<(24.01) 콘크리트 속의 철근의 부식 어떻게 알수 있을까? 탄산화깊이측정편>
이번편은 이전에 철근배근탐사의 내용과 아주 밀접한 연관이 있습니다.
철근과 콘크리트의 조합은 인류의 역사이래 건축재료로써는
치트키와 다름없는 조합이다. 콘크리트는 아주 값싼 재료이고 모양을 만들기도 쉽고
더군다나 누르는 힘에 견디는 정도가 정말 가격대비 말도안되게 강한 편이다
하지만 우리가 알고있는 대부분의 건축물이나 구조물은 철근과 콘크리트를 같이 쓰는
철근 콘크리트 구조를 하고 있는데 그렇게 강한 콘크리트에 철근이 왜 필요한걸까?
이유는 콘크리트의 약점이 있기 때문인데
간단하게 말하면 콘크리트는 뜨거우면 좀 늘어나고 추워지면 좀 줄어든다
더군다나 인장력(당기는 힘)에 압축력에 비해서 굉장히 취약하다
*대략 압축력에 비해 10배 이상 약하다
이러한 모든단점을 완벽하게 보완해주는 재료가 바로 철근이다
철근은 콘크리트와 거의 일치할 정도로 여름에 비슷하게 늘어나고
겨울에 비슷하게 수축하는데, 더군다나 당기는힘을 견디는 정도도 엄청 우수하다
‘400MPa 정도의 힘이니 어마어마하다’
하지만 철로만든만큼 가격이 비싸고 부식의 우려가 있는데
이걸 콘크리트 안에 넣어 밀폐해놓는다면?
콘크리트의 단점도 보완해주는데 부식되지도 않는
상호 완벽 보완의 존재로 다시 태어난다
하지만 이론상 이렇다는 것이지만 철근콘크리트는
다양한 이유로 균열이 생기기도 하고 내부 철근이 부식되기도 한다.
그중 탄산화깊이측정 시험은 대기중 이산화탄소에 의해서
콘크리트가 중성화가 되는 정도를 측정하여 철근의 부식가능성을
예측하는 시험중 가장 대중적이라고 할수 있다
*콘크리트는 약 염기상태를 유지하는것이 가장 좋다고한다
탄산화깊이측정 (철근부식확인)
먼저 탄산화깊이측정법을 하기 앞서 제일 중요한 사실이 있다.
“철근이 시공되어있는지 아닌지 확인하는 과정이 필요”하다
당연한 소리이겠지만 경험이 부족한 기술자라면 해당 위치에서
철근이 배근되어있는지 배근되어있지 않은지 판단은 어려울수 있다.
구조물의 현장조사에 앞서 배근도가 있거나 준공도면이 있다면 반드시 확인을 하고
현장에서 확인이 필요한경우 즉 준공도면이 없거나 유실된 오래된 구조물일 경우에는
철근배근탐사기를 이용해서 배근이 되어있는지 확인이 반드시 필요하다
당연한 얘기지만 철근이 없는곳에서 철근의 부식을 예측하는건 아무소용없는 일이다
탄산화깊이측정시험 중 드릴링법의 전체과정을 단순하게 요약해본다면 다음과 같다.
- 대상위치에서 드릴로 구멍을 낸다
- 페놀프탈레인(1%) 용액을 분사하여 보라색으로 변하는지 본다
- 표면에서 보라색으로 변한 면까지 깊이를 측정한다
아주 단순한 시험이지만 정밀하게 수행하기가 어려운 시험중 하나인데
시험위치에 따라서 특히 탄산화가 많이 되어있기도 하고, 코어링을 한 시편을 통해서
측정하는 방법도 있거니와, 원판을 통해서 분말로 확인하는 방법, 3구멍을 뚫어서 평균을 구하는 방법
정밀하게 측정하기 위한 다양한 방법이 있기 때문에
특히나 시험방법에 따라서 같은 위치라도 차이가 많이 날 수 밖에 없는 시험이다.
탄산화깊이측정 시험방법
드릴링법
현장에서 가장 보편적이고 간편하게 사용하는 방법이다
드릴로 뚫고 페놀용액 분사 후 버니어 캘리퍼스로 깊이만 측정하면 끝이다.
일반적으로 이렇게 세 과정에 따라 깊이를 측정하고 측정된 위치에서의
탄산화깊이, 피복두께를 기입하여 현장시험은 마무리가 되나
1번의 시험만으로는 정밀한 값을 얻기 힘들다는 의견이 많기에
한 위치에 3번이상 시험하여 그 평균값을 기입하는것이 좀더 정밀한 시험방법으로
여겨지고 있다.
원판법
국토안전관리원에서 공시되어있는
“시설물의 안전 및 우지관리 실시 세부지침”에 따르면
드릴링으로 확인할 수 있는 탄산화 깊이측정법은 페놀프탈레인용액을 적신
원판을 이용한 방법을 제시하고 있다.
