콘크리트 중성화 시험
콘크리트 중성화시험은 콘크리트 내부 철근의 부식을 유발할 수 있는 탄산화(중성화) 정도와 깊이를 평가하는 중요한 내구성 검사입니다. 구조물의 내구성 및 철근의 부식 가능성을 사전에 진단하고 필요한 보수계획을 수립하는데 목적이 있는 중성화(탄산화) 시험에 대해 아래와 같이 정리하였으니 참고하시기 바랍니다.
비파괴시험의 종류
<콘크리트 비파괴시험>
<강재 비파괴시험>
- 방사선 투과시험
- 자분탐상법
- 초음파탐상법
콘크리트 중성화 발생 원인
- 경화한 콘크리트는 시멘트의 수화생성물로써 수산화 석회를 함유하여 강알칼리성을 나타냄
- 수산화 석회는 시간의 경과와 함께 콘크리트 표면으로부터 공기중의 CO₂의 영향을 받아 서서희 탄산석회로 변하여 알칼리성을 상실하게 되는데 이와 같은 현상을 콘크리트 중성화(탄산화)라고 함
콘크리트 중성화 발생 Mechanism
콘크리트 중성화는 공기중의 탄산가스 또는 산성비가 콘크리트 중의 수산화 칼슘과 화학반응하여 서서히 탄산칼슘(CaCo₃)이 되면서 콘크리트의 알칼리성을 상실합니다.
결과적으로 철근이 부식하고 팽창압이 발생하여 이 팽창압이 콘크리트 응력을 넘어서면 균열이 발생하고 균열부로 수분과 이산화탄소가 침투하여 열화가 급격하게 진행됩니다. (아래 열화 모식도 참고)
콘크리트 중성화 방지대책
- 재료 선정
- 시멘트 : 건조 후 공극률이 커질수록 중성화 빠름(중용열형, 내황산염형, 포졸란 혼합)
- 골재 : 천연산에 비해 경량골재는 자체기공이 많고, 투수성이 크므로 중성화 속도 빠름 / 알칼리 잠재 반응성 시험 결과 무해한 골재 사용
- 콘크리트 배합
- 적당량의 공기량 도입(AE제)
- 혼화제(감수제, 공기 연행 감수제, 유동화제)를 사용하면 W/C 비가 갖게 되어 시멘트 입자가 분산되어 밀실한 콘크리트로 중성화 억제
- 단위 시멘트량 최소화
- 플라이애시, 실리카퓸, 고로 슬래그 미분말을 혼합하여 사용
- 콘크리트 시공
- 다짐을 충분히 하여 밀실한 콘크리트 시공
- 초기양생을 소정기간 동안 시행
- 이어붓기 장소에서 주의
- 콘크리트 구조물 유지관리 대책
- 외부로 부터 습기나 물의 침입을 막을 것
- 해수 또는 해풍의 영향을 받는 지역에서는 실외 부재에 방수성 마감
콘크리트 중성화(탄산화) 시험 방법
(1) 페놀프탈레인법(지시약법)
- 지시약은 수소이온농도에 따라 그 색상이 변하는 것을 근거로 피측정물질의 산성과 염기성 정도를 측정
- 산과 염기가 중화하는 적정 당량점을 판별하고 수소이온농도를 파악하기 위해 사용
- 콘크리트는 시멘트 수화물에 다량의 Ca(OH)₂을 함유하기 때문에 보통 강알칼리성(pH12~13)을 나타낸다.
- 콘크리트에 공기 중의 이산화탄소(CO₂)가 작용하면, CaCO₃을 생성하여, 수화물 중의 강알칼리를 나타내는 Ca(OH)₂이 소실되어 점차 pH농도가 낮아지는 탄산화가 진행된다.
- 따라서 탄산화 진행에 따라 콘크리트 수소이온농도가 달라지므로 지시약을 사용하여 변색의 유무로 탄산화 여부를 판정할 수 있다.
- 측정방법
- 콘크리트 측정부위를 드릴로 천공, 모시리부 국부파손, 코어채취 등을 이용하여 시험체를 만든다음 압축공기 뿜기, 솔질, 물청소 등으로 표면을 깨끗이 청소
- 페놀프탈레인 1% 용액(페놀프탈레인 1g을 95% 에틸알콜 90ml로 용해하고, 증류수를 첨가하여 100ml로 한다) 시약을 스프레이 등으로 측정면에 분무
- 분무시기는 표면 청소 직후 또는 물청소를 하였을 경우 표면이 완전히 건조되었을 때 실시
- 중성화 깊이에는 착색 후 퇴색되는 영역도 중성화 영역에 포함
- 중성화 깊이는 조사위치 마다 3군데씩 측정하여 그 평균값을 mm단위로 사사오입한다.
(2) pH meter에 의한 방법
- pH meter를 이용한 시료의 pH 측정은 아직 탄산화가 되지 않았지만 곧 중성화가 될 우려가 있는 시료에 대해서도 예측이 가능하다는 장점이 있음(단점 : 시료의 전처리 및 측정의 어려움)
- pH meter를 이용한 측정을 위한 시료는 0.15mm 이하까지 분쇄하여 시료 10g을 50㎖ 비커에 넣고 증류수 25㎖를 넣어 잘 교반하여 30분 이상 방치한 후 현택액을 검액으로 pH를 측정한다.
- 이때 주의할 점은 Ca(OH)₂ 이 400℃∼500℃ 에서 열에 의해 탈수되므로, 커터에 의한 열 발생을 최소화하고, Ca(OH)₂ 이 물에 녹기 때문에 건식커터를 사용해야 한다.
구조물의 내구성 및 철근의 부식 가능성을 사전에 진단하고 필요한 보수계획을 수립하는데 목적이 있는 콘크리트 중성화 시험과 콘크리트 중성화 발생원인 및 양상, 중성화 발생 Mechanism, 중성화 방지대책 등에 대해 위 자료 참고하시기 바랍니다.