[논문]상수도시설 콘크리트 수조구조물에서의 염화이온 침투저항 특성분석

곽규성; 마승재; 최성민; 오상근

doi:10.14190/jrcr.2015.3.2.122

상수도시설 콘크리트 수조구조물에서의 염화이온 침투저항 특성분석
Property Analysis of Waterproofing and Corrosion-Resistant Performance in Concrete Water Supply Facilities 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.3 no.2, 2015년, pp.122 - 131

곽규성 (삼성물산 건설부문 빌딩 ENG팀) , 마승재 (서울과학기술대학교 일반대학원 건축과) , 최성민 (서울과학기술대학교 건설기술연구소) , 오상근 (서울과학기술대학교 건축학부)

초록
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본 논문에서는 국내 외 관련 문헌 자료 및 규정에 대한 고찰과, 20년 이상 된 수조 구조물 현장의 사례 조사를 통해 수밀 콘크리트와 침투방지재의 염소이온 투과에 대한 실험적 평가 등을 통하여 결론을 도출하고. 방수층 및 부식저항기술을 음용수조 구조물(상수조 등)의 각 시설물별 방수 방식에 대한 성능을 동시에 만족하여야 할 필요성을 정립하는 것이다. 이는 수조 구조물들이 방수 및 침투방지재가 확실히 필요하다는 사실을 확언 할 수 있고, 또한 여러 가지의 콘크리트 침식을 발생시키는 요소와 원인들에서부터 장기적인 내구성을 화보할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to understand the necessity for waterproofing and corrosion-resistant technique application on concrete water tank used in water supply. Relevant research materials and regulation were collected, reviewing for the case studies of sample structures aged over 20 years, and experimental studies on chloride conduction for the high performance concrete and penetration properties of water repellency of liquid type materials. The result is that the concrete water tank in the water supply is needed for waterproofing and corrosion-resistant material coating to maintain long term durability due to the constant environmentally induced degradation deterioration often caused by chloride attack.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 상기와 같은 실정을 감안하여 우리나라의 음용수조 구조물(상수조 등)의 각 시설물별 방수·방식에 대한 성능을 동시에 만족하여야 할 필요성을 정립하는 것이 이 연구의 목적이다.
방수/보호재가 도포된 철근 콘크리트 구조물이 콘크리트 및 철근의 부식원인이 되는 염소이온의 침투를 어느 정도 차단할 수 있는지를 평가한다.
이 연구에서는 상수도시설 콘크리트 수조구조물의 방식기술 적용 필요성을 집중적으로 고찰한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
이를 위해, 이 논문에서는 국내 · 외 관련 문헌 자료 및 규정에 대한 고찰과, 20년 이상된 현장의 사례 조사, 수밀콘크리트와 침투 방지재의 염소이온 투과에 대한 실험적 평가 등을 통하여 결론을 도출하고자 한다.
콘크리트의 부식에 영향을 미치는 염소이온이 콘크리트 침투하는 깊이 및 침투량과 관련하여, 수밀콘크리트라 할 수 있는 콘크리트 밑판(설계기준강도 30MPa, 40MPa)을 대상으로 침투방지재를 도포한 것과 도포하지 않은 것을 비교하여 염소이온 침투저항 성능을 파악하고자 한다. 시험체를 통과하는 전압(mV)이 클수록 전하량(Q)이 증가하므로 콘크리트 및 철근 부식의 염려가 크다.

가설 설정

1에 나타낸다. 이것은 10cm 두께의 콘크리트 옥상 슬래브의 위에 빗물이 9.5cm 쌓인 상태를 가정한 것이다. 균열 폭이 0.

제안 방법

이때 수용액의 온도는 20±2℃로 한다. 그 후, 시험체를 꺼내어 24시간 상온에서 건조하여 실험체를 2분할하고, 2분할한 시험체의 단면에 KS M 8009에서 규정하는 질산은 0.1N 수용액을 분무하고, 연속하여 KS M 8430에서 규정하는 우라닌 1% 수용액을 분무하여 발색부분의 깊이를 측정하여 염화 이온 침투깊이를 확인한다.
2.1 전기전도도에 의한 염소이온 침투 저항성 시험
시험방법은 먼저 지름 10mm, 두께 50mm의 콘크리트 바탕체에 방수/보호재를 도포하고 소정의 기간 동안 양생시킨 후 실험을 실시하는 동안 전해질 용액이 새지 않도록 에폭시를 옆면에 도포 한다. 시험편을 시험셀에 장착한 후 전원은 60V의 직류를 ±0.
음용수 저장(상수도 등) 시설의 콘크리트 취약화 사례를 검토하기 국내 · 외 정수장의 실태를 조사하였다.

