콘크리트 내구성 설계

내구성 설계란

콘크리트 내구성 설계는 설계수명 동안 환경 열화에 대해 성능을 유지하도록 정하는 설계다.

쉽게 말하면 콘크리트가 환경에 져서 철근을 녹슬게 하지 않도록 미리 설계하는 것이다.

해안이나 지하 구조물은 탄산화와 염해로 철근이 부식되면 수명이 급격히 줄어든다.

부동태 피막과 열화 기구

철근 표면의 부동태 피막은 강알칼리 환경에서 생기는 얇은 산화피막이다.

콘크리트 pH가 11 이상이면 이 피막이 유지되어 철근이 녹지 않는다.

탄산화는 CO2가 공극을 통해 들어와 pH를 낮추고 피막을 깨뜨린다.

염해는 염화물 이온이 피막을 국부적으로 깨뜨리며 부식을 시작시킨다.

부식 팽창과 피복두께

철근이 부식하면 생성되는 산화물의 체적은 원래 철근의 약 2.5배가 된다.

이 팽창압으로 피복 콘크리트에 균열과 박리가 생긴다.

그래서 피복두께 확보가 내구성의 핵심 수치가 된다.

피복두께는 철근 표면에서 콘크리트 표면까지의 최소 거리다.

물-결합재비 기준

노출 환경이 가장 엄격할 때 물-결합재비는 정해진 상한 이하로 제한한다.

제빙화학제가 쓰이는 콘크리트는 45% 이하, 수밀성 기준은 50% 이하다.

탄산화 저항성을 고려하는 경우에는 55% 이하로 정한다.

물-결합재비가 낮을수록 침투가 느리고, 복수 등급이면 가장 엄격한 조건을 적용한다.

탄산화 깊이 계산

탄산화 깊이는 대략 경과 시간의 제곱근에 비례한다.

속도 계수 2.0과 경과 기간 50년을 대입해 계산해 보자.

2.0 곱하기 √50 은 2.0 × 7.07 이다.

이 값을 피복두께와 비교하면 부식 위험을 판단할 수 있다.

핵심 정리

내구성 설계는 노출 등급을 먼저 판정하는 데서 출발한다.

그다음 물-결합재비와 강도, 피복두께를 한 묶음으로 정한다.

균열 제어와 방청 조치는 필요할 때 보조 수단으로 더한다.