2장 건축물의 노후화․열화현상
결함과 관련하여 처음 접하게 되는 용어 중에서 노후화(老朽化=degradation)란, 오랜기간 동안 각종 인위적이고도 자연적 원인으로 인해 건축물 전체 또는 일부분의 성능이나 기능이 저하하는 것을 뜻한다. 이와반면, 열화(劣化=deterioration)는 시간의 경과에 관계없이 물리적, 화학적, 생물적 요인으로 인해 물체의 성능이 저하하는 것을 의미한다. 그러나, 열화를 발생시키는 원인 중에는 시간의 경과에 따른 노후화가 포함되어 있다는 사실을 알아두자.

2.1 구조체의 열화
(1) 구조체의 균열 발생
균열은 철근콘크리트조 건축물에서 발생할 수 있는 손상중에서 가장 일반적인 형태이다.  균열을 일으키는 주요한 원인으로는 재료적인 성질로 인한 균열, 시공으로 인한 균열, 사용 및 환경조건으로 인한 균열, 구조적인 불완전과 부동침하․진동 등과 같이 외력에 의한 균열이 있지만 전공자가 아닌 일반인으로서는 언뜻 그 원인을 파악하기가 어려울 것이다. 여기에서는 이점을 감안하여 철근콘크리트조에서 주로 나타나는 균열에 대해 그 특징과 원인을 간단하게 소개한다.
1) 벽체와 개구부의 균열

2) 기둥의 균열

3) 보의 균열  

4) 바닥(슬라브)의 균열

5) 건물의 균열

(2) 콘크리트의 중성화 발생

대기중에서 정상적으로 양생된 콘크리트는 시멘트의 수화생성물상태로 있는 수산화석회를 분리시켜 강한 알칼리성을 갖게끔 되어 있다. 콘크리트 구조물에서 알칼리성이 갖는 역할은 콘크리트속에 배근된 철근이 산성화되는 것을 막아주는데 있다. 콘크리트가 중성화되는 것을 막기 위해서는 우선 시멘트의 종류(포틀랜드시멘트)와 시공과정에서의 물시멘트(W/C)비율(W/C의 비율이 적을수록, 즉 시멘트페이스트가 밀실할수록)의 조정에 의해서도 가능하지만 일상의 환경조건이 끼치는 악영향을 무시할 수 없다. 

쉽게 말해서, 같은시기의 콘크리트 중성화의 속도는 이산화탄소(CO2)의 농도가 짙을수록, 산성비의 pH농도가 산성에 가까울수록 빨라진다. 또한 동일습도의 경우엔 습기가 많을수록 중성화의 속도가 빨라진다는 점을 알아두어야 한다.  페놀프탈레인 용액을 뿌려서 산성도를 측정하는 방법에서 보면, pH의 범위는 12.5～1까지이며 pH농도 ‘7’을 기준으로 pH1에 가까울수록 산성화의 정도가 강해짐을 의미한다. (콘크리트를 깍아낸부위에 페놀프탈레인용액을 뿌린후에 나타나는 반응을 지켜보면, 알칼리성이 강할수록 붉은색이 강하고 중성화되면 붉은 색이 약해져서 무색에 가까워진다는 점을 알아두자)
앞에서 언급한 바와 같이 콘크리트가 중성화되면 배근되어 있는 철근의 산성화를 재촉시키게 되며 산성화된 철근의 부피가 커지면서 팽창된 압력으로 철근 주위에 피복된 콘크리트를 밀어냄으로써 박락현상을 일으킨다. 따라서 구조체의 균열을 장시간 방치하게 되면 균열부위를 통해 침투된 이산화탄소가스, 수분이 철근의 산성화를 촉진시키고 이것이 결과적으로 건물 구조체의 강도를 저하시키기 때문에 신속한 보수가 필요하다.

