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문제 정의
- 본 연구는 육상골재의 부족으로 인한 해사 사용의 활용도를 높이기 위하여 염화물 함유량 및 방청제 도포 유무, 피복두께에 따른 재령별 철근의 부식 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 염화물 함유량, 피복두께, 방청제의 혼입 여부에 따라 재령에 따른 압축강도, 철근부식 등을 측정하고 이를 비교·검토하여 해사 사용에 대한 기초적 자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
- 콘크리트의 부어넣기는 거푸집에 조립된 철근을 넣은 후 피복두께 유지를 위해 스페이서(Spacer)를 설치한 후 하였으며, 부어넣기 후 콘크리트 습윤상태를 유지하기 위해 비닐을 덮어 보온양생 한다. 시험체는 28일 이상 양생 후 거푸집 떼어내기 후 이물질을 제거하고, 양생조건에 따라 수중양생 시험체를 하루에 2번씩 조수간만이 있는 완도군 바닷가에 침지하여 양생하였다.
- 염화물이온 함유량에 따른 철근부식 실험을 진행하기 위하여 부재 시험체를 제작한 후 재령별 자연폭로와 바다물침지를 실시한다. 실험에 사용되는 잔골재는 강모래를, 굵은골재는 깬자갈을 사용하여 수용상태의 염화물이온 함유량을 0㎏/㎥, 0.
- 염화물이온 함유량의 증가와 방청제의 도포 유무 및 피복두께에 따라 재령 60일, 90일, 180일, 365일, 730일, 1095일에 철근부식을 조사하였다. 60일, 90 일, 180일의 시험체에서는 방청제 도포유무에 상관없이 철근부식이 나타나지 않았으며, 356일, 730일, 1,095 일의 철근부식 측정결과는 Table 8, Table 9와 같다.
- 7㎏/㎥로 하여 실험을 실시하였다. 재령은 60일, 90일, 180일, 365일, 730일, 1095일로 하였다.
- 철근과 콘크리트의 부착력이 우수해야 하며, 콘크리트 내부에서 성능이 저하되지 않고 접착 성능 및 내후성이 우수한 방청제를 사용하였다. 방청제의 물리적 특성은 Table 6과 같다.
대상 데이터
- 굵은골재는 KS F 2502의 규정에 따라 깬자갈을 사용하였으며, 굵은골재의 물리적 성질은 Table 4와 같다.
- 본 실험에서는 KS L 5201에 규정된 포틀랜드시멘트를 사용하였고, 시멘트의 화학적 성분 및 물리적 성질은 Table 2와 같다.
- 시험체는 20(D)×20(H)×50(L)㎝으로 계획하였으며, 철근은 환봉(SR30) ø19㎜를 사용하였다. 방청제 도포는 침지법으로 3회 반복하여 방청제에 철근을 침지시킨다.
- 시험체에 사용된 콘크리트는 설계기준강도 24MPa 콘크리트의 배합순서는 굵골재, 시멘트, 잔골재, 물과 같은 순서로 배합하였다.
- 염화물이온 함유량에 따른 철근부식 실험을 진행하기 위하여 부재 시험체를 제작한 후 재령별 자연폭로와 바다물침지를 실시한다. 실험에 사용되는 잔골재는 강모래를, 굵은골재는 깬자갈을 사용하여 수용상태의 염화물이온 함유량을 0㎏/㎥, 0.3㎏/㎥, 0.7㎏/㎥로 하여 실험을 실시하였다. 재령은 60일, 90일, 180일, 365일, 730일, 1095일로 하였다.
- 실험에 사용된 철근은 환봉(SR30) ø19㎜를 길이 60㎜로 절단하여 이물질을 제거하기 위해 공업용 알콜로 철근표면을 깨끗이 닦은 후 사용하였으며, 철근의 재료특성은 Table 5와 같다.
- 염화물 이온량을 조절하기 위해 순도 95%인 인공 화학염을 사용하였다.
- 잔골재는 KS F 2502(골재의 체가름 실험 방법)의 규격에 적합한 섬진강에서 채취한 강모래를 사용하였다.
성능/효과
- 1) 염화물이온 함유량을 기준으로 각 시험체를 비교하면, 염화물이온 함유량이 많을수록 부식면적이 증가하는 경향을 볼 수 있었다. 그리고 염화물이온 함유량 증가에 따른 부식증가율은 함유율이 0㎏/㎥에서 3㎏/㎥로 보다 7㎏/㎥로 증가할 때 부식이 빠르게 증가하는 것을 볼 수 있었다.
- 2) 재령 365일의 무방청 시험체와 재령 730일 이후 모든 시험체에서 철근부식이 발생하였고 7재령이 증가할수록 철근부식면적이 증가하는 것을 볼 수있었다. 철근부식이 처음 발생하는 재령의 시험체의 기준으로 할때 재령 1095일에서 철근부식면적이 급한 증가폭을 나타내었다.
