콘크리트 탄산화

탄산화란

탄산화는 대기 중 이산화탄소가 콘크리트를 중성으로 바꾸는 현상이다.

콘크리트는 시멘트 수화로 생긴 수산화칼슘 때문에 강알칼리성을 띤다.

이 알칼리성이 떨어지면 철근 보호막이 유지되지 못해, 수분과 산소가 있을 때 부식이 시작된다.

진행 메커니즘

탄산화는 확산과 중화 반응으로 진행된다.

CO₂가 모공을 통해 내부로 확산되어 모공수에 녹으면 탄산이 된다.

탄산은 수산화칼슘과 반응해 불용성 탄산칼슘을 만든다. 그래서 pH가 떨어진다.

pH가 11 미만으로 내려가면 부동태막이 깨지고, 수분과 산소가 있을 때 철근이 부식된다.

깊이 식과 √t 법칙

탄산화 깊이는 시간의 제곱근에 비례하여 증가한다.

깊이 식은 x = A√t 이고, A는 탄산화 속도계수, t는 경과 기간(년)이다.

그래서 탄산화는 초기에 빠르고 시간이 갈수록 느려진다. 기간이 4배가 되면 깊이는 2배가 된다.

계산 예제

이제 계산 예제로 식을 적용해 본다.

속도계수 3.0인 콘크리트를 25년 사용하면 깊이는 3.0 × √25가 된다.

√25는 5이므로 깊이는 15mm다. 피복 두께 이내라면 부식 개시 전 상태로 판단된다.

헷갈리는 점: 탄산화와 염해

탄산화와 헷갈리기 쉬운 열화로 염해가 있다.

공격 물질은 탄산화가 CO₂, 염해가 Cl⁻이다. 탄산화는 pH 저하로 부동태 피막을 잃는다.

탄산화 부식은 전면 부식이 특징이고, 염해는 국부 부식이 특징이다.

두 열화는 점검과 보수 방법이 달라 답안에서 구분해 써야 한다.

시험 포인트와 정리

시험에서는 1교시 용어형과 2~4교시 논술형으로 자주 묻는다.

탄산화와 중성화는 혼용되지만, 엄밀히 중성화는 pH 저하 전체를, 탄산화는 CO₂ 반응을 가리킨다.

대책은 피복 두께 확보, 낮은 물시멘트비, 표면 보호, 재알칼리화다.

요약하면 pH 저하가 철근 부식의 출발점이다.