응결시간 조절형 아질산계 방청제 개발에 관한 실험적 연구

Abstract

철근 콘크리트(Reinforced Concrete)조는 내진성, 내화성, 내구성에 매우 우수한 구조로서 아파트 , 단독주택, 학교, 병원 등 건축구조물 뿐만 아니라 댐, 교량, 공항, 방파제 등 토목구조물에 널리 사용되고 있는 구조이다. 콘크리트 및 철근이 구조재료로서 가장 널리 쓰이는 이유는 콘크리트와 철근의 원료인 석회석, 골재, 철광석 등의 천연자원이 풍부하고 다른 구조재료보다 경제성이 매우 우수하며 철근이 부식하지 않는 한 반영구적으로 사용할 수 있다는 점에 기인한다. 그러나 최근 강자갈, 강모래 등의 천연골재의 고갈로 인하여 바다모래, 부순 자갈 등의 사용이 증가하고 있다. 특히 해사에는 염화나트륨(NaCl), 염화마그네슘(MgCl2)과 같은 염화물이 존재하고 있으며, 콘크리트에 이와 같은 염화물이 도입되면 염화물 이온(Cl-, 염소이온)량의 증가와 더불어 철근 표면을 감싸고 있는 치밀한 부동태 피막이 부분적으로 파괴되어 철근표면의 전위가 매크로적으로 불균일하게 되고, 전기화학적 반응에 의한 전류 흐름이 발생하면서 철근이 부식하게 된다. 콘크리트 내의 철근부식 억제 방법 중 하나는 방청제 혼입이 있다. 아질산계 방청제의 사용은 철근 콘크리트 구조물에 발생하는 다양한 철근부식을 방지하기 위한 대책중의 하나이다. 방청제의 종류 중 그 성능이 입증된 아질산 칼슘(Ca(NO2)2)과 보수용 방청제로서 새롭게 개발된 아질산 리튬(LiNO2)이 있다. 이 2종류의 방청제는 콘크리트의 부식을 방지하는데 좋지만 아질산 칼슘 방청제를 시멘트 중량의 3%이상 함유할 경우에는 아초산 칼슘의 경화 촉진성으로 시멘트계 재료가 급격히 경화된다. 반면 아질산 리튬 방청제는 시멘트 중량의 10% 이상 고농도로 첨가해도 촉진 경화성을 나타내지 않고 아초산 칼슘에 비하여 탄산화 억제 성능, 염해 억제 성능, 방청성능이 우수하기는 하나 가격이 높기 때문에 경제성이 떨어져 아질산 칼슘의 사용이 더 많은 실정이다. 콘크리트의 응결 시간은 콘크리트의 시공성과 내구성에 영향을 주기 때문에 콘크리트의 응결시간을 확보하면서도 방청성분을 대량으로 혼입할 수 있는 방청제의 개발이 필요하다. 따라서 본 논문은 아질산칼슘의 대량혼입 및 이에 따른 응결 촉진을 조절하기위하여 지연제의 선정을 통하여 방청성분이 대량 함유되면서도 응결시간을 자유로 조절할 수 있는 아질산계 방청제 개발이 목적이다.

(1) 모르타르 응결실험에서 지연제 Sodium Gluconate를 0.1%, 0.13%, 0.15%를 사용하여 아질산칼슘 방청제를 3%, 5%, 7%에 각각 혼입한 결과 지연의 효과를 보았지만 0.13%과 0.15%에서는 응결시간이 OPC의 응결시간보다 을 넘어가서 콘크리트의 워커빌리티가 떨어질 우려가 생겨 0.1%를 함유하면 콘크리트의 응결시간에 의한 시공성을 확보할 것으로 판단된다.

(2) 무첨가한 철근의 부식속도가 0.27mpy이고, 염분이 2.4㎏/㎥를 함유한 철근의 부식속도는 0.87mpy로 0.6mpy라는 부식속도 차이가 났고 이는 건물의 수명을 100년을 기준으로 보았을 때 염분을 2.4㎏/㎥함유한 건물의 수명은 1/3수준인 약 33년 정도뿐이 안 된다고 판단된다.

(3) 몰비 7수준의 실험에서는 방청제의 적정 함유량을 찾은 결과, 일반 철근의 부식속도인 0.27mpy를 만족할 수 있는 몰비는 0.6인 것으로 나타나 몰비가 0.6이상에서 우수한 방청성능을 가지는 것이 확인 되었다.

(4) 본 연구에서는 아질산 칼슘의 문제점인 대량 혼입시의 급결의 문제점을 해결 하고자 실험을 실시하였다. 그 결과 지연제 Sodium Gluconate를 0.1%를 혼합하였을 때 일반 응결시간에 만족하는 결과를 나타낼 수 있었다. 새로운 방청제의 개발과 함께 실시한 전기화학적 방식성능 실험에서도 염화물이 없는 일반 철근의 부식 속도인 0.27mpy를 만족하는 결과로 새로운 방청제의 부식성능 또한 검증이 되었다