KR101542165B1 - 알칼리이온 침출 억제를 위한 콘크리트 구조체, 이를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법 및 처리 장치 - Google Patents

알칼리이온 침출 억제를 위한 콘크리트 구조체, 이를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법 및 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기화학적 처리 기법을 통해 콘크리트 표면에 수산화칼슘막을 형성시킴으로써 알칼리이온의 주체인 수산화이온(OH-)의 침출을 억제시켜 생활환경 및 생태환경의 안정성을 높일 수 있도록 한 알칼리이온 침출 억제를 위한 콘크리트 구조체와 이를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법으로서, 내부에 복수의 철근이 배근된 콘크리트 표면에 전도성 금속 플레이트를 설치하는 양극재 설치 단계; 상기 철근을 음극재로 하고, 상기 전도성 금속 플레이트를 양극재로 하여, 상기 콘크리트 표면과 전도성 금속 플레이트 계면에 수산화칼슘막을 형성하도록 통전시키는 통전 단계; 및 상기 통전 단계에서 통전되는 전류, 전압 및 통전시간을 제어하여 제어 단계를 포함하는 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법을 제공한다.

Description

알칼리이온 침출 억제를 위한 콘크리트 구조체, 이를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법 및 처리 장치{ELECTROCHEMICAL TREATMENT METHOD AND APPARATUS OF CONCRETE SURFACE FOR ARREST ALKALI IONS LEACHING FROM CONCRETE, AND CONCRETE STRUCTURE THEREOF}
본 발명은 알칼리이온 침출 억제를 위한 콘크리트 구조체와 이를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법 및 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기화학적 처리 기법을 통해 콘크리트 표면에 수산화칼슘막을 형성시킴으로써 알칼리이온 및 알칼리메탈이온(OH-, Cl-, Na+, K+, Ca+, Fe+)의 침출을 억제시키고, 특히 알칼리이온의 주체인 수산화 이온(OH-)의 침출을 억제시켜 생활환경 및 생태환경의 안정성을 높일 수 있도록 한 알칼리이온 침출 억제를 위한 콘크리트 구조체와 이를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
시멘트는 천연의 석회석, 점토, 규석, 산화철 원료 및 유연탄 등을 주원료로 사용하여 제조된다. 그리고 자원의 유효 이용이라는 관점에서 각종 부산물 혹은 폐기물이 원료로 재활용되고 있다.
이러한 천연 원료, 연료, 부산물, 폐기물 중에는 시멘트의 주요 구성성분 이외에도 기타 중금속이 미량 함유되어 있어, 시멘트 제조과정 중 최종 시멘트 제품에 포함될 수 있다. 이에 따라 발생하는 콘크리트의 중금속 유해성 논란은 시급히 해결되어야 하며, 빠른 개선이 요구되고 있기도 하다. 특히 이는 우리나라 국민의 대부분이 콘크리트를 주재료로 하는 건축물에 살고 있기 때문이기도 하다.
시멘트는 석회석, 규석, 혈암 또는 점토 및 철질 원료를 분쇄, 소성한 후, 석고 및 혼합재(수쇄 슬래그 및 석회석 등)를 혼합하여 최종 시멘트 제품으로 제조된다. 이때 각각의 천연 원료를 일부 대체하여 산업폐기물(폐주물사, 슬래그, 슬러지류 등)을 사용하고 있다.
콘크리트는 시멘트의 수화반응에 의해 결합체로서 강도를 발현하게 되고, 수화반응에 의해 생성되는 수산화칼슘은 pH 12.5 정도의 강알칼리성을 나타내며, 결과적으로 수화물 전체의 pH가 결정된다. 도 1은 용매 pH에 따른 콘크리트 중의 알칼리이온의 침출 특성을 나타내는 그래프이다.
알칼리이온의 침출은 수산화 이온의 침출만이 아니라 알칼리메탈 이온의 침출이 동시에 수반되며, 각각의 이온은 용매의 pH 농도에 따라 상이하게 침출된다. 실제 알칼리이온의 주체인 수산화 이온은 도 1에 도시된 바와 같이 pH 12.5 이상이 되었을 때 침출한다.
