[논문]침투성 알칼리성부여제 도포에 의한 중성화된 콘크리트의 알칼리성 회복성능에 관한 실험적 연구

김무한; 강석표; 유재강; 권영진

doi:10.22636/jkci.2001.13.1.9

문제 정의

이에 본 연구는 기존에 보고되고 있는 중성화 단계에 따른 보수공법4)을 바탕으로 중성화된 콘크리트에 침투성 알 칼리성부여제를 도포함에 따른 알칼리성 회복성능을 평가 하기 위하여 I 시리즈에서는 물시멘트비 및 알칼리성부여 제 도포량에 따른 회복성능을 비교 . 분석하였으며, II시리즈에서는 알칼리성부여제 도포 후 표면 피복재의 종류에 따른 알칼리성 유지성능을 정량적으로 평가함으로서 향후 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시키기 위한 기초자료로써 제시하고자 한 것이다.
이에 본 연구는 기존에 보고되고 있는 중성화 단계에 따른 보수공법4)을 바탕으로 중성화된 콘크리트에 침투성 알 칼리성부여제를 도포함에 따른 알칼리성 회복성능을 평가 하기 위하여 I 시리즈에서는 물시멘트비 및 알칼리성부여 제 도포량에 따른 회복성능을 비교 . 분석하였으며, II시리즈에서는 알칼리성부여제 도포 후 표면 피복재의 종류에 따른 알칼리성 유지성능을 정량적으로 평가함으로서 향후 중성화된 철근 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시키기 위한 기초자료로써 제시하고자 한 것이다.
중성화된 콘크리트에 알칼리성부여제의 도포에 의한 중 성화 회복 및 표면 피복재의 종류에 따른 알칼리성 유지성능에 관한 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다

제안 방법

본 연구의 실험계획은 Table 1에서 보는 바와 같다. I 시리즈는 물시멘트비 0.35, 0.45, 0.55의 3수준 및 알칼리성 부여제의 도포량을 표준 및 초과 도포함에 따른 알칼리성 회복성능을 재령별 중성화깊이 측정 및 사진촬영을 통해 평가한 것이며, II시리즈는 물시멘트비 0.65의 콘크리트에 알칼리성부여제를 도포한 후 표면피복재 종류에 따른 알칼 리성 유지성능을 평가하기 위하여 중성화깊이 측정, 사진촬 영, pH측정, ICP분석, X선 회절분석 및 SEM촬영을 실시하였다.
II시리즈에서 알칼리성부여제를 도포한 후 표면피복재의 종류에 따른 알칼리성 유지성능을 비교 . 검토하기 위하여 표면 피복재로 페인트 방청페이스트 발수페인트를 사용하 였으며 그 물리적 성능을 Table 5에 나타내었다.
