April 2015
   

페네트론의 30번째 뉴스레터 방문을 환영합니다.

이전 페네트론의 뉴스레터 ‘콘크리트 내구성’에서 우리는 페네트론 어드믹스가 가혹한 환경하에서도 콘크리트 구조체의 수명을 60년 이상 늘여준다는 것에 주목하였습니다. 이러한 수명 연장 기능은 콘크리트의 염화물 확산 계수와 Fick의 제2법칙에 기반합니다.

이번 호에서는 콘크리트 내구성에 관한 또 다른 양상을 살펴보는데, 바로 황산염에 대한 저항성입니다. 폭넓은 테스트를 통해 페네트론 어드믹스 처리된 콘크리트는 황산염의 공격에 대해 실질적인 저항성을 가진다는 것이 밝혀졌습니다.

더 나아가, 우리는 콘크리트의 내구성이 어떤 방법으로 시험되어야 하는지 논의하고자 합니다. 너무나 자주 물흡수 시험과 같은 전통적인 시험방법이 친수성 방수 시스템을 시험하는데 사용되지만 이것은 잘못된 결과를 끌어냅니다. 물이 중력이나 압력에 의해 콘크리트의 내부를 침투하는 정도를 측정하는 투수성 시험만이 정수압이 있는 상황하에서 진정한 투수성 감소 혼화제PRAH(Permeability Reducing Admixture for Hydrostatic conditions) 를 검증할 수 있는 유일한 방법입니다.

끝으로 최근의 노르웨이, 미국, 사우디아라비아의 주요 페네트론 공사 실적을 둘러보시기 바랍니다.

조제프 반 벡/ 국제 세일즈 & 마케팅 담당

 

페네트론 어드믹스 내구성 연구 : 황산염 저항성 시험

 
 

PRAH vs PRAN / 투수성 감소 혼화제에 대한 물흡수 시험과 투수성 시험

 
 

에이커솔루션, 스타방거, 노르웨이

 
 

캠핀스키 호텔, 제다, 사우디 아라비아

 
 

아부다비 국립 제지공장 (ADNPM), 무사파, 아랍에미레이트

 
 

맨하튼 지역 주차장 1/2/5, 뉴욕, 미국

 
 
   
페네트론 어드믹스 내구성 연구 : 황산염 저항성 시험

황산염의 공격은 전형적으로 불용성 황산염을 포함한 물이 콘크리트에 침투할 때 발생한다. 이에 따른 화학적 반응은 콘크리트의 구성, 미세구조에 변화를 일으킨다. 이러한 변화는 대규모의 크랙, 시멘트와 골재 사이의 접착력 저하를 일으켜 내부를 팽창시키는 힘으로 작용한다.



황산염에 노출된 콘크리트의 길이 변화 (ASTM C 1012)

팽창시험은 페네트론 어드믹스 처리된 콘크리트를 황산나트륨 용액에 담갔을 때 확장에 의한 길이 변화가 있지 않음을 보여준다.  페네트론 어드믹스 처리되지 않은 콘크리트는 같은 황산나트륨 용액에 담갔을 때 구조체의 분해뿐만 아니라 길이에 큰 변화를 나타냈다.

 

   
PRAN vs PRAH / 투수성 감소 혼화제에 대한 물흡수 시험과 투수성 시험 비교

지난 수년간 페네트론 어드믹스를 포함하여 결정체 성장형 혼화제가 미국 콘크리트 학회에서 분류한 ‘정수압이 있는 상황에서의 투수성 감소 혼화제’ (Permeability Reducing Admixtures for Hydrostatic conditions (PRAH) )로 유일하게 인정되어 왔다.

결정체 성장형 혼화제는 친수성 물질로서 콘크리트에서 물과 반응하여 불용성 결정체 구조를 형성하여 공극, 미세 크랙 및 모세관을 채워준다. 모세관 내에서 결정체의 형성은 콘크리트의 투수성을 현저하게 감소시킨다. 그 결과 높은 정수압이 있는 곳에서도 물은 물론 물로 운반되는 화학물질의 침투로부터 콘크리트를 영구히 보호할 수 있다.

이 보호 방법은 콘크리트의 열화 속도를 현저히 낮추고, 내구성을 높이며, 콘크리트 구조체의 수명을 연장시키는 것으로 증명되었다.

결정체 성장형 혼화제와는 반대로 소수성 혹은 발수성 화학물질, 예를 들어 공극차단제는 PRAN(정수압이 없는 상황에서의 투수성 감소 혼화제) 계열에 속한다. 이러한 물질에는 다양한 비누, 기름, 긴사슬지방산류가 있으며 공극이나 모세관을 발수성 벽으로 덮어 씌워 물을 차단하게 되어 있다.

그러한 발수성으로 인해 소수성 물질은 정수압이 없는 상황하에서 모세관의 흡수를 감소시키는 효과가 있다. 그러므로 이러한 물질의 생산자는 제품의 성능을 나타내기 위해 보통 흡수성 시험을 제안한다. 일반적인 모세관 흡수 시험 기준에는 ASTM C 1585, BS EN 1881-122 가 있다.