한편, 수산화칼슘은 대기 중에 포함하고 있는 탄산가스와 접촉하여 탄산칼슘과 물로 변화하며, 이러한 반응에서 탄산칼슘으로 변화한 부분의 pH가 8.5-10 정도로 낮아지는 것을 탄산화(Carbonation)라고 한다. 콘크리트의 탄산화는 자연적으로 대기 중의 이산화탄소의 침투 및 확산에 의해 콘크리트의 수화물이 반응하는 현상이다.
콘크리트의 알칼리이온 침출 억제를 하기 위한 대책으로서, 콘크리트 표면에 도장(coating)을 실시하여 내부의 알칼리이온 침출을 억제하는 방법인 표면도장이나 멤브레인 코팅이 있다. 화학 침식 방지를 위한 콘크리트 표면 처리제 및 그의 시공방법에 대한 종래 기술의 일 예로는 특허 제10-0944612호에 제안되어 있다.
자연적인 탄산화의 경우, 실제 콘크리트 구조물에서는 옥내외가 각기 다른 환경을 가짐에 따라, 대기 중의 이산화탄소 농도, 온도, 습도, 강우량의 환경 차이로 인해 탄산화 정도에 있어 차이가 발생한다. 또한, 일사량의 차이에 따라 탄산화 속도 및 깊이의 차이가 발생함에 따라 인위적으로 탄산화 속도 및 깊이의 제어가 불가능하다.
그리고 표면도장이나 멤브레인 코팅의 경우 장기간 수중환경에 놓일 경우 콘크리트와 도장(coating)의 부착강도가 저하될 뿐만 아니라, 파도 등에 의해 국부적으로 도장된 부분이 파손되어 그 부분에서 알칼리 이온의 침출 가능성이 커지며, 알칼리 침출에 따른 생태환경에 악영향을 미치는 문제점이 있다.
한편, 관련 기술로서 철근 콘크리트 내부에 있는 철근부식 방법으로 전기화학적 처리 기법이 널리 이용되고 있다. 도 2는 콘크리트 철근부식 방지를 위한 통상적인 전기화학적 처리기법을 도시한 모식도이다.
그러나 콘크리트에 전류를 가할 경우, 이온의 이동 및 새로운 분자의 발생이 야기되어 염소 이온과 같은 유해이온이 철근에서 이탈시킬 수 있으나, 철근 근처에서의 수소가스 발생 및 수산화 이온의 해리가 야기 될 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 전기화학적 처리 기법을 통해 콘크리트 표면에 수산화칼슘막을 형성시킴으로써 알칼리이온의 주체인 수산화이온(OH-)의 침출을 억제시켜 생활환경 및 생태환경의 안정성을 높일 수 있도록 한 알칼리이온 침출 억제를 위한 콘크리트 구조체와 이를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따르면, 내부에 복수의 철근이 배근된 콘크리트; 및 상기 콘크리트의 표면에 형성되는 수산화칼슘막을 포함하는 콘크리트 구조체를 제공한다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 수산화칼슘막은 상기 콘크리트 내부의 철근을 음극재로 하고, 상기 콘크리트의 표면에 설치되는 티타늄 소재의 전도성 금속 플레이트를 양극재로 하여 통전시킴으로써 상기 콘크리트의 표면과 전도성 금속 플레이트 사이에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법으로서, 내부에 복수의 철근이 배근된 콘크리트 표면에 전도성 금속 플레이트를 설치하는 양극재 설치 단계; 상기 철근을 음극재로 하고, 상기 전도성 금속 플레이트를 양극재로 하여, 상기 콘크리트 표면과 전도성 금속 플레이트 계면에 수산화칼슘막을 형성하도록 통전시키는 통전 단계; 및 상기 통전 단계에서 통전되는 전류, 전압 및 통전시간을 제어하여 제어 단계를 포함하는 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 전도성 금속 플레이트는 티타늄 소재의 메쉬 플레이트로 이루어지고, 상기 음극재와 양극재 간의 전기적 이동성을 높이기 위하여 상기 양극재의 상면에 전해질 용액을 제공하는 전해질 용액 제공 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 전해질 용액 제공 단계는 상기 양극재가 위치되는 콘크리트의 표면을 커버하고 내부 공간을 갖는 전해질 챔버 부재 내에 전해질 용액을 충전하며, 상기 전해질 챔버 부재와 콘크리트의 표면 사이의 가장자리 이음부를 밀봉하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 전해질 용액 제공 단계는 상기 양극재의 상면으로 전해질 용액을 스프레이 방식으로 제공할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 있어서. 