중성화깊이 측정은 시험체를 일정 두께로 절단하여 파단 면에 1%의 페놀프탈레인 용액을 분무하여 적색으로 착색 하지 않은 부분까지의 거리를 측정하였으며, 측정 후 절단 면은 대기에 직접 노출되지 않도록 에폭시코팅을 행하였다. II시리즈에서는 알칼리성부여제 도포에 의해 알칼리성이 회복된 시험체에 표면피복재를 종류별로 도포한 후 재령에 따른 알칼리성 유지성능을 평가한 것으로서, 표면피복재 종 류에 따른 알칼리성 유지성능을 정량적으로 평가하기 위하여 콘크리트 표면으로부터 5mm, 5~10mm, 10~15mm까지 3단계의 깊이별로 페이스트 시료를 채취하여 증류수에 용 해시킨 후, 전위차 적정장치(716 DMS Titrino, Metrohm) 를 사용하여 pH를 측정하였다. 본 실험에 사용한 전위차 적정장치를 Photo 1에 나타냈다.
본 실험에 사용한 전위차 적정장치를 Photo 1에 나타냈다. 또한 알칼리성부여제의 주성분인 五*의 침투량을 정량적 으로 분석하기 위하여 ICPflnduced Coupled Plasma)분석을 실시하였고, 알칼리성부여제 도포시 생성되는 규산리튬수화물(LiaSa%)의 생성여부를 파악하기 위하여 구리를 타 겟으로 한 X선 회절분석을 실시하였으며, 알칼리성투여제 도포 시 험체와 무도포 시험체의 표면성상을 관찰하기 위하여 전자주사현미경 (SEM)관찰을 하였다.
비빔은 100e 강제식 팬타입 믹서를 이용하여 시멘트 잔골재 및 굵은골재를 넣고 건비빔을 30초간 행한 후 물을 첨가하여 1분 30초간 비빔을 행하였으며, 소요의 유동성을 확보하기 위한 소량의 고성능감수제를 첨가한 후 토출하였다.
시험체는 타설후 1일에 탈형하여 4주간 표준양생을 실시 하였으며, 표준양생 직후 시험체를 중성화시키기 위하여 I 시리즈는 Ca 15%, 온도 40℃, 습도 50%, II시리즈는 CQ 10%, 온도 40℃, 습도 50%의 환경 하에서 6주간 촉진중성화를 실시하였다.
알칼리성부여제를 도포한 콘크리트의 도포면과 도포를 하지 않은 기존 콘크리트 표면을 비교 . 검토하기 위하여 SEM촬영을 하였으며 그 결과는 Photo 4와 같다.
본 실험의 콘크리트 배합은 Table 2에 나타낸 바와 같이 I 시리즈는 단위수량 r/Okg/n?에 따른 물시멘트비를 0.35, 0.45, 0.55의 3수준으로 설정하였으며, II시리즈는 물시멘트 비를 0.65로 설정하였다.
중성화깊이 측정은 시험체를 일정 두께로 절단하여 파단 면에 1%의 페놀프탈레인 용액을 분무하여 적색으로 착색 하지 않은 부분까지의 거리를 측정하였으며, 측정 후 절단 면은 대기에 직접 노출되지 않도록 에폭시코팅을 행하였다. II시리즈에서는 알칼리성부여제 도포에 의해 알칼리성이 회복된 시험체에 표면피복재를 종류별로 도포한 후 재령에 따른 알칼리성 유지성능을 평가한 것으로서, 표면피복재 종 류에 따른 알칼리성 유지성능을 정량적으로 평가하기 위하여 콘크리트 표면으로부터 5mm, 5~10mm, 10~15mm까지 3단계의 깊이별로 페이스트 시료를 채취하여 증류수에 용 해시킨 후, 전위차 적정장치(716 DMS Titrino, Metrohm) 를 사용하여 pH를 측정하였다.

