콘크리트의 내구성 계획_철근부식, 탄산화, 동해시 열화, 해안가 비말대, 부동태 등

해당 게시물은 콘크리트 내구성과 관련한 기본 개념 자료를 다시 정리하던 중 개인적으로 짜집기 하면서 블로그에 같이 게시하는 자료이다.

 

고려사항:

 

철근부식

 

개념-  부식은 물질과 이를 열화시키는 환경 조건 사이에서 발생되는 화학적 또는 전기화학적 반응으로 주로 금속 물질이 대상이 된다, 콘크리트 내부의 철근에서 부식이 발생되면 철근은 원래 부피의 2 배에서 4 배 정도에 해당하는 녹을 형성하게 된다. 또한, 부식은 철근의 표면에 곰보나 구멍을 만들어 단면적을 감소시키고 결과적으로 강도를 감소시키게 된다.

 

고려 이유-  콘크리트 구조물은 구조적으로 요구되는 인장력을 높이기 위해 철근을 사용한다. 철근은 동하중, 풍하중, 고정하중, 열순환 등에 의해 발생되는 인장 및 휨 응력에 대응하여 콘크리트 구조물의 파괴를 방지한다. 그러나, 철근이 부식하게 되면 녹이 형성되어 철근과 콘크리트 사이의 부착력을 떨어뜨리고 점차 얇은 층으로 갈라지거나 쪼개지게 된다. 만약 이러한 문제를 방치하게 되면 구조물의 안전에 심각한 악영향을 주게 될 것이다.

 

발생 이유-  콘크리트 속의 철근은 일반적으로는 녹이 슬지 않는다. 그러나, 철근콘크리트는 해안이나 제빙염을 사용해야 하는 환경 조건을 가진 지역에서도 자주 이용이 된다. 이러한 조건에서 콘크리트 내부로 염화물 침투가 일어나고 철근의 부동태 피막을 파괴시켜 결국 철근에 녹이 발생하게 되는 것이다. 철근 부식의 또 다른 원인으로 콘크리트의 탄산화를 들 수 있다. 콘크리트의 탄산화가 철근이 있는 곳까지 진행되면 철근을 부식으로부터 보호하는 알칼리 환경이 중성으로 변화게 된다. 이러한 조건에서 철근은 부동태 상태를 유지하지 못하고 급속한 부식이 시작된다. 콘크리트 탄산화에 의한 부식의 진행 속도는 염화물이 일으키는 부식보다는 늦는 편이다. 

 

방지 계획-  철근 부식을 방지하는 방법은 품질이 좋은 콘크리트를 제조하는 것과 철근의 피복 두께를 충분히 주는 것이다. 품질 좋은 콘크리트는 물시멘트비를 낮게 하여 염화물의 침투 및 탄산화의 진행이 늦어지도록 하는 것이다. 탄산화를 늦게 하기 위해서는 물시멘트비를 50 ％ 이하로, 염화물 침투를 최소화하기 위해서는 40 ％ 이하로 하는 것이 좋다. 콘크리트의 물시멘트비를 낮추기 위해서는 단위시멘트량을 높이거나 감수제 또는 유동화제를 사용하여 단위수량을 낮추는 방법이 있으며 플라이 애시나 슬래그와 같은 혼화재료를 다량 치환하여 사용하는 방법들도 있다. 콘크리트 재료 중 염화물을 함유하는 재료는 그 양을 제한할 필요가 있으며, 콘크리트 배합에 허용되는 염화물의 최대 양은 규정 및 공사 관계자의 협의 조건에 따라야 한다. 양질의 콘크리트를 만들기 위해서는 공기의 연행도 중요하다. 연행 공기는 콘크리트를 동결융해로부터 보호하는 역할을 하며, 블리딩의 발생 및 블리딩으로 인해 증가된 투수성을 감소시킨다. 콘크리트에서 발생된 스케일링이나 박리는 철근의 부식 피해를 증가시킨다. 콘크리트에서 과도한 스케일링이나 박리, 균열 등이 발생하지 않도록 표면마감 작업 시기의 적절한 일정 관리가 필요하다. 적당한 피복 두께 역시 철근을 보호하는 중요한 요소이다. 염화물의 침투나 탄산화는 모두 콘크리트 표면 상에서 시작하기 때문에 피복두께를 늘리는 것이 부식의 시작을 늦출 수 있는 방법이다. 예를 들어, 콘크리트 표면으로부터 5 mm 아래에 위치한 철근에 염화물 이온이 도달하는 시간은 피복두께 2.5 mm일 때보다 4 배 정도 더 소요된다. 구조물의 최소 피복두께는 철근의 두께에 따라 다르다.

