[학위논문]콘크리트 구조체 내구성 향상을 위한 침투성 표면 보호재의 특성에 관한 실험적 연구 (An) Experimantal Study on the Characteristics of Penetrating Surface Protection Materials to Promote Concrete Structure Durability원문보기
콘크리트의 내구성이란 "콘크리트가 설계조건하에서 시간경과에 따른 내구적 성능저하 또는 열화가 작고, 소요의 사용기간 중 요구되는 성능의 수준을 지속할 수 있는 성질"이라고 한국콘크리트학회 콘크리트표준시방서 내구성편(안)에 정의하고 있다. 또한 "열화(劣化)란 구조물의 재료적 성질 또는 물리, 화학, 기후적 혹은 환경적인 요인에 의하여 주로 시공 이후에 장기적으로 발생하는 내구성능저하 현상 또는 내구성능저하요인"이라고 정의하고 있다. 즉 열화란 시간의 경과에 따른 구조물의 성능저하현상이라고 정의할 수 있다. 이와 같이 ...
콘크리트의 내구성이란 "콘크리트가 설계조건하에서 시간경과에 따른 내구적 성능저하 또는 열화가 작고, 소요의 사용기간 중 요구되는 성능의 수준을 지속할 수 있는 성질"이라고 한국콘크리트학회 콘크리트표준시방서 내구성편(안)에 정의하고 있다. 또한 "열화(劣化)란 구조물의 재료적 성질 또는 물리, 화학, 기후적 혹은 환경적인 요인에 의하여 주로 시공 이후에 장기적으로 발생하는 내구성능저하 현상 또는 내구성능저하요인"이라고 정의하고 있다. 즉 열화란 시간의 경과에 따른 구조물의 성능저하현상이라고 정의할 수 있다. 이와 같이 철근콘크리트 구조물은 시간의 경과에 따라서 그 성능이라 기능이 저하되어 열화가 진행하는데 이것은 철근콘크리트 구조물이 자연적 환경요소에 의해 항상 영향을 받고 있으며, 인위적 환경 요소의 변화에 의해서도 그 효용성이 변화된다는 것을 의미한다. "열화는 철근콘크리트 구조물이 경과연수가 증가됨에 따라 재료의 내구성과 구조물의 안전성 그리고 기능성 등의 요건을 충족시켜 주고 있는 각종의 재료나 부품 등 여러 성능의 저하나 부재 및 부품의 결함과 손상에 의해서 본래의 기능을 발휘하지 못하게 되어 결국 그 효용가치가 한계상태에 다다르게 되고 구조물의 사용수명이 줄어들게 되는 현상"이라 할 수 있다. 우리나라는 1970년대부터 정부의 고도성장 정책에 따라 비교적 짧은 기간동안 많은 건설구조물이 대량으로 지어지기 시작하였으며, 이에 따라 대규모 신도시가 개발되어 많은 주택과 사회기반 시설물이 동시에 확충되었다. 이러한 건설구조물들은 주로 철근 콘크리트 구조로, 콘크리트가 다른 건설 재료에 비하여 압축강도가 크고 내화성, 내구성, 내수밀성, 철근·철골 등과의 선팽창 계수가 비슷하며 이들과의 접착성 및 방청성이 있으며, 무엇보다도 유지관리비 및 재료가 경제적이기 때문에 건설구조재료로서 가장 보편적으로 적용되어졌다. 그러나 최근 콘크리트의 내구성과 관련하여 미국, 유럽 및 일본에서의 연구보고에 의하면 시간의 경과에 따라 균열, 동해, 염해, 중성화, 화학적 침식 등 여러 외부요인 및 알칼리 골재반응과 같은 내부요인에 의해 노후화가 진행되어 열화가 발생하여 최근 사용 구조물의 안전성이 사회적 문제점으로 부각되어 이에 대한 보수 대책 방안이 요구되고 있다. 이와 같이 콘크리트 구조물의 보수, 보강 및 보호와 관련한 구조물의 유지관리에 관심이 집중되어 이 분야의 활발한 연구가 진행되고 있으며, 건설현장에서는 다양한 보수(보강) 및 보호재료와 공법들이 개발되어 적용되고 있다. 