1. 개요
탄화(중화)란 콘크리트 중의 수산화칼슘 Ca(OH)2(강알칼리)가 공기중의 CO₂의 작용으로 서서히 알칼리화되어 철근의 부식을 촉진시키는 현상으로 부피에 의한 가속, 철근의 부식, 균열이 발생한다. 팽창(2.6배)으로 내구성이 급격히 떨어집니다.
2. 탄산화 메커니즘
1) 탄화 반응식
CaO + H2O -> Ca(OH)2 +125 cal/g
Ca(OH)2 + CO₂ -> CaCO3 (약알칼리성, 부동태 피막 파괴) + H2O (탄산수축)
2) 철근 부식 메커니즘
3. 탄산화 시험 절차
1) 중화를 위한 탄산주입
① 노출시험 : 실제 구조물이 노출될 조건에서 시료를 옥외에 노출(장시간 소요)
② 탄산가스에 의한 중화촉진시험
: 시료를 밀폐된 공간에 두고 액화탄산가스(이산화탄소 농도 5~10%, 실온 30~35도, 습도 50~70%)를 주입합니다.
2) 중성화 측정
① 콘크리트를 파쇄하여 철근 노출단면에 1% 페놀프탈레인 용액을 분사하고 부재의 색상으로 중성화 깊이를 측정한다.
② 적색이면 강알칼리성을 유지하고 무색이면 탄화로 강알칼리성을 상실한 것이다.
4. 탄산화 깊이에 따른 경감 손상 및 보수 판정 기준
t1: 비경제적인 잔여 수명
t2: 적절한 잔여 서비스 수명
t3: 위험한 남은 서비스 수명
t4: 심한 노화
5. 탄화를 촉진하는 요인(큰 기공, 더 많은 물)
1) 시멘트 : 중열 저알칼리 시멘트, 저분말 시멘트 사용
– 낮은 분말성은 입자가 크고 비표면적이 작은 시멘트를 의미합니다. 입자가 크면 CO2가 더 쉽게 침투하여 탄산칼슘을 형성하고 탄화를 촉진합니다.
– 입자가 크고 비표면적이 작은 시멘트는 수화속도가 느리고 탄산화되는 시간이 오래 걸린다. 시멘트는 굳는 데 시간이 오래 걸리므로 탄화하는 데 시간이 오래 걸리므로 탄화를 촉진합니다.
2) 경량골재(다공질) 사용
3) 혼합재료의 과다사용
4) 고함수비 바인더 사용(물많음)
6. 중성화 지연 대책(공극 감소, 수분 감소)
1) 자재 관리
– 고알칼리성 시멘트 사용
– 입도 및 형태가 균일한 고품질 골재 사용(빠른 수화)
– 감수제, 고성능감수제 등 첨가제의 적정사용(소량)
2) 혼합물 관리 – W/B를 낮게 유지,
3) 공사
– 막대의 단면이 최대한 크다(물 침투 어려움)
– 충분한 도막두께(물 침투 어려움)
– 재료분리 방지 등 조밀한 콘크리트 시공(물이 거의 침투하지 않음)
– 표면처리를 통한 이산화탄소 및 산성비 침투 제어
7. 결론
탄산화는 콘크리트 내구성을 저하시키는 가장 큰 요인이다. 탄화우려시설은 시설물의 안전 및 유지에 관한 특별법에 의거 시설의 종류에 따라 신속히 진단·점검을 하여 내구성 저하를 방지하여야 합니다.