건축공학-콘크리트 표면처리

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건축공학-콘크리트 표면처리에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

환경에 잇는 콘크리트내의 자연전위를 방식전위까지 낮추어 부식을 방지하는 것이다. 따라서 방식에 효과를 높이고 경제성 확보하기 위해서는 일정한 양의 전류를 통과시키는 것이 중요하다. 그러나 콘크리트는 저항이 크기 때문에 전기방식에서 전기 통전 및 차단시, 콘크리트 주위의 환경조건, 콘크리트의 상태(염화물 유무, 균열, 곰보등) 및 강재의 상태(부식여부, 강재표면의 양극/음극비)등에 따라서 영향을 받는다. 철근부식에 충분히 견딜 수 있는 철근표면의 전기밀도는 약 20mAa/m2이고, 티타늄메쉬(titanium mesh anode)의 경우에는 약 20~30mA/m2의 전기밀도의 생성이 가능하다. 외부전원방식은 일반적으로 양극, 음극간의 소요 전압의 5~10V 정도, 소요방식 전류는 5~30mA/m2(콘크리트 표면적당) 정도로 사용하고 있다. 그러나 실질적인 양극의 전기밀도는 약 100mA/m2이 된다. 또한 다른 시스템도 비슷한 통전능력을 가지고 있다.
전기방식이 콘크리트에 미치는 영향: 전기방식에서는 양극(콘크리트의 부재표면)에서 음극(내부강재)으로 전류가 콘크리트 내부에서 전기적인 회로의 일부를 구성한다. 콘크리트 중 공극에 있는 수분에는 각종 이온(Na+, K+, Ca+, OH-, Cl-)이 용해되어 있고, (-)이온은 부재 표면 방향으로 이동하고, (+)는 강재방향으로 이동하면서 콘크리트에 영향을 미치게 되는데 그 영향은 다음과 같다.
- 음극 측에서는 산소의 환원 반응이 일어나 (O2 + 2H2O + 4e- 4OH-) 강재부근에
알칼리성이 증가한다.
- 금속이온(Na+, K+)이 음극측에 집적됨으로서 NaOH, KOH의 농도가 높아진다. 이것
이 시멘트 수화물의 C-S-H 겔이나 C3AH6과 반응하여 용해성인 규산염을 생성하고,
콘크리트와 철근의 계면을 손상시켜 부착강도를 저하시킬 수 있다.
- 반응성 골재를 사용한 콘크리트는 알칼리골재 반응을 촉진시키고 철근 주위에 균열발
생 및 휨강도를 현저히 저하시킨다.
- 음극에서 수소가스가 발생하여 그 팽창압으로 균열이 발생하고 품질이 저하하는데 프
리스트레스 콘크리트인 경우에는 피해가 심할 수 있다.
- 통전으로 염화물이 양극방향으로 이동하기 때문에 내부 강재 주위의 염화물 이온이 감
소하여 내부강재의 방식성을 높이게 된다.
4.3.3 탈염 및 재알칼리화법
전기적인 처리공법에는 탈염공법, 재알칼리공법으로 나누어지고 있으며, 각 공법의 특징은 아래와 같다.
탈염공법 : 내부강재를 음극으로 하고 콘크리트 표면에 양극재를 부착하여 양자간에 전위차를 주어서 양극전극을 둘러싸고 있는 전해액(수산화칼슘, 붕산리튬 혼합용액)이 강재부근에서 음극과 반응하여 OH-을 생성하여 강재의 재부동태화를 촉진하고 방식기능을 높이게 된다. 탈염공법은 통전량을 1A/m2으로 약 8주간에 가능하고 공사비도 비교적 저렴한 편이다. 그러나 부작용으로 알칼리골재반응을 촉진시킬 수 있으며 음극방식보다 통전량이 많기 때문에 프리스트레스 강재나 쉬스 부근에 수소가 발생하여 이들을 열화 시킬 수 있다(그림 4.7).