- 3) 방청제를 도포한 시험체를 기준으로 하였을 때, 방청에 의한 효과를 확인할 수 있었으며, 자연폭로의 경우보다 바다물침지의 경우에 방청제 도포에 따른 효과가 더 큰 것으로 나타났다.
- 4) 염화물이온을 함유하지 않은 자연폭로조건의 무방청 시험체에서는 피복두께가 작을수록 높은 부식 면적을 나타내어 피복두께 확보에 따른 효과를 볼 수 있었으나, 염화물이온을 함유한 시험체에서는 피복두께와 부식면적과의 일정한 경향을 찾기 어려웠다.
- 1) 염화물이온 함유량을 기준으로 각 시험체를 비교하면, 염화물이온 함유량이 많을수록 부식면적이 증가하는 경향을 볼 수 있었다. 그리고 염화물이온 함유량 증가에 따른 부식증가율은 함유율이 0㎏/㎥에서 3㎏/㎥로 보다 7㎏/㎥로 증가할 때 부식이 빠르게 증가하는 것을 볼 수 있었다. 부식과 염화물 함유량에 대한 관계를 정립하여 경제적인 해사 활용방안의 제안을 위하여 좀더 세분화된 염화물이온 함유량을 변수로 추가 연구가 진행되어져야 할 것으로 보인다.
- 바다물침지 시킨 시험체와 0.3㎏/㎥와 0.7㎏/㎥의 염화물이온을 함유한 자연폭로 시험체에서는 피복두께와 부식면적의 일정한 상관관계를 규정할 수 있는 전반적인 경향을 나타내지 않았으며, 염화물이온 함유량이 증가할수록 이런 결과는 더 심하게 나타났다.
- 방청과 무방청 시험체를 비교한 결과 방청제 도포에 의한 발청제어 효과를 확인할 수 있었으며, 자연폭로 시험체의 경우보다 외부에서 유입된 수분과 염화물로 인해 많은 부식면적이 발생한 바다물침지 시험체의 경우에 그 효과가 더 큰 것으로 나타났다.
- 방청제를 도포하지 않은 재령 365일까지의 철근부 식면적은 자연폭로 시험체와 바다물침지 시험체에서 거의 비슷한 것으로 나타났으나, 재령 730일 이후에는 자연폭로 시험체에 비해 바다물침지 시험체의 부식 면적이 약 6배 이상 크게 증가한 것으로 나타났다. 재령이 경과함에 따라 외부에서 공급되어지는 수분과 염화물의 영향인 것으로 사료된다.
- 방청제를 도포한 시험체를 기준으로 하였을 때, 부식면적은 바다물침치 시킨 무방청시험체의 W365-C7 피복 2cm에서 8.96배, W730-C7 피복 2cm에서 22.27배, W1095-C3 피복 8cm에서 35.05배가, 자연폭로 시킨 무방청시험체의 A730-C7 피복 4m에서 16.62배, A1095-C3 피복 8cm에서 8.62배가 크게 나타났다.
- 4배 부식면적이 증가하였다. 염화물 이온 함유량을 0㎏/㎥에서 0.3㎏/㎥ 로 증가시켰을 때 염화물이온 증가에 따른 부식면적의 증가량이 완만하였으나, 0.7㎏/㎥로 증가시켰을 경우 부식면적이 급격하게 증가하는 것을 확인하였다.
- 염화물이온 함유량이 많고, 재령이 증가할수록 부식 면적이 증가하는 경향을 볼 수 있었으며, 자연폭로된 시험체에서는 재령 1,095일 염화물이온 함유량 0.7㎏ /㎥의 피복 4㎝에서 28.93㎠이, 바다물침지된 재령 1,095일의 염화물이온 함유량 0.7㎏/㎥의 피복 6㎝ 에서 57.76㎠의 철근부식면적이 발생하는 것으로 나타났다.
- 자연폭로 시킨 무방청 시험체에서 염화물이온을 0 ㎏/㎥ 함유한 경우, 8㎝ 피복을 가진 시험체에 비하여 피복두께가 작을수록 철근부식면적이 증가하는 것으로 나타났다.
- 재령 60일, 90일, 180일까지는 부식이 나타나지 않았으며, 재령 365일 이후 재령이 증가됨에 따라 부식면적이 증가하는 것으로 나타났다.
- 최초 부식이 발생하는 재령의 부식면적 보다 재령 1,095일 일때 자연폭로 시험체에서는 최대 21배, 바다물침지 시험체에서는 최대 115배 높게 나타나 재령 1,095일 이후 철근부식 빠르게 진행되어짐을 확인할수 있었다.
후속연구
- 그리고 염화물이온 함유량 증가에 따른 부식증가율은 함유율이 0㎏/㎥에서 3㎏/㎥로 보다 7㎏/㎥로 증가할 때 부식이 빠르게 증가하는 것을 볼 수 있었다. 부식과 염화물 함유량에 대한 관계를 정립하여 경제적인 해사 활용방안의 제안을 위하여 좀더 세분화된 염화물이온 함유량을 변수로 추가 연구가 진행되어져야 할 것으로 보인다.
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