콘크리트 구조물 내구성

내구성의 뜻

콘크리트 구조물은 설계수명 동안 성능을 유지해야 한다.

이 능력이 내구성이다. 열화가 시작되면 보수 비용과 안전 위험이 급격히 커진다.

대표적인 열화인자는 중성화, 염해, 동결융해, 화학적 침식, 알칼리골재반응이다.

철근 부식 두 단계

철근 부식의 수명은 Tuutti 모델로 두 단계로 나누어 본다.

첫째는 개시기다. 탄산화나 염화물이 철근 위치에 도달해 부동태막이 깨지기 전까지다.

둘째는 진전기다. 부식이 진행되어 균열, 박리, 단면 손실이 생기는 기간이다.

내구성 설계는 개시기를 늘리고 진전기의 진행 속도를 낮추는 데 목표를 둔다.

열화인자의 연쇄

열화인자는 따로 작용하지 않고 서로 연결되어 진행된다.

균열이 생기면 물과 염분이 들어오고, 철근이 부식되어 팽창한다.

팽창은 피복을 밀어내 박리와 균열을 만든다. 이 균열이 다시 침투 경로가 된다.

이를 복합열화라 하며, 한 가지 대책만으로는 수명을 확보하기 어렵다.

중성화와 염해 비교

중성화와 염해는 모두 철근 부식으로 이어지지만 작용 방식이 다르다.

중성화는 CO₂가 수산화칼슘과 반응해 pH를 떨어뜨리는 현상이다.

염해는 염화물이 pH를 크게 낮추지 않아도 철근 표면을 국부적으로 부식시킨다.

그래서 답안에는 환경 구분을 먼저 써야 한다.

내구성 대책

내구성 대책은 설계, 시공, 유지관리 단계로 나누어 쓴다.

설계 단계에서는 물-결합재비를 낮추고, 피복두께를 충분히 하며 단면을 키운다.

시공 단계에서는 다짐과 양생을 철저히 하고 타설이음을 줄인다.

준공 후에는 표면 보호재 도포, 균열 보수, 철근 부식도 조사로 관리한다.

직접 풀기

탄산화 깊이는 근사적으로 x = A√t로 나타낸다.

A가 2.0이고 경과 기간이 25년이면 탄산화 깊이는 10mm이다.

피복두께가 40mm라면 깊이 10mm는 철근 위치에 도달하지 않는다.

그러면 같은 A로 기간이 100년이면 깊이는 얼마인지 직접 구해 보자.

정답은 20mm다. 기간이 4배가 되면 깊이는 약 2배가 된다.

내구성은 열화인자, 열화 기구, 설계·시공·유지관리 대책을 함께 묶어 보는 것이다.