자기치유콘크리트(self-healing con'c) 개념 및 소재별 메커니즘

자기치유 콘크리트는 콘크리트에 발생한 균열을 보수작업 없이 스스로 치유하는 콘크리트를 의미합니다. 자기치유 콘크리트는 사용하는 소재에 따라 무기계 혼합재료 활용기술, 박테리아 활용기술, 고분자 활용기술 등으로 구분할 수 있습니다.

 

 

1. 자기치유 콘크리트 개념

자기치유 콘크리트는 콘크리트에 발생한 균열을 보수 작업 없이 스스로 치유하는 콘크리트를 의미합니다. 자기치유 콘크리트는 사용하는 소재에 따라 ①무기계 혼합재료 활용 기술, ②박테리아 활용기술, ③고분자 활용기술 등으로 구분할 수 있습니다. 

<자기치유 콘크리트 분류 체계>

자기치유 콘크리트는 사용하는 소재에 따라 균열을 치유하는 메커니즘이 다르므로 소재에 따라 콘크리트에 적용할 때 고려해야할 사항이 다릅니다. 

 

<자기치유 콘크리트의 자기치유 mechanism>

 

2. 무기계 혼합재료 활용 자기치유 콘크리트

콘크리트는 균열을 스스로 치유할 수 있는 고유한 특성이 있으며, 이를  self-healing과 구분하여 autogenous healing이라 부릅니다. 무기계 혼합재료 활용 자기치유 기술은 시멘트 대체 재료(SCMs), 팽창제, 팽윤제, 결정촉진제 등을 콘크리트에 첨가하여 autogenous healing의 네가지 메커니즘 중 futher hydration, crystallization 메커니즘에 의한 자기치유 성능을 증진하는 기술입니다. 

 

3. 박테리아 활용 자기치유 콘크리트

박테리아 활용 자기치유 콘크리트는 박테리아의 내외부에 광물(bio-mineral)을 만들어내는 생체광물 형성 메커니즘을 이용한 기술입니다. 콘크리트 내부에서 생존이 가능한 호염기성 박테리아를 사용하며, 콘크리트  내부에서 생체광물형성 작용이 발생할 수 있도록 영양소 박테리아와 함께 콘크리트에 첨가합니다. 
<그림3>은 영양소로 사용된 Urea의 분해를 통한 박테리아의 CaCO3 생성메커니즘과 생성된 CaCO3를 나타냅니다. 

<박테리아 활용 자기치유 콘크리트>

4. 고분자 활용 자기치유 콘크리트 

고분자 활용 자기치유 콘크리트 기술은 마이크로캡슐 활용 기술과 고흡수율폴리머 활용 기술로 구분할 수 있습니다. 
<그림4>는 마이크로캡슐에 의한 자기치유 메커니즘을 나타냅니다. 콘크리트에 균열이 발생하는 경우 콘크리트 내부에 매립된 캡슐이 파괴되고 내부 물질로 사용된 healing agent가 균열로 흘러나와 균열을 메우게 됩니다. 

healing agent로는 에폭시, 폴리머계 재료, 무기계 재료 등 다양한 재료를 사용하고 있으며, 최근에는 박테리아를 캡슐화 시키는 연구도 수행되고 있습니다. 

<그림5>는 SAPs의 팽창에 의한 균열 self-sealing meachanism을 나타냅니다. 균열 내부에 존재하는 SAPs는 균열 발생 시 침투하는 수분을 흡수하여 급속하게 팽창하여 수분의 침투를 방지합니다. SAPs를 첨가한 콘크리트는 self-healing과 구분하여 self-sealing으로 표현합니다. 

<팽창에 의한 자기치유 콘크리트>

자기치유 콘크리트에 대해 알아보기 위해 찾은 자료(한국건설생활환경시험연구원의 학회지(2020.7월_박병선연구원)를 공유합니다. 완벽하게 이해하기는 어렵지만 재미있는 자료이네요. 한 번 읽어보시면 좋을 듯 합니다.

 

 

자료출처 : 콘크리트학회지:Vol.32 No.4 (2020-07) p.83_박병선연구원(Byoung Sun Park)

www.kci.or.kr/pages_publication/academic_journals.vm

한국콘크리트학회

 

 

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