October 2014
   

가혹한 환경하에서 콘크리트 내구 연한의 60년 연장

역사적으로 콘크리트 설계자의 최대 관심은 기계적 응력에 대한 저항성, 즉 강도였으나 최근에는 내구성이 중요한 관심이 되었다.

하지만 내구성은 낮은 물/시멘트비, 압축 강도 증가, 더 많은 양의 시멘트, 공기 연행제나 방식제 투입만으로는 얻어질 수 없다.

콘크리트의 내구성을 향상시키기 위해서는 낮은 투수성, 수축 감소, 자가 치유 그리고 화학적 공격에 대한 방어 능력 등의 특성이 갖춰져야 한다. 페네트론 어드믹스 (Penetron Admix는 이러한 특성을 제공하는 기술을 포함하고 있으며 최근의 실험에서 CEM II /B-P, CEM II / B–S and CEM III/A 를 포함하는 다양한 콘크리트의 수명을 가혹한 환경하에서 부식이 발생되기 전까지 60년 이상이나 연장시킨다는 것을 밝혀냈다.

이러한 결과는 미국 콘크리트학회 (American Concrete Institute)의 보고서 212.R3-10에서  밝힌 ‘결정체 성장형 혼화제가 수압이 있는 상태에서 투수성을 감소시킬 수 있는 가장 적합한 혼화제이며 콘크리트의 내구성을 높여준다’고 한 결론과 같은 선상에 있다.

아래 내구성 테스트에 관한 상세 내용이 있다.

조제프 반 베크
해외 마케팅 담당 이사

     
 

페네트론 어드믹스의 내구성 증대 실험 결과

 
 

가혹한 환경하에서 콘크리트 내구 연한 평가

 
 

시공 사례 : 싱가폴 스포츠 허브/ 싱가폴 신 국제 경기장

 
 
   
페네트론 어드믹스의 내구성 증대 실험 결과

페네트론 어드믹스 (Penetron Admix)가 콘크리트의 내구성에 미치는 영향을 규명하기 위해 독립 실험기관에서 2년이 넘는 기간 동안 전체 연구 과제가 수행되었다. 실험에는 압축 강도, 건조 수축, 투수성, 내 황산염, 염화물 확산 저항성, 동결 융해 반복, 자가 치유 능력, 결정체 형성의 현미경 관찰 그리고 가장 중요한 페네트론 어드믹스가 혼입된 콘크리트의 내구 연한 평가가 포함되었다.

이 실험의 결과를 요약하면 다음 표와 같다.

 시험 항목
대조군 대비 페네트론 어드믹스 혼입 콘크리트의 개선된 점
비고
건조수축 (1년간 길이 변화 mm/m) 24% 감소 수축 균열 감소
황산염 저항성 변화 (ASTM C1012-12) 내적 확산 없음 황산염에 의한 균열 없음
염화물 확산 저항성 (㎡/s) ASTM C1556-04) 45% 감소 낮은 염화물 확산 계수가 구조물의 내구연한 증대
동결 융해 반복시 길이 변화(%) (Nch 2185 of 92) 10.53% 감소 공기 연행제 혼입 필요 제거
투수성 감소 (DIN 1048) 91% 증가 결정체 형성이 투수성 감소
자가치유 가능한 크랙의 폭 0.4mm 이하 신규 크랙의 자가 치유
압축 강도 (Mpa) 13% 증가 압축 강도 증가
내구 연한 증대 (Fick 법칙) 대조군 대비 60년 증대 방식제 필요 제거

개별 테스트 결과는 추후의 뉴스 레터에서 계속될 것이며, 여기서는 염화물 확산성에 근거한 내구성 평가를 주로 다루기로 한다.

 

   
가혹한 환경하에서 콘크리트 내구 연한 평가

염화물 확산에 따른 콘크리트의 열화 메커니즘은 아래와 같다.


ASTM C1556에 의해 페네트론 어드믹스가 혼입된 콘크리트와 혼입하지 않은 콘크리트를 대상으로 염화물 확산 실험을 한 결과는 다음과 같다.

