RC 구조물이 해양 환경에 노출되거나 염화물 환경에 놓이면 콘크리트 속의 매립철근의 부식이 발생한다. 철근의 부식은 구조물의 내구성을 감소시키게 되며, 이러한 부식은 염화물의 침투로 인해 발생하게 된다. 이에 본 연구에서는 염화물 침투실험을 통하여 콘크리트 물성과 시험법이 염화물 확산에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험 결과에 따르면, W/C비와 시험법 모두 콘크리트의 확산계수에 영향을 미치는 것으로 나타났다. W/C비가 증가함에 따라 확산계수도 증가하였으나, 비례하여 증가하지는 않았다. 또한, 시험법에 따른 확산계수의 경우, W/C비의 영향은 잘 반영하나 시험법에 따라 확산계수의 차이가 보인다. 본 연구에서는 W/C비에 따른 확산계수 추정식을 제안하였다.
RC 구조물이 해양 환경에 노출되거나 염화물 환경에 놓이면 콘크리트 속의 매립철근의 부식이 발생한다. 철근의 부식은 구조물의 내구성을 감소시키게 되며, 이러한 부식은 염화물의 침투로 인해 발생하게 된다. 이에 본 연구에서는 염화물 침투실험을 통하여 콘크리트 물성과 시험법이 염화물 확산에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험 결과에 따르면, W/C비와 시험법 모두 콘크리트의 확산계수에 영향을 미치는 것으로 나타났다. W/C비가 증가함에 따라 확산계수도 증가하였으나, 비례하여 증가하지는 않았다. 또한, 시험법에 따른 확산계수의 경우, W/C비의 영향은 잘 반영하나 시험법에 따라 확산계수의 차이가 보인다. 본 연구에서는 W/C비에 따른 확산계수 추정식을 제안하였다.
Corrosion of reinforcement is the main cause of damage and early failure of reinforced concrete structures. The corrosion is mainly progressed by the chloride ingress. In this paper, an experimental study is executed to investigate the effect of concrete properties and testing methods on the coeffic...
Corrosion of reinforcement is the main cause of damage and early failure of reinforced concrete structures. The corrosion is mainly progressed by the chloride ingress. In this paper, an experimental study is executed to investigate the effect of concrete properties and testing methods on the coefficients of chloride diffusion. Also, it is surveyed the relationship between total chloride and free chloride in concrete. According to this experiment results, W/C ratio and testing method affect chloride diffusion coefficient of concrete. As W/C ratio is increased, diffusion coefficient in concrete is also increased. Diffusion coefficient obtained by each testing method show the different values, respectively. The model equation of diffusion coefficient with W/C ratio is proposed.
Corrosion of reinforcement is the main cause of damage and early failure of reinforced concrete structures. The corrosion is mainly progressed by the chloride ingress. In this paper, an experimental study is executed to investigate the effect of concrete properties and testing methods on the coefficients of chloride diffusion. Also, it is surveyed the relationship between total chloride and free chloride in concrete. According to this experiment results, W/C ratio and testing method affect chloride diffusion coefficient of concrete. As W/C ratio is increased, diffusion coefficient in concrete is also increased. Diffusion coefficient obtained by each testing method show the different values, respectively. The model equation of diffusion coefficient with W/C ratio is proposed.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 콘크리트 물성이 염화물 확산에 미치는 영향을 검토하고, 염화물침투시험법에 따른 염화물 확산계수 변화를 비교/분석하였다. 이러한 결과를 통하여얻어진 시험법 및 평가법 간의 확산계수 상관관계를 통하여 타당한 염화물평가법을 제시하는데 목적을 두었다.
이러한 결과를 통하여얻어진 시험법 및 평가법 간의 확산계수 상관관계를 통하여 타당한 염화물평가법을 제시하는데 목적을 두었다. 또한 콘크리트 물성에 따른 총 염화물과 자유 염화물 관계를 파악함으로써, 콘크리트의 물리/화학적 염화물 구속 정도를 제시하고자 하였다.