모식도가 조금 성의없게 느껴질 수 있지만 진단교육자 대상의 진단 및 성능평가 교육을 수료한다면
이 원판법 시험에 대해서 시연을 해주는데 이것을 현장 상황에 맞게 조금 변형하여
사용하고 있는것이 원판법이다. (따로 원판법이라고 부르지 않는곳도 많다)
- 시험위치에 드릴링을 준비한다
- 드릴 아래에 페놀프탈레인 용액을 적신 원형의 종이를 댄다
- 드릴링하면서 나오는 가루를 원판에 조금씩 돌리며 떨어뜨린다
- 원판에 떨어진 가루가 보라색으로 변한다면 중지한다
- 드릴링된 깊이를 측정한다
일반적으로 위의 드릴링에 비해서 좀더 정밀하다고 여겨지는데
드릴링법의 한계성이 명확하기 때문이다.
*드릴링법은 직접분사하므로 혼입된 가루에 의해서 정확한 깊이측정이 어렵기 때문
이러한 방법에 비해서 원판법은 좀더 정밀한 깊이측정이 가능하고
시험준간에 혼입된 가루에 의한 오류에서 자유롭다는 장점이 있다.
하지만 원판법도 한계가 있는법….
접근이 어려운 현장이나 두명이상의 인원이 자유롭게 움질일수 없는 위치에서
해당 시험은 수행하기 어렵다는 단점이 있다.
비좁은 틈사이나 엄청나게 낮은 층고의 틈사이같은경우에는
해당 방법 자체가 어려울수 밖에 없다.
*이건 원판법 뿐만 아니라 대부분의 시험에서 이러한 한계가 조금씩은 상존하고있다
코어링
코어링이란? Core Driling 을 줄여서 코어링이라고들 많이 하는데
원통형태의 드릴을 이용해서 원형의 시편을 채취하는 작업이라고 할 수 있다.
이 채취된 시편에 페놀프탈레인 용액을 직접 분사 또는 담가두면
탄산화깊이 또한 같이 확인 할 수 있어 코어링으로도 탄산화 깊이측정을 확인 할 수 있다
정밀한 방법으로 여겨지긴 하지만
*탄산화깊이측정 확인을 위해 단독으로 수행되지는 않는다
다른 시험에 비해서 파괴면적이 넓고, 시험에 따른 비용이 많이 발생하기 때문에
안전진단 업무에서는 일반적으로 코어채취를 통해서
압축강도시험, 염화물함유량시험, 탄산화깊이측정을 한번에 의뢰한다.
코어링으로 구조물을 직접 내부를 열어보는 경우는
구조해석 시 철근의 직경을 알아보기 위함도 있다
철근배근 탐사기로는 철근의 직경을 확인 할 수 없기 때문에
준공도면이 없는 시설물의 경우에는 코어링으로 철근의 직경을
직접 확인하는 경우도 있다.
코어링은 결국 일종의 개복수술과도 같은 개념이기때문에
종합적으로 구조물의 상태를 확인하기 위한 방법으로서 활용된다.
탄산화깊이측정값의 기입
이렇게 측정된 탄산화 깊이의 값을 어떻게 평가할 수 있을까?
일반적으로 가장 중요한 것은 “잔여피복 깊이”라는 개념인데
이 시험에서 탄산화(중성화) 된 깊이가 철근에 가까워 질수록
철근의 부식가능성이 높다고 판단한다.
즉 시험당시의 보라색 두께가 깊으면 깊을수록 안정하다고 판단할 수 있다.
철근피복 : 철근배근탐사기로 측정한 실제피복 또는, 설계도면상 피복두께
탄산화 깊이 : 현장에서 측정한 탄산화깊이
잔여깊이 : 철근피복 – 탄산화깊이
이 세가지 값만 잘 이해하면 된다. 특히 탄산화 속도 계수나, 수명예측 등은
지침상 관련식이 명기되어있으나 암기할 필요까지는 없다.
탄산화깊이측정 시험의 평가
탄산화 깊이 측정 시험은 다른 시험과는 다르게 지침상 분류되는 구조물에
따라서 평가가 달라지긴 하나 하나만 외워 둔다면 평가기준에 큰 혼동은 없을것이다.
“잔여피복두께 30mm 초과시 a”
시설물에 다르긴 하지만 현행 지침상은 잔여피복두께가 정량적으로
30mm 이상 확보되어있다면 탄산화(중성화)에 의한 철근부식가능성은
낮은 것으로 판단하고 있다.
그렇다면 평가시 궁금한점이 생긴다
Q.1 피복이 100mm 이상의 교각에서 탄산화는 50mm이상 발생해도 괜찮은 것인가?
A.1 평가기준상 문제없다.
Q.2 설계피복이 30mm 미만이라면 탄산화가 0.01mm 발생해도 b로 평가해야하는가?
A.2 평가기준상 그럴 수 있지만, 이런경우에는 대상 부재가 힘을 받는 구조부재인지, 아니면 보조부재인지
또 전체 설계피복대비 탄산화의 깊이가 아주 미미하다고 판단할 수도 있으며, 평가자의 의견을 첨부하여
평가등급을 상향 할 수도 있다.
결언
탄산화깊이측정 시험은 철근의 부식을 예측하는 한 시험의 종류로서
이 시험 하나로 철근의 부식성을 완벽히 파악할 수 없다는 한계점도 존재한다.
기술자로서 판단할 수 있는 실험적 근거로 활용하기 바라고
현장에서의 시험은 적절한 절차와 방법에 따라서 꼭 수행해주길 바란다.
기술자로서 하는 우리들의 행동이 업계 전반에 대한 신뢰로 이어진다고 생각한다.