(3) 철근의 부식발생
일반적으로 콘크리트속의 철근에는 콘크리트가 갖는 강한 알칼리성이 피막을 형성해줌으로써 녹을 발생시키는 원인물질의 침입이 최대한으로 억제되며 또한 콘크리트의 저투과성은 전기저항을 증대시키기 때문에 철근의 녹막이효과를 높여주고 있다. 따라서 대부분의 정상적인 건축물 또는 콘크리트부재속의 철근에는 녹이 발생하지 않게끔 되어 있다.  
그럼에도 불구하고 철근이 녹스는 원인은 무엇인가? 철근은 콘크리트의 pH농도가 12.5이상이나 되는 강알칼리성을 갖고 있는 한, 강알칼리성이 발휘하는 철근의 표면에 부동태피막이 형성되어 있기 때문에 잘 녹슬지 않는다. 그러나 이 부동태 피막이 철근과 피복 콘크리트와의 틈새를 타고 침투한 수분과 산소가 만들어낸 수소이온․황산이온․산소또는 염소이온으로 파괴되면, 철근표면적의 대부분을 차지하는 부동태피막을 음극(-:cathod), 부동태피막이 파괴된 철 부분을 양극(+:anade)으로 하는 국부전지가 형성되어 공식(孔食 : pitting corrosion=구멍이 뚫린 듯한)상태의 부식을 일으키게 된다.
그렇다면 국부전지는 어떤 부분에서 주로 발생하는가? 국부전지는 물이 존재하는 곳이나 철근표면이 변질된 부위에서 활동력이 증가한다. 철근이 부러져서 굽어진 곳, 철근과 철근이 접촉하는 곳, 콘크리트의 기포․균열부분에 철근이 접한 부분일수록 녹슬기 쉽다. 이같은 현상은 부실하게 시공된 부위, 균열이 되고 박락이 된채로 방치했을 때 나타날 수 있으며 결과적으로는 해당 건물의 내구성을 저하시키고 남은 수명마저 단축시키게 된다.

2.2 비구조체(마감재)의 결함발생  
비구조체의 결함은 건축법상의 주요구조부(내력벽, 기둥, 보, 바닥, 지붕틀, 주계단)에 해당되지 않는 간막이벽과 창호틀과 같이 외부의 하중을 직접적으로 받지 않는 부분에 발생한 열화현상을 말한다. 
따라서 이 부분의 결함이 갖는 의미는 구조적으로 직접적인 위험부담은 없더라도 결함부위를 통한 누수로 인해 내부마감재의 손상과 단열성능이 저하되고 더욱 심각할 경우에는 구조부위로 침투하여 내력을 저하시킬 가능성이 있기 때문에 결코 무시해선 안될 결함이다. 이러한 점에서 여기서는 사용자가 평소에 알아두어야 할 결함에 대해 그 특징과 점검방법을 설명하고자 한다.

(1) 누수 및 결로 현상
철근 콘크리트조의 건물에서 문제가 되는 것은 지붕과 외벽부분의 누수현상이다. 누수의 원인은 구조체에 결함이 있는 경우, 실링재ㆍ방수재료의 경년(經年)열화, 개구부주변의 틈새와 균열, 파라펫에서 치올린 부분의 균열, 차양과 벽면의 접합부 마무리 등 여러가지 원인이 있지만 이는 설계 또는 시공에서 기인하는 결함에 크게 기인한다.

1) 옥상부분의 누수
일반적으로 옥상부분에서 누수는 파라펫트 주변이 70%이상을 차지하는 반면, 옥상 평면부분의 방수층이 원인이 되어 발생한 누수는 30%정도를 차지한다. 특히 지붕 및 옥상의 형태나 구성이 단순한 부위는 하자가 적게 나타나지만 설계 및 시공단계에서 조형적인 측면을 강조한 파라펫 주변과 옥상의 치올린 부분에서 많은 누수가 발생한다는 사실이다. 파라펫주변은 여러가지 재료가 결합되어 있어서 방수성능의 저하(=열화)가 의외로 빨리 일어나며 누수의 원인이 될만한 열화현상도 여러 가지로 나타난다. 물론 외벽측에도 원인이 있을 수 있는데 이를 직접 관찰하려면 비계가 필요하지만 육안관찰만으로는 진단이 어렵다.<그림1.15>

2) 외벽부분의 누수
외벽에서의 누수는 균열ㆍ콘크리트구조체의 이어치기 부분(보통 콜드조인트라고 함)ㆍ곰보(현장에서의 콘크리트 타설시 잘못된 혼합과 진동다짐을 잘못하여 골재가 드러난 현상)ㆍ창문틀 주위의 틈새 등이 원인이 되며 누수문제의 65%를 차지하고 있는 주된 요인이다. <그림1.15>

