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시멘트계 재료의 자기치유 콘크리트 기술동향
조회수 : 48 작성일 : 2017.09.07

시멘트계 재료의 자기치유 콘크리트 기술동향

2017-07 / 콘크리트학회지(Vol.29 No.4)

 

 

1. 머리말

 

 콘크리트는 다른 재료에 비해 높은 압축강도, 상당히 낮은 비용 및 높은 내구성능 등 여러 가지 장점으로 인해 가장 폭넓게 사용되고 있는 건설재료이다. 하지만, 콘크리트는 비교적 낮은 인장강도로 인해 균열 발생에 취약한 단점이 있다. 이러한 특성 때문에 대부분 철근을 사용하여 균열 폭을 제어하여 설계하고 있지만, 균열 자체의 발생을 완전히 방지할 수는 없다. 균열은 콘크리트 매트릭스에 해로운 액체 또는 기체상태의 인자들을 콘크리트 내부로 이동하게 하는 통로 역할을 하여, 콘크리트 구조물의 내구성능을 상당히 감소시켜 사용수명을 단축한다.

 

 최근에는 콘크리트 구조물의 균열 보수 등 유지보수에 대한 예산이 급격히 증가하고 있으며, 보수 자체의 직접적인 비용뿐만 아니라 교통체증 발생, 생산성 감소 등 간접적 비용도 상당히 크다. 또한 균열이 보이지 않거나 보수하기 어려운 상태의 지하구조물, 원자력 구조물 등과 같은 국가기반 중용시설물에 대한 유지관리 방안에 대한 필요성이 증가하고 있다. 콘크리트 구조물 스스로 균열을 치유하는 자기치유(Self-healing) 기술은 이러한 측면에서 큰 장점이 있어 전 세계적으로 많은 연구개발을 하고 있다.

 

 콘크리트는 그 구성 물질에 의해 자연적으로 치유할 수 있는 특성(natural autogenous healing propoerty)이 있으며, 콘크리트의 자기치유 기술은 실제 상당히 오래전부터 존재한 기술이며 잘 알려진 현상이다. 콘크리트의 자생적 균열 치유(autogenous crack healing)은 시멘트의 지속적 수화반응과 수산화칼슘의 탄산화에 의해 일정 시간 후 균열을 채워 균열을 치유한다. 하지만 이러한 자연적 치유는 작은 균열폭에 제한되며, 치유하는 과정에 물이 필수적이다. 따라서, 더 큰 균열폭에 적용할 수 있고 치유 반응을 보다 제어하기 쉬운 자율적 균열 치유(autonomous crack healing) 방법이 개발되었다. 자율적 균열 치유 방법은 콘크리트 내부에 마이크로캡슐, 고흡수율폴리머(superabsorbent polymers, SAPs) 등 폴리머 재료 또는 박테리아를 혼입하여 균열이 발생하면 이를 계기(trigger)로 콘크리트 내부의 자기치유 물질이 균열을 메운다. 일반적으로 마이크로캡슐은 촉매 반응을 통해 캡슐 내부의 코어 재료가 경화되어 균열을 치유하며, SAPs는 물을 흡수하여 체적을 급속하게 팽창하여 지수성능을 발휘한다. 박테리아는 생체광물형성작용(biomineralization)을 통해 탄산칼슘(calcite)를 형성하여 균열을 치유한다.

 

 자기치유 콘크리트 기술은 네델란드, 벨기에 등 유럽을 중심으로 연구개발이 많이 수행하고 있다. 대부분의 연구는 자기치유 재료의 성능 향상 또는 새로운 재료를 개발하여 치유할 수 있는 균열 폭을 증가시키거나, 치유할 수 있는 시간을 감소시키는 데 초점을 두고 있다. 이러한 자기치유 기술은 국내뿐만 아니라 다른 기술 선진국에서도 미래 건설의 신동력으로 발전시키고자 많은 연구지원을 하고 있다. 따라서 이 기사에서는 현재까지 진행된 다양한 자기치유 기술에 관한 연구동향을 소개하고 연구자들에게 자기치유 기술의 원리 및 활용성에 대한 이해를 높이고자 한다.more>

 

 

 

 

 

 

 · source : http://www.kci.or.kr/wonmun/KCI_1_2017_07_39(C).pdf

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