이러한 시험 기준에 따르면 일반적인 흡수성 시험은 시편을 오븐에서 건조시켜 물이나 습기가 함유되지 않게 한 후 시편에 흡수되는 물의 양을 측정한다. 건조된 시편의 무게를 측정하고 수 분/시간 동안 물에 담군 후 다시 시편의 무게를 측정하여 흡수된 물의 양을 각각의 기준에 맞춰 측정한다. 측정된 결과는 통상 대조군과 비교된다.

“흡수성 시험은 수압이 있는 물을 사용하지 않기 때문에 정수압이 없는 상황에서의 투수성 감소 혼화제 PRAN에 적합하다. 소수성 공극차단제는 공극을 물리적으로 막지 못 하기 때문에 정수압에 대해 단지 제한된 저항성만 가질 뿐이다. 비나 습기에 의한 물의 침투를 최소화 하기 위한 발수 성능은 약한 수압에서만 가능하다.”

주 원인은 소수성 물질은 모든 공극을 균일하게 메우지 못하기 때문이다. 또한 보다 큰 공간과 크랙은 충분히 보호될 수 없다. 이러한 결과로 수두압이 겨우 몇 센티미터일 경우에만 저항성을 가지게 되는 것이다. 수압이 더 높아지면 발수 성능은 떨어지게 되며 한도를 넘어서면 물이 여전히 채워지지 않은 모세관을 통해 콘크리트 내부로 침투할 수 있는 것이다. 또한 새로 발생되는 크랙은 소수성 물질에 의해 보호되지 못하게 되어 물이 침투할 위험이 크다. 이와 대조적으로 결정체 성장형 혼화제는 물과 만나면 재반응하여 새로운 결정체를 만들어 내어 콘크리트 내부의 크랙을 “자가 치유”하게 된다.

흡수성 시험은 결정체 성장형 혼화제에 적합하지 않다. 이 혼화제의 친수성으로 인해 물은 초기에 양생된 콘크리트 속으로 흡수된다. 이 물은 화학 반응을 일으키는 도화선이 되며 불용성 결정체를 형성하게 되고 미세 크랙과 콘크리트의 모세관을 차례로 메우게 된다. 모세관이 메워지게 되면 다른 물이 콘크리트 내부로 침투할 수 없게 된다. 그러므로 수 분/ 시간 동안의 흡수성 시험은 자칫 잘 못된 결과로 이끌 수 있으며 친수성 제품의 방수 성능을 판단하는데 이용되어서는 안된다.

“결정체 성장형 혼화제 PRAH의 성능을 평가하기 위해 권장되고 올바른 시험 방법은 투수성 시험이다. 이 시험은 수압이 있는 곳에서 적용되며 정수압이 있는 곳에서 제품의 성능 평가를 위한 보다 나은 지표를 줄 것이다.

적합하고 국제적으로 인정되는 시험 기준은 DIN 1048 pt 5. BS EN 12390-8이다.

투수성 시험은 콘크리트 시편에 수압이 있는 물의 침투를 관측하는 것이다. 적용 기준에 따라 28일에서 35일 양생된 콘크리트 시편에 정해진 시간 (예 : 3일) 동안 압력을 주어 (예: 5 bar) 물을 분사한다. 수압을 낮춘 후 즉시 시편을 잘라서 침투된 물의 깊이를 측정(예 : mm 단위) 한다. 시편의 결과는 보통 대조군과 비교된다.

이러한 시험은 수압이 있는 물에서 적용되며 흡수성 시험과는 달리 정수압이 있는 곳에서 혼화제의 성능에 대한 지표를 줄 수 있다. 시험 동안에 많은 물이 결정체를 형성하기 위한 반응에 소모되었으므로 진정한 성능 지표는 수 주 동안 반복 시험하여 얻을 수 있다. (아래 4주 동안의 시험 사진 참조)

결론
- 모세관 흡수 시험은 소수성 공극차단제를 포함하여 수압이 없는 상황에서의 투수성 감소 혼화제를 평가하는데 적합하다.
- 소수성 혼화제는 빗물을 막거나 습기를 최소화하는 것처럼 정수압을 받지 않는 곳에 사용된다
- 모세관 흡수 시험은 제품의 친수성과 초기에 반응을 위해 물을 얻기 위한 표면 물흡수 때문에 결정체 성장형 혼화제에는 권장되지 않는다.
- 결정체 성장형 혼화제는 친수성 물질로서 높은 정수압도 견딜 수 있다. 결정체 성장형 혼화제가 혼입된 콘크리트의 성능을 평가, 비교하기 위해서는 투수성 시험을 행해야 한다.