또한 최근에는 신설 구조물보다는 기존 구조물을 효과적으로 유지관리 함으로써 노후화 방지 및 구조물의 내구성을 증진시켜 사용 수명을 연장시키고자 노력하고 있는데, 이미 선진국의 경우 신설보다는 기준 구조물의 보수(보강) 및 보호와 관련한 유지관리에 많은 비중을 두고 있는 실정이다. 따라서 건설구조물이 사용기간 동안에 사용자의 요구조건에 충족할 만한 성능을 오래도록 유지하기 위해서는 열화를 완화 또는 예방하는 등의 방법을 통하여 저하된 구조물의 기능을 회복시켜 그 수명을 보장하거나 연장시키는 활동이 요구되는데, 이러한 활동을 보수, 보강 및 보호를 포함하여 유지관리 활동이라 할 수 있으며, 광의의 의미에서는 건설구조물의 수명연장은 건설자재의 확보 및 절약과 건설 폐기물에 의한 환경훼손의 예방차원에서도 매우 중요한 의미를 갖는다. 특히, 이미 건설된 콘크리트 구조체를 보호하기 위해서는 콘크리트 내부로 침투되는 유해물질을 차단 할 수 있는 보호 시스템이 요구되는데 현재 연구되고 있는 콘크리트 표면 보호재로는 그 재료가 구조체에 막을 형성하여 구조체를 보호하는 코팅 방식과, 구조체 내부로 침투하여 구조체를 보호하는 침투방식으로 구분할 수 있으며, 이러한 재료로는 실란계와 실리케이트계의 재료들이 적용되고 있다. 본 연구에서는 콘크리트 보수 및 보호를 목적으로 사용되는 침투성 표면 보호재 중 실란계와 실리케이트계의 성능을 비교 실험 연구한 것으로 이에 대한 실험결과는 다음과 같다. (1) 도포 후 겉모양은 모든 재료에서 이상 없는 것으로 나타났다. 침투 깊이는 실란계에서 3mm 이상으로 측정되었으며, 실리케이트계는 침투깊이를 확인할 수 없었다. (2) 방수성능 실험결과 실란계 재료들이 실리케이트계보다 방수성능이 우수한 것으로 나타났다. 특히 저온·고온반복실험 후 실란계와 실리케이트계의 실험결과를 보면 실리케이트계 실험체가 표준상태보다 3배~5배 물흡수량이 많은 것을 알 수 있었다. 촉진내후성 후 실험결과도 역시 표준상태의 실험체들 보다 4배에서 8배 정도 물흡수량이 많은 것으로 나타났다. 내투수성능 실험에서도 역시 실란계가 실리케이트계보다 내투수성이 우수한 것을 알 수 있었다. 침투깊이와 방수성능의 실험결과 방수성능은 침투깊이와 상관관계가 있는 것으로 사료된다. (3) 유해물질 침투저항성 실험결과 실란계의 유해물질 차단 성능이 실리케이트계보다 우수한 것으로 나타났다. 침투깊이와 방수성능과의 상관관계에서처럼 침투깊이가 우수한 실란계가 유해물질 침투저항성능이 더 우수하게 나타났다. 이러한 결과로 보아 방수성능 및 유해물질 침투저항성능은 침투성 표면 보호재의 침투깊이가 우수할수록 방수성능 및 유해물질 침투저항성능이 우수한 것으로 판단된다. (4) 표면강화성능 측정을 위해 마모량을 측정한 결과 실리케이트계의 표면강화 성능이 우수한 것으로 나타났다. 압축강도 실험결과는 모든 재료에서 40N/㎟ 정도로 나타났으며 침투성 표면 보호재의 도포로 인한 압축강도의 저하현상은 없는 것으로 판단된다. 콘크리트의 내구성을 저하시키는 화학적 열화인자(Cl, CO_(2), H_(2)O)의 차단성능은 실란계의 성능이 우수한 것으로 나타났으며, 물리적 열화인자인 내마모성능은 실리케이트계가 우수한 것으로 나타났다. 이러한 결과로 보아 실란계의 물리적 내구성능의 증진을 위해 표면의 내마모성을 강화 할 수 있는 재료 개발 또는 마모성능을 강화시킬 수 있는 2차 도포재의 연구와 개발이 필요하며 실리케이트계의 화학적 내구성능의 증진을 위하여 침투성능, 방수성능 및 유해물질 침투저항성능이 필요한 것으로 사료된다. 또한 각 재료의 특성에 따라 적용조건과 환경에 맞게 적절히 사용하는 것이 중요하다고 판단된다.
