콘크리트 표면의 백화현상에 관한 원인분석

1. 백화의 발생과 성분

 

백화현상이란 콘크리트 타설 후 경화되어 가는 도중에서 콘크리트의 표면이 하얗게 얼룩지는 현상을 말하는 것으로서 발생시기에 따라 1차 백화와 2차 백화로 구분할 수 있습니다. 1차 백화는 콘크리트의 경화시에 일어나는데 시멘트의 수화과정에서 발생하는 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 모세관현상에 의하여 표면으로 이동하여 대기중의 탄산가스(CO2)와 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)이 생성되고, 이것이 또한 수분 및 탄산가스와 재반응하여 생성된 적출물이 표면에 침전되어 만들어지는 것입니다.

이때 적출물의 양은 알칼리 성분이 많은 시멘트를 사용하는 경우일수록 많게 되며,또한 염화나트륨(Na2Cl)을 다량으로 포함하고 있는 해사를 사용하는 경우도 많이 발생하므로 해사의 사용을 중지 또는 줄이는 방법도 백화의 발생을 방지하는 방법이라 할 수 있습니다. 백화현상은 경화중의 온도, 습도 및 바람의 영향을 받아 바람이 적고 습도가 높을 때 많이 발생하며, 옥외양생의 경우 백화발생 상황을 살펴보면 서리가 많은 가을에 가장 많이 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 1차 백화의 발생은 경화중인 콘크리트의 건조과정에 관계가 있어 콘크리트를 조기에 건조시키게 되면 표면의 수분이 증발되어 이것이 수산화칼슘의 표면이동을 억제하여 이 반응이 콘크리트 내부에서 일어나기 때문에 백화의 발생을 방지할 수 있습니다.

한편, 2차 백화는 콘크리트가 경화된 뒤에 옥외 노출시에 발생하는 것으로서, 이것은 외부로부터의 물의 침투가 주원인이 되므로 다짐이 충분하지 못한 콘크리트의 경우에는 외부로부터의 물의 침투 및 수산화칼슘의 용출이동이 용이하기 때문에 백화가 발생하기 쉽습니다. 당 현장에서 보이는 백화현상은 겨울철 스팀양생 및 서리가 많은 가을철에 타설한 콘크리트 구조물에 많이 발생한 것으로 판단됨. 백화의 발생은 콘크리트의 외관상 좋지 않은 것외에는 콘크리트의 물성을 저하시키지는 않는다.

백화를 일으키는 성분은 콘크리트의 재령, 대상물, 환경조건, 사용한 첨가제등에 따라 달라질 수 있으며, 주요 물질로는 CaCO3(탄산칼슘), Ca(OH)2(수산화칼슘), Na2SO4(황산나트륨, 망초), K2SO4(황산칼륨), CaSO4(황산칼슘, 석고), Na2CO3(탄산나트륨), K2CO3(탄산칼륨)등이 있다.

 

 

2. 백화 발생의 원인

 

백화는 시멘트 콘크리트 경화체 중 또는 외부로부터의 침투수 중에 존재하는 원인 성분, 예를 들면 Ca(OH)2(수산화칼슘), Na2SO4(황산나트륨, 망초), K2SO4(황산칼륨)등이 물에 녹아 수용액 상태로 되고, 콘크리트 내부로부터 표면으로 이동하여 발생된다. 즉 물의 이동과 관계가 깊으며, 물의 이동이 용이할수록 백화가 일어나기 쉽다.

구체적으로 설명하면, 시멘트 콘크리트 경화체가 ① 물 (콘크리트 내부의 물, 외부로부터의 보충수)이 많고, ② 물의 증발이 빠르며, ③ 충분한 강도가 얻어지지 않는 상태에서 쉽게 백화가 발생할 수 있다.

 

물의 이동과는 별도로 ① 단위 시멘트량이 많고, ② 시멘트 중의 알칼리량이 많으며, ③ 골재와 혼화제 중에 원인성분이 다량 함유되어 있다는 등 직접 백화 현상을 일으키는 성분의 함유량이 많을 경우도 발생의 원인이 되기도 한다.

 

 

3. 백화의 제거 방법

 

백화의 성분 중 Na(나트륨)염, K(칼륨)염은 용해도가 크기 때문에 물로 세척함으로써 비교적 용이하게 제거할 수 있다.

한편 Ca(칼슘)염은 용해도가 낮기 때문에 브러쉬로 제거하거나 희박한 산으로 용해시키는 것 이외에는 유효한 제거 방법이 없다. 그러나 이러한 방법은 매우 많은 비용과 시간이 필요하며, 또한 산에 의해 유해한 부작용도 예상되므로 실제로 제거하기는 어렵다.

 

 

4. 백화의 방지 방법

 

백화를 방지하는 방법으로는 백화가 일어나기 쉬운 상황과 반대의 상황을 만들면 가능하다. 즉, 물의 이동을 막거나 최소화하면 좋다. 이를 위해서는 ① 경화체의 내부를 치밀하게 하고(감수제 또는 유동화제), ② 빠르게 경화시키고(촉진제), ③ 방수성, 발수성을 부여하고(방수제와 발수제), ④ 보수성을 부여하고(보수제), ⑤ 외부로부터의 물의 침입을 방지(표면경화제 또는 표면도막형성제)하는 등의 방법을 들 수 있다.

 

 

5. 조치계획

 

① 백화현상 구조물 : 연화1교 P9, P27, P28, P29기둥.

② 제거방법 : 1안) 고압세척기

2안) 브러쉬 또는 사포로 닦거나, 1/10N의 염산이나, 옥살산으로 세척 후 물로 세척한다.

③ 조치일정 : - 연화1교 P9 - 2010년 3월 8일~3월 14일 예정

- 연화1교 P27, P28, P29 - 2010년 3월 29일~3월 31일 예정

 

6. 결론

 

① 콘크리트 표면에 발생된 백화현상은 콘크리트 표면의 미관이 좋지 않을 뿐이 며, 물성을 저하시키지는 않는다.

② 하절기와 같이 외부의 기온이 높은 환경에서는 콘크리트의 강도가 충분히 얻 어지기 전까지 콘크리트 표면에 과도한 물을 살포하지 않으며, 비(雨)를 맞지 않도록 하면 효과적으로 백화를 줄일 수 있다.

 

 

 

※ 참고문헌: 1. 쌍용양회(주) - 콘크리트 백화의 원인과 대책

                    2. 동양시멘트(주) - 콘크리트 백화의 원인과 대책 -끝-