RC 구조물에서 매립된 철근의 부식을 억제하기 위하여 많은 방법들이 소개되어 왔다. 철근의 부식을 억제하는 방법 중 하나가 부식억제제이다. 최근 탄닌산을 이용하여 활성태의 녹을 부동태의 녹으로 전환시킴으로써 부식의 진행을 지연시키는 기술이 개발되었다. 그러나 이 부식억제제가 일반적인 금속 제품에 대한 방식을 위하여 개발되었기 때문에 콘크리트구조물에 대한 성능이 검토되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 탄닌산을 이용한 부식억제제의 적용성을 콘크리트 시험체에 대하여 조사하였다. 연구 결과에 따르면, 탄닌산 부식억제제는 콘크리트에 있어 시공성 및 압축강도의 저하를 발생시키지 않았다. 부식억제제가 시멘트 중량당 4% 이상 첨가될 경우, 염화물 침투깊이가 10% 정도 감소하였다. 또한, 탄닌산 부식억제제는 녹을 안정한 상태로 변환시키는 효과를 가지고 있어, 부식 저항성이 향상된다. 특히, 6% 이상의 첨가가 부식 저항성에 효과적인 것으로 나타났다.
RC 구조물에서 매립된 철근의 부식을 억제하기 위하여 많은 방법들이 소개되어 왔다. 철근의 부식을 억제하는 방법 중 하나가 부식억제제이다. 최근 탄닌산을 이용하여 활성태의 녹을 부동태의 녹으로 전환시킴으로써 부식의 진행을 지연시키는 기술이 개발되었다. 그러나 이 부식억제제가 일반적인 금속 제품에 대한 방식을 위하여 개발되었기 때문에 콘크리트구조물에 대한 성능이 검토되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 탄닌산을 이용한 부식억제제의 적용성을 콘크리트 시험체에 대하여 조사하였다. 연구 결과에 따르면, 탄닌산 부식억제제는 콘크리트에 있어 시공성 및 압축강도의 저하를 발생시키지 않았다. 부식억제제가 시멘트 중량당 4% 이상 첨가될 경우, 염화물 침투깊이가 10% 정도 감소하였다. 또한, 탄닌산 부식억제제는 녹을 안정한 상태로 변환시키는 효과를 가지고 있어, 부식 저항성이 향상된다. 특히, 6% 이상의 첨가가 부식 저항성에 효과적인 것으로 나타났다.
Many methods have been introduced to protect the corrosion of embedded steel in RC structure. One of the methods that restrain corrosion of steel is corrosion inhibitor. The technology that delayed the progress of corrosion is developed recently by converting active rust to passive rust. However, th...
Many methods have been introduced to protect the corrosion of embedded steel in RC structure. One of the methods that restrain corrosion of steel is corrosion inhibitor. The technology that delayed the progress of corrosion is developed recently by converting active rust to passive rust. However, the performance for concrete structure is not fully examined because this corrosion inhibitor is developed for normal metal product. In this study, the application of corrosion inhibitor that use tannin acid is investigated by concrete specimen. According to the results, tannin acid corrosion inhibitor does not occur reduction of workability and strength in concrete. When corrosion inhibitor is added more than 4% per cement weight, the penetration depth of chloride decrease about 10%. Also, corrosion resistance of concrete is improved because tannin acid corrosion inhibitor has an effect on converting the rust of steel into stable state. It is showed in special that the addition more than 6% is effective in corrosion resistance.
Many methods have been introduced to protect the corrosion of embedded steel in RC structure. One of the methods that restrain corrosion of steel is corrosion inhibitor. The technology that delayed the progress of corrosion is developed recently by converting active rust to passive rust. However, the performance for concrete structure is not fully examined because this corrosion inhibitor is developed for normal metal product. In this study, the application of corrosion inhibitor that use tannin acid is investigated by concrete specimen. According to the results, tannin acid corrosion inhibitor does not occur reduction of workability and strength in concrete. When corrosion inhibitor is added more than 4% per cement weight, the penetration depth of chloride decrease about 10%. Also, corrosion resistance of concrete is improved because tannin acid corrosion inhibitor has an effect on converting the rust of steel into stable state. It is showed in special that the addition more than 6% is effective in corrosion resistance.