대상 데이터

II시리즈에서 알칼리성부여제를 도포한 후 표면피복재의 종류에 따른 알칼리성 유지성능을 비교 . 검토하기 위하여 표면 피복재로 페인트 방청페이스트 발수페인트를 사용하 였으며 그 물리적 성능을 Table 5에 나타내었다.
중성화 회복시험용 시험체는 I시리즈의 경우(J10X 20cm의 원주형 시험체로 제작하였으며, II시리즈의 경우 7.5x10x40cm의 각형 시험체로 제작하였다.
중성화된 시험체에 알칼리성을 회복시키기 위하여 사용한 침투싱 알칼리성부여제는 Table 4에 나타낸 바와 같이 규산리튬(H&Q)을 주성분으로 한 pH 11±0.5의 강알칼리 성의 수동액을 사용하였으며, 알칼리성부여제 도포시 물과 반응하여 수산화리튬 및 실리카고형분을 생성하는 반응식은 다음고 같다

성능/효과

1) 중성화된 콘크리트의 알칼리성 회복성능을 pH값 및 사진촬영을 통하여 확인할 수 있었다. 또한, PH 10 이하로 중 성화된 콘크리트 표면에 알칼리성부여제를 도포함으로 써 도포직후 pH 11이상으로 알칼리성을 회복 시킬 수 있 었으며, 외기폭로 45주 후에도 상대 pH를 110% 이상 유지 할 수 있었다.
2) 재령별 알칼리성 유지성능은 표면 피복재에 따라 차이가 있었으며, 특히 방청페이스트 및 일반 시멘트 페이스 트의 효과가 우수하였다. 따라서 알칼리성부여제 도포후 적절한 표면 피복재를 도포할 경우 알칼리 유지성능이 크게 향상될 것으로 사료된다.
3) ICP 분석을 통하여 도포후 외기폭로 30주에서도 도포 직후의 농도와 유사한 이온농도를 유지하고 있었으며, 알칼리성부여제 도포에 의한 알칼리성 부여제 침투깊이는 15rm이상일 것으로 사료된다.
4는 외기노출 재령에 따른 pH의 변화율이 가장 큰 0~5mm에서의 알칼리성부여제 도포 전후의 상대 pH 변화율을 나타낸 것으로서 촉진중성화를 시킨 모든 시험체에 알칼리성부여제를 도포한 직후의 pH는 시험체의 종류에 따라 다소 차이를 나타내고 있으나 대부분 11이상 알칼리 성을 회복한 것으로 측정되었다. 그러나, 외기노출 45주 경 과 후 Type 1과 Type 2는 알칼리성부여제 도포전 pH 대 비 97.29%와 100.31%를 보여주고 있어 알칼리성 유지성능 이 다소 떨어지는 경향을 보였으나, Type 4, 5, 6에 있어서 는 45주 경과 후에도 도포전 pH에 비해 112~113% 정도의 회복성능을 유지하고 있는 것으로 나타났다
2) 재령별 알칼리성 유지성능은 표면 피복재에 따라 차이가 있었으며, 특히 방청페이스트 및 일반 시멘트 페이스 트의 효과가 우수하였다. 따라서 알칼리성부여제 도포후 적절한 표면 피복재를 도포할 경우 알칼리 유지성능이 크게 향상될 것으로 사료된다.
1) 중성화된 콘크리트의 알칼리성 회복성능을 pH값 및 사진촬영을 통하여 확인할 수 있었다. 또한, PH 10 이하로 중 성화된 콘크리트 표면에 알칼리성부여제를 도포함으로 써 도포직후 pH 11이상으로 알칼리성을 회복 시킬 수 있 었으며, 외기폭로 45주 후에도 상대 pH를 110% 이상 유지 할 수 있었다.
Photo 2는 물시멘트비별 촉진중성화시험 직후 원주형 시 험체를 할렬하여 측정한 중성화깊이와 알칼리성부여제 도 포 직후의 회복성상, 도포후 옥외폭로재령 6주의 표준 및 초과도포 시험체의 중성화 회복성상을 나타낸 것이다. 알칼리성부여 제 도포전 시험 체의 중성화깊이는 물시멘트 비 0.35는 7.7mm, 0.45는 12.7mm, 0.55는 15.3mm로 물시멘 트비가 클수록 중성화깊이는 크게 나타났으나 알칼리성부 여제 표준도포를 행한 직후의 모든 시험체에서 전면이 착색되고 있어 알칼리성이 회복된 것으로 나타났다.
그러나 물 시멘트비 및 표준. 초과도포에 따른 알칼리성 회복 및 유지성상은 알콜용액법에 의한 발색의 정도를 육안관찰에 의한 측정만으로 판단하기에는 어려움이 있는 것으로 나타났다.
촉진중성화 실시 후 콘크리트 표면 부근인 0~5mm에서 는 탄산가스의 침입에 의해 알칼리성이 거의 소실된 것으로 나타났으나, 모든 시험체에서 알칼리성부여제를 도포한 직후의 pH는 11내외를 나타내고 있어 알칼리성이 회복된 것을 알 수 있다.
한편, 알칼리성부여제를 표준 및 초과도포한 후 옥외폭로 를 실시한 시험체의 재령 6주 알칼리성 회복성상은 도포직 후에 비하여 일부부위에서 희미하게 나타나고 있으나, 모든 물시멘트비에 있어서 중성화되었던 부위에서 착색되고 있어 알칼리성이 유지되고 있는 것으로 나타났다. 그러나 물 시멘트비 및 표준.
Photo 3은 II시리즈의 알콜용액법에 의한 측정결과로서 촉진중성화 직후의 중성화깊이는 9mm 내외로 나타났으나 알칼리성부여제를 도포한 직후 중성화된 부위가 착색되고 있음을 알 수 있다. 한편, 알칼리성부여제만 도포한 시험체 의 경우 도포직후 붉게 착색되었던 중성화부위가 옥외폭로 52주에 있어서 다시 도포전과 비슷하게 나타나고 있는데 반하여, 표면피복처리를 행한 Type 6(알칼리성부여제+방청 페이스트+페인트) 시험체의 경우 중성화된 부위의 일부 부 위에서 착색이 나타나고 있어 알칼리성을 유지하고 있는 것으로 나타났다.

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