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※ 조기 노후화현상으로 인한 콘크리트의 부식
최근, 에너지절약 대책의 일환으로 실시된 시멘트 제조방법의 변화에 따른 시멘트중의 알칼리의 과도한 증가, 양질의 골재자원의 고갈에 따른 해사의 대량사용 등과 같은 재료적 요인과, 생산성, 작업성 향상을 위하여 물을 다량 사용하는 레미콘의 공급에 따른 콘크리트조직의 다공질화 등과 같은 시공적 요인을 대표적으로,알칼리 골재반응, 염해에 의한 철근부식과 탄산화에 따른 균열 등, 콘크리트의 조기 노후화현상이 사회적 문제로 대두되고 있습니다.

※ 대기 오염물질의 증가에 따른 콘크리트 표면의 오염
자동차나 공장 등에서 배출되는 CO2, NOx, SOx 등의 증가와, 이로 인한 산성비(酸性雨)의 영향, 먼지 등의 오염물질의 부착 등으로 콘크리트 구조물 표면은 콘크리트의 조기 노후화에 의한 백화물질이나 내부철근의 녹물 등과 함께 오염되고, 또한 노후화와 균열발생을 촉진시켜 콘크리트내부의 철근을 부식시킵니다.

※ 유기 합성고분자계 마감재 사용으로 인한 미관저해
 유기 합성고분자계 도장재나 마감재는 콘크리트의 호흡을 방해하여 콘크리트 구조물을 노후화 시킬 뿐만 아니라, 자외선에 의한 황변현상, 쵸킹, 부풀어오름, 갈라짐, 탈락 등의 결함을 유발하여 철근 콘크리트구조물의 미관을 저해합니다.

이와 같이 대기중의 먼지나 부식성 가스, 콘크리트 내부의 유해성 물질은 유기 합성고분자계의 도장재나 마감재를 오염시키고, 콘크리트 구조물을 조기에 부식시키는 원인이 됩니다.

 

콘크리트부재의 휨내력은 철근의 부식에 따른 콘크리트의 균열에 의하여 저하됨. 휨부재의 연구에서는 콘크리트부재의 내력은 철근직경의 부식결손율이 1.5%가 되면 저하되기 시작하고, 4.5%가 되면 12% 저하한다고 하고 있음.
압축부재에 있어서도 콘크리트의 균열이나 탈락에 의하여 콘크리트의 유효단면이 감소하며, 이에 따라 콘크리트 부재의 압축내력이 저하됨.



콘크리트의 중성화는 대기중의 탄산가스 등의 산성가스가 콘크리트의 세공으로 침입하여, 콘크리트내부 수분중의 수산화칼슘과 반응하여 생김.

이 결과, 콘크리트의 알칼리성은 pH10 정도까지 저하하며, 콘크리트에 의한 철근표면의 방청효과가 사라지고, 철근을 전도체로 하여 공급되어지는 수분과 산소와 함께 철근을 부식시킴.

공기중의 탄산가스 농도는 0.03%로 낮으나, 공장지대에서는 농도가 높아 반응도 빨라짐.

양질의 콘크리트에서는 중성화가 느리게 진행하며, 1년에 1mm정도라는 보고도 있으며, 중성화반응에는 건습반복이 필요하여 수중콘크리트에서는 생기지 않음.



 

동결융해에 의한 풍화는 통상, 구조물의 물에 접하는 부분에서 세공중의 수분이 어름으로 변하였을 때 체적이 팽창하며, 그 인장력에 의하여 국부적으로 발생함. 이러한 동결융해에 의한 열화의 정도는 다음의 요인에 좌우됨.
① 높은 다공성, ② 높은 수분포화성, ③ 동결융해의 높은 사이클, ④ 공기연행성, ⑤ 수평면상의 수분의 대류, ⑥ 작은 모세관구조와 흡수성이 큰 골재의 사용




해수나 동결방지용의 염분에 의하여 염화물이 콘크리트내로 침투하고, 습기와 산소에 의하여 철근에 접하여 부식을 발생한다. 이와 같은 부식은 다음 사항이 관계한다.

①콘크리트에 침투하는 염화물의 량
②콘크리트의 침투성
③습기와 산소의 량
철근에 녹층이 형성되면 그 팽창에 의한 인장력에 의하여 콘크리트에 균열이나 박리가 일어나고, 자중이나 활하중에 의하여 탈락할 수도 있다.

균열과 층간박리가 진행되면 염분, 산소 및 습기가 침입하기 쉽게되고 부식은 더욱 촉진된다.

부식이 생기게 하는 염소농도는 pH에 영향을 받으며, pH 13.2일 때 염소이온은 8,000ppm을 경계로 부식이 시작되나, pH가 11.6으로 낮아지면 71ppm으로 아주 작은 양으로도 부식이 시작된다는 보고가 있다.





알칼리골재반응은 골재에 함유되어 있는 반응성 실리카가 시멘트의 칼륨, 나트륨이나 수산화칼슘과 반응하여 골재의 주변에 겔을 형성하고, 이것이 습기와 만나면 팽창하여 이 인장력에 의하여 균열이 발생합니다. 일단, 균열이 발생하면 습기의 침입에 의하여 보다 반응이 촉진되며, 동결융해의 피해를 입게됩니다.



콘크리트 구조물의 노후화현상을 근원적으로 치유하고, 내구성을 보다 향상시킬 수 있는 방법으로,

1. 외부로부터의 물의 침입을 막고, 내부에 수막을 형성하여 이산화탄소 가스(CO2)의 침입을 저지할 수 있는 침투성이 강한 베리어층을 만들 수 있는 친수기와, 철근부식을 촉진시키는 근원이 되는 외부수분의 침입을 방지할 수 있는 소수기를 동시에 가질 수 있는 견고한 합성물질을 사용할 필요가 있으며,

2. 본 합성물질은 중성화가 진행되는 부분으로의 내부 알칼리이온(수산화칼슘, Na+, K+)의 이동을 억제할 수 있는 알칼리성을 부여할 수 있으며, 특히, 극도의 강알칼리성은 오히려 철근의 부식과 알칼리 골재반응을 촉진시키므로 중 정도의 알칼리성(pH11∼12) 조성물로 할 필요가 있고,

3. 또한, 콘크리트의 중성화(탄산화)는 콘크리트 표면에서의 C-H-S 조직을 붕괴시키고, 체적수축에 의한 미세균열을 유발시키므로 이러한 취약부를 보완할 수 있는 체적변화가 없는 알칼리성의 견고한 건조고형물을 만들 수 있으며 내구성이 뛰어나야 하고, 콘크리트 중의 화합물질과 반응하여 체적변화를 수반하지 않아야 함. 이외에도,

4. 시공이 간편하여야 하며, 콘크리트 구조물의 내구수명을 연장시켜 지구환경 보전에 기여할 수 있고, 또한, 유기용제 등을 일절 함유하지 않는 수용성의 재질로 주거환경의 개선과 인체의 건강에도 극히 유효한 소재의 사용이 필수적이라 할 수 있음.

 
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