자가치유형 구체방수재(베스톤)에 관하여

1.구체방수의 정의

콘크리트는 방수성을 가진 재료인 것은 사실이나 누수가 되는 원인은 포틀랜트 시멘트가 수화할 때 유리하는 수산화칼슘[Ca(OH)2]은 콘크리트 표면에 백화를 발생시키거나 콘크리트의 수밀성을 해치거나 하는 원인이 된다고 한다. 이것은 시멘트 수화물의 대부분이 안정된 물질이며 물에 대하여 불용성이나 수산화 칼슘은 불안정한 물질로서 수용성이기 때문이다. 시멘트가 수화반응할 때 필요한 수량은 시멘트 중량의 30%내외이나 실제적으로 사용되는 몰탈이나 콘크리트의 물․시멘트비는 40～60%의 범위인 경우가 대부분으로 이는 적당한 Consistency를 얻기 위해서는 수화량 보다도 다량의 수량이 필요로 하기 때문이다. 이 과잉수 때문에 경화된 콘크리트가 다공질의 것이 되어 이 간극을 통하여 투수되거나 수산화칼슘이 콘크리트 표면에 용출되거나 하는 결과가 된다. 물․시멘트비를 작게 하고 다지기를 충분히 하여 콘크리트의 수밀성을 증대시켜 구조물 그 자체로 방수성능을 증대시키는 것은 현장의 시공자로서는 반드시 명심하여야 할 일이나 콘크리트의 조성 및 특성상 콘크리트에 내포된 수산화칼슘이 건조, 수축의 원인이 되어 균열 등으로 용출하게 되는 약점을 완전히 배제할 수 없기 때문이다. 이에 대하여 콘크리트 속의 공극을 메우는 방법을 보완한 것이 구체방수 공법인 것이다.

 

2.베스톤 혼화재에 대하여

베스톤은 일종의 퇴적암을 미분쇄한 것으로서 시멘트 입자의 습윤 상태를 돕기 위하여 계면 활성제를 첨가한 것이며, 그 입도는 시멘트와 같은 정도이다. 원광석은 일본 기소산계의 산중에서 생산되는 암석으로 통칭 천마암이라고 하며 회록색 및 암회갈색의 적층조직을 갖고 있다. 베스톤은 무정형(비결정성)의 Silica이며 이것은 다음의 특징을 갖고 있다.

(1) 시멘트에서 용출된 수산화 칼슘과 반응하여 규산석회를 만드나 이것은 결정성이 아니고 gel상이다.

(2) 베스톤은 물만 혼합시에는 절대로 gel화 하지 아니한다.

 

3.베스톤 콘크리트 방수원리

베스톤을 시멘트와 물과 혼합하면 시멘트에서 용출한 수산화칼슘과 결합하여 규산석회 gel을 만들고 그 외에 수화석회액 중의 용해석회를 흡착하여 gel의 생육이 계속되어 콘크리트 속의 공극을 충전 폐쇄한다. 이때에 콘크리트 속으로의 기체와

 

액체의 투과가 곤란하게 되어 콘크리트에 방수성을 부여하게 된다.

※ 베스톤은 시멘트 중량의 6%정도(일반적으로 20kg/㎥)를 공장배합(BATCH PLANT)으로 혼화하여 사용하는 것이 표준이다.

 

4.베스톤 콘크리트의 특징

(1) 구체 콘크리트로 방수된다

- 포졸란 반응에 의한 구체방수이므로 다른 방수공사를 추가할 필요가 없고 효과는 반영구적이다.

- 미세한 균열에 의한 누수는 gel현상에 의한 자가치유작용으로 일정 기간 지나면 자연히 지수된다.

 

(2) 강도가 떨어지지 않는다.

- 베스톤은 순무기질로서 천연의 광석이 원료이기 때문에 시멘트와 일 체화되므로 강도가 증가하는 일은 있어도 감소하는 일은 없다.

 

(3) 백화를 방지하고 중성화를 방지한다.

- 수산화칼슘의 용출을 막음으로써 백화현상의 방지, 중성화방지, 내식 성이 탁월하다.

 

(4) 결로가 생기지 않는다.

- 지하수를 차단하고 건조한 콘크리트가 되므로 함수율이 낮아져 결 로가 발생하지 않는다.

