[논문]콘크리트 구조물 보수용 단면복구재 및 표면보호재의 중성화 저항성 평가

박상순; 유충현; 박헌일; 신홍철; 유병철; 김영근

문제 정의

특히 표면보호재의 경우에는 중성화 침투깊이가 매우 작아서 기존의 페놀프탈렌인 분무에 의한 방법으로는 투과저항성을 파악하기 힘들고 이산화탄소 투과성 시험을 적용한 등가공기층 두께의 산정으로 보다 정확한 결과를 도출할 수 있는 것으로 평가되었다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 침투깊이 측정법과 함께 이산화탄소 투과성 시험을 통한 부동공기층 확산두께의 산정을 통해 보수재에 대한 중성화 저항성을 평가하였다.

제안 방법

콘크리트 시험체 100㎜×100㎜×400㎜를 EN 1766에 따라 제작하여 양생한 후 단면복구재, 표면보호재를 KS F 4936에 따라 제작하여 도포하고 양생한다.
기존의 방법을 통해 중성화 속도계수를 구할 경우 페놀프탈레인 분무에 따른 침투깊이 측정 시 시험자에 따른 편차가 발생할 가능성이 있고, 중성화 진행이 끝나는 시점을 정확히 평가하기 힘들다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 본 연구에서는 유럽의 시험규격인 BS EN 1502에서 규정한 등가공기층 확산두께 산정을 중성화 저항성 평가에 적용하였다. 등가공기층 두께의 산정은 재료내에서의 이산화탄소확산계수를 산정하는 방법으로, 침투깊이를 측정하기 위해 시편을 할렬 파괴하지 않으므로 동일한 시편으로 연속적인 시험을 진행할 수 있다는 장점이 있으며, 등가공기층 확산두께값(m)을 통해 재료의 중성화 저항성을 보다 명확하게 파악할 수 있다는 장점이 있다.
시험에 사용한 단면복구재 및 표면보호재는 KS F 4042, 4043, 4936에 따라 제작하여 도포하고 양생하였다. 단면복구재는 폴리머계열에 따라서 에틸렌-초산비닐 공중합체(Ethylene-vinyl acetate:EVA), 스틸렌부타디엔고무 공중합체(Styrene-butadiene rubber:SBR) 및 폴리아크린산에스테르 에멀젼(Polyacrylic ester:PAE) 등 3종의 폴리머시멘트를 적용하였으며, 표면보호재는 유기계 및 유무기혼합계의 2종류를 적용시켰다.
단면복구재와 기준 콘크리트 위에 표면보호재를 적용한 후 이산화탄소에 노출시킨 후 중성화깊이(d_k)와 이산화탄소 투과저항성를 측정한다. 본 연구에서는 이산화탄소의 투과저항성을 평가하는 계수로 기존의 중성화깊이 뿐 만 아니라 이산화탄소 투과량과 등가공기층 확산두께를 사용하였다.
)와 이산화탄소 투과저항성를 측정한다. 본 연구에서는 이산화탄소의 투과저항성을 평가하는 계수로 기존의 중성화깊이 뿐 만 아니라 이산화탄소 투과량과 등가공기층 확산두께를 사용하였다. 이산화탄소 투과량은 일정한 부분적인 압력이나 농도의 차에 의해서 코팅재의 제곱미터 면적을 통해 하루 동안에 투과된 이산화탄소의 량(g/㎡·d)으로 나타낸다.
시험체를 24시가 동안 표준상태에서 정치한 후 (60±10)%, (21±2)℃에서 이산화탄소 농도를 10%로 노출시킨다. 시험체의 코팅된 면을 측정용 가스에 노출시키고 이산화탄소 흡수량을 측정한다, 셀 주변으로 가스가 새지 않도록 흡수한 이산화탄소를 담는 측정셀과 시험체를 밀봉한다. 측정셀은 건조상태의 이산화탄소를 대기온도 23±2℃에 보관하며 24시간 간격으로 중량을 체크한다.
두 번의 연이은 측정에서 시험용 셀의 무게 증가가 변함이 없을 때 시험을 완료한다. 측정값을 조정할 목적으로 이산화탄소 투과성을 알고 있는 참고용 필름(표준물질)을 각각의 연속적인 측정시 함께 측정한다. S_D는 다음식에 기초하여 도출한다.
(2) 기존의 코팅재료에 대한 중성화깊이 측정법을 보완하기 위한 방법으로 등가공기층 확산깊이를 산정하는 이산화탄소 저항성 시험을 제안하였다. 시험결과 단면복구재의 경우 중성화깊이 측정법을 통해 이산화탄소 투과저항성을 평가할 수 있는 반면 표면보호재의 경우에는 이산화탄소 투과량 측정을 통한 등가공기층 두께 산정법이 효과적인 이산화탄소 투과저항성능 평가방법임을 밝혔다.