상기 전해질 용액은 리튬보라이트(Lithum borate)인 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 제어 단계는 4주간 동안 250mA~1000mA의 전류와 5V~20V의 전압이 공급되도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 관점에 따르면, 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치로서, 내부에 복수의 철근이 배근된 콘크리트의 표면에 설치되는 전도성 금속 플레이트; 상기 철근을 음극재로 하고 상기 금속 플레이트를 양극재로 하여 통전시키도록 전원을 공급하는 전원공급장치; 및 상기 전원공급장치로부터 공급되는 전류, 전압 및 통전시간을 제어하는 제어반을 포함하는 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 제3 관점에 있어서, 상기 전도성 금속 플레이트가 위치되는 콘크리트의 표면을 커버하고 내부 공간을 갖는 전해질 챔버 부재와, 상기 전해질 챔버 부재의 내부에 채워지는 전해질 용액, 및 상기 전해질 챔버 부재와 콘크리트의 표면 사이에서 상기 전해질 용액이 외부로 새어나오지 않도록 이음부를 밀봉하는 밀봉 부재를 더 포함하며, 상기 금속 플레이트는 티타늄 소재의 메쉬 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 관점에 있어서, 상기 전도성 금속 플레이트는 티타늄 소재의 메쉬 형태로 이루어지고, 상기 전도성 전해질 용액을 스프레이 방식으로 상기 전도성 금속 플레이트 상으로 공급하기 위한 전해질 용액 스프레이 공급 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 관점에 있어서, 상기 전해질 용액은 리튬보라이트(Lithum borate)인 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 관점에 있어서, 상기 제어반은 전류의 공급량을 제어하기 위한 전류량 제어부와, 전압의 크기를 제어하는 전압 제어부 및 전류의 통전 기간을 제어하기 위한 타이머를 포함할 수 있으며, 상기 제어반은 250mA~1000mA의 전류와 5V~20V의 전압이 제공되도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 콘크리트 구조체, 이를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치 및 방법에 의하면, 전기화학적 기법을 통해 콘크리트 표면에 수산화칼슘막을 형성시킴으로써 콘크리트로부터 알칼리이온의 침출을 저감시키고, 이에 따라 생활환경 및 생태환경 안정성을 높일 수 있도록 한 효과를 제공한다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 용매 pH에 따른 콘크리트 중의 알칼리이온의 침출 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2는 콘크리트 철근부식 방지를 위한 통상적인 전기화학적 처리기법을 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법을 도시한 플로 차트이다.
도 6은 본 발명의 실험에서 통전 기간 및 전류량에 따른 전해질 용액의 pH 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실험에서 통전 기간 및 전류량에 따른 전해질 용액의 최종 pH 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실험에서 전기화학적 처리기법 이후의 알칼리이온 침출에 따른 pH농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실험에서 전기화학적 처리기법 이후의 100일 경과 시의 pH 농도를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 콘크리트 구조체, 이를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법 및 처리 장치를 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치는, 내부에 복수의 철근(101)이 배근된 콘크리트(100)의 표면에 부착되는 전도성 금속 플레이트(200); 상기 철근(101)을 음극재로 하고 상기 금속 플레이트(200)를 양극재로 하여 전기적으로 연결시켜 전원을 공급하는 전원공급장치(300); 및 상기 전원공급장치(300)로부터 공급되는 전류, 전압 및 통전시간을 제어하는 제어반(400)을 포함한다.
또한, 본 발명은 전원공급장치(300)에 의한 음극재(철근)와 양극재(금속 플레이트)의 전기적 연결을 통해 콘크리트 표면에 수산화칼슘막이 형성될 때, 전기적 이동성을 높이기 위하여 상기 전도성 금속 플레이트(200)가 위치되는 콘크리트의 표면을 커버하고, 내부 공간을 갖는 전해질 챔버 부재(500); 상기 전해질 챔버 부재(500)의 내부에 채워지는 전해질 용액(510); 및 상기 전해질 용액(510)이 전해질 챔버 부재(500)와 콘크리트의 표면 사이에서 외부로 새어나오지 않도록(누액되지 않도록) 그 이음부를 밀봉시키는 밀봉 부재(520)를 포함하며, 상기 금속 플레이트는 메쉬 형태로 형성된다.
상기 금속 플레이트(200)는 메쉬 형태의 티타늄 플레이트가 이용되고, 상기 전해질 용액은 리튬보라이트(Lithum borate)가 이용되는 것이 바람직하다.