콘크리트의 내구성이란 "콘크리트가 설계조건하에서 시간경과에 따른 내구적 성능저하 또는 열화가 작고, 소요의 사용기간 중 요구되는 성능의 수준을 지속할 수 있는 성질"이라고 한국콘크리트학회 콘크리트표준시방서 내구성편(안)에 정의하고 있다. 또한 "열화(劣化)란 구조물의 재료적 성질 또는 물리, 화학, 기후적 혹은 환경적인 요인에 의하여 주로 시공 이후에 장기적으로 발생하는 내구성능저하 현상 또는 내구성능저하요인"이라고 정의하고 있다. 즉 열화란 시간의 경과에 따른 구조물의 성능저하현상이라고 정의할 수 있다. 이와 같이 철근콘크리트 구조물은 시간의 경과에 따라서 그 성능이라 기능이 저하되어 열화가 진행하는데 이것은 철근콘크리트 구조물이 자연적 환경요소에 의해 항상 영향을 받고 있으며, 인위적 환경 요소의 변화에 의해서도 그 효용성이 변화된다는 것을 의미한다. "열화는 철근콘크리트 구조물이 경과연수가 증가됨에 따라 재료의 내구성과 구조물의 안전성 그리고 기능성 등의 요건을 충족시켜 주고 있는 각종의 재료나 부품 등 여러 성능의 저하나 부재 및 부품의 결함과 손상에 의해서 본래의 기능을 발휘하지 못하게 되어 결국 그 효용가치가 한계상태에 다다르게 되고 구조물의 사용수명이 줄어들게 되는 현상"이라 할 수 있다. 우리나라는 1970년대부터 정부의 고도성장 정책에 따라 비교적 짧은 기간동안 많은 건설구조물이 대량으로 지어지기 시작하였으며, 이에 따라 대규모 신도시가 개발되어 많은 주택과 사회기반 시설물이 동시에 확충되었다. 이러한 건설구조물들은 주로 철근 콘크리트 구조로, 콘크리트가 다른 건설 재료에 비하여 압축강도가 크고 내화성, 내구성, 내수밀성, 철근·철골 등과의 선팽창 계수가 비슷하며 이들과의 접착성 및 방청성이 있으며, 무엇보다도 유지관리비 및 재료가 경제적이기 때문에 건설구조재료로서 가장 보편적으로 적용되어졌다. 그러나 최근 콘크리트의 내구성과 관련하여 미국, 유럽 및 일본에서의 연구보고에 의하면 시간의 경과에 따라 균열, 동해, 염해, 중성화, 화학적 침식 등 여러 외부요인 및 알칼리 골재반응과 같은 내부요인에 의해 노후화가 진행되어 열화가 발생하여 최근 사용 구조물의 안전성이 사회적 문제점으로 부각되어 이에 대한 보수 대책 방안이 요구되고 있다. 이와 같이 콘크리트 구조물의 보수, 보강 및 보호와 관련한 구조물의 유지관리에 관심이 집중되어 이 분야의 활발한 연구가 진행되고 있으며, 건설현장에서는 다양한 보수(보강) 및 보호재료와 공법들이 개발되어 적용되고 있다. 또한 최근에는 신설 구조물보다는 기존 구조물을 효과적으로 유지관리 함으로써 노후화 방지 및 구조물의 내구성을 증진시켜 사용 수명을 연장시키고자 노력하고 있는데, 이미 선진국의 경우 신설보다는 기준 구조물의 보수(보강) 및 보호와 관련한 유지관리에 많은 비중을 두고 있는 실정이다. 따라서 건설구조물이 사용기간 동안에 사용자의 요구조건에 충족할 만한 성능을 오래도록 유지하기 위해서는 열화를 완화 또는 예방하는 등의 방법을 통하여 저하된 구조물의 기능을 회복시켜 그 수명을 보장하거나 연장시키는 활동이 요구되는데, 이러한 활동을 보수, 보강 및 보호를 포함하여 유지관리 활동이라 할 수 있으며, 광의의 의미에서는 건설구조물의 수명연장은 건설자재의 확보 및 절약과 건설 폐기물에 의한 환경훼손의 예방차원에서도 매우 중요한 의미를 갖는다. 