최근 들어 툭별한 물리적 방법을 사용하지 않고 내구성능이 저하된 콘크리트의 성능을 회복시키는 방법의 일환으로서 콘크리트 표면보호재에 대한 관심이 높아지고 있다. 표면보호는 직접적인 의미로서는 콘크리트 구조물의 표면을 보호하는 것뿐만아니라 다양한 열화요인의 침투를 억제함으로서 내부의 콘크리트 및 철근의 열화를 억제하여 콘크리트 구조물을 보호하게 된다. 이와 같은 표면보호재 중 함침계 표면보호재는 콘크리트 표면층의 공극에 충전 혹은 생성물을 석출시켜 치밀한 층으로 하느 충전계와 콘크리트 표면층의 외부 및 내부표면의 성질을 개선하는 표면계로 분류하는 것이 가능하다. 따라서 본 연구는 규플르오르화염을 주성분으로 하는 표면형 함침계 표면보호제 도포에 의한 콘크리트 표면의 세공구조의 변화 및 중성화, 염해, 화학적 침식 등의 내구성 향상을 실험실증적으로 검토함으로서 콘크리트 구조물의 내구성향상 방안을 제시하고자 한다. 그 결과, 표면보호제를 도포함으로서 모든 물시멘트비에서 도포전과 비교하여 전세공용적이 감소하고 있으며, 특히 50nm이상의 비교적 큰 세공경인 모세관공극의 용적이 감소함으로서 물흡수성, 중성화 저항성, 내황산성, 염소이온침투 저항성 등의 내구성 향상에 기여하는 것으로 나타났으며, 그 효과는 물시멘트비가 클수록 높게 나타났다.
콘크리트 표면에 4개의 전극배열을 이용한 비파괴 표면측정법을 통하여 철근의 피복을 벗겨내지 않고도 콘크리트 내 철근의 부식상태 및 철근의 배치상태를 추정할 수 있다. 표면측정법 모델링은 부식된 철근과 주위 콘크리트사이의 계면 임피던스가 콘크리트 표면에서 측정된 임피던스와 어떤 관련이 있는지를 보여준다. 본 연구에서는 콘크리트에 매립된 철근 크기와 콘크리트 피복두께 등의 탐지를 위하여 철근부식 표면측정 모델링을 이용하였다. 모델링 결과 철근 크기가 D10에서 D35로 커짐에 따라 표면임피던스 변화가 나타났으며, 또한 콘크리트 피복두께가 0.02 m에서 0.1 m로 커짐에 따라 그 변화에 대한 영향이 표면측정 임피던스를 통해 나타났다. 그러므로 표면측정법 모델링을 통하여 콘크리트 내 철근부식반응을 시뮬레이션 할 수 있으며, 동시에 철근직경과 매입 깊이 등에 대한 정보도 얻을 수 있음 알 수 있다.
콘크리트 내부의 습도분포와 변화를 예측하는 것은 현장에서 콘크리트의 양생품질을 향상시키기 위하여 필수적이다 콘크리트의 습도는 주로 표면습도를 경계조건을 사용하는 수치해석을 통하여 예측된다. 하지만, 표면습도를 정확히 측정하기 어려우므로 거의 모든 수치해석에 표면습도 대신 대기습도를 사용하여 왔다. 본 논문에서는 표면습도를 정확하게 측정할 수 있는 방법을 제시하고 일련의 실내실험을 통하여 측정된 대기습도와 콘크리트의 내부 및 표면습도를 보여준다. 이와는 별개의 실험을 통하여 타설 직후의 콘크리트가 낮은 습도를 나타내는 원인을 조사하였다. 측정된 습도를 이용하여 콘크리트의 표면습도를 예측할 수 있는 모형을 개발하였으며 추가적인 실험을 통하여 모형의 유효성을 검증하였다.
이 연구의 목적은 거푸집 종류별로 콘크리트 표면의 물리/화학적 특성을 실험적으로 조사하는 것이다. 이를 위하여 건설공사에 일반적으로 사용되는 합판 거푸집과 코팅된 합판 거푸집을 준비하였고, 추가로 콘크리트 표면 열화나 거친 표면을 모사하기 위해 사포를 부착한 합판 거푸집을 준비하였다. 콘크리트는 일반 콘크리트를 사용하였다. 콘크리트 표면 특성은 육안관찰, 주사전자현미경 관찰, 성분 이미지 맵핑, 화학성분 분석, 2차원과 3차원 표면 형상 분석, 그리고 제타 전위 측정을 통해 조사하였다. 실험결과 코팅된 거푸집과 접한 콘크리트 표면이 가장 매끄럽고, 사포를 부착한 거푸집과 접한 콘크리트 표면이 가장 거친 것으로 나타났다. 이외에도 거푸집 종류별로 표면 특성에 뚜렷한 차이가 나타났다. 다만 표면 거칠기가 화학 성분이나 제타 전위에 비하여 차이가 크게 나타났다.
콘크리트는 내부에 결함 중 하나로써 존재하는 공극을 가진 재료이다. 만약 콘크리트의 공극률이 증가하면 콘크리트의 내구성은 감소하게 된다. 본 연구에서는 콘크리트의 표면 공극을 개선하기 위하여 표면 침투제를 시험체에 적용하였다. 그리고, 두 가지 유형의 표면 침투제를 이용하여 콘크리트에 도포함으로써 염화물 침투에 대한 저항성과 동결융해 저항성을 평가하였다. 결과에 따르면, 표면 침투제는 강도와 동결융해 저항성에 악영향을 미치지 않은 것으로 보인다. 염화물 침투 저항성에 있어 표면 침투제가 효과적임을 알 수 있었다.