상기 전원공급장치(300)는 DC 전원을 공급하는 장치로 구성된다.
상기 제어반(400)은 크게 전류의 공급량을 제어하기 위한 전류량 제어부와, 전압의 크기를 제어하는 전압 제어부 및 전류의 통전 기간을 제어하기 위한 타이머로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명은 전기적 이동성을 높이기 위하여 전해질 챔버 부재(500) 내에 전해질 용액을 충전시키는 구성을 설명하고 있지만, 전해질 용액을 충전하는 대신에, 메쉬 형태의 금속 플레이트(예를 들면, 티타늄 메쉬 플레이트)에 전해질 용액을 스프레이 방식으로 주기적으로 공급하기 위한 전해질 용액 스프레이 공급 장치를 통해 공급될 수 있다.
이러한 전해질 용액 스프레이 공급장치가 설치되는 경우에, 전해질 용액 스프레이 공급장치의 제어는 앞서 설명한 제어반에 의해 제어될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치는, 콘크리트 내의 철근(101)을 음극재로 하고 콘크리트 표면의 금속 플레이트(즉, 티타늄 메쉬 플레이트)를 양극재로 하여 제어반(500)의 제어를 통해 전원공급장치(300)에 의해 직류전류를 통전시킴으로써, 철근 주변부로 이동한 칼슘 이온이 철근 콘크리트 계면에서 발생된 수산화이온과의 반응에 의해 콘크리트 표면에 수산화칼슘막(102)(도 3 참조)을 형성시킨다. 여기에서, 수산화칼슘은 12.6의 높은 pH를 형성하며, pH감소에 저항하는 완충력이 있으므로 알칼리이온 침출을 억제할 수 있다.
바람직하게, 후술의 실험 예에서 설명하겠지만, 상기 제어반(500)은 250mA~1000mA의 전류와 5V~20V의 전압이 공급되도록 제어하는 것이 바람직하다.
도면에 도시된 내용에서는 콘크리트의 일측 표면에 대해서만 도시되어 있으나, 콘크리트 전체 표면에 대하여 적용되는 것임을 이해할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법을 도시한 플로 차트이다.
본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 내부에 복수의 철근이 배근된 콘크리트 표면에 전도성 금속 플레이트를 설치하는 양극재 설치 단계(S100); 상기 철근을 음극재로 하고, 전도성 금속 플레이트를 양극재로 하여 통전시키는 통전 단계(S200); 및 상기 통전 단계에서 통전되는 전류, 전압 및 통전시간을 제어하는 제어 단계(S300)를 포함한다.
또한, 본 발명은 음극재(철근)와 양극재(전도성 금속 플레이트)의 전기적 연결을 통해 최종적으로 콘크리트 표면에 수산화칼슘막이 형성될 때, 음극재와 양극재 간의 전기적 이동성을 높이기 위하여 양극재의 상측에 전해질 용액을 제공하는 전해질 용액 제공 단계(S400)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전해질 용액 제공 단계(S400)는 다양한 방식이 있는데, 충전된 전해질 용액을 공급하는 방식과 전해질 용액을 스프레이 방식으로 공급하는 방식이 있을 수 있다.
전해질 용액 제공 단계에서 충전된 전해질 용액을 공급하는 방식은, 전도성 금속 플레이트가 위치되는 콘크리트의 표면을 커버하고, 내부 공간을 갖는 전해질 챔버 부재 내에 전해질 용액을 충전하는 것을 포함하고, 상기 전도성 금속 플레이트를 메쉬 형태의 금속 플레이트로 마련하는 것이다.
이때, 상기 전해질 용액이 전해질 챔버 부재와 콘크리트의 표면 사이에서 외부로 새어나오지 않도록(누액되지 않도록) 그 이음부를 밀봉시키는 것을 포함한다.
한편, 전해질 용액 제공 단계에서 스프레이 공급 방식은 메쉬 형태의 금속 플레이트로 마련된 전도성 금속 플레이트 상에 스프레이 공급 장치를 통해 스프레이 방식으로 공급하는 것을 포함한다.
