콘크리트 중성화
- 경화한 콘크리트는 시멘트의 수화 생성물로써 수산화석회를 함유하여 강알칼리성을 가진다. 이 강알칼리성이 산성인 철근을 보호하여 철근의 부식을 억제하는 역할을 하는데
- 콘크리트의 수화생성물인 수산화석회는 시간 경과에 따라 콘크리트 표면으로부터 공기 중의 이산화탄소의 영향을 받아 서서히 탄산석회로 변하여 알칼리성을 상실하게 되는데 이와 같은 현상을 콘크리트 중성화라고 한다.
- 중성화로 인해 콘크리트의 pH값이 감소됨에 따라 콘크리트 내부의 환경이 알칼리에서 중성 쪽으로 변해가며 내부 철근을 둘러싼 알칼리성 부동태 피막을 불안정하게 하여 부식 발생을 유발한다.
- 철근이 부식하고 팽창하면서 콘크리트에 균열이 발생하여 구조물의 내구성에 영향을 줄 뿐만 아니라 인명피해 등 손실을 불러일으키므로 중성화를 측정할 수 있는 시험방법과 콘크리트 중성화 방지 대책이 필요함.
콘크리트 중성화의 발생 Mechanism
- 콘크리트 중성화는 공기중의 탄산가스 또는 산성비가 콘크리트 중의 수산화칼슘과 화학반응하여 서서히 탄산칼슘이 되면서 콘크리트의 알칼리성을 상실
- 이로 인해 철근이 부식되어 팽창압력이 발생하고 이 팽창 압력이 콘크리트의 응력을 넘어서면 균열이 발생하고, 균열부위로 수분과 이산화탄소 등이 침투하여 철근 부식이 급속 진행
위 ①번 수식은 콘크리트 중성화(수산화칼슘+이산화탄소→탄산칼슘)로 인해 콘크리트가 알칼리성을 상실하는 화학식을 나타낸 것이며, 위 ②번 수식은 철이 이산화탄소를 만나 산화철을 형성하는 수식을 나타냄. 이로 인해 팽창 압이 생기고 콘크리트에 균열이 발생함.
콘크리트 중성화 발생 현상 사례
- 콘크리트 중성화로 인하여 콘크리트가 녹는 현상
- 철근 부식으로 인한 콘크리트 박락 현상
- 현장에서 채취한 시료의 중성화된 부분에
콘크리트 중성화 시험
시험 목적
- 강재(철근)는 건전한 알칼리 환경에서 강재 표면에 부동태막이 생겨 부식이 발생되지 않는 내식성을 가진다.
- 그러나 환경적 요인 중 이산화탄소의 영향을 받으면 콘크리트는 알칼리성에서 중성으로 변화되어 강재는 부식을 하게 됨
- 따라서, 구조물에서 중성화 깊이 측정등 중성화 시험은 구조물의 내구성을 판단하는데 중요한 검사 항목 중 하나이다.
콘크리트 중성화 시험의 종류
- 페놀프탈레인법(지시약법)
- pH meter에 의한 방법
- 주사형 전자현미경 관찰에 의한 방법
- 시차열 중량 분석에 의한 방법(TG/DTA)
- X선 회절법에 의한 방법
콘크리트 중성화 시험의 여러 종류 중에서 가장 간단하고 대표적으로 사용되는 페놀프탈레인 법에 대해 아래와 같이 설명드립니다.
중성화 시험_페놀프탈레인 법(지시 약법) 시험 원리
콘크리트가 알칼리에서 중성화에 의해 pH값이 감소됨에 따라 알칼리성에서 중성 쪽으로 변해가며 내부의 철근을 둘러싼 부동 태막을 불안정하게 하여 부식 발생을 유발한다.
이러한 중성화를 진행도를 측정하기 위해 일반적으로 시험방법은 페놀프탈레인 1% 용액을 분무하였을 때 pH값이 9 이하에서는 무색, 이보다 높은 pH값에서는 적색을 나타내므로 매우 간편하게 식별할 수 있으며 페놀프탈레인 변색의 관계는 아래와 같다.
시험 방법
시약 제조
- 페놀프탈레인 1% 용액을 사용한다.
- 페놀프탈레인 1g을 95% 에틸알코올 90㎖로 용해하고, 증류수(純水)를 첨가하여 100㎖로 한다.
측정 방법
- 콘크리트 측정부위를 드릴로 천공, 모서리부 국부 파손, 코어채취(소형 코어 포함) 등을 이용하여 시험체를 만든 다음 압축공기 뿜기, 솔질, 물청소 등으로 표면을 깨끗이 청소한다.
- 시약을 스프레이 등으로 측정면에 분무한다. 분무 시기는 표면 청소 직후 또는 물청소를 하였을 경우 표면이 완전히 건조되었을 때 실시하는 것이 가장 효과적이다.
- 중성화 깊이에는 착색 후 퇴색되는 영역도 중성화 영역에 포함시키도록 한다.
- 중성화 깊이는 조사 위치마다 3군데씩 측정하여 그 평균값을 ㎜단위로 사사오입한다.
평가방법
- 측정된 중성화 깊이와 철근 피복과 비교하여 철근 부식의 위험성 여부를 판단한다.
- 또한 중성화 속도에 관한 식들이 소개되어 있고, 다음식은 일반적으로 사용되고 있는 일본의 안곡식으로 중성화에 의한 잔존 수명을 추정할 수 도 있다.
콘크리트 중성화 방지 대책(방안)
콘크리트 재료
- 골재 알칼리 잠재 반응성 시험 결과 무해한 골재 사용
- 포틀랜드 시멘트에 있어서는 보통형보다 중 용열형, 내황 산염형이 중용 열이 빠르다.
- 혼합 시멘트의 경우 포틀랜드 시멘트에 포졸란을 혼합하여 상대적으로 수산화칼슘의 양이 적어 중성화가 빠르다.
- 골재 : 천연산에 비해 경량 골재는 자체 기공이 많고, 투수성이 커서 중성화 속도가 빠르다.
콘크리트 배합
- 적당량의 공기량 도입(AE제)
- 혼화제(감수제, 공기 연행 감수제, 유동 화제)를 사용하면, 물 시멘트 비가 낮게 되어 밀실 한 콘크리트가 되어 중성화 억제
- 단위 시멘트량 최소화
- 플라이 애시, 실리카 퓸, 고로 슬래그 미분말을 혼합하여 사용
콘크리트 시공
- 충분한 다짐으로 밀실한 콘크리트 시공
콘크리트 양생 후 대책
- 외부로부터 습기나 물의 침입을 막을 것
- 해수 또는 해풍의 영향을 받는 지역에서는 실외 부재에 방수성 마감
참고자료 : 국토 안전관리원 기술 자료실
위 내용 참고하시어, 콘크리트 중성화의 정의, 중성화 발생 원리 및 양상 그리고 탄산화(중성화) 시험의 종류와 페놀프탈레인 법(지시 약법)의 시험 원리와 방법, 평가방법, 콘크리트 중성화 방지대책에 대해서 이해하시고, 건축시공기술사에도 참고하시기 바랍니다.
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