마감재 종류에 따른 철근콘크리트 구조물의 확률론적 탄산화 철근부식 평가

Abstract

철근콘크리트 구조물의 내구성을 저해하는 요인은 여러 가지가 있다. 대표적으로 염해, 동결융해, 탄산화, 화학적 작용, 알칼리 골재 반응(AAR 반응) 등이 존재하며 이러한 영향으로 구조물의 성능, 내구성이 저하가 되고 있다. 현재 시공되고 있는 구조물의 대부분은 철근콘크리트조 이며, 내구성 저하는 단순히 하나의 구조물에만 국한된 것이 아니고 도시 또는 국가적으로 사회적 비용증가의 원인이 될 수 있으므로 철근콘크리트의 내구성, 성능저하에 대한 원인규명 및 대책이 필요하고 이 분야의 연구가 많이 진행되어야 한다. 내구성 저하의 요인 중 탄산화는 1960년대 이후 대기 중의 CO2 농도가 급격히 상승하고 있고 앞으로도 상승하리라고 예상하고 있다. 이러한 탄산가스의 증가는 구조물 표면에 침투하여 철근을 감싸고 있는 부동태 피막을 파괴 철근을 부식시키고 부식된 철근의 체적팽창을 통해 철근을 감싸고 있는 피복을 탈락시켜 더 많은 부식과 내구성 저하를 시키는 원인이 되고 있다. 구조물의 탄산화 진행속도와 내구수명을 예측하는 것은 재개발 및 리모델링 측면에 영향을 미치며, 정확한 내구수명 예측 없이 시장논리에 의해 재개발이 이루어진다면 경제적인 측면에서 커다란 손실을 초래하게 된다. 최근 수도권을 비롯한 신도시를 대상으로 재개발 및 리모델링을 목적으로 탄산화 진행예측 및 내구수명예측에 대한 연구가 다수 이루어지고 있다. 하지만 이러한 연구는 대부분 마감재를 고려하지 않고 있다. 구조체 에서 탄산화의 영향을 가장 먼저 받는 것은 마감재이고 내구수명 예측 시 마감재에 의해 해석이 달라질 수 있으므로 마감재를 고려한 연구가 필요하며, 또한 정확한 내구수명예측과 철근부식 확률을 구하기 위해서 여러 가지 변수를 적용할 수 있는 확률론적 탄산화 내구수명예측에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 정확한 내구수명을 예측하기 위해서 신축건물(아파트)의 마감재의 종류 두께를 조사하였고 철근피복두께의 깊이를 실측하였다. 현장과 동일한 배합표를 이용해 시험체를 제작 후 대상구조물에서 시공한 마감재를 동일한 방법으로 시공하였다. 마감재는 수성페인트, 다채무늬도료, 실크벽지를 사용하였고 마감재 시공 후 CO2 5%의 촉진탄산화 실험을 하였다. 따라서 연구에서 마감재별 탄산화 깊이 분포를 확인하였고 철근부식확률을 평가할 수 있었고 측정한 결과는 다음과 같다. 1) 철근 피복두께 현장 조사를 통하여 내벽의 철근피복두께 기준은 30mm로 실제 측정결과 37.8mm, 표준편차 13.2mm, 외벽의 철근피복두께 기준은 40mm로 실제 측정결과 48.1mm, 표준편차 13.8mm로 철근피복두께 기준보다 약 3∼8mm를 범위에 위치하는 것으로 나타났다. 2) 마감재를 시공한 촉진 탄산화 실험한 결과를 통하여 탄산화가 철근위치까지 침투시를 한계상태로 했을 때 무마감의 경우 70년경과 시 (피복두께 30mm기준) 철근위치까지 도달하는 것으로 예측되었지만 실크벽지의 경우 (피복두께 30mm기준) 100년이 경과하여도 탄산화가 철근위치에 도달하지 않는 것으로 판단되었다. 3) 촉진탄산화를 통한 철근 부식 확률 평가 결과 무마감의 경우 부식 확률 30%가 되는 지점인 65년에 철근 부식이 시작되는 것을 예측할 수 있었으며 수성페인트 45년, 다채무늬도료 57년, 실크벽지 마감인 경우 200년경과 후 철근 부식 확률이 30%에 도달하는 것을 예측할 수 있었다.