Concrete Carbonation 콘크리트 중성화가 구조물에 미치는 악영향

콘크리트 중성화가 구조물에 어떤 악영향을 미치는지, 왜 중성화가 일어나는지, 대책으로는 어떠한 것이 있는지 알아보도록 하겠습니다.

우리가 사용하는 구조물들은 대부분 철근콘크리트로 구조체가 만들어져 있습니다. 이 콘크리트 라는 것 자체는 엄청난 발견의 산물로 인간 삶에 없어서는 안될 중요한 건설재료입니다.

댐을 만들고, 건물을 짓고, 원자력발전소를 건설하고, 도로를 포장하는 등 주변으로 눈을 돌리면 어느 곳에나 이 콘크리트가 있습니다.

이 단단하고 튼튼한 콘크리트가 어쩌다가 말랑말랑 해지기도 하는데요, 이것을 우리는 콘크리트의 중성화라고 합니다.

콘크리트 중성화의 의미(Concrete Carbonation)

콘크리트는 강알칼리성(pH12.5 정도)을 띄고 있습니다. 그런데 이 강알칼리성에서 산성쪽으로 pH가 8.5 이하로 떨어진 것을 중성화라고 합니다.

시멘트가 물과 만나 수화반응을 일으켜 강알칼리성의 튼튼한 콘크리트가 됩니다.

이렇게 튼튼하게 사용되어 오던 강알칼리성의 콘크리트가 대기중의 이산화탄소(CO₂)를 만나게 되면 탄산칼륨(CaCO₃)과 물(H₂0)가 됩니다. 알칼리 성을 상실했다고 표현을 합니다.

콘크리트가 중성화가 되면 단단하던 콘크리트가 녹아내리거나 부스러지는 등 콘크리트를 사용하는 목적인 내구성을 상실하게 됩니다.

중성화가 된 콘크리트는 철근 표면에 생성되어 있던 부동태 피막이란 녀석을 파괴합니다. 그래서 방식성능(방어력)을 잃은 철근이 부식 되는 것이죠.

철근 부동태 피막이라 함은 부식 가능성이 있는 철근이 가지고 있는 내식상태를 의미하는데요. 건전한 철근콘크리트의 철근은 강알칼리성의 콘크리트 내부에서 철근표면에 수산화 산화물의 막을 가지고 있습니다.

콘크리트가 중성화가 되어 pH가 8.5이하로 떨어지면 철근의 부동태 피막이 파괴되고 내식성을 잃은 철근의 부식이 일어나게 됩니다.

철근이 부식되면 그 지름이 최대 2.6배까지 부피가 늘어나게 되는데요. 부피가 늘어나면서 주위를 감싸고 있던 콘크리트를 밀어내게 되어 콘크리트의 균열을 야기 시킵니다.

콘크리트의 균열 사이로 대기 중에 CO₂와 산성비 같은 빗물의 유입으로 중성화와 철근부식이 더욱 가속화 되고 구조물의 내구성을 현저히 떨어뜨리게 됩니다.

가장 좋은 방법은 철근의 피복두께를 두껍게 하는 것입니다. 피복두께는 12cm이상으로 하였을 때 중성화를 상당히 저감시킬 수 있습니다.

하지만 시공상의 경제성이나 사용성에 따라서 피복두께가 결정되기 때문에 이 방법에는 한계가 있습니다.

다른 방법으로는 콘크리트를 배합 할 때 AE제나 AE감수제를 투입하여 수밀성을 증대시키고 하고 혼화재(fly ash, Slag)의 사용을 억제하여 중성화를 저감시킵니다.

시공 중에는 다짐과 양생을 철저히 하고 콘크리트 재료분리의 방지와 Cold Joint가 발생하지 않도록 시공관리에 노력을 기울여야 합니다.

여기서 콘크리트에 균열이 발생하지 않도록 관리하는게 중요합니다.

유지관리면에서는 균열 발생 즉시 보수보강을 하여야 하고, 습도를 높이고 온도를 낮추는 등의 방법이 있으나 유지관리 비용이 많이 들기도 합니다.