상기 전도성 금속 플레이트는 티타늄 플레이트가 이용되고, 상기 전해질 용액은 리튬보라이트(Lithum borate)가 이용되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 제어 단계(S300)는 전류와 전압 그리고 통전 기간을 제어하는데, 바람직하게, 4주간 동안 250mA~1000mA의 전류와 5V~20V의 전압이 공급되도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 장치와 방법에 의한 콘크리트 구조체는, 최종적으로 철근이 배근된 콘크리트 및 상기 콘크리트의 표면에 형성되는 수산화칼슘막으로 이루어진다.
다음으로, 본 발명의 발명자는 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법에 대한 실험을 실행하였다.
본 실험에서의 전기화학적 처리기법은 전류의 통전 기간에 따라 전기이중층(수산화칼슘막)의 형성에 차이가 있으므로 전류의 통전 기간을 1, 2, 4주로 통전하여 통전 기간에 따른 pH농도의 변화를 측정하였다.
또한, 콘크리트에서의 알칼리이온의 침출량을 조사하기 위해 전해질 용액의 pH 농도를 통전 후 매 5일마다 측정하였으며, 통전이 정지된 이후에도 매 10일마다 총 100일간 알칼리이온 침출량을 조사하기 위해 100일 후 콘크리트 표면을 2.0mm 간격으로 10.0mm깊이까지의 분말을 채취한 후 증류수와 혼입하여 알칼리이온의 농도를 측정하였다. 이때 제조한 서스펜션(suspension)의 물: 분말의 비는 분말 3.0g 대비 증류수 40ml를 이용하여 pH 농도를 측정하였다.
구체적으로, 다음과 같은 실험 내용을 통해 본 발명에 따른 전기화학적 기법을 통한 알칼리온 침출 저감 결과를 확인하였다.
본 실험에서 콘크리트의 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 처리기법을 적용하기 위한 변수로 가압 전류, 전압, 적용기간을 선정하였다.
본 실험에서는 160×160×1000mm의 각주형 콘크리트 시편을 제조하였으며, 전기화학적 처리기법을 적용하기 위해 콘크리트 표면 25mm의 위치에 음극재로서 직경 16mm의 철근을 3개 배근하였다(도 4의 모식도 참조). 음극재(철근) 하단면의 부식을 방지하기 위해 폴리머 코팅을 하였다.
또한, 콘크리트 상면에는 원활한 전기적 이동을 위해 양극재로 티타늄 메시를 가설하였고, 양극재(티타늄 메시)와 음극재(철근)를 전기적으로 연결하였다. 콘크리트의 일측 면에는 높이 150mm의 전해질 챔버를 확보하여 전기적 이동성을 높였으며 전해질 용액은 0.1M의 리튬보라이트(Lithium borate) 용액을 공급하였다.
전기화학적 처리기법에서의 주요 실험변수인 전하량에 대한 변위는 콘크리트 비표면적 대비 전류 0, 250, 500, 1,000mA/m²로 하였으며, 각각의 전압은 철근과 콘크리트의 부착강도를 고려하여 5.0V의 초기 전압을 통전시켰다. 그리고 일정전압 및 전류량 확보를 위해 매 24시간마다 통과 전류량을 측정하여 콘크리트 비저항에 따른 전압량을 증가시켰으며 그 범위는 20.0V이하로만 하였다. 이는 고압 통전 시 발생할 수 있는 철근 콘크리트 계면의 파괴, 철근의 수소파괴를 방지하기 위해 20V를 최대전압으로 하였다.
도 6은 본 발명의 실험에서 통전 기간 및 전류량에 따른 전해질 용액의 pH 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 1주 통전 기간, 2주 통전 기간, 4주 통전 기간에서 1,000mA/m²를 통전하였을 때 전해질 용액의 pH 농도는 각각 9.5, 8.3, 8.1이었고, 500mA/m²는 각각 10.3, 9.7, 8.4이었으며, 250mA/m²는 각각 10.3, 9.7, 8.4로 나타남에 따라 1,000mA/m²를 통전 하였을 때 알칼리이온 침출 저감 효과가 가장 큰 것으로 나타났다.
도 7은 본 발명의 실험에서 통전 기간 및 전류량에 따른 전해질 용액의 최종 pH 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 전류량이 작은 250mA/m²의 경우, 통전 기간의 증가에 따라 최종 pH 농도가 감소하지만, 실제 2주 이상의 통전 기간부터는 감소폭이 상당히 감소하는 경향을 나타내고 있다. 다만, 500mA/m²인 경우에는 통전 기간에 따라 최종 pH 농도가 급격히 감소하였다. 그런데 1,000 mA/m²와 같이 높은 전류량에 대해서도 2주 이상의 통전 기간에서는 pH농도의 감소폭이 감소하였다.
