콘크리트 중성화 깊이 측정

콘크리트 중성화 깊이 측정

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가. 개 요

       탄산화에 의해서 문제가 발생되는 것은 콘크리트 자체에서 생기는 것이 아니고, 콘크리트 중의 철근에 녹이 발생함으로써

문제를 일으키는 것이다. 탄산화에 의한 철근부식 메커니즘은 그림과 같다.

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                          【그림】탄산화에 의한 철근부식 메커니즘

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탄산화가 일어나는 메카니즘을 보면 시멘트의 수화 반응에서 생성되는 수산화 칼슘 [Ca(OH)2]은 pH 12～13정도의 강 알카리성을 나타내지만 대기중에 포함되어 있는 약산성의 탄산가스(약 0.03%)와 접촉하면 탄산칼슘과 물로 변화하고 탄산칼슘으로 변화한 부분의 pH가 8.5～10 정도로 낮아지게 된다. 따라서, 콘크리트의 탄산화는 일반 환경하에서도 진행되기 때문에 매입된 철근의 부식에 따른 문제가 가장 기본적이며 중요하다.

콘크리트 내부의 pH가 11 이상에서 철근은 표면에 1×10-6mm 두께의 수산화물 (γ-Fe2O3․nH2O) 부동태막을 형성하므로 산소 침입을 막아 철근의 부식을 방지하지만 탄산화에 의하여 pH가 11 보다 낮아지면 부동태막이 파괴되면서 철근에 녹이 발생하게 된다. 이러한 녹은 원래 부피의 약 2.5배에서 최대 7배까지 팽창하며 녹의 팽창압력에 의해 콘크리트 내부에는 균열이 발생하게 되며 철근의 부착강도 저하, 피복 콘크리트의 탈락, 철근 단면적의 감소 등 구조물의 내구성 저하를 초래하게 된다. 이러한 원인으로 녹의 진행과 함께 콘크리트 표면에 균열, 박리, 박락 등을 초래하기 때문에 콘크리트 구조물의 내구성 면에서 탄산화를 파악하는 것이 중요하다.

일반적으로 현장에서 간편하게 이용되는 페놀프탈레인법을 이용하여 콘크리트의 탄산화 진행 정도를 측정한다.

 

【표】탄산화 상태평가 기준

등 급	탄산화 잔여깊이	철근부식의 가능성
a	∘30mm 이상	탄산화에 의한 부식발생 우려 없음
b	∘10mm이상 ～ 30mm 미만	향후 탄산화에 의한 부식 가능성 있음
c	∘0 mm이상 ～ 10mm 미만	탄산화에 의한 부식 가능성 높음
d	∘0mm 미만	철근 부식 발생
e	-	-

    

  

  나. 시험 방법

일반적으로 콘크리트의 미세공극중의 수분은 포화 수산화칼슘(Ca(OH)2) 용액과 이것에 약간의 수산화나트륨과(NaOH), 수산화칼륨(KOH)을 함유한 용액으로서 존재하고 이 때 pH는 약 12.5이다. 강 알카리 환경하에서 철근은 그 표면에 수화 산화물로 이루어진 얇은 산화막(20～60Ao)을 형성하고 부동태화되어 있기 때문에 이를 부동태피막이라 하며 철근은 부식작용으로부터 보호된다.

콘크리트중의 수산화칼슘은 시간의 경과와 함께 공기 중의 이산화탄소 (CO2)등의 침식성 가스와 반응하여 다음 식과 같은 탄산칼슘으로 되어 탄산화되는데, 이것을 일반적으로 탄산화라고 한다.

          탄산화 진행과정에 대한 화학방정식은 다음과 같다.

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현장에서 간편하게 이용되는 페놀프탈레인법(페놀프탈레인은 pH 지시약의 일종으로 1% 알칼리용액)을 이용하여 콘크리트의 탄산화 진행정도를 측정한다. 콘크리트 구조물에서의 탄산화 시험은 구조체에서 채취한 코어 또는 구조체 안전(내하력)에 영향을 미치지 않는 부위를 선정 일부분을 파손하여 노출된 대상 측정면에 가능한 빨리 분무하여 탄산화 깊이를 측정하며, pH 8.2∼10.0 이상의 알카리측에서 홍색으로 발색하며 중성측에서는 무색으로 나타나게 되는데, 탄산화 진행 깊이의 측정은 콘크리트 표면에서 발색점까지의 깊이를 버니어캘리퍼스 등으로 측정한다

콘크리트가 탄산화해도 압축강도 등의 성질에는 그다지 영향을 미치지 않고, 철근의 부식억제 효과만 잃게 되므로 탄산화 깊이가 철근위치까지 도달하고 있는지의 여부가 평가의 중심이 되며, 통상, 탄산화 깊이가 철근 위치까지 도달해 있다면 내구성에 문제가 있다고 판단한다.