문제] Concrete 중 철근의 부식 원인과 방지 대책에 대해 기술하시오.
답]
Ⅰ. 개요
① 콘크리트 속에 매입한 철근의 부식은 콘크리트의 강도와 내구성에 크게 영향을 미치는 요인 중 하나이다.
② 철근의 부식에 의하여 콘크리트에 균열이 발생하고, 열화를 촉진하여 콘크리트의 수명을 단축시키는 결과를 초래한다.
Ⅱ. 부식의 형태 Mechanism
1) 전면 장기 부식
2) 국부 장기 부식
① 공간(간극) 부식
② 틈간 부식
③ 박리 부식
III. 철근 부식 원인
1) 염해
① 염혜란 콘크리트 중에 염화물이 존재 철근을 부식함으로써 콘크리트 구조물에 손상을 입히는 현상을 말한다.
② 밀실한 콘크리트는 알칼리성이 높아 철근 표면에 부동태 피막을 생성하여 강재를 부식으로부터 보호한다.
2) 중성화
① 중성화란 공기 중의 탄산 가스 및 산성비로 인하여 콘크리트의 수산화칼슘(강알칼리)이 탄산칼슘(약알칼리)으로 변화되는 일련의 과정을 말한다.
② Conerete가 중성화되면 철근의 부동태막이 파괴되어 철근 부식이 진행된다.
* Ca(OH)2 + CO₂→ CaCO3 + H2O
* 수분침투 → 철근부식 → 철근팽창 → Concrete 균열
3) 알칼리 골재반응 (AAR: Alkali Aggregate Reaction)
① 알칼리 골재반응이란 콘크리트 중의 수산화알칼리와 골재 중의 알칼리반응성 광물이 Silica나 황산염과의 사이에 일어 나는 화학반응을 말한다.
② 알칼리 골재 반응에 의해 철근이 부식된다.
* 시멘트의 알칼리 + 골재 중의 실리카에 황산염 ⇒ AAR 골재팽창 ; 골재팽창 → Concrete 균열
4) 동결융해
① Concrete에 함유 되어있는 수분이 동결하면 동결 팽창(9%)할 수 있는 양의 수분이 콘크리트 사이를 이동하여 그때 생기는 수압으로 Concrete를 파괴하는 현상을 말한다.
② 파괴된 Concrete 사이로 공기와 수분이 침투하여 철근이 부식된다.
5) 온도변화
① 양생하는 동안 급격한 온도변화, 특히 갑작스런 냉각은 표면에 균열을 발생시켜 내구성이 저하되는 원인이 되기도 한다.
② 균열의 폭이 일정 이상이 되면 균열 사이로 증기와 수분이 침투하여 철근이 부식된다.
6) 건조수축
① Concrete 타설 후 Concrete 중의 수분이 증발하면서 건조수축이 일어난다.
② 건조수축으로 인한 균열의 폭이 일정 이상이 되면 균열 사이로 공기와 수분이 침투하여 철근이 부식된다.
7) 진동, 충격
① 콘크리트 타설 후 7일 동안은 작업하중, 충격, 진동 등을 방지해야 한다.
② Concrete 양생 중의 진동, 충격은 철근 부식 및 내구성 저하의 요인이 된다.
8) 파손, 마모
① Concrete의 재령이 경과한 후에도 과적재 하중은 피해야 한다.
② Concrete의 마모 및 파손
Ⅳ. 방식의 필요성
① 염해방지
② 중성화 방지
③ 백화현상 방지
④ 콘크리트 내구성 증진
⑤ 수밀성 유지
⑥ 동결융해 방지
V. 방지대책 (방식공법)
1. 철근의 방식 공법
1) Concrete 표면 라이닝
- Concrete 표면을 라이닝 또는 도장하여 유해 물질의 침투로부터 보호하는 공법이다.
2) 강재 도금
- 강재를 아연도금으로 피복하여 강재의 부식을 원천적으로 봉쇄하는 방법.
3) 전기방식
- 외부 전원방식, 유전양극 방식 등을 이용하여 강재의 부식을 방지하는 방법이다.
4) 방청제
- Concrete 속에 강재 부식을 방지하기 위하여 아질산계 등의 혼화제를 사용하는 방법이다.
5) 방식성 강재
- 염류에 대한 영향을 최소화하기 위해 내염성 강재를 사용한다.
6) 염소이온량
- Concrete 중의 염소 이온량을 적게하여 강재의 부식을 방지하는 방법이다.
7) 피복두께 – 강재 외부의 피복두께를 두껍게 헌다.
8) 밀실 두께
- Concrete의 W/C비를 될 수 있는 한 적게하고 고로슬래그, 미분말 등의 포졸란을 사용한다.
9) 특수 Concrete 사용
2. Concrete의 방식 공법
1) 방수막 형성
① Concrete 외부면에 역청제 또는 고분자계를 이용하여 방수 처리함으로써 외기와 차단시키는 공법
② 방수 공법은 시트방수와 도막방수로 나뉜다.
2) 미장
- 구조물의 콘크리트를 보호하기 위해서 외벽에 Cement Mortar로 피복하는 방법
3) 도장
① 도료를 이용하여 콘크리트 외부에 도장처리하여 외기로부터 콘크리트를 보호하는 방법
② 도료의 종류에는 수성용 도료, 에폭시, 우레탄, 염화비닐 등이 있다.
4) 뿜어붙이기
- 구조물의 표면에 고성능 방수제를 혼입한 Mortar를 뿜어 붙이기하여 외기로부터 Concrete를 보호하는 방법
5) 침투액 도포
- 콘크리트 표면에 침투성이 강한 폴리우레탄 에멀젼 등을 직접 바탕면에 분사시켜 Concrete면을 보호하는 공법
6) 방화 물질 혼합 공법
- 콘크리트는 시공 시 분말 또는 용액의 방수 물질을 혼입하여 콘크리트의 간극을 적게함으로써 여기로부터 보호하는 방법
7) 팽창제 사용
- Concrete에 25~60kgf/m3 정도의 팽창재를 혼입하여 건조수축을 감소시키고, 균열을 억제하여 Concrete의 열화를 방지한다.
VI. 결론
1) 콘크리트 구조물이 외부의 산, 염기, Co₂로부터 크게 영향을 받아 Concrete의 열화가 우려될 경우가 생긴다.
2) 콘크리트 표면을 특수한 공법으로 처리하여 외부의 악영향으로 부터 철근을 보호하며, 철근의 부식을 최대한 억제하여야 한다.
2024.05.16 - [건축시공기술사 Sub Note] - 건축시공기술사 서브노트 : Settlement joint (침하줄눈)