3) 결로 현상 
결로는 실내의 수증기가 온도가 낮은 벽면이나 창유리에 접촉되었을 때 온도가 낮은 면의 포화수증기에 포함되지 않고 물방울이 되어 부착되는 현상이다.  쉽게 말하면 실내의 수증기량과 각부분의 온도저하가 커다란 원인이 된다.  결로의 피해는 얼룩․때(오염), 곰팡이발생, 알레르기성 질환을 유발하게 된다. 이를 자세히 설명하면 다음과 같다. 
․얼룩/때(오염) : 결로에 의한 오염은 벽면이나 천장에 대한 얼룩으로 나타난다. 벽면                     이나 천정 자체의 오염 외에도 외기에 접한 수납부분의 벽면결로가                     내부수납물을 습기차게 한다든지 얼룩이 생기는 피해가 있다. 
․곰팡이 피해 : 결로의 피해가 가장 큰 것은 결로된 면에 발생한 습기가  원인이 되                    어 곰팡이가 증식된다. 
                욕실 타일줄눈의 경우, 곰팡이는 약간의 영양분에 적절한 온습도 조                    건만 가해지면 증식된다. 목욕 중에 발생하는 수증기는 온도가 낮은                    타일면에 부착하여 결로되고, 충분치 못한 환기까지 가세하면 곰팡                     이는 증식하게 된다. 
․기관지 질환 : 실내에 증식된 곰팡이는 사람의 활동이나 청소를 통해 실내로 확산되                    어 공기오염을 일으킴으로써 천식이나 아토피스, 알레르기성 비염의                    원인이 된다.

공동주택의 새시틀 결로
공동주택 실내 곰팡이오염
외벽가까이에 발생한 곰팡이
반침부분에 발생한 결로

    <그림 1.16>주택에서의 결로피해
(2) 백화 및 백아화
ㆍ백화(白華:efflorescence) : 백화는 콘크리트․모르타르바탕의 도장부위의 석재나 콘크리트표면에 생기는 흰결정으로서 응화(凝花)라고도 한다. 백화는 주로 도막부위의 균열 틈새에서 표면으로 나타나는 경우도 있다.  
ㆍ백아화(白亞化:chalking) : 백아화란 열, 자외선, 바람, 비로 인해 도막이 열화하여 도막표면이 점차 가루모양으로 되어 소모되는 현상을 말한다. 문지르면 손바닥에 하얀가루가 묻어나오게 되어 있으며 일반적으로 ‘쵸킹’이라고 부른다. 백화의 원인은 시멘트가 굳는 과정에서 수산화칼슘이 공기나 물과 접촉하여 생긴 물에 용해되지 않은 탄산칼슘이 돋아나온 것으로서 겨울에 바람이 강하게 부는 장소에서 발생하기 쉽다.  백화의 또다른 원인은 시멘트가 굳은 후에 내부에 발생한 백화성분이 비가 와서 스며든 물이 건조하는 과정중에 표면으로 나온 것이며 건조와 습윤상태가 반복하여 조장된다.

(3) 들뜸․박리 및 오염ㆍ변색
들뜸, 박리는 도막이 부착력을 잃고 바탕에서 들떠서 도막내부에 액체 또는 기체가 들어있는 현상을 말한다. 이는 대부분의 건축재료에서 나타나는 열화현상으로서 구조체 또는 바탕재와의 접착면의 일부분이 벗겨지고 마감재가 들뜨는 경우를 많이 보아왔다.  
들뜸이 발생하는 원인은 서로 다른 재료가 맞닿은 면에서 건조습윤ㆍ온도변화ㆍ균열부위에서의 빗물이 침수되거나ㆍ동결융해(얼었다가 녹는 현상)가 반복되면서 생긴 압력이 접착면에 작용하여 접착강도와의 밸런스가 깨지면서 특히 취약한 부분에 들뜸이 생긴 것이다.