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문제 정의
탄닌산의 적용 방법에 있어서는 철근에 도포하는 것보다 콘크리트 배합에 혼입하는 것이 성능이나 방법 면에서 효과적인 것으로 판단된다. 다기능성을 목적으로 첨가한 폴리머나 폴리카르본산계 부식억제제도 탄닌산과의 상호 작용에 악영향을 미치지 않고 복합성능을 발휘하는 것으로 판단된다. 이러한 결과에 비추어 볼 때, 탄닌산의 부식억제제의 경우 기존의 부식억제제가 소모성인 단점을 극복할 뿐만 아니라, 코팅철근에 비해 경제적이며, 성능이 우수하여 충분히 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
따라서 본 연구에서는 탄닌산 부식억제제를 사용한 콘크리트의 적용성 및 최적 사용량을 검증하기 위하여, 탄닌산의 적용에 따른 장·단기‚ 강도 특성과 시공성을 알아보고, 염분의 침투 저항성, 안정화 효과 및 부식억제성능에 대하여 검토하였다.
본 연구에서는 탄닌산을 이용한 부식억제제의 적용성을 콘크리트 시험체에 대하여 조사하였다. 연구 결과에 따르면, 탄닌산 부식억제제는 응결시간을 다소 지연시키는 것으로 나타났으나, 콘크리트에 있어 시공성 및 압축 강도의 저하를 발생시키지는 않았다.
탄닌산을 함유한 부식억제제의 개발을 위하여 본 연구에서는 우선 기초적인 물성 실험과 부식저항성, 염화물 침투 저항성에 대하여 살펴보았다. 탄닌산 부식억제제를 시멘트 중량당 0%, 2%, 4%, 6%로 첨가함에 따른 Table 1과 같은 실험을 실시하였다.
제안 방법
RCPT 실험은 시험체를 28일 수중양생 한 후, 실험이 실시되었으며, 장기 침지 실험의 경우 또한 28일 양생 후 7일 간격으로 염화물 용액에 반복 건습 시켰다.
3과 같이 미국 C사의 분극저항 측정 장비를 사용하였다. 기준 전극은 포화유산동 전극이며, 보조 전극 및 분극 면적을 한정시키기 위하여 guard electrode를 두었으며, 철근과 전극들은 액상의 세제로 적신 스펀지를 통하여 전기적으로 접촉하였다. 철근의 분극 면적은 보조 전극의 단면을 수직으로 투영시켜, 이에 해당되는 부분을 철근 표면적으로 계산하였다.
탄닌산 부식억제제 (TN)는 탄닌산과 아질산 등의 무기염계를 혼입하여 구성하였으며, 다기능성을 목적으로 개발한 PTN은 위의 부식억제제에 일정비율의 폴리머 (P)를 혼입하여 구성하였다. 또한 PCTN은 탄닌산 (TN)에 폴리카르본산 (PC)을 혼합하여 감수성 기능을 발휘하도록 계획하였다.
염소이온 확산시험은 Fig. 2와 같이 Tang과 Nilsson이 제안한 전기촉진시험방법6)을 참조하여 0.3 M의 NaOH 수용액 속의 전극을 양극으로, 3%의 NaCl 수용액 속의 전극을 음극으로 하여 30 V의 전압을 가하여 실험하였다. 침투깊이는 0.
염화물 저항성은 두가지 방법을 통하여 평가되었는데, 염화물 용액에 반복 건습하는 방법과 전기-화학적 촉진 시험 (RCPT)이다. Fig.
염화물 저항성을 알아보기 위한 실험은 위의 전기-화학적 촉진 실험과 함께 3% NaCl용액에 7개월 반복 건습 실험이 수행되었다. 단기 실험과 장기 실험은 각각 3개의 시험체에 대하여 염화물 저항성이 검토되었다.
