[논문]탄산화 및 동결융해 현상이 콘크리트 중의 염소이온 확산에 미치는 영향 연구

김동백; 권기준; 정상화; 복훈

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 염소이온 확산에 의한 내구성 저하과정을 분석하고, 탄산화 및 동결융해에 의한 염소이온 확산 특성의 영향을 검토하여 충분한 내구 저항성을 확보할 수 있는가에 대한 실험연구를 수행하였다.
본 연구는 콘크리트 중으로의 염소이온 침투 특성을 규명하기 위해 시멘트 종류 및 물-시멘트 비를 주요 실험변수로 하여 5% 염화나트륨 용액에 대한 침지 실험을 수행하였으며, 특히 탄산화 및 동결융해가 복합적으로 작용한 경우에 대한 실험을 실시하여 이들 영향 요인에 따른 복합열화와 관련된 기초적인 실험자료를 확보하였다.
이상의 실험결과로부터 탄산화과정 및 플라애시의 혼입이 콘크리트 중의 염소이온 확산에 미치는 영향을 추론할 수 있다.

가설 설정

① 콘크리트가 탄산화 되는 경우 고정된 Friedel 염 등의 유리로 인한 농도구배의 상승으로 인해 내부로의 염소이온 확산이 증가하며, 표면의 탄산화 부분의 염소이온 농도는 상대적으로 낮다.

제안 방법

2. 동결융해에 따른 염소이온 확산영향 실험동결융해에 따른 염소이온 침투특성 영향 실험은 동결융해작용을 받은 시편을 16주간 염수에 침지한 후 염분침투깊이를 측정하여 이를 동결융해작용을 받지 않은 건전 시편의 염분침투깊이와 비교하였으며, 또한, 외부로부터 염소이온이 침투함에 따른 동결융해 저항성의 변화를 알아보기 위해 염수에 16주간 침지한 시편과 침지하지 않은 시편에 대해 200사이클의 동결융해 시험을 실시한 후 상대동 탄성계수의 변화를 측정하였다.
내용이 요약되어 있다. 또한, 본 배합의 목표 슬럼프는 15 ± 2.5cm 목표 공기량은 4.5 ±1.5%로서 이를 위해 시험배합을 통해 AE감수제를 적절히 혼입하였다.
따라 분석하였다辭). 또한, 상기 실험결과와의 비교를 위해 1주간 5% 염화나트륨 용액침지와 1주간 공기 중 노출을 반복한 후 동일한 방법으로 염소이온 침투량을 분석하였다. 단, 분석은 침지시작 후 각각 4주, 12주, 28주 및 52주가 지난 시점에서 실시하여 두 실험사이의 분석시점이 다소 차이가 생겼다.
본 연구에서는 동결융해에 따른 염소이온 확산영향을 살펴보기 위해 동결융해를 200사이클 실시한 시편 및 동결융해를 시행하지 않은 시편에 대해 16주간 5%의 염화나트륨 용액에 침지한 후 AgNOj 용액을 이용하여 염소이온 침투 깊이를 분석하였다. Table 3 에는 이에 따른 실험결과가 나타나 있으며 동결융해 작용을 받은 시편의 경우 염소이온 침투 깊이가 약 40-70% 정도 증가하는 것으로 나타났다.
본 연구의 실험변수는 물-시멘트비를 0.38로 고정한 상태에서 시멘트 종류 및 플라이애시 치환 여부에 따라 4개로 정하였다. 시험체는 8x10x40cm의 크기로 각 변수에 대해 2개씩의 시편을 제작하였으며 측정결과는 그 평균치를 택하였다.
연구는 콘크리트 중의 염소이온 확산성에 미치는 탄산화의 영향을 알아보기 위해 1주간 25℃로 유지된 5% 염화나트륨(NaCl) 용액에 대한 침지와 1주간 CCh농도 10%, 온도 40℃, 상대습도 60% 조건에서의 촉진탄산화 실험을 반복하여 실시한 후 침지 시간(5주, 15주, 30주, 56주) 및 표면으로부터의 깊이에 따른 산 가용성 및 수용성 염소이온 침투량을 ASTM C₁₁52-97 및 ASTM C₁₂18-97에 제시된 방법에 따라 분석하였다辭). 또한, 상기 실험결과와의 비교를 위해 1주간 5% 염화나트륨 용액침지와 1주간 공기 중 노출을 반복한 후 동일한 방법으로 염소이온 침투량을 분석하였다.
단, 분석은 침지시작 후 각각 4주, 12주, 28주 및 52주가 지난 시점에서 실시하여 두 실험사이의 분석시점이 다소 차이가 생겼다. 염소이온 확산에 대한 탄산화 영향 실험은 모든 실험 시편을 28일간 수중양생 후 수행하였으며, 표준 시편으로는 길이 10cm, 직경 10cm의 원주형 시편을 사용한 후 염소 이온의 일 방향 침투를 보장하기 위해 표준 시편의 측면을 불투수성 에폭시로 코팅하였다.