참고문헌
- ACI 212.3R-10 “콘크리트 혼화제에 대한 보고서” (2010년 11월)
- ACI Education Bulletin E4-12 “콘크리트용 혼화제” (2013년 1월)
- BS 1881: Part 122: 1983 “콘크리트 122 시험, 물 흡수성의 측정”
- ASTM C1585-04 “수경성 시멘트 콘크리트의 물 흡수 비율 표준 측정 방법”
- DIN 1048 pt.5 “콘크리트/ 양생 콘크리트 시험방법 (몰드로 제작된 시편)” (1991년 6월)

   
에이커솔루션, 스타방거, 노르웨이

유전 관련 제품 및 서비스 사업을 하는 노르웨이의 글로벌 기업 에이커 솔루션이 최근 새로운 빌딩을 스타방거에 세웠다. 이 빌딩은 2,600명의 직원이 근무하는 본사 건물로서 페네트론 어드믹스가 지하수와 바닷물로부터 지하 구조물을 보호하기 위해 적용되었다.

북해에 인접한 스타방거 본사는 8층 높이에 43,000 m2의 연면적을 가지고 있으며 1,000대의 자전거와 500대의 자동차를 주차할 수 있는 지하 2개 층으로 설계 되어 있다.

부지는 해안에 맞닿은 간척지이고 바닷물로부터 물과 염분의 침투에 노출되어 있었다. 방수는 물론이고 염화물의 침투를 막아 콘크리트 내구성을 증가시키기 위해 기초와 지하 구조체에 약 11,000 m3의 페네트론 어드믹스 콘크리트가 사용되었다. 페네트론 어드믹스는 결함 없이 성능을 발휘하여 공기 연장 없이 완벽히 보호되고 내구성 좋은 콘크리트 기초를 만들어 냈다.

   
캠핀스키 호텔, 제다, 사우디 아라비아

사우디 아라비아 제다시의 캠핀스키 호텔은 멋진 홍해를 조망할 수 있는 곳에 위치해 있다. 사우디 아라비아에서 최초의 녹색 인텔리전트 호텔로 디자인되었으며 260미터의 타워는 321개의 유닛, 250개의 럭셔리 객실을 자랑하며 70층에는 아파트가 위치한다.

제다 캠핀스키 호텔은 제다에서 가장 여가를 즐기기 좋은 곳이다. 럭셔리 레저 스위트룸이 있고  레스토랑에서는 세계 각국의 음식을 제공하며 1,000㎡의 연회장, 건강 센터, 스파, 미팅룸, VIP 룸 및 비즈니스 공간을 갖추고 있다.

홍해에 인접해 있기 때문에 바닥 기초, 옹벽, 물탱크, 수영장 등을 염해로부터 100% 보호하는 것이 필수적이었다. 최고의 프로젝트에 걸맞게 토탈 콘크리트 보호 시스템이 적용되어 페네트론 어드믹스가 약 30,000㎥ 면적에 걸쳐 시공되었다.

   
아부다비 국립 제지공장 (ADNPM), 무사파, 아랍에미레이트

아부다비 국립 제지공장 (ADNPM)은 중동 지역에서 티슈용 페이퍼를 만드는 가장 크고 발전된 회사 중 하나이다. ADNPM은 ISO 9001, ISO 14001 및 OHSAS 18001의 품질 관리, 친환경 및 건강, 안전 기준을 준수한다. 공장 시설은 제조 라인, 창고, 폐수 처리시설, 사무공간 및 주차장을 포함한다. 면적은 60,000㎡이며 매년 65,000톤의 티슈용 페이퍼를 생산한다. 최상급의 새 펄프로 만든 페이퍼는 냅킨, 키친타월, 핸드타월, 미용, 화장실 용 티슈로 사용된다.

2014년에 ADNPM에 새로운 생산 라인이 건립되었다. 새 빌딩은 해수면 1M 아래에 6M 깊이의 지하 구조를 가지고 있다. 페네트론 어드믹스는 콘크리트를 보호하기 위해 슬라브와 옹벽에 적용되었고 페네트론, 페네크리트, 페네플러그가 파일 부분의 누수 보수에 사용되었다.

   
맨하튼 지역 주차장 1/2/5, 뉴욕, 미국

예전 허드슨 강 52번 부두에 있던 주차장이 공원을 조성하기 위해 스프링&웨스턴 거리로 옮겨졌다. 새로운 맨하튼 주차장은 뉴욕 위생국의 기본 사무공간이며 UPS의 남부 맨하튼 집중국으로도 활용되고 있다.  맨하튼 주차장은 150대 이상의 청소용 차량을 수용하며, 분리된 세차장, 주유, 정비 시설을 갖추고 있다. 뉴욕시의 디자인 프로그램에 맞춰 빌딩을 보호하고 빗물 저장 능력 및 단열 성능을 높이기 위해 옥상 녹화를 실시하였다. 다트너 건축사 사무소가 WXY 설계사무소+어번 디자인과 공동 디자인 하였으며 LEED 인증을 획득하였다.

주차장은 5층 구조이며 건축 면적은39,700㎡이다. 주차층에는 266대의 주차 공간이 있고 창고, 사무실, 물품 보관소가 있다. 건물은 파일지지 콘크리트 슬라브 구조이며 페네트론 어드믹스가 사용되었다. 유사시 눈이나 얼음을 녹이기 위해 액상의 염화칼슘을 보관하는15,000 리터 용량의 탱크 2개가 지하에 있는데 이 곳을 포함하여 전체적으로 12,230㎥의 페네트론 어드믹스가 콘크리트 구조물에 사용되었다.