특히, 이미 건설된 콘크리트 구조체를 보호하기 위해서는 콘크리트 내부로 침투되는 유해물질을 차단 할 수 있는 보호 시스템이 요구되는데 현재 연구되고 있는 콘크리트 표면 보호재로는 그 재료가 구조체에 막을 형성하여 구조체를 보호하는 코팅 방식과, 구조체 내부로 침투하여 구조체를 보호하는 침투방식으로 구분할 수 있으며, 이러한 재료로는 실란계와 실리케이트계의 재료들이 적용되고 있다. 본 연구에서는 콘크리트 보수 및 보호를 목적으로 사용되는 침투성 표면 보호재 중 실란계와 실리케이트계의 성능을 비교 실험 연구한 것으로 이에 대한 실험결과는 다음과 같다. (1) 도포 후 겉모양은 모든 재료에서 이상 없는 것으로 나타났다. 침투 깊이는 실란계에서 3mm 이상으로 측정되었으며, 실리케이트계는 침투깊이를 확인할 수 없었다. (2) 방수성능 실험결과 실란계 재료들이 실리케이트계보다 방수성능이 우수한 것으로 나타났다. 특히 저온·고온반복실험 후 실란계와 실리케이트계의 실험결과를 보면 실리케이트계 실험체가 표준상태보다 3배~5배 물흡수량이 많은 것을 알 수 있었다. 촉진내후성 후 실험결과도 역시 표준상태의 실험체들 보다 4배에서 8배 정도 물흡수량이 많은 것으로 나타났다. 내투수성능 실험에서도 역시 실란계가 실리케이트계보다 내투수성이 우수한 것을 알 수 있었다. 침투깊이와 방수성능의 실험결과 방수성능은 침투깊이와 상관관계가 있는 것으로 사료된다. (3) 유해물질 침투저항성 실험결과 실란계의 유해물질 차단 성능이 실리케이트계보다 우수한 것으로 나타났다. 침투깊이와 방수성능과의 상관관계에서처럼 침투깊이가 우수한 실란계가 유해물질 침투저항성능이 더 우수하게 나타났다. 이러한 결과로 보아 방수성능 및 유해물질 침투저항성능은 침투성 표면 보호재의 침투깊이가 우수할수록 방수성능 및 유해물질 침투저항성능이 우수한 것으로 판단된다. (4) 표면강화성능 측정을 위해 마모량을 측정한 결과 실리케이트계의 표면강화 성능이 우수한 것으로 나타났다. 압축강도 실험결과는 모든 재료에서 40N/㎟ 정도로 나타났으며 침투성 표면 보호재의 도포로 인한 압축강도의 저하현상은 없는 것으로 판단된다. 콘크리트의 내구성을 저하시키는 화학적 열화인자(Cl, CO_(2), H_(2)O)의 차단성능은 실란계의 성능이 우수한 것으로 나타났으며, 물리적 열화인자인 내마모성능은 실리케이트계가 우수한 것으로 나타났다. 이러한 결과로 보아 실란계의 물리적 내구성능의 증진을 위해 표면의 내마모성을 강화 할 수 있는 재료 개발 또는 마모성능을 강화시킬 수 있는 2차 도포재의 연구와 개발이 필요하며 실리케이트계의 화학적 내구성능의 증진을 위하여 침투성능, 방수성능 및 유해물질 침투저항성능이 필요한 것으로 사료된다. 또한 각 재료의 특성에 따라 적용조건과 환경에 맞게 적절히 사용하는 것이 중요하다고 판단된다.
In order to protect a concrete structure established, a protection system which can block toxic substances which penetrate into the concrete is required. The concrete surface protection materials currently being researched are as follows. There is the coating-type for which the materials protect the...
