콘크리트의 초기재령에 미치는 중성화 영향에 대한 실험적 연구 = An Experimental Study on the Carbonation Influence of Concrete in Early Age

국문 초록 (Abstract)

철근 콘크리트 구조물은 공학적인 면과 경제적인 면에서 많은 장점을 가진 건설재료로서 철강재와 더불어 그 사용량이 점차로 증대되어 오늘날에는 전체 건설시장에서 거의 절대적인 비중을 차지하고 있다.
이러한 콘크리트는 주재료인 시멘트의 pH값이 13~15정도의 강알카리성으로서 일반적인 노출환경 아래에서 콘크리트에 매입된 철근이 부식에 대하여 강한 내구성을 갖도록 하고 있으나, 대기중의 CO₂에 의하여 콘크리트가 중성화 될 경우 철근이 부식되고 이는 철근의 단면손실 및 부피팽창으로 인한 콘크리트의 균열을 발생시켜 결국에는 콘크리트의 내구연한을 단축시키는 주요원인으로 작용하게 된다.
따라서 중성화에 대한 연구는 과거부터 계속 진행되어고 있다. 그러나 중성화는 장기간에 걸친 반응이 필요하므로 단시간의 중성화 저항성을 판단하기 위하여 촉진중성화 시험을 실시하고 있다. 이 촉진중성화 시험 방법은 여러 가지가 있으나 대부분 수중에서 28일을 양생한 이후 기중 상태에서 14일 이상을 방치한 후에 중성화시험을 하게 되므로 최소 2개월 이상의 시간이 걸리게 된다. 따라서 기존의 촉진중성화시험에 의한 연구는 양생이 어느 정도 진행된 상태에서 실시한 것이며 재령 초기에 중성화가 미치는 영향에 대한 연구는 현재 별로 이루어지지 않고 있다.
따라서 본 연구는 기존의 촉진중성화 시험에서 제시하는 재령보다 빠른 초기 재령에서 중성화가 콘크리트의 역학적 특성에 미치는 영향을 측정하고, 기존의 촉진중성화 시험과 비교하여 그 상관관계를 도출함으로써 보다 빠른 촉진중성화 시험의 가능성을 제안하고자 하였다.
본 연구의 방법으로는 중성화에 대한 기존 문헌 및 자료를 수집하고, 콘크리트에 중성화가 미치는 영향을 연구하기 위하여 콘크리트의 역학적 특성과 중성화반응의 관계를 비교하고자 현재 범용적으로 사용되고 있는 설계기준강도 210kgf/㎠과 240kgf/㎠의 두가지 배합을 대상으로 재령 3, 7, 14, 28일의 초기재령과 수중양생 28일 이후 기중에서 14일 방치하는 기존의 중성화 시험으로 구분하여 역학적 실험과 촉진중성화 시험을 실시하였다. 그 결과는 다음과 같다.
1) 콘크리트의 슬럼프를 시험한 결과, 단위수량이 동일할 경우 물시멘트비가 4% 감소함에 따라 슬럼프가 1cm 감소하는 것으로 나타났다. 또한 공기량을 시험한 결과, 공기량이 0.8% 정도 증가하였을 때 압축강도는 34kgf/㎠ 감소하는 것으로 나타났으며 단위용적중량은 설계기준강도와 재령에 상관없이 거의 동일하게 나타났다.
2) 압축강도를 시험한 결과, 재령 3일에서 재령 42일의 압축강도가 설계기준강도가 210kgf/m2인 경우 120~265kgf/㎠으로 나타났으며, 240kgf/㎠인 경우는 177~307kgf/㎠으로 나타났다. 또한 인장강도에 대한 압축강도비인 취도계수는 설계기준강도 210kgf/㎠인 경우는 10.7이고 240kgf/㎠인 경우는 8.4로 나타나 일반적인 범위인 10~13보다 작게 측정되었다.
3) 콘크리트의 중성화를 시험한 결과 설계기준강도 210kgf/㎠인 배합은 재령 3일의 경우 중성화깊이는 15.1mm, 재령 42일인 경우 1.91mm로 매우 낮게 나타 났으며, 설계기준강도 240kgf/㎠인 배합은 재령 3일의 경우 11.08mm, 재령 42일인 경우 0.43mm로 나타났다. 또한 압축강도가 증가할수록 중성화깊이는 낮게 나타났으며, 반대로 공기량이 증가할수록 중성화깊이는 증가하는 것으로 나타났다.
4) 기존의 촉진중성화시험과 초기재령의 촉진중성화시험을 비교한 결과, 중성화 속도계수를 이용하여 재령 28일 이전의 초기 재령에서 실시한 촉진중성화시험 적용이 가능한 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Reinforced concrete is very important construction material having many merits in the aspect of engineering and economy today.