표2: 염화물 현성 확산 계수 (ADC)

콘크리트 시간(일) 최초 함량 Cl Ci
(%)
표면 함량 Cl Cs (%) 현성 확산 계수 Cl (㎡/s)
대조군 C(PA 혼입 안 됨) 35 0.023 1.084 7.20E-12
PA 혼입 콘크리트 C1 35 0.022 1.304 4.90E-12
PA 혼입 콘크리트 C2 35 0.008 1.481 4.66E-12

C, C1 : CEM II/B-P
C2 : CEM II/B-S
PA : 페네트론 어드믹스

Fick의 2법칙을 활용하면 염화물 확산 계수와 철근 피복에 기초하여 콘크리트의 내구 연한을 평가할 수 있으며 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.

 

Fick의 2법칙 – 변수

항목

대조군 C(PA 혼입 안 됨)

PA 혼입 콘크리트 C1

PA 혼입 콘크리트 C2

Steel Cover (m)

0.06

0.06

0.06

염화물 농도 : 표면,Cs (%질량)

1.53

1.30

1.48

현상확산계수,Da(㎡/s)

7.20E-12

4.90E-12

4.66E-12

시간 요인에 따른 확산계수 D(t) (㎡/s)

3.22E-13

1.40E-13

1.33E-13

오차함수

0.967

0.962

0.966

콘크리트의 염화물농도한도 C(xt)

0.05

0.05

0.05

콘크리트의 염화물농도한도 (%rpc)

0.32

0.32

0.32

구조물의 내구연한(연)

38.8

94.8

95.3

주 : 테스트는 ASTM C1556의 노출 조건에 맞춰 진행하였음

이 실험 결과는 실제 바닷물보다 4.7배 더 높은 염화물 농도에서 페네트론 어드믹스가 혼입된 콘크리트가 부식이 오기 전까지의 내구 연한을 일반 콘크리트 대비 60년까지 늘릴 수 있다는 것을 보여준다.

이와는 별개로 Nordtest 기준에 따라 고 내구성 콘크리트CEM III/A 디자인에 맞춘 염화물 이동 테스트에서는 페네트론 어드믹스가 혼입된 콘크리트가 40년의 내구 연한을 증대시키는 결과를 얻을 수 있었다.

 

   
시공 사례 : 싱가폴 스포츠 허브/ 싱가폴 신 국제 경기장

위치 : 싱카폴, 칼랑
준공연도 : 2014년
설계자 : AECOM / Arup Sport / DP Architects
시공사 : Dragages Singapore Pte. Ltd.


세계에서 가장 큰 싱가폴의 돔 구조물

예전 국제 경기장 위치에 새로 건축된 싱가폴 스포츠 허브는2014년 6월 30일에 개장하였으며 싱가폴의 새로운 스포츠 중심지가 되었다.

2010년 기존의 국제 경기장을 허물고 착공되었으며 55,000명을 수용할 수 있는 새 국제 경기장과 3,000명을 수용하며 레저 시설물을 갖춘 실내 수영 센터, 역시 3,000명을 수용하는 다용도 실내 경기장, 41,000m2 규모의 상업시설과 수상 스포츠 센터가 칼랑강 유역에 건설되었다. 이밖에도 칼랑 웨이브 쇼핑몰을 비롯하여 산책로 및 싱가폴 스포츠 박물관, 스포츠 도서관등도 함께 준공되었다.


스포츠 허브의 중심에는 싱가폴 국제 경기장이 있다. 랜드마크가 된 이 구조물은 세계에서 유일한 다용도 경기장으로서 하부의 좌석을 자동으로 접어 넣을 수 있게 되었다. 48시간 이내에 경기장은 콘서트나 축구, 럭비, 크리켓 과 육상 경기를 진행할 수 있게 재 배치될 수 있다. 또한 개폐가 가능한 돔 지붕은 날씨에 관계 없이 행사 진행이 가능하다.

싱가폴 환경심의회로부터 친환경 인증을 받은 페네트론 시스템은 친환경 건물의 상징이 되는 이 건축물에 콘크리트 내구성을 높이기 위해 선택되었다. 약 55,000 M3의 바닥 및 옹벽에 페네트론 어드믹스가 적용되었으며 시공 이음부에는 18,500M의 페네바 (Penebar)가 시공되었다. 또한 16,000M2의 실내 습윤부와 지붕 및 콘크리트 외부는 페네씰 프로 (Peneseal Pro)를 코팅하였다.

싱가폴 스포츠 허브 프로젝트는 오랜 기간 싱가폴의 사회기반 시설에 적용되어 왔던 페네트론 시스템의 많은 실적 중 또 하나의 기념비적인 사건이 되었다.