대상 데이터

국내에서 현재 제작 판매되고 있는 단면복구재 및 표면보호재를 대상으로 시험을 실시하였다. 시험에 사용한 단면복구재 및 표면보호재는 KS F 4042, 4043, 4936에 따라 제작하여 도포하고 양생하였다.
국내에서 현재 제작 판매되고 있는 단면복구재 및 표면보호재를 대상으로 시험을 실시하였다. 시험에 사용한 단면복구재 및 표면보호재는 KS F 4042, 4043, 4936에 따라 제작하여 도포하고 양생하였다. 단면복구재는 폴리머계열에 따라서 에틸렌-초산비닐 공중합체(Ethylene-vinyl acetate:EVA), 스틸렌부타디엔고무 공중합체(Styrene-butadiene rubber:SBR) 및 폴리아크린산에스테르 에멀젼(Polyacrylic ester:PAE) 등 3종의 폴리머시멘트를 적용하였으며, 표면보호재는 유기계 및 유무기혼합계의 2종류를 적용시켰다.

성능/효과

(2) 기존의 코팅재료에 대한 중성화깊이 측정법을 보완하기 위한 방법으로 등가공기층 확산깊이를 산정하는 이산화탄소 저항성 시험을 제안하였다. 시험결과 단면복구재의 경우 중성화깊이 측정법을 통해 이산화탄소 투과저항성을 평가할 수 있는 반면 표면보호재의 경우에는 이산화탄소 투과량 측정을 통한 등가공기층 두께 산정법이 효과적인 이산화탄소 투과저항성능 평가방법임을 밝혔다.
등가공기층 두께의 산정은 재료내에서의 이산화탄소확산계수를 산정하는 방법으로, 침투깊이를 측정하기 위해 시편을 할렬 파괴하지 않으므로 동일한 시편으로 연속적인 시험을 진행할 수 있다는 장점이 있으며, 등가공기층 확산두께값(m)을 통해 재료의 중성화 저항성을 보다 명확하게 파악할 수 있다는 장점이 있다. 특히 표면보호재의 경우에는 중성화 침투깊이가 매우 작아서 기존의 페놀프탈렌인 분무에 의한 방법으로는 투과저항성을 파악하기 힘들고 이산화탄소 투과성 시험을 적용한 등가공기층 두께의 산정으로 보다 정확한 결과를 도출할 수 있는 것으로 평가되었다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 침투깊이 측정법과 함께 이산화탄소 투과성 시험을 통한 부동공기층 확산두께의 산정을 통해 보수재에 대한 중성화 저항성을 평가하였다.
표면보호재에 대한 이산화탄소 침투깊이 변화특성을 56일간 측정한 결과 1% 페놀프탈레인 용액 분무에 의해서는 이산화탄소가 침투하지 못한 것으로 평가되었다. 반면 이를 등가공기층 확산두께(S_D)로 구하면 각 52.
단면복구재의 이산화탄소 침투깊이는 노출시간에 따라 증가하는 경향을 나타내었으며, 일반 콘크리트에 비해서는 우수한 저항성을 가진 것으로 나타났다. 노출시간에 따른 뚜렷한 침투경향성을 나타내므로 기존의 침투깊이 측정법을 통해서 충분히 이산화탄소 저항성을 평가하고 탄산화 속도를 도출할 수 있다고 판단된다.
(1) 3가지 다른 계열의 폴리머를 사용한 단면복구재 및 2가지 종류의 표면보호재에 대한 중성화 침투깊이 시험을 실시한 결과 단면복구재의 경우 KS F 4042에서 규정한 품질기준인 침투깊이 2㎜를 초과하는 결과를 얻은 반면 표면보호재의 경우에는 전혀 이산화탄소를 투과하지 않은 것으로 평가되었다.

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