콘크리트 탄산화 깊이 측정 ㅣ 비파괴검사

본 글은 「시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침(안전점검·진단 편) 해설서(공통편)」(2024, 국토안전관리원) 문헌의 내용과 이미지에서 발췌하였음을 알려드립니다.

 

콘크리트 탄산화 깊이 측정

 

1) 콘크리트 탄산화 깊이 측정 개요

• 콘크리트 공극에 존재하는 세공 용액 속에는 나트륨이온과 칼륨이온 및 이들과 평형상태에 있는 수산화물이온이 해리되어 있으며, pH는 약 12∼13을 나타나게 되는데 이러한 고알칼리 환경에서는 강재 표면에 부동태피막이 생겨 강재가 부식되지 않는다.
• 탄산화에 의하여 발생하는 물리적 성능저하는 철근의 부식에 의한 성능저하이다. 탄산화에 의하여 pH값이 감소됨에 따라 콘크리트 내부의 환경이 알칼리성에서 중성 쪽으로 변해가며 내부의 철근을 둘러싼 알칼리성 부동태피막을 불안정하게 하여 부식의 발생을 유발시킨다.
• 이와 같이 외부에서 콘크리트 내부로 탄산가스가 침투하는 과정을 중성화 또는 탄산화라고 하며, 탄산화가 발생한 층을 중성화층 또는 탄산화층 이라고 한다.
• 일반적으로 시험방법은 페놀프탈레인 1%용액을 분무하였을 때 pH값이 9이하에서는 무색, 이보다 높은 pH값에서는 적색을 나타내므로 매우 간편하게 식별할 수 있다.
• 자연상태에서 공기중에 존재하는 탄산가스량은 0.03%로서 pH값은 9 이하이며, 다음 표는 pH값의 변화에 따른 철근부식의 영향을 나타낸다.

2) 측정 장치

• 콘크리트 구조물을 깎아 낼 수 있는 정, 드릴, 콘크리트 커터 등의 기구
• 콘크리트의 작은 조각이나 가루 등을 제거 할 수 있는 솔, 전기 청소기
• 버니어캘리퍼스
• 시 약 : 탄산화 깊이를 측정할 때 이용하는 시약에는 KS M 8238에서 규정한 페놀프탈레인 용액 또는 이와 같은 성능을 갖는 시약을 이용한다. 지시약으로 사용되는 페놀프탈레인 용액은 95% 에탄올 90mL에 페놀프탈레인 분말 1g을 녹여 증류수를 첨가하여 100mL로 한 것이다.

 

3) 측정 방법 (드릴을 이용하는 경우)

• ø10㎜의 드릴링에 의해 채취되는 콘크리트가루를 이용하여 탄산화깊이를 시험하는 방법으로 드릴링에 의해 발생되는 콘크리트가루가 페놀프탈레인용액을 적신 원형시험지에 떨어져 변색되는 시점을 탄산화깊이로 정하고 있다.
• 콘크리트 표면으로부터 적자색으로 변색한 부분까지의 거리를 0.5㎜ 단위로 측정한다.
• 선명한 적자색으로 변색된 부분보다 엷은 부분에 흐린 적자색의 부분이 나타나는 경우
• 선명한 적자색 단면까지의 거리를 탄산화 깊이로서 측정함과 동시에 연한 적자색 부분까지의 거리도 함께 측정한다.
• 평균 탄산화깊이는 측정값의 합계를 측정 개수로 나누어 구하고, 반올림하여 소수점 이하 한 자리까지 구한다.

 

4) 탄산화속도계수 산정

탄산화속도는 경과시간 t의 평방근에 비례하여 진행한다고 하는 √t 법으로 표현된다. 탄산화깊이 C는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

탄산화속도계수 산정

 

5) 탄산화 깊이 측정 사례

① 시험보고서

탐사 위치				경과년수	사용골재	측정면 종류	측정값 (mm)		분무 후의 경과시간	연한적자색 유무
부위	옥내외	방위	높이
P3 기둥	옥외	남측	1.5m	10년	보통골재	사전침윤 불필요	최대	12	직후	무
							평균	10

 

② 탄산화 깊이 측정 결과 및 잔존수명 예측

측 정 위 치	철근피복 (㎜)	탄산화 깊이 (㎜)	A(탄산화 속도 계수)*	수명예측 (년)**	잔존수명 예측(년)***
P1	33	14	4.27	55.6	45.6
P2	45	15	4.74	90.0	80.9
P3	35	15	4.74	54.4	44.4
P4	42	15	4.74	78.4	68.4

* 탄산화 속도계수 = 탄산화 깊이 /√재령(년)

** 수명예측(년) = (철근피복/탄산화속도계수)^2

*** 잔존수명예측(년) = 수명예측년수 - 경과년수