염화물 침투 저항성과 압축강도 실험을 위하여 φ100 × 200 mm의 원주형 공시체를 제작하였으며, 부식 저항성을 알아보기 위한 실험에서는 D25의 철근을 매립하여 피복두께 20 mm을 가지는 150 × 150 × 100 mm의 직육면체 콘크리트 시험체를 Fig. 1과 같이 제작하여 3%의 염화나트륨 용액에 반복 건습하였다.
즉, 개발한 탄닌산 부식 억제제는 유럽에서 개발된 “rust transformer”에 착안하여 염화물 이온에 의해 매립된 철근이 부식할 경우, 탄닌산이 발청된 녹을 안정화 상태로 변환시키는 매개체 역활을 수행한다.
기준 전극은 포화유산동 전극이며, 보조 전극 및 분극 면적을 한정시키기 위하여 guard electrode를 두었으며, 철근과 전극들은 액상의 세제로 적신 스펀지를 통하여 전기적으로 접촉하였다. 철근의 분극 면적은 보조 전극의 단면을 수직으로 투영시켜, 이에 해당되는 부분을 철근 표면적으로 계산하였다.
탄닌산 부식억제제 (TN)는 탄닌산과 아질산 등의 무기염계를 혼입하여 구성하였으며, 다기능성을 목적으로 개발한 PTN은 위의 부식억제제에 일정비율의 폴리머 (P)를 혼입하여 구성하였다. 또한 PCTN은 탄닌산 (TN)에 폴리카르본산 (PC)을 혼합하여 감수성 기능을 발휘하도록 계획하였다.
탄닌산을 함유한 부식억제제의 개발을 위하여 본 연구에서는 우선 기초적인 물성 실험과 부식저항성, 염화물 침투 저항성에 대하여 살펴보았다. 탄닌산 부식억제제를 시멘트 중량당 0%, 2%, 4%, 6%로 첨가함에 따른 Table 1과 같은 실험을 실시하였다.
5와 6은 콘크리트 배합시 탄닌산을 첨가한 부식억제제 (TN)를 시멘트 중량당 2%, 4%, 6% 첨가함에 따라 시공성의 저하가 발생하는지를 검토하기 위하여 슬럼프와 공기량을 측정한 결과이다. 탄닌산 부식억제제의 경우, 수분을 많이 함유하고 있기 때문에 단위수량에 대한 보정을 실시하였다. 결과에 따르면, 탄닌산 부식억제제 첨가율에 따라 슬럼프 및 공기량의 변화가 크지 않은 것으로 판단된다.
탄닌산 함유시 초기 콘크리트 수화반응에 영향을 미치는지를 살펴보기 위하여 응결시험을 실시하였다. Fig.
탄닌산을 콘크리트 배합시 첨가하였을 경우, 공극의 변화가 발생하는지를 검토하고자 공극 (기포)에 대한 분석을 실시하였다. 기포분석은 10 µm~6 mm 사이 크기의 기포에 대한 측정이 가능한 화상기포분석 장치를 사용하였으며, Fig.
대상 데이터
기포분석은 10 µm~6 mm 사이 크기의 기포에 대한 측정이 가능한 화상기포분석 장치를 사용하였으며, Fig. 4는 기포분석 장치와 해당 S/W를 보여준다.
이론/모형
탄닌산 부식억제제의 함유에 따른 응결시간과 압축강도를 알아보기 위하여, 응결 시험의 경우 KS F 2436 관입 저항침에 의한 콘크리트 응결시간 시험방법에 따라 측정하였으며, 압축강도는 KS F 2405에 따라 각 변수당 3개의 시험체를 측정하여 평균값을 사용하였다.
성능/효과
Fig. 9는 재령 7, 28, 56일에서의 탄닌산 부식억제제의 첨가에 따른 압축강도 결과로써, 초결 발생 시간에는 영향을 주지만, 탄닌산 부식억제제를 첨가해도 거의 일정한 강도를 보였으며, 강도발현에 나쁜 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다.
