[논문]세라믹계 나노물질을 이용한 침투성 방수제의 내구성능 개선효과 연구

류금성; 박정준; 고경택; 김도겸; 이장화

문제 정의

본 연구에서 콘크리트 조직의 치밀함을 나타내는 특성으로서 흡수율, 투수성, 투기성 및 공극률시험을 검토하였다. 홉수율 시험은 KS F 4930(콘크리트 표면도포용 액상형 흡수방지재) 및 KS F 2609(건축재료의 물흡수계수 측정방법)에 준하여 시험을 실시하였다.
본 연구에서는 설계기준강도(18, 24, 35 MPa)가 다른 콘크리트에 대해 침투식 방수제를 도포하여 흡수율, 투수성, 투기성 및 공극률 시험에 대한 성능을 검토하였다. Table 1은 표면 성능 개선제의 기본물성 이고, Table 2는 강도 수준별 콘크리트의 배합이다.

제안 방법

다공성을 지닌 콘크리트의 장기 내구성 확보를 주목적으로 하는 공법들의 기본 개념은 외부환경과 기공을 경계로 하여 콘크리트의 내부까지 유해물질이 미치지 못하게 하는 것이어야 한다²⁾. 따라서, 콘크리트 구조물의 열화방지를 위하여 신속하고 편리한 시공이 가능하며 환경 친화적 인 세라믹계 나노물질을 이용한 침투식 방수제를 개발하였다.
본 연구에서는 개발된 침투식 방수제의 흡수율, 투수성, 투기성 및 공극률 시험에 대하여 성능검증분석을 하였다.
침투식 방수제를 콘크리트 표면에 도포한 경우, 콘크리트 조직을 어느 깊이까지 어느 정도 치밀하게 하는가를 검토하기 위해 침투식 방수제를 콘크리트 표면에 도포하여 7일간 양생 후 콘크리트 깊이별로 시료를 채취하여 5mm정도 크기로 시료를 만들어 수은압입법(MIP)에 의해 세공구조(기공률, 기공분포)를 측정하였다. 그림 5와 그림 6은 각각 성능 개선제의 도포 유무에 따른 콘크리트 깊이 별 전체 기공용적과 기공용적분포의 결과이다.

대상 데이터

홉수율 시험은 KS F 4930(콘크리트 표면도포용 액상형 흡수방지재) 및 KS F 2609(건축재료의 물흡수계수 측정방법)에 준하여 시험을 실시하였다. 투수성 시험은 독일 G사 제품의 GWT-4000kit 시험장치에 의해 투수성 시험을 실시하였다. 투기성 시험은 Torrent가 제안한 이론적 모델에 의하여 투기성 계수를 구하였다.

이론/모형

투기성 시험은 Torrent가 제안한 이론적 모델에 의하여 투기성 계수를 구하였다. 공극률 시험은 ASTM C 642(Standard Test Method of Density-Absorption, and Voids in Harden Concrete)에 의해 측정하였다.
투수성 시험은 독일 G사 제품의 GWT-4000kit 시험장치에 의해 투수성 시험을 실시하였다. 투기성 시험은 Torrent가 제안한 이론적 모델에 의하여 투기성 계수를 구하였다. 공극률 시험은 ASTM C 642(Standard Test Method of Density-Absorption, and Voids in Harden Concrete)에 의해 측정하였다.
검토하였다. 홉수율 시험은 KS F 4930(콘크리트 표면도포용 액상형 흡수방지재) 및 KS F 2609(건축재료의 물흡수계수 측정방법)에 준하여 시험을 실시하였다. 투수성 시험은 독일 G사 제품의 GWT-4000kit 시험장치에 의해 투수성 시험을 실시하였다.