이는 반복 건습을 받게 되면 확산만이 아닌 모세관 흡착에 의해 염화물의 침투가 추가되고, 산소의 침입 역시 용이해지기 때문이라고 생각된다. 본 연구에서는 이러한 반복 건습을 모사하고자 7일 간격으로 해수와 기중에 노출시켰다. Fig.
본 연구에서는 자유염화물과 총염화물에 의해 얻어진 확산계수(Df, Dr) 결과에 기초하여 두 확산계수 간의 상관관계를 파악하여 보았다. Fig.
변화를 비교/분석하였다. 이러한 결과를 통하여얻어진 시험법 및 평가법 간의 확산계수 상관관계를 통하여 타당한 염화물평가법을 제시하는데 목적을 두었다. 또한 콘크리트 물성에 따른 총 염화물과 자유 염화물 관계를 파악함으로써, 콘크리트의 물리/화학적 염화물 구속 정도를 제시하고자 하였다.
콘크리트 물성과 시험법이 콘크리트의 확산계수에 미치는 영향을 파악하기 위하여 수행된 본 실험은 WC 비와 양생 재령, 염화물 침투방법을 변수로 하였다. "비의 경우, 40, 50, 60%로 세가지 경우에 대하여 실험 하였고, 양생 재령을 7일, 28일로 함으로써 콘크리트의 수화 도에 따른 염화물 침투의 변화를 알아보고자 하였다.
특히, W/C=50% 이상의 콘크리트는 염화물 침투 저항성이 크게 저하한다 본 연구에서는 WC비에 따른 확산계수 추정식을 제안하였다.
한편, 시험체의 침지 용액은 해수와 2.8irol의 NaCl 용액을 비교실험하여 염화물 도입원과 농도에 따른 확산계수 차이를 알아보고자 하였다. 해양에 노출된 콘크리트의 경우 해수의 간헐적인 반복 건습을 받게 된다.
제안 방법
"비의 경우, 40, 50, 60%로 세가지 경우에 대하여 실험 하였고, 양생 재령을 7일, 28일로 함으로써 콘크리트의 수화 도에 따른 염화물 침투의 변화를 알아보고자 하였다.
W/C 비에 따라 동일한 공기량과 슬럼프 확보를 위하여 국내 J사의 AE제와 감수제를 사용하였다.
또한, 실험을 통하여 얻어진 확산계수 결과를 토대로 WC 비 만의 함수인 식을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 식은 식(5)와 (6)이며, 일본콘크리트학회(JCD에서 제안한 식과 비교하여 본 결과, WC=50% 이하에서는 본 연구의 제안식과 JCI 제안식에 있어 큰 차이가 없었다.
또한, 염화물 침투에 있어서 콘크리트 시험체를 장기적인 용액침지와 전압차에 의한 염화물 강제침투를 비교하여 시험법에 따른 콘크리트의 확산계수 변화를 알아보았다. 한편, 시험체의 침지 용액은 해수와 2.
해양에 노출된 콘크리트의 경우 해수의 간헐적인 반복 건습을 받게 된다. 본 실험에서는 반복건습을 실험 변수로 두기위해 7일은 기중에 7일은 침지시킴으로써 상사하였다. 실험변수를 정리하면 Table 4와 같다.
본 실험에서는 콘크리트 내부로의 염화물 침투속도를 결정짓는 확산계수를 살펴보고자 WC비 40, 50, 60%에 대하여 각각 배합하였다. 염화물 확산계수에 있어 공기량과 골재의 영향을 줄이기 위하여 각 배합에서 굵은 골재의 양을 동일하게 배합하고, 혼화제를 사용하여 공기량 또한 5±1%로 일정하게 실험하였다.
본 연구에서는 깊이별 염화물이온 양을 측정할 때, 동일한 시료에 대하여 자유염화물(Cf)과 총염화물(Ct) 결과를 얻었다 이러한 결과를 토대로 깊이에 따른 Cf/Ct비를 살펴보았는데, 그 결과는 Fig. 14에 나타나 있다. 결과에 따르면 표면으로부터 깊이가 증가함에 따라 Cf/Ct비가 감소하는데, 이것은 깊이가 증가함에 따라 총 염화물에 비해 자유 염화물이 적다는 것을 의미한다.
