건축 신소재
신소재
건축구조 부재의 기능이 세분화되고 요구성능이 다양화됨에 따라 기존 건축재료의 성능을 보다 향상시키기 위한 고성능화가 진행되고 있다. 또한 특수한 환경에 부합될 수 있도록 건축재료에 새로운 기능을 부여하기 위한 노력이 도모되고 있으며, 특히 최근에는 나노·바이오테크놀로지를 활용한 첨단 건축재료 기법도 활용되고 있다.
기능성 콘크리트 혼화재료
콘크리트는 사용 목적, 대상 구조물, 사용 방법 및 사용 조건 등에 의해 다양한 성능이 요구되고 있지만, 그 요구되는 성능을 만족시키기 위해서는 콘크리트의 기본재료인 시멘트, 골재, 물 이외에 콘크리트의 성능을 개선하기 위해 추가적인 혼화재료가 혼입되어야 한다. 이와 같이 기능성 혼화재료는 콘크리트의 사용 목적에 따라 요구되는 소요의 성능을 만족할 수 있도록 콘크리트에 목표성능을 부여하는 재료를 말한다.
종류 및 특성
1. 콘크리트용 항균제
공동주택의 정화조, 하수 및 오폐수 처리 구조물 등과 같이 세균이 증식하기 좋은 환경에서는 내구성이 우수한 콘크리트 구조물의 경우에도 문제점이 발생할 수 있다. 특히 하수 환경 내 서식하는 황산화 세균은 신진대사활동을 하면서 황산을 배출하게 되며, 배출된 황산은 콘크리트의 생화학적 침식을 유발시키게 된다.
이러한 콘크리트의 생화학적 부식을 저감시키기 위한 방안의 일환으로, 최근에는 하수 환경에 서식하는 황산화세균 및 유해세균의 생장을 억제할 수 있는 콘크리트용 혼화제로서 항균제가 개발 및 적용되고 있다.
2. 수축저감제
수축저감제는 시멘트 및 콘크리트의 요구성능에 큰 영향을 미치지 않으면서, 건조수축 및 자기수축을 저감시키는 유기계의 혼화제이다. 일반적으로 콘크리트의 수축은 콘크리트 공극 내의 수분이 건조되면서 나타나는 현상으로서, 이때 수축은 수분의 표면장력과 비례하여 나타나게 된다. 수분의 증발이 급격하게 발생하는 슬래브 콘크리트의 경우 타설 후 건조수축에 의해 초기균열이 쉽게 발생하게 된다. 만약 콘크리트에 수축저감제를 혼입하게 되면 수분의 표면장력은 저하하게 되며, 따라서 수축을 감소시키는 것이 가능하다.
특성 : 건조수축 균열방지, 수축변형 제어 용이, 수밀성 증가, 자기 수축 저감
용도 : 일반구조물(벽, 슬래브 등), 콘크리트 2차 제품, 흄관, 터널 시공, 패널
사용상 주의사항
• 화학 혼화제와 같은 혼화재료의 일부와 상성이 좋지 않은 효과가 나타날 경우, 사전 검토가 필요하다.
• 공기연행성 및 기포성의 성질이 있기 때문에 AE제 등으로 적절한 조절이 필요하다.
• 사용량이 많은 경우는 응결지연, 강도의 저하, 내동해성의 저하 등, 콘크리트의 성능에 악영향을 미칠 수 있으므로 이를 고려하여 사용한다.
3. 내한촉진제
한중 콘크리트 공사에 있어서 가장 중요한 문제는 굳지 않은 상태에서 콘크리트가 동결되지 않도록 하는 것이다. 이와 같은 초기동해를 방지하고 소정의 압축강도를 조속히 확보할 수 있는 방안으로써 내한촉진제를 개발 및 사용하고 있다. 내한 촉진제는 콘크리트중의 수분이 -3°C 정도까지
동결하지 않게 하고 저온환경 하에 있어서도 커다란 응결지연 없이 경화가 진행되기 때문에, 일반 콘크리트에 비해서 동결상태에서의 강도발현성상이 우수한 특징을 갖고 있다.
성능 : 콘크리트의 동해 방지, 저온환경에서의 경화 진행
용도 : 한중 콘크리트 공사, 초기 동해로 인한 조기강도 확보에 어려움이 있는 건축물
4. 수화열 저감제
매스 콘크리트 시공 시 수화열에 의한 콘크리트구조물의 온도변화에 의해 생기는 온도응력이 구조물에 균열을 발생시키게 되며, 이러한 온도 균열은 설계 및 시공 시에 콘크리트구조물의 기능 및 내구성을 확보하는 과정에서 매우 중요한 과제로 부각되고 있다. 온도균열을 제어하기 위한 방안으로 기존에는 온도철근, 균열유발줄눈, 분할타설과 같은 설계적 방법, 프리쿨링, 양생시트 파이프 쿨링과 같은 시공적 방법, 저열시멘트, 혼합시멘트, 응결지연제 등의 재료적 방법이 적용되고 있다.
최근에는 매스 콘크리트의 수화열을 효과적으로 제어하기 위한 방안의 일환으로 콘크리트의 수화발열속도를 제어하거나 발생된 내부의 수화열을 제어하는 방법이 연구 · 개발되고 있다. 예로서, 지연제를 캡슐화하여 콘크리트의 수화반응을 점진적으로 진행시켜 내부 온도의 급속한 상승을 방지하거나, 상전이물질(일명 잠열재)에 의한 수화열 흡수를 통해 온도상승을 저감시키는 기술이 적용되고 있다.
성능 : 시멘트 수화반응 억제를 통한 수화열 저감 및 온도균열 제어, 최대 수화온도 및 수화속도 제어, 콘크리트의 균열 제어, 수밀성 및 내구성 향상
용도 : 초고층 · 초대형화 대단면 매스 콘크리트구조물/고속도로, 국도, 장대 교량, 지하철, 항만, 상수도, 경전철, 정수장, LNG tank, 발전소, 철도, 여수로 방파제 및 댐 구조물 등
5. 제올라이트
화학분야에서 반응매체로 불리는 제올라이트는 흡착성이 뛰어난 미세한 다공질재료로서, 공기중에 습기가 많을 때에는 수증기를 흡수하고, 건조 시에는 방출한다. 그러므로 제올라이트를 모래와 치환하는 방식으로 모르타르에 혼합하여 성형판 또는 미장재로 사용하면 실내 기후가 변동할 경우 이것을 완화하는 조습기능을 보유하게 된다. 이러한 조습능력은 목재와 동일하여 제올라이트를 혼입하지 않은 모르타르의 약 3배 정도에 달한다.
6. 나노촉매제
나노촉매제를 넣어 콘크리트의 화학적 성질을 개선한 콘크리트는 천연 재료의 사용을 2~3배 저감할 수 있고, 이로 인하여 자중이 절감되고 동절기 공사에도 영향을 받지 않는다. 또한, 일반 콘크리트에 비해 150% 이상 조직강도가 높아지며, 50% 이상이 높아진 방한 강도와 격한 온도 차이로 발생되는 균열, 중성화로 발생되는 철근부식 현상이 일반 콘크리트에 비해 낮게 나타난다.