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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 이러한 각종 혼화재를 첨가한 혼합 모르타르의 경우에 대해 결합재 치환적용에 따른 부식임계치를 내재염분혼입에 따른 부식측정방법을 통해 제시하고자 하였다.
- 본 실험 연구에서는 혼합 모르타르시편의 단계별 내부 염분혼입 실험을 통해 각종 결합재 치환적용시의 혼합 모르타르시편의 부식특성 및 CTL을 선형분극저항측정법에 의해 도출하여 OPC 기준으로만 정의되고 있는 CTL에 대해 문제점을 제기하고자 하였다.
가설 설정
- 13) 이와는 대조적으로, 실제 교량이나 구조물로부터 코어링된 원형시편의 경우는 콘크리트 중량당 백분율로 표시되게 되며 이는 기존 구조물에서의 시멘트 함유량을 정확히 추측하기가 어렵기 때문이다.
제안 방법
- 각 시편은 소정의 비율로 원재료들이 충분히 혼합되도록 건비빔한 후, 물을 가하여 모르타르믹서로 5분간 습식 혼합하여 Φ50 × 90 mm의 몰드에 타설하였으며, 사용 원형철근의 경우는 Φ10 × 90 mm의 철근을 상부의 경우엔 20 mm, 하부의 경우엔 10 mm로 설정하여 에폭시 코팅을 하였으며 부식전류측정시의 부식발생 가능면적을 1,884 mm2로 고정하였다.
- 45의 중량비로 설정하여 시편을 준비하였다. 또한, 각 결합재별 시편은 동일배합 10개에 대한 측정을 수행하였으며 다시 10단계 (Cl기준; 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0% of binder)의 내부 염분혼입을 적용하였다. 각 시편은 소정의 비율로 원재료들이 충분히 혼합되도록 건비빔한 후, 물을 가하여 모르타르믹서로 5분간 습식 혼합하여 Φ50 × 90 mm의 몰드에 타설하였으며, 사용 원형철근의 경우는 Φ10 × 90 mm의 철근을 상부의 경우엔 20 mm, 하부의 경우엔 10 mm로 설정하여 에폭시 코팅을 하였으며 부식전류측정시의 부식발생 가능면적을 1,884 mm2로 고정하였다.
- 각 시편은 소정의 비율로 원재료들이 충분히 혼합되도록 건비빔한 후, 물을 가하여 모르타르믹서로 5분간 습식 혼합하여 Φ50 × 90 mm의 몰드에 타설하였으며, 사용 원형철근의 경우는 Φ10 × 90 mm의 철근을 상부의 경우엔 20 mm, 하부의 경우엔 10 mm로 설정하여 에폭시 코팅을 하였으며 부식전류측정시의 부식발생 가능면적을 1,884 mm2로 고정하였다. 또한, 모르타르 내의 철근의 고정과 관련하여서는 기 제작된 플라스틱 브릿지를 몰두상부에 위치시켜서 철근의 볼트연결을 통해 타설 모르타르의 중앙에 위치토록 고정하였다. 타설된 시편은 표준 양생실 (온도 20℃, 습도 60%)에서 1일간 양생한 다음 탈형하여, 20 ± 2℃인 기상에서 염분 및 수분손실방지를 위해 폴리에틸렌 필름을 이용한 막양생을 28일간 실시하여 선형분극저항 측정에 의한 부식전위를 측정하였다.
- 본 연구에서는 기존의 문헌연구를 통해 부식측정방법에 따른 부식전위특성에 대해 Table 1과 같이 다양한 CTL, 환경조건, 전기부식측정방법 등을 통해 CTL의 재분석을 수행하였다. 그러나 세계 각국의 연구자별 임계염화물농도 제시값의 경우, 염분농도 측정방법 혹은 표현방법에 있어서도 다종 다양한 분포를 가지고 있음을 알 수 있다.
- 앞서 Table 3에서, 각종 혼합 모르타르 시편의 내재염분농도 증가에 따른 부식임계전위의 범위는 최소 −145.2 mV에서 최대 −395.5 mV가 될 수 있음을 본 실험을 통해 확인하였으며, Fig. 8의 그래프에서는 포화카로멜전극 (SCE)에서 부식 임계전위로 일반화된 −275 mV49)를 기준으로 하거나 1~2 mA/m2의 50) 전류값으로 설정하는데 고정값을 도출하고자 전위를 이용한 각 혼합모르타르의 CTL을 산정하였다.
- 이를 위해, 본 연구에서는 우선적으로 세계 각국의 연구자들이 대표적으로 제시한 임계염화물농도값에 대해 문헌분석을 수행하였고, 이후 본 실험연구를 통해 10단계의 내재염분 혼입을 통한 상세화된 염분 농도단계를 둔 후 선형분극저항측정법을 통해 개방회로전위, 분극저항 및 부식전류값을 도출하여 그에 따른 각 혼화재별 임계염화물농도값을 추정하는 실험연구를 수행하였다.