성능/효과

(1) 수밀콘크리트 구조물의 시공은 설계 내용을 충분히 검토하여 균열, 콜드조인트, 이어치기부, 신축이음, 곰보, 재료분리 등 외부로부터 물의 침입이나, 내부로부터 유출의 원인이 되는 결함이 생기지 않도록 주의를 하여야 한다. 따라서 시공을 할 때는 시공이 음의 위치, 신축이음의 구조 및 간격, 온도균열 발생의 유무, 주변 차량통행 및 시설물에 의한 진동 및 거동, 부등침하 등 구조체의 변형에 미치는 영향 등을 사전에 검토하여야 한다(1.
1. 콘크리트의 부식기구 및 콘크리트의 취약화 사례 검토를 통하여 방수/방식 처리를 하지 않은 콘크리트 수조구조물이 장기적인 사용과정에서 내구성 유지에 치명적인 손상을 받을 수 있으며, 특히 상수도 시설에 주로 사용되는 염소 소독재의 화학적 작용에 의해 콘크리트가 취약화됨으로써 침식작용과 골재 노출에 따른 피복두께 부족과 철근부식 등의 심각한 하자문제로 직결될 수 있다는 것이 확인되었다.
2. 수밀콘크리트라 할 수 있는 콘크리트(설계기준강도: 30MPa, 40MPa)에 대한 염소이온 투과저항성 시험결과 콘크리트의 통과전하량(c)이 30MPa가 10,264, 40MPa가 8,575로 KS 기준치 (4000C 이상: 높음)의 두배 이상 높게 나타나고 있으며, 이는 수밀콘크리트라 할지라도 염소이온의 침투에는 취약할 수 있음을 나타내는 결과이다.
3. 구체방수재 및 흡수방지재 등의 처리를 통하여 수밀 콘크리트의 염소이온 투과저항성을 22~75%까지 성능이 향상 시킬 수 있음을 확인하였다. 그러나 일부 제품을 제외하고는 대부분 KS 기준치를 상회하는 것으로 나타남으로써 콘크리트에 침투하는 염소이온을 완벽히 차단할 수 없음을 알 수 있었다.
그러면 기존의 연구에서 세퍼레이터 부분은 어느 정도 누수가 발생하기 쉬운 것인가를 시험을 한 결과, 거푸집의 윗부분에 있는 세퍼레이터 주위에는 누수가 많이 발생해서 수밀성을 기대하지 못하고, 밑부분에서는 누수가 매우 적게 나타났다. 이는 타설하는 콘크리트의 물시멘트비의 영향도 커, 물시멘트비가 큰 콘크리트에서는 누수가 발생하기 쉬운 것을 제시하였다.
또한 음용수조 구조물은 그 자체에 있어서 수처리 과정상 여러 가지 화학약품을 사용하고 있기 때문에 콘크리트의 부식에 영향을 주고 있다. 또한 수밀 구조에 대한 실험적 근거자료 검토 결과 누수가 시작되는 균열의크기는 약 0.05~0.15mm 정도이며, 이어치기부, 폼타이, 곰보부 등에서 누수가 쉽게 발생될 수 있음이 확인되었으며 해외 관련 규정 검토 결과 일본(JACE)과 미국(ACI)에서도 상수도 구조물에 대한 방수/방식의 필요성을 인정하고 있으며, 특히 화학물질을 사용하는 구조물은 반드시 방수제 및 각종 혼화제 등을 사용하도록 규정하고 있다. 수밀구조에 대한 실험적 근거자료 검토 결과 누수가 시작되는 균열의 크기는 약 0.
염소이온 침투 저항성(전기전도도법) 시험 결과를 통해서 수밀 콘크리트라 할 수 있는 콘크리의 통과전하량(c)이 30MPa가 10,264, 40MPa가 8,575로 기준치(KS F 2711)의 두 배 이상으로 높게 나타나고 있다는 것을 알 수 있다. 또한 침지 후 염화물이온 침투깊이측정 시험 결과로 볼 때 흡수방지재의 도포가 콘크리트의 내구성능을 향상시키는 역할을 하고 있는 것으로 판단된다.
