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백화현상이란?

일반적으로 콘크리트 블록에서의 백화란 블록 내에 존재하는 가용성 성분인 수산화칼슘, 알카리금속화합물이 물에 용해되어 블록의 표면으로 이동된 후 물이 증발되어 가용성 알카리금속 황산염 또는 난용성염인 탄산칼슘 형태로 남는 현상으로 대체적으로 백색을 띠기 때문에 이러한 현상을 백화(白化, Efflorescence)라고 합니다.

1차 백화

생산하여 양생하는 과정에서 발생하는 현상으로서, 콘크리트 믹싱 중에 사용되는 시멘트와 물의 혼합으로 용해된 알카리 성분이 양생과정에서 다습의 환경에 의해 블록 내부에서 표면으로 이동하여 대기 중의 이산화탄소 등과 결합하여 발생되는 것을 말합니다.

이때 나타나는 황산칼륨, 황산나트륨 등과 같은 알칼리금속화합물은 물에 대한 용해도가 높기 때문에 초기 재령에서 발생한 백화는 시간이 지나면 빗물들에 의해 쉽게 씻겨 나가는 경우가 많습니다.

2차 백화

시공 후 발생하며, 1차 백화현상에서 나타나는 성분 이외에 대기 중의 산성 성분(SO2, CO2)이 빗물, 지하수 등과 함께 블록 내부에 침투하여 시멘트 가용 성분이 용해되거나 침입수에 의해 운반되어 황산칼슘, 탄산칼슘의 형태로 표면에 석출되는 현상으로 외부요인이 크다고 할 수 있습니다. 2차 백화는 블록의 미관을 손상시키며 특히, 구조물일 경우 알칼리 성분의 감소로 인한 중성화가 촉진되므로 내구성이 취약해졌다는 것을 의미함으로 관리에 신중을 기해야 합니다. 산성비나 겨울철 도로변 제설용 염화칼슘 등으로 오염된 물일 경우 특히 심하게 발생합니다.

블록을 장기간 외부에 보관할 경우, 빗물의 유입으로 블록 단 사이에 물이 장기간 머무름에 따라 내부의 가용 성분이 용출되는데 상단 블록의 밑면에서 용출된 백화 물질이 하단 블록의 윗면에 두꺼운 백화층을 형성하게 되어 표면을 오염시키므로 입고된 제품은 최대한 빠른 시간에 사용하거나 빗물 또는 빙설이 유입되지 않도록 보관하여야 합니다.

백화의 성분

백화의 성분은 발생 시기, 발생 후 경과일수, 발생 장소, 환경조건, 혼화 재료, 시멘트, 골재 등과 같은 사용재료에 따라 다르지만 기본적으로는 혼합 수에 용해된 수산화칼슘과 알칼리금속화합물 그리고 이들이 탄산화된 화합물로 구성되어 있습니다. 일반적으로 알칼리 화합물은 물에 잘 녹고 그 양이 칼슘 화합물에 비하여 소량이므로 우수에 의해 없어지게 됩니다. 따라서 백화성분의 대부분을 차지하는 수산화칼슘과 이것이 반응하여 생기는 탄산칼슘 및 황산칼슘입니다. 이러한 탄산칼슘은 물에 잘 녹지 않으므로 구조체 표면에 고착되어 제거하기가 힘듭니다.

수산화칼슘과 이산화탄소의 반응은 수분이 존재하는 경우 다음과 같은 화학반응이 일어납니다.

아래의 그림과 같이 탄산칼슘이 생성되면서 다시 물이 발생하고 이 물이 다시 이산화탄소를 흡수하는 반응을 반복하면서 백화현상은 더욱더 진행됩니다. 따라서, 동절기 공사 시 보온용으로 갈탄 등을 사용할 경우 연소과정에서 발생되는 이산화탄소로 인하여 백화현상이 발생될 수 있습니다.

백화 발생의 요건

재료적 요인

제품의 수분 흡수율이 높을 경우 백화가 일어나기 쉽습니다. 따라서, 시공이 가능한 범위 내에서 물 시멘트 비를 낮추어야 합니다. 골재를 사용할 때는 불순물이나 가용성 염류를 함유치 않으며, 흡수율이 낮은 골재를 사용하는 것이 필요합니다.