(4) 금속부재의 발청 
철재의 부식은 방치하면 구멍이 뚫리는 등 중대한 결함으로 발전하며 자외선, 열, 산성, 비나 염분 때문에 도막표면이 오염되거나 변색된다. 또한 도막자체가 열화하여 벗겨지거나 부풀어 균열이 발생한다. 철골계단이나 계단 등에서 부식이 발생하기 쉬운 부위는 물이 고이기 쉬운 장소, 용접부위, 변두리 부분(edge)부분 등 도막의 두께가 얇은 장소, 염분에 노출되기 쉬운 장소이다.  
알루미늄이 부식하면 철과 달라서 하얀 백색을 띄므로 보기에 흉하지는 않지만 부식이 표면에서 내부로 침식되므로 이점에 각별히 주의해야 한다. 이밖에도 알루미늄은 오염ㆍ변퇴색ㆍ자외선ㆍ열ㆍ산성비ㆍ염분 등에 의해 표면이 열화하여 변색이 발생한다.

2.3 구조안전상 위해 행위
(1) 구조변경을 할 경우
1) 증축에 따른 문제
증축은 현행 건축법 제2조의 ‘건축’ 행위의 부류에 속하는 것으로서, 기존 건축물이 있는 대지 안에서 건축물의 건축면적․연면적 또는 높이를 증가시키는 것을 말한다. 구체적으로는 기존 건축물의 수직방향 혹은 수평방향으로 건축면적․연면적 또는 높이의 증가는 물론 기존 건축물이 있는 동일대지 안에 별개의 동으로 건축물을 축조하거나 일정규모가 넘는 공작물을 축조하는 것도 증축에 속하기 때문에 관할관청에 증축신고를 해야한다.  
이것은 건축물의 규모가 커짐에 따라 증가한 건폐율․용적율․높이가 건축법상의 규정(건축법 제47․제48조․제51조)에 부합하는지를 검토하기 위한 것이지만, 한편으로는 증축에 따르는 방화․피난 또는 구조상의 지장여부를 사전에 검토하므로써 불법증축으로 야기될 수 있는 안전사고를 방지하는 것도 목적이 될 수 있다.  여기서 특히 문제가 될 수 있는 것은 수직방향의 무단증축에 관한 사항이다.  
건물을 설계할 때는 정밀구조해석 및 구조설계를 통해 건물의 사용기간중에 받을 수 있는 모든 외력 또는 하중에 대하여 충분히 버틸 수 있도록 하기 위해 설계하중을 예상되는 작용하중보다 다소 크게 가정하여 설정하게 된다. 그러나 추가된 작용하중(적재하중, 고정하중, 이동하중)이 설계하중을 훨씬 상회하는 무단 증축을 하게 될 경우, 지반과 같은 하부구조를 취약하게 만듦으로써 붕괴까지 이어질 수 있다. 일반적으로 증축 및 용도변경을 할 때는 기계․전기설비공사에 수반되는 코아링(Coring : 콘크리트 단면에 구멍을 뚫는 행위)을 하게 되는데 이를 위해서는 구조전문가의 설계검토가 우선되어야 하지만 이를 무시하게 되면 붕괴로 이어질 가능성이 높다.     

2) 개조에 따른 문제
건축물에 대한 개조행위는 주로 공간의 확장을 위한 벽체의 이동이나 철거 또는 새로이 벽체를 설치하는 경향을 보이고 있다.  이 과정에서 건물 소유자는 벽체에 연결된 기둥이나 보, 슬라브 등 건축법상의 주요구조부(건축법 제2조 제6호)를 무의식중에 모르고 아니면 의도적으로 훼손하는 경우가 있는데 이는 구조안전상으로 커다란 문제가 될 수 있다.  
사용자와 소유자 모두는 건물의 주요구조부가 구조내력상 주요한 부분 중 건축물의 외형을 구성하는 주요 골격인 내력벽․기둥․바닥․보․지붕틀 및 주계단으로 구성되어 있기 때문에 구조변경을 하기 위해 이 부분을 변형하거나 훼손할 경우, 복구가 극히 어려운 주요부분들임을 알아두어야 한다. 다만 사이기둥․최하층바닥․작은보․차양․옥외계단 기타 이와 유사한 것으로 건축물의 구조상 중요하지 않은 부분은 제외하고 있다.  
개조와 관련지어 생각할 수 있는 행위로서 ‘대수선’(건축법 제2조 제10호)이 있다. 대수선은 건축물의 주요구조부에 대한 수선 또는 변경과 건축물의 외부형태의 변경으로서 대통령령이 정하는 것을 말하는데  건축법 시행령 제2조【정의】에서 정의한 대수선은 근본적으로 “해체하여 수선하거나 변경하는 행위”로 볼 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음의 표와 같다.
<표 2> 대수선 행위

이와 같이 대수선을 신고대상으로 규제함은 준공 후 임의로 수선 또는 변경하는 것을 막고 수선 또는 변경을 하더라도 구조상 안전의 위해(危害), 외부형태의 적법여부를 사전에 검토하기 위한 것으로 볼 수 있다. 
☞수선이란, 낡은 것을 고친다는 뜻이며 대수선(大修繕)은 형태상의 변화 또는 구조의 안전상 위험할 정도의 수선으로 증축 또는 개축에 해당하지 않는 것을 말한다.     

