건축공학-콘크리트의 내구성

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건축공학-콘크리트의 내구성에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

고 동탄성계수가 심각히 저하된다. 동일공기량인 경우 기포가 작고 기포간격계수가 작을수록 내동해성은 증대하게 된다.
동결융해의 시험방법으로는 ASTM C 666에 의하는데 크기가 100100400mm인 각주시험체의 중심부 온도를 18~4℃에서 1일 6사이클의 속도로 상승시켜 동탄성계수(공시체 조직의 이완이나 균열발생에 의한 열화를 시사)와 중량변화(스케일링, 팝아웃에 의한 표면박리의 정도를 표시)를 측정하여 판단한다. 이때 동결융해의 저항정도는 다음과 같은 내구성 지수(Durability Factor, D.F.)에 의하여 판단한다.
내구성지수는 정성적인 판단을 제공할 뿐이지만 보편적으로 다음과 같은 기준을 참고로 하여 판단한다.
D.F. 40 이하 : 불량
D.F. 40~60 : 성능이 의심스럽다.
D.F. 60 이상 : 양호
D.F. 100 : 만족
동결융해에 대한 대책으로는 다음과 같은 방법이 있다.
물-시멘트비의 감소
AE제의 사용
포졸란계 혼화재 사용
3.5 황산염해(sulfate attack)
.
황산염은 화학공업 원료로서 광범위하게 사용되는 것 외에 비료로서도 사용되고 있는데 일부지역에서는 토양중에 많이 함유되어 있기도 하고 하천수, 온천수, 화산지대의 용암수, 하수 및 각종 공장의 폐수 중에 함유되어 있기도 하다.
황산염음 시멘트 수화물과 화학반응하여 다음과 같은 에트린가이트(ettringite)라고 하는 불용성의 물질을 생성한다.
Ca(OH)2 + Na2SO4 + H2O CaSO4 2H2O + NaOH
위 반응으로 생성된 석고(CaSO4 2H2O)는 시멘트 경화체 중의 칼슘알루미네이트 수화물과 반응하여 불용성의 에트린가이트를 생성한다. 이 반응으로 생성된 에트린가이트는 석고와 Ca(OH)2 와의 몰 체적의 차이에 의해서 팽창압을 생성시키며, 이 팽창압이 내부 구속력보다 크게 될 경우 콘크리트에 균열이 생기고 끝내는 붕괴에 이르게 된다.
에트린가이트는 수분을 많이 포함한 세장한 형태의 결정으로 이 물질이 생성되면 체적이 증가하기 때문에 콘크리트 내부에 팽창압이 작용하여 균열이 생기고 콘크리트의 표층부가 박리하게 된다. 특히, 해양성 환경하의 구조물중 비교적 장기간에 해수에 침수된 경우에는 콘크리트에 팽창균열을 유발하며 조직붕괴 유발의 원인이 된다. 따라서 황산염에 의한 콘크리트의 열화는 표면부분에 팽창성의 균열이 생겨 그 부분이 박리되는 과정이 반복된다.
실 구조물에서 황산염으로 인한 구조물의 유해 환경은 다음 표 3-4와 같다.
표 3-4(a) 황산염 환경의 등급(ACI 201)
등급
수용성 SO4 량
토양(%)
물(ppm)
양 호
보 통
심 각
매우심각
< 0.1
0.1~0.2
0.2~2.0
> 2.0
< 150
150~1500
1500~10000
> 10000
표 3-4(b) 황산염의 농도와 침식정도(CEB Task Group)
SO3(mg/L)
침식정도
< 30
300~1000
> 1000
가벼운 침식성
침식성
강한 침식성
그림 3-7 황산염에 의해 침식된 프리캐스트 보의 피해를 보여주고 있다.
그림3-7 황산염으로 인한 프리캐스트 보의 피해
황산염의 침식에 대한 대책은 다음과 같다.
고품질의 콘크리트를 제조한다. 내황산성을 증진시키기위해 보통포틀랜드시멘트를 사용
한 콘크리트는 물-시멘트 비를 0.40~0.45, 내황산염 포틀랜드시멘트를 사용한 경우는
0.45~0.50 이하로 할 것을 권장하고 있다.
시멘트의 화학적 성분 중 C3A량이 제어된 내해수성 포틀랜드시멘트를 사용하도록
한다.
고로슬래그 미분말이나 플라이애시 및 실리카흄 등의 혼화재를 사용하도록 한다.
3.6 염해
콘크리트의 보강 재료로서 쓰이고 있는 강재는 산소와 물에 접하면 부식되고 그 표면에 붉은 녹이 발생한다. 반면에 중성화되지 않은 강알칼리성의 콘크리트 속에 매입된 강재는 표면에 얇은 부동태 피막이 생성되어 부식되지 않는다. 그러나 이 부동태 피막이 있어도 콘크리트 중에 염소이온(CI-)이 침입하여 그 양이 한계량을 넘게 되면 부분적으로 철근의 부식이 시작된다.
염소이온이 콘크리트에 침입하는 경로를 살펴보면 다음과 같은 것들이 있다.
해안 근처에 건조된 건축물에 염분입자가 날아와 콘크리트 표면에 부착하여
시간이 흐름에 따라 콘크리트 내부로 침투하는 경우
염분을 제거하지 않은 해사를 잔골재로 사용한 경우
조기강도 발현을 위해 사용한 혼화제에 염화물이 함유되어 있는 경우
동절기의 노면 동결방지를 위하여 살포한 융빙제의 염분이 내부로 침투하는
경우
염해에 영향을 미치는 요인으로는 다음과 같은 것들이 잇다.
염의 성질 및 양
수위와 계절에 따른 염의 농도변화
지하수의 흐름과 토양의 간극조성
콘크리트의 품질
해양성 환경하에서 구조물의 해수의 노출정도에 따른 콘크리트의 열화정도와 피해는 그림 3-8과 같이 구분할 수 있다.
완전히 해수에 잠긴 부위 : 철근의 부식이나 동결작용을 거의 받지 않음. 콘크리
트는 화학적 피해를 받기 쉽다. 콘크리트의 표면에서부터 내부로의 화학적 피해
의 일반적 패턴이 보여지고 있다.
대기중 위치한 부위 : 만조(high tide)로 표시된 지역은 철근의 부식과 동결작
용을 받기 쉽다.
조수 부위 : 가장 혹독한 조건을 받음, 물리적, 화학적 피해를 심각하게 받는
다.
그림 3-8 해양성 환경에 있는 부위별 콘크리트구조물의 열화
철근의 부식을 유발하는 염소이온량의 허용기준은 다음 표 3-5와 같다.
표 3-5 국내의 콘크리트 중 염소이온량 허용 기준
규정
구분
최대염소이온량
잔골재 절대 건조중량비
콘크리트
표준 시방서
일반 RC
포트스텐션 PSC
0.1%
내구성을 요하는 RC
프리텐션 PSC
0.04%
KS F 4009
굳지않은 콘크리트
0.3kg/m3
표 3-6은 철근의 부식방지를 위해 환경조건에 따른 최대 수용성 염소이온량을 보여주고 있다.
표 3-6 철근의 부식방지를 위한 최대 수용성 염소이온량(ACI 318-95)
규정
시멘트의 중량비에 대한 경화한 콘크리트내의 최대수용성
염소이온(CI : %)
프리스트레스트 콘크리트
0.06
철근콘크리트
염화물 환경
0.15
건조한 환경
1.00
일반적 환경
0.30

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건축공학,   콘크리트,   내구성