해양콘크리트 구조물의 내염성에 관한 연구

김은겸(서울산업대학교 토목공학과 교수)


1. 서론

해양콘크리트 구조물은 환경적 요인에 따른 철근 부식이 구조물의 내구성에 영향을 주는 주된 요인으로 인식되고 있다. 현재 철근 부식으로 인한 피해를 줄이기 위해 많은 대책이 다각적인 방면에서 제시되고 있으며, 내구성 증진을 위한 보수·보강 및 유지관리 방안 또한 다각적으로 연구되고 있다. 이들 연구를 종합하면, 해양 구조물의 내구성을 증진하기 위해서는 염해 환경에서 유입되는 유해물질에 대한 저항성이 강한 재료의 개발과 사용이 절실하다는 점에 의견을 같이하고 있다. 최근에는 해양을 통한 국제교역의 증가로 인하여 항만시설물을 중심으로 더 많은 콘크리트 구조물의 건설이 요구되고 있기 때문에, 해양환경에 대한 저항성이 우수한 콘크리트 구조물의 건설은 구조물의 안전성뿐만 아니라 경제적인 측면에서도 중요한 사안이 되고 있다.
해양콘크리트의 내구성을 향상시키기 위한 방안으로 시멘트 경화체 조직을 치밀하게 하여 염화물이온 등과 같은 환경인자의 침입을 차단하는데 유효하다고 알려져 있는 고로슬래그 미분말이나 플라이애쉬 등과 같은 혼화재를 활용하는 방법이 제시되고 있다. 특히, 시멘트의 일부를 고로슬래그 미분말로 치환하여 사용할 경우, 잠재수경성 반응에 의한 콘크리트의 세공조직의 치밀화로 인해 염화물이온의 침투를 억제할 수 있는 것으로 알려져 있다.
한편, 해양콘크리트의 황산염에 대한 내구성을 증진시키기 위한 대책으로서 내황산염시멘트가 사용되고 있다. 그러나, 내황산염시멘트는 해수 중의 황산염과 C3A의 반응성에 의해 형성되는 에트링가이트의 양을 규제하기 때문에 이상팽창에 대한 저항성은 우수하지만, 시멘트의 C3A양의 감소로 콘크리트에 대한 염화물침투 속도가 빨라져 철근부식을 촉진시킬 수가 있다는 연구결과가 제시되고 있다.
본 연구에서는 1종 보통포틀랜드시멘트와 5종 내황산염시멘트에 고로슬래그 미분말을 치환하여 치환율에 따른 염화물이온 투과성과 확산계수의 영향을 평가하기 위해 실험을 실시하였다. 또한 콘크리트 내부로 유입된 염화물의 거동을 정량적으로 평가할 수 있는 수학적 모델을 설정하여, 실험에서 구한 확산계수를 이 모델에 도입한 후 시간의 변화에 따른 염화물 이온의 이동량을 유한요소법을 통해 정량적으로 평가하고 철근의 부식 개시 시점을 해석하였다. 이들 실험과 해석을 통해 얻은 결과들을 종합하여 각 시멘트 종류별 염화물의 침투 현상을 분석하고 재료적인 측면에서 고로슬래그 미분말이 콘크리트의 내구성에 미치는 영향을 파악하고자 한다.