성능/효과

1) 콘크리트 침투성 방수제의 흡수율의 경우 침투식 방수제를 도포한 경우 도포하지 않은 경우에 비해 물의 흡수가 약 30%로 도포함으로써 물의 침투깊이가 1/6정도로 감소하는 것으로 나타났다. 또한 투수성의 경우 수밀 정도가 2.
그 결과, 도포한 콘크리트는 도포하지 않은 Plain 콘크리트에 비해 물의 흡수가 30%전후 정도임을 알 수 있고, 설계기준강도가 낮을수록 그 효과가 큰 경향이 있으나, 설계기준강도 24MPa 이상부터 그 효과가 거의 동일한 것으로 나타났다.
05μm이하의 작은 기공이 증가하여 콘크리트 조직이 상당히 치밀해지고 있음을 알 수 있다. 그리고 5mm 이상부터 성능 개선제의 영향이 감소하고 있으며, 10mm이상부터 거의 효과가 없는 것으로 나타났다. 따라서 침투식 방수제는 콘크리트 표면으로부터 10mm이상 침투가 되며, 특히 5mm까지는 콘크리트 조직을 상당히 치밀하게 하는 것으로 판명되었다.
7배 정도 수밀성이 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 설계 기준강도가 작을수록 그 효과가 뛰어난 것으로 분석되었다.
이로서 콘크리트의 조직이 치밀해져 강도 증진과 방수성능 및 염화물 이온, 이산화탄소, 물과 같은 이물질의 차단성능이 향상된다. 그리고 침투식 방수제를 콘크리트 도포하면 콘크리트 표면으로부터 약 10mm까지 침투가 되며, 특히 5mm까지의 콘크리트 조직을 치밀하게 만드는 효과가 두러지게 나타났다.
도포한 콘크리트의 공극률은 Plain에 비해 1.9~2.5배 정도 감소하는 것으로 나타났으며, 특히 설계기준강도 18MPa 콘크리트에 적용한 경우에는 공극률 감소 효과가 뛰어난 것으로 나타났다.
그리고 5mm 이상부터 성능 개선제의 영향이 감소하고 있으며, 10mm이상부터 거의 효과가 없는 것으로 나타났다. 따라서 침투식 방수제는 콘크리트 표면으로부터 10mm이상 침투가 되며, 특히 5mm까지는 콘크리트 조직을 상당히 치밀하게 하는 것으로 판명되었다.
또한 투수성의 경우 수밀 정도가 2.5배 정도 이상 증가하였고, 투기성의 경우 투기계수가 3배 이상 감소 및 공극률의 경우 1.9~2.5배 정도 감소하였다.
이상의 콘크리트 침투식 방수제의 메카니즘을 정리하면, 실리케이트는 콘크리트의 수화생성물인 Ca(OH)₂와 반응하여 규산염을 만들고, 또한 해조류 추출물 S는 Na⁺성분과 콘크리트 내의 Ca²⁺ 과 교차결합에 의해 안정된 겔을 형성하고 또한 연속적으로 반응을 한다. 이로서 콘크리트의 조직이 치밀해져 강도 증진과 방수성능 및 염화물 이온, 이산화탄소, 물과 같은 이물질의 차단성능이 향상된다.
이처럼 침투식 방수제를 도포함으로써 시멘트 수화생성물인 수산화칼슘 등과 반응하여 규산칼슘 수화물을 생성하여 흡수율, 투수성, 투기성 및 공극률에 대해 분석한 결과 콘크리트 내부의 공극을 메워 조직이 치밀하게 되어 수밀 성능이 향상된 결과로 분석된다.
침투식 방수제를 도포한 결과, 콘크리트 표면으로부터 5mm까지 기공률이 50%으로 감소하고 있으며, 0.05μm 이상의 비교적 큰 기공이 감소하고 0.05μm이하의 작은 기공이 증가하여 콘크리트 조직이 상당히 치밀해지고 있음을 알 수 있다. 그리고 5mm 이상부터 성능 개선제의 영향이 감소하고 있으며, 10mm이상부터 거의 효과가 없는 것으로 나타났다.

후속연구

2) 본 연구에서 개발된 침투식 방수제를 콘크리트 표면에 도포하면 콘크리트 표면의 조직이 치밀해져 강도 증진과 방수성능 및 염화물 이온, 이산화탄소 가스, 수분과 같은 이물질의 차단성능 향상에 크게 기여할 것으로 판단된다.
3) 본 연구에서 콘크리트의 침투식 방수제를 실제 콘크리트 구조물에 안정적으로 적용하기 위해 장기적인 성능검증 및 다양한 콘크리트에 적용성을 검토할 예정이다.

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