 

KDS 14 20 50 4.3

KDS 14 20 50 4.3.3

KDS 14 20 50 4.3.3

탄산화:

 

개요- 경화한 콘크리트는 시멘트의 수화생성물로서 수산화 석회를 유리하여 강알칼리성을 나타낸다. 수산화석회는 시간의 경과와 함께 콘크리트 표면으로부터 공기중의 CO의 영향을 받아 서서히 탄산석회로 변하여 알칼리성을 상실하게 되는 현상을 말함.

화학식

  Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O    ( 알칼리성 상실)

콘크리트 철근부식 → 팽창 → 균열 → 열화 → 내구성저하

 

평가식과 탄산화 속도계수

 

대책- 

1. 콘크리트면 다듬기

- 콘크리트면이 균일하지 못하면 국부적으로 중성화가 빨리 일어난다.

2. 피복두께 증가

- 산성비의 침투가 불리해져 중성화 지연

3. 미장위 paint 마감

- 모르타르 공사후 paint 마감

4. 타일 및 돌붙임 마감

- 타일 및 돌붙임등의 마감공사 양호

5. 탄산가스

- 탄산가스의 영향을 받지 않도록 주위 환경개선

6. 적정 온도 및 습도

7. 기공율

- 기공율이 적고 입도분포가 좋은 골재사용

8. 혼화제 사용

- AE제나, AE감수제 사용 수밀성 증대

10. 단위수량감소

- 단위수량 최소화하여 강도, 내구성 증대로 중성화 저항

11. 다짐 및 양생

- 다짐 및 양생 철저

12. 부재의 단면

- 부재의 단면이 클수록 중성화 속도 늦다.

13. Bleeding 방지

- w/c 비 작게하여 Bleeding 방지

14. joint 방지 (조인트 방지보다는 일체타설 지향이 맞겠다.)

- 수밀성이 좋아져 중성화 최소

 

동해에 의한 열화

 

 개요-  콘크리트의 동해에 의한 열화는 콘크리트 속의 기포와 골재 주변에 존재하는 모세관 공극에 공급된 물이 동결하여 용적팽창을 일으키고, 이로인한 미동결수의 이동과 팽창압이 발생하여 콘크리트 경화물의 조직을 파괴시켜 일어나는 것. 팽창압완화 방안으로 4%이상의 공기량과 0.2mm 이하의 기포간격 계수를 요구하고 있다.

 그러나 동결융해를 받는 콘크리트는 표면의 온도변화가 중심에서 늦게 전달되기 때문에 온도차에 의한 내부구속변형이 일어나 동결수에 의한 팽창수축률과 합하여져 콘크리트의 열화가 진행된다고 지적하고 있다.

이승환 외4,1996, '콘크리트의 동결열화 메커니즘에 관한 실험적 연구'

 

해안가의 비말대(Splash Zone) 고려

해안가 해수면기준 설계 고려 층

부동태피막

이해승,한국해양대학교 대학원,2014.02 '외부전원법 적용에 있어 지오폴리머 콘크리트 사용에 따른 철근 방식률 평가' 중