3) 수선과 대수선의 차이 
대수선의 범위를 정하고 이를 신고대상행위로 규정한 것은 준공 후 임의로 수선변경할 수 없도록 하고 수선할 때 구조의 안전이나 형태변경 등이 적합한지를 검토함으로써 준공 후에도 건물상태를 적법하게 관리할 수 있게 하기 위함이다. 
<표 3> 수선․대수선․개축의 예

(2) 과하중의 물체를 설치하거나 이동시킬 경우
1) 옥상부분
 구조계산서에 반영되지 않은 중량의 물체(ex:냉각탑)를 직접 슬라브에 설치함으로써 초과적재하중을 발생시키거나, 대형 중량물을 이동해서 설치할 때 완전히 분해하지 않은 상태에서 그대로 이동할 경우, 바닥판에 구조적인 손상을 가할 수 있다.

2) 옥내부분
① 아파트의 거실바닥을 대리석으로 교체할 경우
대리석 깔기를 위해서는 모르타르를 제거해야 하기 때문에 고정하중의 증가는 실제적   으로 많지 않으나 구조안전성은 검토해봐야 한다.(참조: 대리석은 약 t=15mm정도사용, 모르타르    1cm→20kg/㎡:대리석 1cm→27kg/㎡)

② 발코니 샷시전면에 대형 페어글라스를 설치할 경우
발코니샷시 전면에 대형 페어글라스를 설치할 경우, 중량증가로 구조검토가 필요하다.    (페어글라스: 40kg/㎡)

③ 전․후면 발코니를 방으로 확장할 경우
방과 접한 전후면 발코니쪽 창틀을 철거한 후 모르타르를 총진하여 바닥을 높일 경우,   모르타르 충진으로 인한 고정하중의 증가로 구조적 검토가 필요하다.

④ 방과 방사이의 벽을 철거하여 큰방으로 개조할 경우 
비내력벽 철거시 중량은 감소하지만 전체적인 구조거동은 확인할 필요가 있다.

⑤ 기존 목욕탕 철거 후 다른 위치로 이동할 경우 
목욕탕의 벽 철거 및 이전시, 하중의 변동으로 인하여 구조적 검토가 필요함

(3) 지반굴착을 하는 경우
1) 건축물 인근에서의 신축공사시
① 인접대지에서 말뚝 항타하는 경우 
건축물의 인접지역에서 말뚝을 항타하는 경우, 특히 대구경 또는 군말뚝타설시에는 구조물 측면에 토압을 가중시킬 수도 있고 항타로 인하여 진동을 가하여 구조체에 손상을 입힐 수도 있다.

② 인접지반에서 굴착하는 경우
건축물의 인접지반을 굴착하는 경우, 굴착하는 방향으로 건물이 기울수도 있으며 지하수위가 내려가 기초지반의 압밀효과를 유도함으로써 건물이 기울수가 있다.

③ 건축물 측면에 높게 성토하는 경우 
건축물 측면에 높게 성토를 할 경우, 벽체에 커다란 토압이 작용하여 구조물에 악영향을 줄 수 있다. 이같은 경우는 건축물의 인접대지가 경사지를 형성하고 있을 때에 해당된다.

2) 증축을 위한 건물지반의 추가굴착
기초지반을 추가로 굴착하는 경우, 기존 구조물의 하중을 지지하는 기초를 손상시키게 되어 구조물이 침하되거나 누수를 동반한 균열을 발생시켜서 구조안전에 치명적인 손상을 줄 수 있다. 또한 말뚝기초가 설치되어 있는 기초지반을 추가로 굴착하는 경우, 말뚝을 지지하고 있는 주변마찰력과 선단지지력이 저하되어 건물이 침하될 수도 있다.