대상 데이터

본 연구는 국내 S사에서 생산된 1종 및 5종 시멘트(비중 : 3.15)와 보령화력에서 생산된 플라이애시 (비중 : 2.1)를 사용하여 시멘트 종류(1종, 5종, 플라이애시 20%혼입) 및 물/결합재 비 (0.38, 0.42)를 주요 실험변수로 실험을 수행하였다. 본 연구에서 5종 시멘트에 대한 실험을 중점적으로 수행한 이유는 현재 우리나라 해양환경구조물 등에 사용되고 있기 때문이며, 플라이애시의 경우는 이미 국내 레미콘의 경우 상당량 실용화되어 있기 때문에 전체 시멘트량의 20%를 5종 시멘트에 혼입하여 실험을 수행하였다.
42)를 주요 실험변수로 실험을 수행하였다. 본 연구에서 5종 시멘트에 대한 실험을 중점적으로 수행한 이유는 현재 우리나라 해양환경구조물 등에 사용되고 있기 때문이며, 플라이애시의 경우는 이미 국내 레미콘의 경우 상당량 실용화되어 있기 때문에 전체 시멘트량의 20%를 5종 시멘트에 혼입하여 실험을 수행하였다. 한편, 골재는 비중 2.
38로 고정한 상태에서 시멘트 종류 및 플라이애시 치환 여부에 따라 4개로 정하였다. 시험체는 8x10x40cm의 크기로 각 변수에 대해 2개씩의 시편을 제작하였으며 측정결과는 그 평균치를 택하였다. 또한, 콘크리트의 상대동탄성계수는 KS F 2530의 방법에 의해 측정하였으며 羽 염소이온 침투깊이는 0.

이론/모형

시험체는 8x10x40cm의 크기로 각 변수에 대해 2개씩의 시편을 제작하였으며 측정결과는 그 평균치를 택하였다. 또한, 콘크리트의 상대동탄성계수는 KS F 2530의 방법에 의해 측정하였으며 羽 염소이온 침투깊이는 0.1 N AgNO, 용액을 절단면에 분무하여 어두운 곳에 1시간 동안 방치한 후 형광등에 수 시간 놓아 하얗게 변색된부분의 평균깊이를 측정하여 구했다").

성능/효과

1) 탄산화가 복합적으로 작용하는 경우 콘크리트 내부로의 염소이온 침투는 가속된다. 이것은 탄산화된 부분의 프리델 염이 유리되어 염소이온의 농도구배가 커지기 때문에 염소 이온의 확산성이 커지는 것으로 판단되며 이 경우 표면으로부터 1cm 이내의 영역의 염소 이온 농도는 동일 조건의 비탄 산화 시편보다 낮아지는 경향을 보인다.
2) 플라이애시를 혼입하는 경우 단일조건에서의 염소이온 침투억제에 매우 효과적이다. 다만, 탄산화가 복합적으로 작용하는 경우 일정 깊이까지의 염소이온 농도는 매우 높은 경향을 나타내지만 특정한 한계깊이 이상의 영역에서는 침투된 염소이온 농도가 급격히 낮아지므로 탄산화가 복합된 경우에도 플라이애시 혼입에 따른 철근부식 증가 영향은 적을 것으로 판단된다.
이에 따르면, 수중 양생한 경우 1종 시멘트 플라이애시를 20% 치환한 것과 5종 시멘트 플라이애시 치환하지 않은 배합이 기타의 경우에 비해 상대적으로 큰 상대동탄성계수 값을 보이고 있고, 염화나트륨 용액에 침지한 경우는 그 반대의 경향을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 개별적인 배합을 비교할 경우 염화나트륨 용액에 침지할 경우 동결융해 저항성의 변화 경향은 뚜렷이 나타나지 않았으며, 다만 각 배합에 따른 상대동탄성계수를 침지 조건에 따라 평균한 결과는 염화나트륨 용액에 침지한 경우가 동결융해작용에 따른 동탄성계수 감소율이 수중 양생한 경우보다 약간 큰 것으로 나타
N₅FA00 배합은 H₁FA00 및 H₅FA00 배합에 비해 시간에 따른 염소이온 침투량이 매우 큰 것을 알 수 있으며, 이러한 경향은 이들 배합 사이의 물-시멘트 비 차이는 그다지 크지 않지만 설계 기준강도의 차이가 크기 때문에 콘크리트의 조직구조가 다소 큰 차이를 보이기 때문인 것으로 판단된다. 한편, 플라이애시를 혼입한 H₁FA20 및 H₅FA20 배합의 경우는 플라이애시를 혼입하지 않은 경우와 비교하여 매우 다른 염소이온 침투 경향을 보이고 있는데, N5FA00 의 경우와 유사하게 시간이 지남에 따라 표면에서 1cm 이내의 염소이온 침투량이 표면에서 1~2cm 부분의 염소이온 양에 비해 작게 나타나고 있으며 표면으로부터 2cm 이상 떨어진 부분의 염소이온 침투량은 플라이애시를 혼입하지 않은 경우에 비해 급격히 작아지고 있음을 알 수 있다. 이것은 플라이애시를 혼입한 경우에는 콘크리트 조직구조 및 탄산화에 따른 특성이 혼입하지 않은 경우와 비교하여 다소 달라지는 것을 나타내고 있다고 판단된다.

후속연구

3) 동결융해에 따른 콘크리트의 성능저하가 미세한 경우에도 내부로 침투되는 염소이온 농도는 매우 크게 나타났으며 이에 따라 해양구조물의 경우 동결융해에 따른 철근부식 영향에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

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