 

(5) 지하실의 단일벽 시공이 가능하다.

- 주차장, 기계실, 창고 등은 이중벽체가 불필요하다.

- 콘크리트 벽체에 셋트앙카 등으로 부착물시공이 가능하다.

 

(6) 공사기간 단축이 가능하여 경제적이다.

- 별도방수(아스팔트, 액체방수, 시-트방수 등)가 생략되므로 공사기간 이 단축되고 또한 노출 콘크리트방수 이므로 경제적이다.

 

※ 구체방수공법을 사용할 경우 도심지 관로공사 등에서는 콘크리트 경화 후 되메우기가 즉시 시행되므로 민원 교통소통에 기여된다.

 

 

(7) 베스톤을 혼화하기 위하여 기준배합을 변경할 필요가 없다.

- 베스톤의 중량만큼 모래의 양을 감소시키면 되고 시멘트 량과 수량 (물)은 그대로 혼합하면 압축강도는 같은 정도이거나 증대한다.

 

(8) 콘크리트에 팽창균열을 발생시키지 않는다.

- 베스톤에 의하여 생성되는 규산물질은 물을 함유한 gel이기 때문에 고형물이나 결정 등에서와 같이 팽창하여 콘크리트에 균열을 발생 시 키는 일이 없기 때문이다.

 

(9) 자가치유능력 (Self-Curing Effect)이 탁월하다.

- 콘크리트에 크랙이 발생한 경우 그 부분에 침입된 물에 의하여 용해 된 수산화칼슘이 베스톤에 의하여 흡착되어 크랙이 충전, 폐쇄됨으로 써 소위 자가치유가 되는 것이다.

 

5.자가치유작용 - 구체방수의원리

- 일본건축학회대회 1991.9. 보고서 “별첨”

결 론 : 「모르타르에 의한 투수시험 및 물방울 시험」의 결과에서 방수재

혼입에 의해 방수효과가 있다는 것이 확인 되었다. 「조직관찰」에 있어서는 혼입률 및 주수의 유무에 의한 차이가 확실하게 보여 졌 다. 전자현미경 사진에서 방수재 혼입량은 비례의 관계가 있다는 것 을 알게 된다. 방수혼화재의 방수효과의 요인으로서 작은 구멍의 앞

면 위에 보여진 알맹이 모양의 발생이 보여 진다. 이 알맹이 모양 물질의 발생은 다음의 화학식에 의한 것으로 생각된다.

 

 

CaO + H2O → Ca(OH)2

칼슘(시멘트의60%정도함유) 수산화칼슘(물에 녹는 수용성)

 

Ca(OH)2 + SiO2 → CaSiO3 + H2O

수산화칼슘(물에 녹는 수용성) 베스톤의 주성분(실리카) 규산칼슘(물에 녹지않는 불용성)

 -참  고-

[실리카(SiO2)의 종류는 분자식은 같으나 320여종이나 된다 즉 시멘트, 플라이애쉬가 함유하고있는 실리카는 포졸란 반응이 1~2회에 종결되나 베스톤이 함유하고 있는 실리카는 활성이 강한 활성실리카로서 반영구적으로 포졸란 반응이 지속된다.]

 

 

 

 

방수혼화재의 주성분인 이산화규소(실리카분)가 물의 존재 하에서 수산화칼슘과 화합하여 규산칼슘을 생성하기 때문에 그 생성물이 구멍을 충전 폐쇄한다. 이것이 베스톤 구체방수 혼화재의 방수효과를 발휘하는 메카니즘이라고 생각된다.

 

6.결로 방지 원리

① 원 리 : 구체방수콘크리트의 경우 콘크리트 내 공극을 규산칼슘(불용 성)이 충전 폐쇄시킴에 따라 콘크리트중의 함수량이 낮아져 열전도율이 저하되어 결로가 발생되지 않음.

콘크리트 함수량(%)	0	2	4	8
열전도율(㎉/mh℃)	1.1	1.6	1.75	2.0

 

※ 건축계획원론에 의하면 콘크리트의 열전도율은 1.4㎉/mh℃이나 지하 에 건설되는 콘크리트구조물은 함수량이 증가되어 열전도율이 높아진다.

 

 

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