결합되면 pH11~12정도가 되면서 단단한 구조체를 만드는 것인데 콘크리트가 중성화 되면 시멘트, 모래, 골재를 결합하는 힘이 떨어져 콘크리트의 강도가 저하되는 것이다.
 콘크리트의 중성화는 곧 콘크리트의 수명이다. 이런 반응으로 차량 매연 등 공기 오염도가 높은 지역의 콘크리트는 부식 속도가 빠르며 구조체 표면 균열이 발생할 경우 내부까지 깊숙이 탄산가스가 접촉하므로 구조체 전체가 부식되고 도색된 수성페인트가 벗겨지는 등 부식이 가속화된다.  
부식 정도가 심한 콘크리트는 기온변화에 따른 열팽창 계수가 높아져 같은 환경에 있는 건물에서도 균열의 발생량이 많으며 균열 폭이 크게 나타나고 수분을 많이 흡수한다.  그래서 건물이 노후할 수록 균열이 증가하는 것이다.

쪾왜 pH가 중요한가? 콘크리트는 pH가 생명이다.
pH는 콘크리트의 화학적인 요소다. 콘크리트의 구성 요소는 시멘트, 자갈, 모래 및 물이다. 포틀랜드 시멘트는 콘크리트의 ‘결합’ 성분이며 pH가 11에 가까워 매우 알칼리성이다. 고등학교 화학을 기억한다면 중성 pH는 7이다. 7 이상은 알칼리성이고 7 미만은 산성이다.
시멘트가 다른 성분들을 함께 유지하기 위해서는 pH11 또는 그 근처에서 유지하는 것이 중요하다. 소금 (약 pH6~7) 또는 산성비와 같은 다른 산이 콘크리트의 작은 구멍과 미세 균열에 들어가서 주변 물질을 공격해 pH를 낮추게 된다. pH가 낮아짐에 따라 콘크리트는 시멘트가 모래, 자갈 등을 단단하게 결합할 수 있는 능력이 떨어진다. 콘크리트가 오랜 시간 동안 산성 환경에 노출되면 남은 것은 모래와 자갈이다.
또한 동결된 이후 해빙되거나 소금의 영향으로도 콘크리트의 pH를 낮추는 공정을 거치게 된다. 이 공정을 ‘탄산화’라고 한다. 탄산염은 콘크리트의 시멘트와 공기 중 이산화탄소 사이의 반응으로 발생한다. 탄산염이 되면 다소 느리지만 점차적으로 콘크리트의 pH를 낮춘다. 탄화는 50㎜(2인치) 진행하는 데 약 6년이 걸린다. 그래서 염화칼슘에 대한 콘크리트 손상이나 동결 해빙으로 인한 콘크리트 손상이 발생하는 것이다.
콘크리트의 pH가 낮아져 철판 보강을 해야 할 정도의 수준에 도달하면 철근을 감싸고 있는 얇은 보호층을 공격해 철근의 부식이 시작된다.
철근은 부식 시 최대 6배까지 팽창하며, 부피 팽창으로 발생하는 압력으로 인해 주변 콘크리트가 균열돼 부서지면서 콘크리트의 구조적 강도가 저하된다.
콘크리트의 분해 수준을 나타내는 좋은 지표는 pH 테스트이다.
콘크리트의 pH가 9에서 11 사이라면 콘크리트는 양호하다.(콘크리트의 상태가 양호하게 보임). pH7~9이면 콘크리트가 파괴되기 시작한다. 이 수준에서는 표면 손상이 발생할 수 있다.(항상 그런 것은 아니다) pH는 약 6이며, 눈에 보이는 손상은 확실하다. pH 수치가 6 이하면 콘크리트가 심하게 열화된 것이고 보수 보강이 필요하다. pH 수치가 약 4인 경우 콘크리트를 교체해야 한다.

2. 아파트 외벽체의 중요 누수원인 분석
  
1) 층간 콘크리트 타설 조인트 누수   

층간 콘크리트 타설 조인트 부분은 콘크리트 거푸집 설치, 철근 배근작업 중에 발생한 목공 철근공의 쓰레기 등이 밑바닥에 남아 있는 상태로 콘크리트가 타설돼 부분적으로 미세한 공간이 발생해 유지보수에 여러 문제를 제기한다. 

 

<층간 타설 조인트 누수> : 측벽 단면도

 < 층간 타설 조인트 누수 > : 측벽 전개도

층간 타설조인트 부분에서 누수가 발생하고 아파트의 큰방 장롱 뒷부분의 벽체에 곰팡이가 서식하는 일과 방바닥에 물이 고이는 일이 자주 발생한다. 그리고 발코니 등의 양쪽 끝부분 세로 균열부분에서 빗물이 스며들어 바닥 슬래브에 도달하면 층간 타설 조인트 부분의 공간으로 빗물이 멀리까지 빠른 속도로 퍼져 나간다.
 
2) 각종 개구부의 수직, 수평 및 사선 균열

 

< 창틀 주위 수직, 수평 및 사선 균열 >


아파트 건물에는 외부 벽체로 통하는 각종 문틀, 앞뒤 발코니, 주방, 작은방 등의 창틀, 계단실 창틀, 옥탑층의 창틀 등 창틀 설치 부분과 복도식 아파트의 복도 양단부 등의 개구부가 설치돼 있다. 개구부의 양쪽 끝 부위에는 세로로 진행하는 수직, 수평 균열과 힘의 모멘트가 작용하는 방향으로 발생한 사선 균열이 있으며 이들 균열은 주로 구조체를 관통한 관통 균열이 대부분이다. 발코니 난간대가 설치된 부분에는 양단부에 수직균열이 구조체를 관통해 발생한다. 난간대 고정부분의 상부면 여러 곳에 미세한 균열이 많다. 상부면은 빗물에 바로 노출되고 빗물이 오랫동안 머무는 관계로 미세한 균열에도 모세관 현상에 의한 빗물 유입량이 많다. 유입된 빗물은 내부 철근을 부식시키며 발코니 난간 하부의 철근이 부식돼 외부로 노출되는 심각한 현상이 발생한다.

 

< 발코니 난간 수직 수평 균열 >
                               

3) 창틀 사춤 부위의 미세 균열

< 창틀 사춤 부위 >

건축 당시 창틀을 설치하기 위해 벽체의 일정 부분에 공간을 남긴 채 콘크리트를 타설한 다음 창틀을 설치하고 콘크리트 구조체와 창틀 부분에 몰탈을 채워 넣어서 마감처리한 부분을 사춤 부위라고 한다. 사춤 부위에는 미세한 균열이 많이 발생하며 빗물이 접촉함과 동시에 모세관 현상으로 흡수한다.
특히 외부 노출 창틀(작은방 창, 주방 창, 계단실 창틀 등)에 빗물이 누수되는 주된 원인이 사춤 부분이다. 


☞다음 호에 계속

김소중  kslee@hapt.co.kr
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