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염소이온 노출개시시기를 고려한 기존 확산계수 모델 수정제안
Chloride Diffusion Coefficient Model Considering the Initiation Time of Exposure to Chloride Environment 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.21 no.3, 2009년, pp.377 - 386  

김기현 (서울대학교 에너지자원신기술연구소) ,  차수원 (울산대학교 건설환경공학부)

초록

ACI life-365 기준확산계수 모델은 NT build 443 방법에 의한 시험 결과들로부터 만들어졌다. 이 방법은 침지기간 동안의 시간평균 확산계수를 구하는 방법이므로 ACI에서는 침지기간 동안의 시간평균 확산계수를 기준확산계수로 정의한 것이다. ACI 모델에서는 재령에 따른 감소효과를 지수함수 형태로 표현하고 있으므로 이를 고려한 ACI 기준확산계수 모델의 수정이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 염소이온 노출개시기를 고려한 확산방정식의 해석해를 유도하고, 이를 사용하여 NT build 443 방법의 시간평균 확산계수를 기준재령의 확산계수로 변환하였다. 연구결과 life-365 기준확산계수 모델은 기존 값 보다 10% 정도 증가되고 수정되어야 함을 밝혔으며, 이에 따라 NT build 443 방법과 NT build 492 방법의 기존관계를 수정하여 내구수명 평가에 이용할 수 있도록 하였다. JCI 확산계수모델과 ACI 확산계수모델의 직접적인 비교를 위하여 JCI 확산계수모델에 대응하는 기준확산계수를 유도하였으며, 이를 통해 JCI 모델보다 ACI 모델이 더 보수적인 결과를 나타내는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A reference diffusion coefficient model from ACI life-365 is drawn from test results by NT build 443. This test method gives a time-averaged diffusion coefficient during immersion period, thus the ACI model uses the time-averaged diffusion coefficient as a reference value. ACI model needs to be revi...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 JCI 확산계수 모델과 ACI life-365 확산 계수 모델에 대한 평가를 수행하였다. 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 각국의 확산계수 모델 중 현재 내구성 설계에 많이 사용되고 있는 JCI 확산계수 모델과 ACI life-365 확산계수 모델의 평가를 수행하였다. 이를 위해 먼저 시간 의존형 확산계수 모델에 대하여 염소이온 노출개시시기를 고려하여 해석해를 유도하였다.
  • 여기서는 JCI 확산계수 모델과 ACI life-365 모델의 비교 및 두 모델의 관계를 명확히 하기 위하여 JCI 확산계수 모델의 28일 재령의 기준 확산계수 DJCI,28을 추정해 보고자 한다. 단, JCI 모델식을 평가함에 있어 재령의 효과는 식 (9)와 같은 형태를 취한다고 가정하였다.
  • 현재 내구성 설계에서 자주 사용되는 염소이온 확산계수 모델로는 JCI 확산계수 모델과 ACI life-365 확산계수 모델이 있다. 여기서는 각 모델에 대하여 살펴보고 자주 사용되는 확산계수 측정방법과의 관계를 파악하고자 한다.

가설 설정

  • 여기서는 JCI 확산계수 모델과 ACI life-365 모델의 비교 및 두 모델의 관계를 명확히 하기 위하여 JCI 확산계수 모델의 28일 재령의 기준 확산계수 DJCI,28을 추정해 보고자 한다. 단, JCI 모델식을 평가함에 있어 재령의 효과는 식 (9)와 같은 형태를 취한다고 가정하였다.
  • 따라서 침지지속기간이 10년에서 50년으로 다양한 경우에 대하여 평가를 수행하였다. 염소이온 노출개시시기는 21일, 28일, 35일의 세 경우로 가정하였다. 앞의 4.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
콘크리트구조물에 대한 가장 중요한 열화인자는? 균열은 콘크리트구조물에 대한 가장 중요한 열화인자로서, 균열은 그 종류와 발생 원인이 매우 다양하다. 특히 최근에는 해양환경에 건설되는 콘크리트구조물이 증가함에 따라 염소이온 침투로 인한 철근부식에 기인한 장기재령의 균열 위험성이 증가되고 있다.
염소이온 침투에 대한 콘크리트구조물의 내구수명을 평가하는데 가장 중요한 물리량은 무엇인가? 염소이온 침투에 대한 콘크리트구조물의 내구수명을 평가하는데 가장 중요한 물리량은 염소이온 확산계수와 표면 염소이온 농도이다. 특히 염소이온 확산계수에 대한 많은 모델들이 존재하지만 모든 콘크리트 배합 및 환경조건에 적용할 수 있는 모델을 이끌어 내기에는 아직 많은 연구가 필요하며 확산계수의 의미 또한 혼동되게 사용되고 있는 실정이다.
JCI 확산계수 모델과 ACI life-365 확산 계수 모델에 대한 평가의 결과는? 1) 콘크리트가 염소이온 환경에 노출되기 시작하는 시기를 고려한 확산방정식의 해석해를 유도하였다. 2) NT build 443 시험방법에 대하여 염소이온 노출개시시기를 고려한 해석해를 적용하여, ACI life-365확산계수 모델이 10% 내외 정도로 확산계수가 증가되도록 수정되어야 함을 밝혔다. 3) 염소이온 확산계수 측정실험을 통하여 내구수명을 예측하는데 있어, NT build 443 방법과 NT build 492방법에 의한 확산계수 간의 기존관계를 개선하였다. 4) 기존 JCI 확산계수 모델에 대한 기준 확산계수를 구하고 ACI life-365 확산계수 모델과 비교하였다. 비교결과 일반적으로 사용하는 물시멘트비 범위에서 ACI life-365 확산계수 모델에 의한 내구수명 예측이 더 보수적인 결과를 줌을 확인하였다. 5) 염소이온 구속능에 대한 기존 연구 결과를 사용하여 수중부에 대한 표면 염소이온 농도를 산정하는 방법을 제시하였다.
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참고문헌 (14)

