1.1 개요 및 방법

콘크리트는 응결과정에서 수화반응으로 수산화칼슘(Ca (OH)2)이 형성되어 pH 12~13을 나타나게 되나, 시간이경과함에 따라 대기중의 탄산가스(CO2 : 0.03%)가 침투하면, 다음식에서와 같이 시멘트의 수화에 의해 생성된 수산화칼슘(Ca (OH)2)과 반응해서 비활성의 탄산칼슘(CaCO3) 으로 변화한다. 이에 따라, 콘크리트의 액성(pH)이 알칼리성(pH 12∼13)에서 중성화(pH 8.5∼10)으로 변화한다. 이를 콘크리트 중성화라 한다

 

CaO + H2O →   Ca(OH)2

Ca(OH)2 + CO2 →  Ca(OH)3 + H2O

{     Ca(OH)3 → 중성   

 

중성화의 판정은 페놀프탈레인 1%의 알콜 용액을 콘크리트면에 뿌리면 알칼리성의 부분은 붉은 보라색으로 나타나기 때문에 색깔이 변하지 않는 부분을 중성화된 것으로 판정한다

 

 

1.2 중성화에 따른 열화

콘크리트속에 뭍혀있는 철근은 콘크리트의 알카리성에 의해 부식환경으로부터 보호되고 있으나 시간의 경과에 따라 콘크리트의 알카리성분이 중성화가 진행된다.    철근의 표면에 부동태 피막이 생성되는 것은 pH=11 정도 이상의 강알칼리 환경이 필요하고 중성화하면 부동태 피막이 소멸되므로 강재가 부식된다.

 

따라서, 장시간 경과한 콘크리트는 녹을 발생시켜 철근을 부식, 철근의 부착강도 저하, 철근단면적 감소로 인한 저항모멘트의 저하, 피복 콘크리트의 균열 박리 등을 발생시켜 미관, 기능 및 안정성이 저하된다. 중성화 속도는 콘크리트의 투시성, 옥내·옥외의 환경조건, 콘크리트 표면의 마무리재의 종류 등에 따라 다소 다르고, 특히 중성화한 콘크리트 중으로 탄산이 들어오면 부식은 급속하게  진행되는 것으로 알려지고 있다.  이러한 중성화반응은 일정속도로 장기간 동안 진행되며, 이는 자연적인 현상으로 억제할 수 없다.

1.3 측정방법
 
 
조사대상 구조물에 임의의 개소(가능한 철근매립부분)에 코어를 뚫고 청소를 깨끗이 한 후 1%의 페놀프탈레인 용액을 분사하면 알칼리성 부분(pH=10이상)은 분홍색으로 변하며 색상의 변화상태에 의해 중성화 정도를 파악한다.
 
이때 코어채취할 때 콘크리트 내부의 분말이 중성화부분에 덮여 중성화를 왜곡시킬 수 있으므로 깨끗이 청소 후 실시하여야 하며, 코아채취후 48시간이지나면 표면이 중성화될 수 있어 측정이 불가능 하므로 채취 즉시 시험을 행하는 것이 가장 좋다.  또한 코어 채취가 곤란할 때는 시설물에 손상을 주지 않는 부위에서 약간 V-Cut 나 모서리부에 파취하여 중성화시험을 실시할 수 있다.
 
1.4 판 정
 
1.4.1 중성화의 이론적인 깊이추정
중성화 깊이를 추정하는 실험식은 여러 가지가 있지만 일반적으로 사용되고 있는 岸谷式을 적용한다.
岸谷式 ; W/C 0.6 인 경우 t = (X2(0.3 * (1.15+3W/C)))/(R2 (W/C-0.25)2 *100)
여기서  t ; 경과시간(년), X ; 중성화깊이(mm), W/C ; 물시멘트비, R ; 중성화비율상수(강자갈,보통포틀랜드시멘트는 1.0적용)

1.4.2 중성화에의한 성능저하등급
중성화에 의한 콘크리트의 성능저하등급은 아래에 의하고 이표에서 등급 A, B, C, D, E로 할 수 있으며, 등급D, E의 경우는 철근의 부식도를 검토 하여야하며, 필요한 경우에는 보수를 하여야 한다.

 

                   중성화에 의한 성능저하 등급

등급

중성화 깊이

비         고

A

표면으로부터 0.5cm 이하

중성화속도 추정

B

표면으로부터 피복두께의 1/3 또는 1.0cm 이하

중성화속도 추정, 도장등 보호 필요

C

표면으로부터 피복두께의 1/2 또는 1.5cm 이하

중성화속도 추정, 도장등 보호 필요

D

표면으로부터 피복두께 또는 3.0cm 이하

중성화속도 추정, 염화물함량과

철근부식도검토 또는 보수 필요

E

표면으로부터 철근위치 이상

철근부식도검토 또는 보수 필요

 

1.5 결과 분석
각 시설물의 평균피복두께와 중성화 깊이의 평균 측정치를 비교한 결과 중성화로 인한 철근 부식의 우려는 없는 것인지 판단하고, 이론적인 중성화깊이 추정치와도 비교분석한다. 이때 철근피복두께가 설계값이나 철근 피복두께 측정값과 중성화 측정값만 비교할 것이 아니라 철근피복부족구간 및 철근노출구간은 철근부식이 진행되고 있는 것을 판단하여야한다.

                

                       중성화 측정 결과표(Sample)

 

위  치

중성화 깊이(mm)

경과년수(년)

진행속도(mm/년)

비  고

교대

5

15

0.33

 

교각

4

15

0.27

 

  1.6 중성화에 의한 열화 방지 대책 중성화를 방지하기 위해서는 재료, 설계, 시공의 3가지 측면에 대하여 대책을 수립하여야 한다. 1) 재 료     재료는 공극이 적은 재료를 선정하고, 유해성분(NaCl, 점토)이 포함되지 않는 재료를 선정한다. 2) 설 계      설계할 때에는 철근의 피복두께를 두껍게 하고, 스페이서 등을 작은 간격으로 배치하며, 물·시멘트비를 작게 하고, 혼화제(AE감수제, 방청제등)를 사용한다. 그리고 시공결함(Bleeding, Cold Joint 등)이 생기지 않도록 시공하며, 반드시 콘크리트의 표면처리를 하고 CO2 와 SO3 에 대해서 유효한 마무리재로 시공한다. 3) 시 공     시공할 때에는 정성들인 세심한 시공 및 충분한 다짐을 하고, 초기 양생을 철저히 하며, 될수 있는대로 시공이음을 줄여 준다.