그림 4.7 탈염 공법의 원리
재알칼리화 공법 : 재알칼리화 방법에는 전기화학방법(electrochmical realkalisation)과 부동태 재알칼리화(passive realkalisation)로 나누어진다. 전기화학방법은 콘크리트외부에 양극의 메쉬을 설치하여 통전시키므로서 알칼리용액(sodium carbonation solution)이 콘크리트 내부에 침투하여 pH을 약 11까지 올리는 작업을 말한다. 동시에 콘크리트내의 철근nati반응에 의하여 부동태피막을 형성하고, 콘크리트내의 철근이 음극반응에 의하여 부동태피막을 형성하고, 콘크리트내에 CI 이온을 콘크리트 표면으로 이동시킨다. 이 공법은 1980년대에 개발되어서 현재 많이 적용되고 있으며 각 공법을 자세히 알아보면 아래와 같다.
- 부동태 재알칼리화 방법은 콘크리트표면에 시멘트가 주원료인 모르타르를 이용하여 알칼리성분이 모세관이나 흡수성 등의 역학적인 특성을 이용하여 콘크리트 내부로 침투하는 것으로, 이 경우에는 습윤이 알칼리 이온의 이동을 돕는다.
- 전기화학적방법은 1~2주 정도의 기간이 필요하지만, 이 경우에는 몇 년의 기간이 필요하다. 이 공법은 알칼리 용액이 오직 콘크리트 공극에만 머물러 있기 때문에 재알칼리시에 공극에 영향을 많이 받는다. 또한 다시 중성화가 쉽게 이루어질 수 있기 때문에 표면을 코팅하여 이산화탄소로부터 재침입을 사전에 방지해야 한다. 단점은 덧씌우기를 한 모르타르가 구조물 본래의 콘크리트와 비교하여 조직이 치밀하고 강도가 높기 때문에 콘크리트가 수분을 많이 함유할 수 있으므로 콘크리트가 수분 보존율이 높아지고 따라서 동결융해나 철근부식에대한 위험성이 높아진다. 또한 온도 응력에 의한 저항력이 다르므로 계면에 탈락이나, 균열을 유도할 수 있다.
- 전기화학적인 방법에서 알칼리용액을 이용한 재알칼리화 방법은 보통 콘크리트보다 낮은 pH을 11까지만 올릴 수 있다. 비록 철근은 음극작용에 의하여 더높아지지만 이것이 콘크리트 전체에 영향을 미치지는 않는다. 그러나 이 공법은 높은 알칼리의 공급으로 인하여 알칼리-실리카반응을 일으켜서 콘크리트를 팽창시킬 수 있으며, 알칼리 농도의 증가는 콘크리트 표면 코팅제의 부착력을 감소시킬 수 있다. 그리고 통전 초기에 발생하는 산소가 고강도 철근을 사용하는 프리스트레스 콘크리트 철근의 강도를 심하게 떨어뜨려서 구조물의 성능을 저하시킬 수 있다.
결론은 현재 국내에서 콘크리트 표면을 보호하기 위하여 많은 종류의 재료들이 사용되고 있으나, 용도 및 역학적인 특성을 자세히 이해하지 못한 상태에서 재료가 사용되는 경우가 자주 있기 때문에 재료 본래의 성능을 충분히 발휘하지 못하고 있는 형편이다. 열화된 콘크리트 구조물 보수시에는 구조물의 잔존수명과 사용재료의 내구성 및 수명을 정확히 파악해서 적용하는 것이 경제적인 시공이 될 수 있다. 그리고 재료의 성능과 관계없이 적용되는 전기화학적 방식법은 국내에 여러 가지 방법이 소개되고 있지만, 설치비가 높고 유지관리의 어려움이 있기 때문에 많이 쓰이지 않고 있는 형편이다.

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콘크리트,   표면관리,   건축공학