건축공학-콘크리트 표면처리

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건축공학-콘크리트 표면처리에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

에 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