- 타설된 시편은 표준 양생실 (온도 20℃, 습도 60%)에서 1일간 양생한 다음 탈형하여, 20 ± 2℃인 기상에서 염분 및 수분손실방지를 위해 폴리에틸렌 필름을 이용한 막양생을 28일간 실시하여 선형분극저항 측정에 의한 부식전위를 측정하였다.
- 한편, 본 연구에서 10단계의 내부염분혼입을 적용하여 측정된 부식전류측정 후에는 각 시편을 모두 쪼개어 부식발생여부를 육안으로 확인하여 검사하였으며, 이를 측정된 부식전류와 비교분석 하였다.
- 혼합 시멘트 모르타르의 배합에 있어서 혼화재의 치환률은 [OPC], [60%OPC+40%GGBS](이하 40%GGBS), [90%OPC+10%SF](이하 10%SF)및 [70%OPC+30%PFA](이하 30%PFA)의 4종류로 설정하였으며, 물-시멘트비는 40%로 결합재-표준사비는 1 : 2.45의 중량비로 설정하여 시편을 준비하였다. 또한, 각 결합재별 시편은 동일배합 10개에 대한 측정을 수행하였으며 다시 10단계 (Cl기준; 0, 0.
대상 데이터
- 혼합시멘트 제조용으로 시멘트는 S사 보통포틀랜드시멘트 (OPC)를 사용하였다. 플라이애쉬는 국내 유연탄계 화력발전소인 B 발전소에서 발생된 것을 사용하였으며 고로슬래그미분말의 경우는 K 제철에서, 실리카퓸의 경우는 수입 판매업체인 S사에서 취급하는 것을 사용하였다. 또한, OPC의 경우에 분말도는 (3,200 ± 300 cm2/g), 플라이애쉬는 2,400 cm2/g, 고로슬래그미분말은 4,000 cm2/g, 실리카퓸은 150,000~300,000 cm2/g)이며 OPC의 내부 염소 이온량은 0.
- 혼합시멘트 제조용으로 시멘트는 S사 보통포틀랜드시멘트 (OPC)를 사용하였다. 플라이애쉬는 국내 유연탄계 화력발전소인 B 발전소에서 발생된 것을 사용하였으며 고로슬래그미분말의 경우는 K 제철에서, 실리카퓸의 경우는 수입 판매업체인 S사에서 취급하는 것을 사용하였다.
성능/효과
- 1) 기존의 CTL에 대한 문헌분석을 통해 혼합콘크리트의 경우에 있어서, 시멘트 중량당 0.2~2.9%의 총염화물 농도가 제시되고 있음을 확인하였다.
- 2) 혼합 모르타르 시편의 부식임계전위는 일반적으로 내재염분 농도의 증가에 따라 부식임계전위특성 역시 높은 저항성을 나타나고 있음을 확인하였다.
- 3) 물/결합재비 0.4인 OPC, 60%GGBS, 30%PFA 및 10%SF의 혼입치환률을 적용한 이성분계 혼합시멘트 모르타르의 부식임계전류 범위는 각각, −243.6 ~ −316.8 mV, −200.4 ~ −358.4 mV, −145.2 ~ −395.5 mV 및 −238.4 ~ −334.2 mV가 됨을 실험을 통해 확인하였다.
- 4) 실험을 통해 물/결합재비 0.4인 OPC, 60%GGBS, 30%PFA 및 10%SF의 혼입 치환률을 적용한 이성분계 혼합시멘트 모르타르의 임계염화물농도 값은 각각, 시멘트 중량당 1.6%, 0.45%, 0.8% 및 2.15%의 총염화물 농도로 나타나고 있음을 알았다.
- 이러한 결과는 결합재의 입자 충전성이 SF > GGBS > PFA > OPC의 순서로 우수하고1) 및 각 혼합 시멘트 모르타르내의 내재염분 혼입에 따른 초기 pH저하특성이 OPC > PFA > GGBS > SF의 순서로 나타다 CTL에 직·간접적으로 영향을 끼치고 있음으로 추론할 수 있겠다.7) 이와 동시에 각 혼합 모르타르간의 CTL이 다르게 나타나고 있어서 기존의 정형화된 CTL 기준과는 극명한 대조를 나타내고 있음도 확인하였다.