16에 나타내었다. 결과를 살펴보면 탄닌산 (TN)을 혼입하더라도 콘크리트 내부의 기포 변화에 큰 영향이 없는 것으로 나타났다. 그러나, 폴리머를 혼입한 경우는 1 mm 정도의 큰 공극 비율이 상대적으로 적게 나타났으며, 이러한 영향은 압축강도 및 염화물 저항성에 기여한 것으로 판단된다.
10은 탄닌산에 폴리머를 함유함으로써 탄닌산에 의한 부식 저항성 향상뿐만 아니라 폴리머에 의한 효과를 검토하기 위하여 시험체를 제작, 측정한 압축강도의 결과를 나타낸다. 결과에 따르면, PTN 부식 억제제를 4% 첨가 하였을 경우 기준 콘크리트 (normal)에 비해 약 15% 이상 강도가 높게 나타남을 보인다. 이러한 결과는 폴리머가 함유됨에 따라 콘크리트의 내부 공극을 밀실하게 채워주었기 때문으로 사료된다.
탄닌산 부식억제제의 경우, 수분을 많이 함유하고 있기 때문에 단위수량에 대한 보정을 실시하였다. 결과에 따르면, 탄닌산 부식억제제 첨가율에 따라 슬럼프 및 공기량의 변화가 크지 않은 것으로 판단된다.
특히, 폴리머가 4% 첨가된 경우가 가장 좋은 염화물 저항성을 보였다. 또한 탄닌산 부식억제제는 녹을 안정한 상태로 변환시키는 효과를 가지고 있어, 부식 저항성이 향상되었다. 특히, 6%의 첨가가 가장 효과적인 부식 저항성을 보였다.
13과 비교해 볼 때, 타설시 혼입한 2%의 경우와 부식 저항성이 비슷한 것으로 나타났으며, 6%에 비해서는 부식 저항성이 더 낮게 나타났다. 또한, 측정된 시험체에 대하여 매립된 철근을 육안 관찰한 결과, Fig. 15와 같이 6%에서는 부식이 많이 발생하지 않았으며, 검은 녹으로의 전환이 발생함을 보였다. 2%나 4%에서도 부식 생성물이 검은 녹의 상태로 변환함을 보여 안정화 효과가 관찰되었다.
본 연구에서는 탄닌산을 이용한 부식억제제의 적용성을 콘크리트 시험체에 대하여 조사하였다. 연구 결과에 따르면, 탄닌산 부식억제제는 응결시간을 다소 지연시키는 것으로 나타났으나, 콘크리트에 있어 시공성 및 압축 강도의 저하를 발생시키지는 않았다.
다기능성을 목적으로 첨가한 폴리머나 폴리카르본산계 부식억제제도 탄닌산과의 상호 작용에 악영향을 미치지 않고 복합성능을 발휘하는 것으로 판단된다. 이러한 결과에 비추어 볼 때, 탄닌산의 부식억제제의 경우 기존의 부식억제제가 소모성인 단점을 극복할 뿐만 아니라, 코팅철근에 비해 경제적이며, 성능이 우수하여 충분히 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
1 N의 질산은 용액을 이용, 침투 깊이를 측정한 결과이다. 탄닌산을 2% 첨가한 경우 (TN-2) 기준 콘크리트와 유사한 염화물 침투 깊이를 보인 반면, 4% 이상 첨가한 경우 (TN-4,TN-6)에는 약 10%의 염화물 침투 저항성이 향상하는 결과를 보였다.
13은 탄닌산 부식억제제를 첨가한 콘크리트에서의 부식 저항성을 알아보기 위하여 실시한 실험 결과이다. 탄닌산을 첨가함에 따라 부식전류 속도가 감소하며, 특히 6% 탄닌산을 함유한 경우 부식 저항성이 높은 것으로 나타났다. Fig.