본 연구에서는 장기 침지 실험을 통하여 깊이에 따른 염화물 이온양을 시험체 표면으로부터 6, 17, 28, 39mm에서 즉정하였으며, 염화물이온은 총염 화물과 자유 염화물을 구분하여 결과를 얻었다. 측정된 결과 중, 28일간 수중 양생 후 해수에 침지시킨 시험체 결과를 Fig.
다양한 실험 방법이 적용되어 왔다. 본 연구에서는 침지 실험과 전기적 실험방법을 통하여 확산 계수를 측정하였다. 침지 실험은 NordTest NTBuild 443에 따라 0 10x10cm 콘크리트 시험체를 사용함으로써 농도차에 의해 콘크리트의 미세공극을 통하여 염화물이 확산하도록 하는 실험 방법이며, 실험 장치는 Fig.
본 연구에서는 현재 사용되고 있는 질산은 용액의 분무 시험법에 있어 분무되는 농도를 달리하여 침투깊이를 측정하였다 질산은용액은 0.05N과 0.1 N의 두 농도를 사용하여 시험하였으며, Fig. 5는 7일 양생 후, 해수에 침지 된 시험체의 분무 결과를 나타낸다. 결과에 의하면, 0.
농도차에 의한 비정상 상태로 확산실험이 이루어 질 때, 확산계수의 평가는 보통 Fick's second law의 일반해를 이용하여 평가한다. 본 연구에서도 침지 실험을 통하여 얻어진 깊이별 염화물량을 토대로 이일반해를 적용하여 평가하였다. 아래 식⑴은 Fick's second law의 일반해를 나타낸다.
1과 같다. 수행된 침지 실험은 2.8mol의 NaCl과 해수를 사용하여 비교하였으며, 염화물 이온의 양방향 침투를 목적으로 시험체의 옆면을 에폭시로 코팅함으로써 염화물의 침투를 막았다.
염화물 침투깊이는 질산은용액(AgNOs)을 시험체의 할렬 면에 분무함으로써 변색원리를 이용 측정하였다$
각각 배합하였다. 염화물 확산계수에 있어 공기량과 골재의 영향을 줄이기 위하여 각 배합에서 굵은 골재의 양을 동일하게 배합하고, 혼화제를 사용하여 공기량 또한 5±1%로 일정하게 실험하였다. 실험에 사용된 배합표는 Table 3과 같다.
2와 같이 Tang & Nilsson®이 제안한 비정상 상태의 확산실험장치를 통하여 실험하였으며, 콘크리트 시험체에 30 V의 전압을 8시간 동안 적용하였다. 음극과 양극의 전극은 모두 Stainless steel plate를 사용하여 측정하였다 또한 수조의 크기를 크게 함으로써 발생하는 열을 최대한 흡수할 수 있도록 하였으며, 수조의 온도는 15±1 °C로 일정하게 유지되도록 실험하였다.
이와 더불어 침지 실험에 있어서 재령에 따라 0.1 N의 질산은 용액을 분무함으로써 염화물 침투깊이를 측정하고, 이에 기초하여 겉보기 확산계수를 결정하였다. 식⑵, (3) 은 겉보기 확산계수 평가에 사용된 식이다 G는 콘크리트 내부의 초기농도로써, 0으로 가정하였다 G는 질산은 분무에 의해 발생하는 변색구간에서의 실제 염화물 농도를 측정하여 반영하였다5).
추출된 염화물은 선택성 전극을 사용하여 측정하였다.
콘크리트 내부로의 염화물 침투깊이는 침지 실험의 경우 각 W/C비에 대하여 각각 4재령에 걸쳐 측정하였다.
확산 촉진 실험은 Fig. 2와 같이 Tang & Nilsson®이 제안한 비정상 상태의 확산실험장치를 통하여 실험하였으며, 콘크리트 시험체에 30 V의 전압을 8시간 동안 적용하였다. 음극과 양극의 전극은 모두 Stainless steel plate를 사용하여 측정하였다 또한 수조의 크기를 크게 함으로써 발생하는 열을 최대한 흡수할 수 있도록 하였으며, 수조의 온도는 15±1 °C로 일정하게 유지되도록 실험하였다.