- 8의 그래프에서는 포화카로멜전극 (SCE)에서 부식 임계전위로 일반화된 −275 mV49)를 기준으로 하거나 1~2 mA/m2의 50) 전류값으로 설정하는데 고정값을 도출하고자 전위를 이용한 각 혼합모르타르의 CTL을 산정하였다. CTL의 산정 결과, OPC, 30%PFA, 60%GGBS 및 10%SF의 CTL은 1.6%, 0.45%, 0.8% 및 2.15%로 나타나 육안확인검사와 매우 일치하는 것으로 나타나고 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 결합재의 입자 충전성이 SF > GGBS > PFA > OPC의 순서로 우수하고1) 및 각 혼합 시멘트 모르타르내의 내재염분 혼입에 따른 초기 pH저하특성이 OPC > PFA > GGBS > SF의 순서로 나타다 CTL에 직·간접적으로 영향을 끼치고 있음으로 추론할 수 있겠다.
- 그리고 30%PFA의 경우는 부식전류의 최대 발생범위는 5 mA/m2로 타 결합재에 비해 가장 저조한 것으로 나타나고 있으나 부식전위의 경우에는 −70 ~ 540 mV 범위의 비교적 넓은 구간이 형성되고 있음을 알 수 있었다.
- 그림을 통하여 내재 염분 농도의 증가에 따른 부식전위 특성은 2.0% > 3.0% > 1.0% > 0%의 순서로 큰 부식전위차 범위를 형성하며 나타나고 있으며, 특히 2.0%에서 월등히 높게 나타나 Fig. 5에서 나타난 GGBS의 거동과 비교하여 임계염화물농도 상향효과를 기대할 수 있을 것으로 판단되었으나 놀랍게도 육안확인 검사 결과는 GGBS와 비슷한 0.6~0.8% 염분농도 범위에서 임계염화물농도가 결정되고 있음을 확인하였다.
- 그림을 통하여 내재 염분 농도의 증가에 따른 부식전위 특성은 3.0% > 2.0% > 1.0% > 0%의 순서로 큰 부식전위차 범위를 형성하며 나타나고 있으며, 이는 OPC와 비슷한 거동이면서 GGBS와 PFA를 혼입한 모르타르 시편과는 대조를 이루고 있음을 확인하였다.
- 그림을 통하여 내재 염분 농도의 증가에 따른 부식전위특성은 3.0% > 2.0% > 1.0% > 0%의 순서로 큰 부식 전위차 범위를 형성하며 나타나고 있으며, 특히 1.0%와 2.0%의 전위특성 비교에서는 상당한 전위차 차이가 나타나고 있음을 확인하여 이 부분에서 부식의 발생가능성이 증대되고 있음을 확인하였다.
- 동일한 방법으로 60%GGBS, 30%PFA, 10%SF의 경우는 −200.4 ~ −358.4 mV, −145.2 ~ −395.5 mV 및 −238.4 ~ −334.2 mV가 됨을 확인하였다.
- 또한, Table 3의 결과로부터, OPC의 경우는 1 mA/m2이전의 부식전류범위에서는 전위값이 −20 ~ −170 mV의 범위로 나타나고 이후에는 급격한 전위값의 분포거동을 보이고 있음을 확인하였다.
- 5 등으로 나타났다. 또한, 자유염화물농도 표기의 경우는 OPC = 0.1~0.5, GGBS = 0.03 및 PFA = 0.6~1.5로 나타났고, [Cl:OH] 농도비의 경우 OPC = 0.16~3.98, GGBS = 0.23 및 PFA = 0.19로 분포되는 것을 확인하였으며 특히 결합재가 치환된 혼합콘크리트의 경우는 자료가 극미한 것도 확인하였다.
- 마지막으로 10%SF의 경우에는 부식전류의 분포 거동범위는 30%PFA와 유사하였으나 전류분포거동은 −40 mV 미만으로 부식저항성이 상당히 우수한 것으로 판단되었다.
- 그림을 통해 각종 혼화재를 치환 적용한 경우의 전위특성은 30%PFA > 60%GGBS > OPC > 10%SF의 순서로 전위값을 보이면서, 그에 따른 전위차 범위 형성을 분명하게 보여주고 있다. 육안 확인 결과, 네종류의 모든 시편에서 패임(pitting)은 발생되지 않았으며, 결합재의 영향에 따른 향후 부식 발생가능성의 우선순위는 전위차 범위가 높은 쪽에서부터 추론이 가능하며 이러한 결과는내재염분혼입에 따라 추출된 CTL과의 영향과도 밀접히 관련되어있다고 할 수 있다.47)
후속연구
- 8% 염분농도 범위에서 임계염화물농도가 결정되고 있음을 확인하였다. 결국, 이러한 결과는 플라이애쉬를 이루고 있는 주요 화합물인 이산화규소 및 산화알루미늄의 전기반응에 따른 전기 저항성으로 연결이 가능할 것으로 판단되며, OPC, GGBS 및 SF와는 전기부식반응에서의 이종 메커니즘에 따른 특이성에 기인한 결과로서 추론할 수 있을 것으로 분석된다.48)
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