방수/보호재를 도포한 시험체를 대상으로 KS F 2711에 따라 시험체 한쪽에 염화나트륨(Nacl)수용액을, 다른 한쪽에 수산화나트륨수용액(NaOH)넣고, 전류를 흐르게 한 후 시험체를 통과한 염소 이온이 흐르는 전하량을 측정한 결과 규산질계 분말형 도포방수재의 전하량은 콘크리트 밑판의 통과 전하량과 거의 차이가 나지 않았으나 구체방수제는 30MPa에서는 34%, 40MPa에서는 41%, 흡수방지재를 도포한 시험체의 경우 30MPa에서는 무도포 콘크리트밑판보다 31~89%, 40MPa에서는 22~75% 까지 성능이 향상되는 것을 알 수 있었다.
방수/보호재를 도포한 시험체를 대상으로 질산은 0.1N 수용액을 분무하여 발색부분의 깊이를 측정한 결과 규산질계 분말형 도포방수재의 경우 염소이온 침투깊이가 30MPa 32.6mm, 40MPa 19.2mm로 콘크리트 밑판(Plain)의 침투깊이 30MPa 21.4mm, 40MPa 16.0mm 보다 더 깊이 침투된 것으로 나타났다. 흡수방지재를 도포한 시험체의 경우는 흡수방지재의 침투깊이가 염소이온의 침투깊이보다 높아 측정이 불가 하였다.
상기 시험결과로 볼 때 평가대상 방수재료들에 대한 장기적인 성능평가가 이루어지지는 않았다는 조건 하에서 시멘트계 방수시공만으로도 콘크리트 구조물의 단기적 열화방지에 어느정도 효과가 있는 것으로 판단할 수 있다.
15mm 정도이며, 이어치기부, 폼타이, 곰보부 등에서 누수가 쉽게 발생될 수 있음이 확인되었으며 해외 관련 규정 검토 결과 일본(JACE)과 미국(ACI)에서도 상수도 구조물에 대한 방수/방식의 필요성을 인정하고 있으며, 특히 화학물질을 사용하는 구조물은 반드시 방수제 및 각종 혼화제 등을 사용하도록 규정하고 있다. 수밀구조에 대한 실험적 근거자료 검토 결과 누수가 시작되는 균열의 크기는 약 0.05~0.15mm 정도이며, 이어치기부, 폼타이, 곰보부 등에서 누수가 쉽게 발생될 수 있음이 확인되었다. 따라서 콘크리트 자체의 재료적인 특성의 강화 또는 철저한 시공 관리에 의한 수밀성의 확보는 구조물 방수(수밀성 확보)을 위한 필수 조건일 뿐, 근본적인 방식대책으로는 미흡하다.
염소이온 침투 저항성(전기전도도법) 시험 결과를 통해서 수밀 콘크리트라 할 수 있는 콘크리의 통과전하량(c)이 30MPa가 10,264, 40MPa가 8,575로 기준치(KS F 2711)의 두 배 이상으로 높게 나타나고 있다는 것을 알 수 있다. 또한 침지 후 염화물이온 침투깊이측정 시험 결과로 볼 때 흡수방지재의 도포가 콘크리트의 내구성능을 향상시키는 역할을 하고 있는 것으로 판단된다.

후속연구

4. 상기 3항의 결과는 시멘트계 차단제 및 혼화제가 염소이온 투과에 대한 단기적인 저감 효과가 있으나 장기적인 내구성 유지 관점에서는 큰 영향을 미치지 못함을 의미하므로 염소이온 투과를 완전히 차단할 수 있는 고밀도 코팅막을 형성할 수 있는 방수/방식재(예: 멤브레인계, 페널계, 라이닝계 등)에 대한 적극적인 검토가 필요하다고 판단된다.

참고문헌 (7)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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