대상 데이터
WC비에 따른 확산계수를 살펴보고자 1종 포틀랜드시멘트를 이용하여 시험체를 제작하였다
본 실험에서 잔골재는 연곡천의 자연사를 사용하였고, 굵은골재는 안인진리의 쇄석 골재를 사용하였다 굵은 골재의 최대 치수는 25mm이다. 사용된 골재의 물리적 성질은 Table 2와 같다.
본 연구에서는 침지용액에 있어 해수와 2.8iml의 염화나트륨 용액을 변수로 두어 실험하였다. Fig.
이론/모형
농도 프로파일과 변색구간에서의 염화물이온의 농도를 측정하고자 침지된 시험체로부터 깊이별로 6mm 두께의 시료를 채취/분쇄하여 AS™ C 114(산가용성 염화물, 수용성 염화물 측정법)의 시험법에 따라 염화물이온을 추출하였다?. 추출된 염화물은 선택성 전극을 사용하여 측정하였다.
있어 차이를 두었다. 농도차에 의한 비정상 상태로 확산실험이 이루어 질 때, 확산계수의 평가는 보통 Fick's second law의 일반해를 이용하여 평가한다. 본 연구에서도 침지 실험을 통하여 얻어진 깊이별 염화물량을 토대로 이일반해를 적용하여 평가하였다.
또한, 확산촉진실험(CTH)에 의하여 염화물 확산계수를 파악함과 동시에 세 가지 확산계수를 비교하여 그 차이를 파악하였다 CTH에 의한 확산계수평가는 Tang & Nillson이 Nemst-Einstein식으로부터 유도한 아래 식(4) 을 이용하여 평가하였다. 또한, 전기적 확산 촉진실험에 사용된 실험변수값을 나타내면 Table 1과 같다.
장기와 단기로 나뉘어서 수행된 본 실험에서 확산계수는 Da, De, Dem 의 세 가지 방법으로 평가하였다. Fig.
성능/효과
1) 동일한 재령에서 W/C비가 증가할수록 염화물 침투 깊이가 크게 나타났으나, W/C비에 비례하여 나타나지는 않았다. 특히, W/C=50% 이상의 콘크리트는 염화물 침투 저항성이 크게 저하한다 본 연구에서는 WC비에 따른 확산계수 추정식을 제안하였다.
2) 확산계수에 있어 양생재령에 따른 영향은 적은 것으로 보인다. 그러나 단기 실험의 경우 양생재령의 영향이 크게 나타나는 등, 단기 실험으로 장기 실험결과를 예측하고자 할 경우 측정재령의 제한이 필요할 수 있다.
3) 각 시험법들은 W/C비에 따른 영향은 잘 반영하는 것으로 파악되었으며, 특히 장기실험과 단기실험의 결과가 일정한 관계를 유지하는 것으로 판단되며, 장기적인 실험 대신 CTH 단기 실험에 의한 확산계수의 안 정적인정량 화가 가능할 것으로 판단된다.
결과를 살펴보면, 각 시험법들은 WC비에 따른 영향은 잘 반영하는 것으로 파악되었으며, 시험법에 따라 확산계수가 약간의 차이를 보였다 특히, 장기실험과 단기실험의 결과가 일정한 관계를 유지하는 것으로 나타나 장기적인 실험 대신 CTH 단기 실험에 의한 확산계수의 정량화가 가능할 것으로 판단된다.
7에 나타내었다. 결과를 살펴보면, 총 염화물과 자유염화물로 표현되는 농도 프로파일이 변수마다 비슷한 경향의 변화를 보이며, 총염화물에 의한 농도프로파일이 자유염화물의 프로파일보다 높은 농도에서 변화하며, 대략 두 배의 양인 것으로 측정되었다. 또한, WC=50, 60%의 경우도 40%의 경우와 동일한 경향의 결과를 보였다.
11에 반복 건습 시험체의 염화물 확산계수 결과를 나타내었다. 결과에 따르면 염화물의 침투량은 반복 건습에 의한 영향이 크지 않은 것으로 나타났다.
14에 나타나 있다. 결과에 따르면 표면으로부터 깊이가 증가함에 따라 Cf/Ct비가 감소하는데, 이것은 깊이가 증가함에 따라 총 염화물에 비해 자유 염화물이 적다는 것을 의미한다.
