NIST, 콘크리트 내구 연수를 두 배로 늘릴 수 있는 방법 개발

[아이팍스]

NIST, 콘크리트 내용 연수를 두 배로 늘릴 수 있는 방법 개발

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-02-04

콘크리트의 내용 연수(service life)를 두 배로 늘릴 수 있을 것으로 기대되는 방법이 미국 국립 표준 기술원(NIST, National Institute of Standards and Technology)의 엔지니어들로부터 특허출원 중에 있다.

본 아이디어의 핵심은 도로 염류, 바닷물, 토양으로부터 콘크리트로 염화물(chlorides)과 설페이트(sulphate) 이온의 투과를 느리게 하는 나노 크기의 첨가제이다. 이러한 이온들은 콘크리트에 크랙을 만들고 약화시켜, 시간이 지남에 따라 내부 구조에 손상을 일으킨다. 이온 전달이 감소됨에 따라, 콘크리트 구조물의 유지비용과 재해로 인한 파손이 감소될 수 있다.

과거에 있었던 콘크리트의 수명을 개선하기 위한 시도들은 밀도를 더 하고, 다공성이 덜한 콘크리트를 만드는데 초점을 맞추었지만, 불행히도 이러한 형식들은 크랙을 더 만드는 경향이 있다.

NIST 엔지니어들은 “콘크리트 기술의 산포를 감소시키는 점질 증강인자(VERDICT, viscosity enhancers reducing diffusion in concrete technology)”라 불리는 프로젝트로 재료의 수명을 두 배로 증가시키는 다른 방법을 시행했다.

콘크리트의 기공 밀도와 크기를 변화시키는 것보다, 콘크리트로 들어오는 염화물과 설페이트의 속도를 줄이기 위해, 마이크로 크기로 콘크리트의 용해 점질을 변화시키는 것이 더 좋다는 것을 엔지니어들은 발견하였다.

엔지니어들은 식료품 처리 산업에서 식품을 진하게 하기 위해 첨가제를 사용하는 것에 착안하였으며, 샐러드 드레싱과 소스를 진하게 하고 아이스크림에 결을 주는 크산틴 껌(xanthum gum)이라 불리는 대중적인 첨가제를 시험하였다.

다양한 첨가제를 연구하여, 엔지니어는 첨가제의 분자 크기가 산포 장애물(diffusion barrier)로 중대한 역할을 한다고 결론지었다. 셀룰로오스 에테르(cellulose ether)와 크산틴 껌(xanthum gum)과 같은 더 큰 분자가 점질을 증가시키지만, 산포율(diffusion rates)을 떨어뜨린다. 100나노미터 이하의 더 작은 분자는 이온 산포를 느리게 한다.

NIST 연구원들은 첨가제가 현재의 화학 혼합물에 콘크리트와 직접적 혼합될 수 있다고 설명하였지만, 첨가제가 흡착제, 경량 모래와 섞일 때 더 좋은 성능이 나온다고 말하였다.

엔지니어들은 콘크리트의 내용 수명을 두 배로 하는데 필수적인 첨가제의 농도와 비용을 줄이는 방법을 찾기 위해 다른 재료에 대한 연구를 계속하고 있다.

영구적인 특허 어플리케이션이 2008년 9월에 제출되었고, 본 기술은 미국 정부에 등록되어 있다.

그림. NIST 나노 첨가제가 들어간 콘크리트의 X선 이미지의 상단에 있는 거의 보이지 않는 파란색-초록색 영역은 콘크리트에 염화물(초록색)이 거의 투과하지 않음을 보여준다.

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