  1. Saetta, A. V., Scotta, R. V., and Vitaliani, R. V., “Analysis of Chloride Diffusion into Partially Saturated Concrete,” ACI Materials Journal, Vol. 90, No. 5, 1993, pp. 441-451 

  2. Martin-Perez, B., “Service Life Modeling of RC Highway Structures Exposed to Chlorides,” Ph.D. Dissertation, University of Toronto, Toronto, Canada, 1999, 168 pp. 

  3. Jang, S. Y., “Modeling of Cchloride Ttransport and Ccarbonation in Cconcrete and Pprediction of Sservice Llife of Cconcrete Sstructures Cconsidering Ccorrosion of Ssteel Rreinforcements,” Ph.D. Dissertation, Seoul National University, Seoul, Korea, 2003, 275 pp. 

  4. 구현본, 김의태, 이광명, “철근콘크리트구조물의 염소이온 침투 모델,” 콘크리트학회 논문집, 15권, 6호, 2003, pp. 25-34 

  5. Alonso, C., Castellote, M., and Andrade, C., “Chloride Threshold Dependence of Pitting Potential of Reinforcements,” Electrochimica Acta, Vol. 47, 2002, pp. 3469-3481 

  6. Moreno, M., Morris, M., Alvarez, M. G., and Duffo, G. S., “Corrosion of Reinforcing Steel in Simulated Concrete Pore Solutions-Effect of Carbonation and Chloride Content,” Corrosion Science, Vol. 46, 2004, pp. 2681-2699 

  7. 양승규, 김동석, 엄태선, 이종열, 河野克哉, “단위시멘트량이 다른 콘크리트 중에서의 철근부식 임계염화물량에 관한 연구,” 콘크리트학회 논문집, 20권, 4호, 2008, pp. 415-421 

  8. Collepardi, M., Marciallis, A., and Turriziani, R., “Penetration of Chloride Ions into Cement Pastes and Concrete,” American Ceramic Society, Vol. 55, No. 10, 1972, pp. 534-535 

  9. Maage, M., Helland, S. Poulsen, E., Vennesland, $\phi$ ., and Carlsen, J., “Service Life Prediction of Existing Concrete Structures Exposed to Marine Environment,” ACI Materials Journal, Vol. 93, No. 6, 1996, pp. 602-608 

  10. 일본콘크리트공학협회, 내구성설계지침(안), 일본콘크리트공학협회, 1991, 76 pp. 

  11. Bentz, E. C. and Thomas, M. D. A., Life-365 Service Life Prediction Model and Computer Programe for Predicting the Service Life and Life-Cycle Costs of Reinforced Concrete Exposed to Chlorides, January 8, 2008, 67 pp. 

  12. Tang, L., “Chloride Ttransport in Cconcrete-Measurement and Prediction,” Ph.D. Dissertation, Chalmers University of Technology, Sweden, 1996, 88 pp. 

  13. Rob B. Polder, Gert van der Wegen, and Michel Boutz, “Performance Based Guideline for Service Life Design of Concrete for Civil Engineering Structures-A Proposal Discussed in the Netherlands,” International RILEM Workshop on Performance Based Evaluation and Indicators for Concrete Durability, 19~21 March 2006, Madrid, Spain, 10 pp. 

  14. Frederiksen, J. M., SØrensen, H. E., Andersen, A., and Klinghoffer, O., “HETEK, The Effect of the w/c Ratio on Chloride Transport into Concrete-Immersion, Migration and Resistivity Tests,” Report No. 54, 1997, 35 pp. 

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