도 8은 본 발명의 실험에서 전기화학적 처리기법 이후의 알칼리이온 침출에 따른 pH농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 전기화학적 처리기법을 적용 후 100일간 알칼리이온 침출량을 조사하기 위해 전해질 용액을 제거한 후 증류수를 투입하여 pH 농도의 변화추이를 모니터링 하였다. 또한, 전기화학적 처리기법의 효용성을 정량화하기 위해 전기화학적 처리기법을 적용하지 않은 표준시험체(Control)의 알칼리이온 침출량 또한 비교하여 모니터링 하였다.
표준 시험체는 초기 5일 이내에 알칼리이온의 침출에 의해 pH 농도가 12.5까지 증가하였으며 이후 서서히 증가하여 최종 100일에는 약 13.5까지 나타났다. 반면 1,000mA/m²를 통전하였을 때 pH 농도는 8.1에서 8.5로, 500mA/m²를 통전하였을 때 pH 농도는 8.4에서 9.1로, 250mA/m²를 통전하였을 때 pH 농도는 9.8에서 11.5로 나타남에 따라 1,000mA/m²를 통전 하였을 때 알칼리이온 침출 저감 효과가 가장 큰 것으로 나타났음을 확인하였다.
도 9는 본 발명의 실험에서 전기화학적 처리기법 이후의 100일 경과 시의 pH 농도를 나타내는 그래프이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 표준 시험체의 경우 pH 농도는 13.5로 매우 높게 나타난 반면 전기화학적 처리기법을 한 경우에는 일정한 pH이후를 유지하였다. 특히 1,000mA/m2, 4주간의 적용 시 알칼리이온의 침출에 따른 최종 pH는 중성의 범위인 8.5 정도를 유지하였다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 알칼리이온 침출 억제를 위한 콘크리트 구조체, 이를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법 및 처리 장치는, 전기화학적 기법을 통해 콘크리트 표면에 수산화칼슘막을 형성시킴으로써 콘크리트로부터 알칼리이온의 침출을 저감시키고, 이에 따라 생활환경 및 생태환경 안정성을 높일 수 있는 이점을 제공한다.
이러한 본 발명에 따른 콘크리트 구조체는 생활환경 및 생태환경과 연계된 하천 및 해양 환경과 같은 수중 환경에서의 콘크리트 구조물에 이용될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 콘크리트
101: 철근(음극재)
102: 수산화칼슘막(전기이중층)
200: 전도성 금속 플레이트(양극재)
300: 전원공급장치
400: 제어반
500: 전해질 챔버 부재
510: 전해질 용액
520: 밀봉 부재
S100: 양극재 설치 단계
S200: 통전 단계
S300: 제어 단계
S400: 전해질 용액 제공 단계

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 알칼리이온 침출 억제를 위한 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법으로서,
    내부에 복수의 철근이 배근된 콘크리트 표면에 티타늄 소재의 메쉬 플레이트로 구성되는 전도성 금속 플레이트를 설치하는 양극재 설치 단계;
    음극재와 양극재 간의 전기적 이동성을 높이기 위하여 상기 양극재의 상면에서 상기 양극재가 위치되는 콘크리트의 표면을 커버하고 내부 공간을 갖는 전해질 챔버 부재 내에 리튬보라이트(Lithum borate)로 구성되는 전해질 용액을 제공하는 전해질 용액 제공 단계;
    상기 철근을 음극재로 하고, 상기 전도성 금속 플레이트를 양극재로 하여, 상기 콘크리트 표면과 전도성 금속 플레이트 계면에 수산화칼슘막을 형성하도록 통전시키는 통전 단계; 및
    상기 통전 단계에서 통전되는 전류, 전압 및 통전시간을 제어하여 제어 단계
    를 포함하는 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전해질 용액 제공 단계는
    상기 전해질 챔버 부재와 콘크리트의 표면 사이의 가장자리 이음부를 밀봉하는 것을 포함하는
    전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제어 단계는 4주간 동안 250mA~1000mA의 전류와 5V~20V의 전압이 공급되도록 제어하는
    전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법.
  9. 청구항 3항에 따른 전기화학적 콘크리트 표면 처리 방법에 따라 제작되는 콘크리트 구조체.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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