본 연구에서 제안한 식은 식(5)와 (6)이며, 일본콘크리트학회(JCD에서 제안한 식과 비교하여 본 결과, WC=50% 이하에서는 본 연구의 제안식과 JCI 제안식에 있어 큰 차이가 없었다. 그러나, JCI 제안식은 WC=50% 이후의 확산계수에 있어서 본연구의 제안식보다 과대평가하는 것으로 나타났다.
8배 정도 크다고 보고하고 있다. 그러나, 본 연구 결과는 총염화물에 의한 확산계수가 자유 염화물에 의한 확산계수보다 약간 상회하는 결과를 나타낸다. 이러한 차 깊이의 농도부터 확산계수를 평가하였기 때문인 것으로 판이는 Xinying Lu °등의 경우 표면농도를 배제하고, 3mm 단된다.
재령과 W/C비에 따른 콘크리트 염화물 침투깊이 결과를 평가하기 위하여, 7일 양생 후 해수에 침지된 시험체를 할렬 후 0.1 N의 AgNG를 분무하여 변색하는 구간으로부터 측정된 염화물 이온 깊이 결과를 Fig. 3에 나타내었다 결과를 살펴보며 동일한 재령에서 WC비가 증가할 수록 염화물 침투 깊이가 깊어지며, 초기 재령에 염화물 침투가 많은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 WC비가 증가함에 따라 콘크리트 내부의 조직이 느슨해짐으로 인하여 물리적인 저항능력이 떨어지게 되고, 또한 시멘트 성분 중 염화물을 구속하는 것으로 밝혀진 C3A와 C4AF가 적어지기 때문이다.
15 %로 일정하다고 보고하였는데, 본 연구결과에서도 WC비에 따라 변색 구간에서의 자유염화물양(F)에 있어서는 커다란 차이가 없는 것으로 나타났다. 한편, 최근 많이 쓰이는 변색법은 분무되는 질산은용액과 콘크리트의 세공용액의 pH와 관련되는데, 본 실험에서 변색구간에서의 pH는 W/C비 40, 50, 60%에 대하여 각각 12.76, 12.81, 12.90을 나타내었다
후속연구
4) 총염화물에 의한 확산계수가 자유 염화물에 의한 확산계수보다 약간 상회하는 결과를 보였으며, 표면 농도값기준에 대한 검토가 필요하다. 한편, 깊이가 증가함에 따라 Cf/Ct비는 감소하였다.
요망된다. 따라서, 타당한 콘크리트의 염화물 확산계수 평가를 하기 위해서는- 현재 사용되고 있는 시험법 간의 많은 비교 실험을 통하여 적절한 시험법의 적용과 평가가 있어야 할 것으로 판단된다.
이에 비해, 반복적인 건습에 대한 효과에 대해서는 좀 더 검토해야 할 것으로 판단된다.
이러한 차 깊이의 농도부터 확산계수를 평가하였기 때문인 것으로 판이는 Xinying Lu °등의 경우 표면농도를 배제하고, 3mm 단된다. 콘크리트의 염화물 확산 계수를 평가하는데 있어, 염화물에 직접 노출되는 표면에 가까운 콘크리트의 농도값결정에 대한 검토가 더 필요할 것으로 판단된다.
이에 비해 건습의 반복작용을 받는 시험체의 경우 앞 절의 결과와 비슷한 결과를 보였다. 한편, Fig. 7에서 알 수 있는 바와 같이 6mm 위치, 즉 표면에 가장 가까운 위치의 data에 의해 확산특성이 결정될 수 있으므로 이에 대한 추가적인 검토가 요망된다.
한편, 현장 적용성이 우수한 Da의 값은 W/C비의 영향이 특히 큰 것으로 나타나고 있어 이에 대하여 추가적인 검토가 요망된다. 따라서, 타당한 콘크리트의 염화물 확산계수 평가를 하기 위해서는- 현재 사용되고 있는 시험법 간의 많은 비교 실험을 통하여 적절한 시험법의 적용과 평가가 있어야 할 것으로 판단된다.
참고문헌 (9)
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