Silicate계 표면보호재는 Sodium silicate 혹은 Lithium 및 Potassium silicate를 주성분으로 하는 수용액이며 탄산화한 부분의 알칼리 부여와 성능저하가 예상되는 부위의 강화 등 콘크리트 성능회복에 주로 이용된다. Silicate계는 콘크리트에의 침투성을 향상시키기 위해 계면활성제나 콘크리트 중의 Calcium hydroxide와의 반응을 개선하기 위한 반응촉진제, 경화제 등이 첨가된다. Sodium silicate계는 습윤 바탕에 적용하며 Lithium silicate계는 건조바탕에 도포하여 양생을 실시하는 것이 일반적이다. 콘크리트 구조물 외관의 손상없이 비교적 간편하게 시공할 수 있으며 미세기공을 완전하게 메우지 않으므로 콘크리트 본래의 호흡성을 손상하지 않는다. 본 연구에서는 콘크리트 침투성 표면보호재로서 가격이나 시공성에서 우수한 Lithium 및 Potassium silicate를 이용하여 부유 오염원 제거를 위한 친수성 표면형성과 상온경화가 가능한 표면보호재를 제조하였으며, 제조된 표면보호재의 탄산화 저항성 및 Cl- 침투저항성, 동결융해 저항성 등의 내구성능에 대해 검토하고자 한다.
본 연구는 알루미늄 거푸집 표면코팅재가 콘크리트 표면품질에 미치는 영향에 대하여 분석한 것이다. 콘크리트 표면형상에 미치는 알루미늄 거푸집 표면코팅재 변화의 영향에 따른 콘크리트 표면의 육안관찰시 전반적으로 전용횟수가 증가함에 따라 표면품질은 저하하는 것으로 나타났고, 치장합판(Plywood이하: PW)이 우수한 표면품질을 나타내었다. 에폭시(Epoxy :이하 EP) 수지의 경우는 박리제를 도포하였을 시 표면품질이 우수한 것으로 나타났다. 박리제 도포여부 및 전용횟수에 따른 콘크리트의 표면조도는 전용횟수가 증가함에 따라 가장 높은 표면조도 값을 나타내어 평활성이 불량한 것으로 나타났지만, EP와 PW의 표면조도 값은 가장 우수한 것으로 나타났다. 다만 EP의 경우는 박리제를 도포할 경우 표면조도 값이 낮게 나타났다. 박리제 도포여부 및 전용횟수에 따른 콘크리트의 공극갯수는 전반적으로 박리제를 도포할시 저감하는 것으로 나타났다.
초장대교 콘크리트 고주탑 시공시에 사용되고 있는 슬립폼 시스템의 상승속도를 결정하는 요소인 초기경화시간은 콘크리트가 거푸집에서 안전하게 빠져나올 수 있는 굳기를 갖게 되는 콘크리트 타설 후 경화시간으로서, 배합 시 단위시멘트량 및 타설시 여러 현장 환경에 크게 영향을 받으므로, 콘크리트 타설 전에 초기경화시간을 정확히 파악하는 것은 매우 어렵다. 따라서 슬립폼 시스템의 안전성 확보 및 콘크리트면의 유지관리 문제가 발생하지 않도록 초기경화시간 결정을 위한 콘크리트 경화정도를 파악하는 기술이 필요하다. 더구나 슬립폼 공법은 연속적인 시공이 이루어지므로 거푸집 탈형 전 콘크리트의 경화정도를 연속적으로 파악할 수 있어야 한다. 초음파를 이용한 기법은 콘크리트면에 초음파를 투과시켜 투과된 신호를 측정 및 분석하는 방법으로 정량적이며 연속적으로 콘크리트의 경화정도를 파악할 수 있다. 특히 표면파 속도를 이용하는 기법은 표면을 따라 전파하는 표면파의 특성을 이용한 것으로서 표면파 속도의 변화를 통해 콘크리트 경화정도를 알 수 있으며, 주탑과 같이 두께가 두꺼운 콘크리트 구조물에 적용이 적합하다. 따라서 본 논문에서는 표면파 속도를 이용하여 콘크리트의 경화정도를 추정함으로서 슬립폼 시스템의 상승속도를 결정하는 연구를 수행하였다. 먼저 슬립폼 시스템 상승속도와 초기경화시간과의 관계식을 유도하였으며, 표면파 진행문제의 수치해석 결과를 연속웨이블릿변환 하여 표면파 속도를 추정하였다. 이때 탄성파 발생위치와 두 개의 수신점 거리에 따른 추정된 표면파 속도의 정밀도를 조사하였으며, 추정된 표면파 속도와 탄성계수와의 관계를 조사하였다.
본 연구는 거푸집에 부착하는 코팅재료에 따른 콘크리트 표면광택도 비교 분석으로서 시멘트모르터로 제작한 시험체의 광택도를 분석하고 유동화제를 혼합한 콘크리트와 혼합하지 않은 콘크리트의 노출콘크리트 표면 광택의 특성을 분석한 것이다. 시멘트모르터를 이용한 코팅재료별 광택도 분석에서 광택도가 가장 높게 나타난 코팅재료는 7번 재료로 액체포장재의 일부이며 2번째는 3번 재료로 투명필름을 이용한 재료이다. 코팅필름의 소재에 따라 광택도가 다르게 나타난 것으로 미루어 소재의 표면입자 상태와 화학적 구성요소의 따라 다른 것으로 판단된다. 콘크리트의 표면상태를 매끄럽게 하기 위해서는 불투수성이며 매우 밀실한 표면을 가진 코팅재료를 사용하는 것이 효과적이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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