In order to protect a concrete structure established, a protection system which can block toxic substances which penetrate into the concrete is required. The concrete surface protection materials currently being researched are as follows. There is the coating-type for which the materials protect the structure by forming a layer on it and the penetration-type which provides protection by infiltrating into the structure. Materials made from silanes or silicates have been used for this purpose. This research compared and tested the performance of silane protection materials and silicate ones, infiltrating surface protectors used for repairing and protecting concrete. The test results are as follows. (1) All the materials did not show any abnormality in outward appearance after application. The depth of penetration was measured 3mm or deeper in silanes, but not detectable in silicates. (2) The water-resistant performance test found silane materials had superior absorption-resistance to silicate ones. In particular, the results of a low and high temperature repetitive test showed that silicate testing objects absorbed water 3-5 times faster than the objects in the normal condition. The weather-resistance test also found the testing objects to absorb 4-8 times more water than the ones in the normal condition. In addition, silane materials had better water penetration-resistance than silicate ones as found in a water penetration-resistance test. From the test results of penetration depth and water-resistance performance, it is considered that the depth of penetration has great effect on the water-resistance performance. (3) The results of a resistance test to toxic substances penetration found silanes to have superior toxic blocking to silicates. As the interrelation between the penetration depth and water-resistance, silanes, which presented deeper penetration depth, had better blocking performance. Judging from those results, it is concluded that the deeper a surface protector infiltrates, the better water and toxic substances penetration resistance become. (4) The results of a surface strength performance and compression strength test revealed that silicates have better surface strength. For the compression strength, all the materials showed approximately 40N/㎟. (5) silanes demonstrated superior performance of blocking chemical deterioration factors (Cl , CO_(2), H_(2)O), which decrease the durability of concrete. For abrasion-resistance, a physical deterioration factor, silicates showed better performance. It is necessary to develop materials which can strengthen the abrasion-resistance of the surface in order to increase the physical durability of silanes or to research and develop the secondary materials for application which can strengthen the abrasion performance. Moreover, in order to improve the chemical durability of silicates, the penetration, water-resistance and toxic substances penetration resistance performance are required. It is important to use each material to meet the application condition and circumstances as appropriate, according to its characteristics.
In order to protect a concrete structure established, a protection system which can block toxic substances which penetrate into the concrete is required. The concrete surface protection materials currently being researched are as follows. There is the coating-type for which the materials protect the structure by forming a layer on it and the penetration-type which provides protection by infiltrating into the structure. Materials made from silanes or silicates have been used for this purpose. This research compared and tested the performance of silane protection materials and silicate ones, infiltrating surface protectors used for repairing and protecting concrete. The test results are as follows. (1) All the materials did not show any abnormality in outward appearance after application. The depth of penetration was measured 3mm or deeper in silanes, but not detectable in silicates. (2) The water-resistant performance test found silane materials had superior absorption-resistance to silicate ones. In particular, the results of a low and high temperature repetitive test showed that silicate testing objects absorbed water 3-5 times faster than the objects in the normal condition. The weather-resistance test also found the testing objects to absorb 4-8 times more water than the ones in the normal condition. In addition, silane materials had better water penetration-resistance than silicate ones as found in a water penetration-resistance test. From the test results of penetration depth and water-resistance performance, it is considered that the depth of penetration has great effect on the water-resistance performance. (3) The results of a resistance test to toxic substances penetration found silanes to have superior toxic blocking to silicates. As the interrelation between the penetration depth and water-resistance, silanes, which presented deeper penetration depth, had better blocking performance. Judging from those results, it is concluded that the deeper a surface protector infiltrates, the better water and toxic substances penetration resistance become. (4) The results of a surface strength performance and compression strength test revealed that silicates have better surface strength. For the compression strength, all the materials showed approximately 40N/㎟. (5) silanes demonstrated superior performance of blocking chemical deterioration factors (Cl , CO_(2), H_(2)O), which decrease the durability of concrete. For abrasion-resistance, a physical deterioration factor, silicates showed better performance. It is necessary to develop materials which can strengthen the abrasion-resistance of the surface in order to increase the physical durability of silanes or to research and develop the secondary materials for application which can strengthen the abrasion performance. Moreover, in order to improve the chemical durability of silicates, the penetration, water-resistance and toxic substances penetration resistance performance are required. It is important to use each material to meet the application condition and circumstances as appropriate, according to its characteristics.
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