시공 방법과 장소

시공시 물경 사 및 물구배 방법을 준수하지 않아 빗물과 물고임 등에 의해 발생하고 바람에 직접적인 영향을 받는 경우 수분의 증발로 발생합니다. 시공 시 바닥 기초가 콘크리트 몰탈인 경우 발생하며 특히, 습식몰탈인 경우 백화 발생률이 높습니다.

재령에 의한 현상

초기 재령에서는 시멘트 경화체의 조직은 치밀하지 못하므로 수용액이 자유롭게 간극 내에서의 이동이 용이하고 내부로부터 백화의 원인 성분 공급도 많게 됩니다.

일조에 의한 현상

동절기와 같이 대기온도가 낮을 경우 음지에서는 콘크리트 내부가 표면보다 따뜻합니다., 수분은 온도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동함에 따라, 백화현상을 일으키는 내부 수용액이 표면으로 이동이 용이하게 되며, 이로 인하여 백화현상이 잘 나타나게 됩니다. 따라서, 기온이 낮을 때 햇볕이 잘 들지 않는 부위에 백화현상이 나타나는 것은 이러한 이유 때문인 경우가 많습니다.

외기 온도에 의한 현상

시멘트의 수화반응은 온도가 낮을수록 지연되므로 수화물의 생성이 미약하여 모세관 공극의 충전이 불충분하므로 물의 이동이 쉽게 됨에 따라 백화현상이 촉진될 수 있고 수화반응 지연으로 미반응 시멘트가 장기간 남아 있어 구조체 내의 수산화칼슘 용해도가 높아지며 또한 수산화칼슘의 공급이 지속적으로 이루어지게 되므로 백화가 계속 발행될 수 있습니다. 동절기와 장마시 발생(저온 다습)

블록의 백화 제거 및 방지 대책

백화는 불량이 아닙니다!

백화성분 중 수용성 알칼리염은 물로 씻어서 즉시 제거할 수 있습니다.

그러나 2차 백화에서 주로 볼 수 있는 탄산칼슘은 표면에 강하게 고착되어 있고 난용성이므로 브러쉬나 사포로 문질러 제거합니다. 이것이 불가능할 경우 3% 정도의 염산 용액으로 용해시킨 후 즉시 물로 닦아냅니다. 단, 염산 용액이 경화체의 모세관 내부로 침투하지 않도록 주의해야 하고 블록 표면의 빠른 건조를 위해 맑은 날에 실시하는 것이 좋습니다.

백화의 발생은 시멘트의 수화반응 과정에서 수산화칼슘을 생성하므로 백화를 근본적으로 방지할 수 있는 방법은 없고, 백화 발생조건을 억제시켜 백화 발생을 줄일 수 있습니다.

백화의 발생은 콘크리트 자체만의 문제가 아니라 위에서 언급한 바와 같이 기상조건에 따라 크게 좌우되며 특히 낮은 외기 온도로 인하여 시멘트 수화반응이 지연되고 조직이 치밀하지 못함에 따른 수분 이동의 용이함으로 배합 수에 용해된 수산화칼슘이나 알카리금속 화합물 성분의 표면 이동이 주원인이라 할 수 있습니다. 또 이것은 건물 후면 등 햇볕이 잘 들지 않는 부위나 조직이 치밀하지 못한 부분, 재료분리, 누수 부분 등에 많이 발생함을 알 수 있습니다. 따라서 동절기에 백화현상이 많이 발생되는 이유는 위와 같이 외기 온도 저하가 주원인이라 할 수 있으므로 동절기 콘크리트 제품 공사 시 온도 관리는 철저히 하는 것이 무엇보다 중요합니다.

또한 최근에는 수산화칼슘에 의한 1차 백화의 문제보다는 황산염 등에 의한 2차 백화 현상이 더 큰 문제로 대두되고 있습니다. 이것은 아황산가스의 배출 등에 의한 산성비의 영향이 크다고 할 수 있습니다.

이러한 백화현상에 대한 유지관리 대책은 화학적 부식과도 연계하여 고려하는 것이 필요하며, 콘크리트의 내구성을 저하시키는 여러 가지 요인 중에서 백화현상과 같은 부재 전반에 걸친 탈 알칼리 현상은 결국 콘크리트 구조물의 중성화를 촉진하게 됩니다. 이것은 구조물 내구성 저하의 주원인으로서 국부적인 균열보다는 오히려 더 해로울 수 있으므로 시공단계에서부터 중요한 항목으로 관리되어야 합니다.

백화제거 순서

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