This concrete has high durability against corrosion of embeded bar because the cement is high alkaline, component main material of concrete. but CO₂in the atmosphere brings out carbonation of concrete, and embeded bar is corroded. this corrosion is a cause of crack because volume of embeded bar is expanded, and finally concrete building is destoried.
So Many studies about carbonation have been proceeding from past. But the carbonation test needs long time, so most of carbonation tests are done according to acceleration test method. The acceleration test method are many type. Most of test keep test piece in air for 14 days or more after cure in water for 28 days. this acceleration test takes more than 2 month. So established test methods is executed with somewhat cured test pieces, a study of carbonation in early time has not been progressed yet.
The purpose of this study is that how carbonation in earlier age than established test time has an effect on mechanical property of concrete, and compare with established accelerative carbonation test and take a mutual relation and propose possibility of faster accelerative carbonation test.
As method of this study first gathered existing documents and data and second peformed mechanical test and accelerative carbonation test with design strength 210 and 240kgf/㎠ in two parts - one was early curing age of 3, 7, 14, 28 days and the other was keeping in air for 14days after curing 28days in water - for the purpose of relation between mechanical property and carbonation depth. The result was as follows.
1) As a result of concrete slump test, slump decreased by 1cm when W/C decreased by 4% in same water content. And as a result of air content test when air content increased by 0.8% compressive strength decreased by 34kgf/㎠, and unit volume weight was almost same without relation for strength and age.
2) As a result of compressive strength test, compressive strength was 120~265kgf/㎠ for 210kgf/㎠ of design strength and 177~307kgf/㎠ for 240kgf/㎠ for curing time from 3days to 42days. Brittleness number was 10.7 for 210kgf/㎠ of design strength and 8.4 for 240kgf/㎠ of design strength, was small than 10~13 of general brittleness number scope.
3) As a result of carbonation test, carbonation depth was 15.1mm for 3days curing, 1.91mm for 42days curing for 210kgf/㎠ of design strength and 11.08mm for 3days curing, 0.43mm for 42days curing for 240kgf/㎠ of design strength. Also as compressive strength increased carbonation depth decreased and on the contrary as air content increased carbonation depth increased.
4) As as result of comparison established accelerative carbonation test with faster accelerative carbonation test, using carbonation velocity coefficient we could use faster accelerative carbonation test.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 요약 = i
• 표목차 = iii
• 그림목차 = iii
• 사진목차 = iv
• I. 서론 = 1
• 1. 연구의 배경 및 목적 = 1
• 2. 연구의 범위 및 방법 = 2
• 3. 기존의 연구 = 4
• II. 콘크리트의 중성화에 관한 이론적 고찰 = 6
• 1. 중성화 반응과 진행 과정 = 6
• 1.1 중성화 반응 = 6
• 1.2 중성화 진행과정 = 8
• 1.3 중성화 침투경로 = 9
• 2. 콘크리트의 배합인자에 따른 중성화 = 11
• 2.1 시멘트 = 11
• 2.2 골재 = 12
• 2.3 물시멘트비 = 13
• 2.4 혼화재 = 14
• 2.5 혼화제 = 15
• 2.6 양생조건 = 15
• 3. 콘크리트의 중성화 모델 = 18
• 3.1 일반적인 중성화 모델 법칙 = 18
• 3.2 하마다(浜田) = 19
• 3.3 키시타니(岸谷) = 19
• 3.4 시라야마(白山) = 20
• 3.5 요다(依田) = 21
• 3.6 Smolczyk = 21
• 3.7 Wierjg = 21
• 3.8 고경택 외 = 22
• 3.9 이즈미(和泉) = 22
• 4. 촉진중성화 시험방법 = 23
• III. 실험 = 26
• 1. 사용재료 = 26
• 1.1 시멘트 = 26
• 1.2 물 = 26
• 1.3 골재 = 26
• 2. 실험방법 = 28
• 2.1 배합계획 = 28
• 2.2 골재시험 = 28
• 2.3 시험체 제작 및 양생 = 29
• 2.4 슬럼프 및 공기량 시험 = 29
• 2.5 압축강도 및 할렬인장강도 시험 = 30
• 2.6 촉진 중성화 시험 = 30
• IV. 실험결과 및 분석 = 32
• 1. 콘크리트의 역학적 실험결과 = 33
• 1.1 슬럼프 = 33
• 1.2 공기량 = 34
• 1.3 단위용적중량 = 35
• 1.4 압축강도와 인장강도 = 35
• 2. 콘크리트의 중성화 실험결과 = 38
• 2.1 재령에 따른 중성화 깊이 = 38
• 2.2 공기량과 중성화 깊이 = 40
• 2.3 압축강도와 중성화깊이 = 40
• 2.4 초기재령 촉진중성화시험과 기존 촉진중성화시험과의 관계 = 41
• V. 결론 = 45
• 참고문헌 = 46
• Abstract = 48