또한 탄닌산 부식억제제는 녹을 안정한 상태로 변환시키는 효과를 가지고 있어, 부식 저항성이 향상되었다. 특히, 6%의 첨가가 가장 효과적인 부식 저항성을 보였다. 탄닌산의 적용 방법에 있어서는 철근에 도포하는 것보다 콘크리트 배합에 혼입하는 것이 성능이나 방법 면에서 효과적인 것으로 판단된다.
후속연구
이러한 결과는 폴리머가 함유됨에 따라 콘크리트의 내부 공극을 밀실하게 채워주었기 때문으로 사료된다. 이상의 결과로부터 탄닌산 부식억제제는 다른 기능성 혼화제와의 병용사용이 가능하며 보완적인 사용이 가능할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
KSF 2561에서 현재 사용되고 있는 방청제는 무엇이라 규정되어 있는가?
현재 사용되고 있는 방청제 (corrosion inhibitor)는 KSF 2561 에서는 “콘크리트 내의 철근이 사용 재료에 함유되는 염화물에 의해 부식하는 것을 억제하기 위하여 사용하는 혼화 재료”라고 규정하고 있다. 또한, 부식 반응에 어떻게 영향을 미치는가에 따라 양극억제제 (anodic inhibitor), 음극억제제 (cathodic inhibitor)로 구분하고 있다.
탄닌산 부식억제제를 사용할 경우 야기될 수 있는 위험은 무엇인가?
그러나 이 부식억제제의 경우 일반적인 금속 제품에 대한 방식 성능을 목적으로 개발되어 콘크리트구조물에 대한 성능검토가 선행되지 않은 현재의 상황에서 적용하는 것은 콘크리트의 높은 알칼리 환경이나 수화 생성물과의 화학적 반응으로 인한 내구성 감소의 원인으로 작용할 가능성을 내포하고 있다. 따라서 본 연구에서는 탄닌산 부식억제제를 사용한 콘크리트의 적용성 및 최적 사용량을 검증하기 위하여, 탄닌산의 적용에 따른 장·단기‚ 강도 특성과 시공성을 알아보고, 염분의 침투 저항성, 안정화 효과 및 부식억제성능에 대하여 검토하였다.
RC 구조물에 있어 매립된 철근의 부식을 억제하기 위한 대책으로는 무엇이 있는가?
RC 구조물에 있어 매립된 철근의 부식을 억제하기 위한 대책으로는 피복콘크리트의 품질 향상을 통한 염화물 침투를 억제시키는 방법1-3)과 철근의 방식처리를 통한 방법,4-6) 부식을 억제시키는 혼화제의 사용을 들 수 있다. 이러한 방법 중 부식억제제는 염화물 구속이나 콘크리트의 공극 개선, 부동태 피막을 강화하는 다양한 형태를 가지고 있다.
참고문헌 (11)
김성수, 최춘식, 남용혁, '콘크리트의 내구성 증진을 위한 코팅재의 성능 평가,' 구조물진단학회논문집, 7권, 4 호, 2003, pp. 99-107
김도겸, 고경택, 류금성, '철근콘크리트 구조물용 표면 처리형 철근 부식억제제의 개발에 관한 연구,' 구조물진단학회논문집, 8권, 1호, 2004, pp. 239-247
강석표, 김정환, '함침계 표면보호제에 의한 콘크리트 표면의 세공구조 변화 및 내구성 향상,' 콘크리트학회 논문집, 18권, 1호, 2006, pp. 125-132
문한영, '염화물을 함유한 콘크리트 중의 철근방식을 위한 방청제의 효과,' 콘크리트학회 논문집, 10권, 6호, 1998, pp. 325-333
배수호, 정영수, 하재담, '방청제를 사용한 콘크리트의 성능 평가,' 대한토목학회 논문집, 23권, 5A호, 2003, pp. 815-822
Al-Zahrani, M. M., 'Effect of Waterproofing Coatings on Steel Reinforcement Corrosion and Physical Properties of Concrete,' Cement & Concrete Composites, Vol. 24, 2002, pp. 127-137
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