해수에 침적되어 있는 구조물은 일정한 외부 염화물 조건을 가지게 되지만 비래염분의 환경하에 있는 콘크리트 구조물은 지역, 해안으로부터 거리, 구조물의 방향, 풍향 등 주변환경에 따라서 다양한 조건의 외부 염화물 조건을 갖게 된다. 따라서, 해수와 직접 접하지 않더라도 지역적인 특성에 따라 비래염분에 의한 염해를 받을 수 있으며, 그러한 사례들이 보고되고 있다. 그러나, 이러한 비래염분 환경조건을 규명하기는 쉽지 않아 이제까지는 많은 연구가 행하여 지지 못하였다. 따라서, 이 연구에서는 우리나라의 해안가 27개 지역 72개 지점을 선정하여 3년간 대기중의 비래염분에 대한 측정을 실시하여 분석하였다. 그 결과, 비래염분은 지역적 특성이 강하게 나타났으며, 계절적인 영향 또한 크게 나타났다. 또한, 해안으로부터 거리에 따라서 $y=ax^{-b}$의 함수의 경향으로 감소하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 비래염분 분포에 대한 분석결과는 향후 해안 인근 구조물의 내구성 설계나 유지관리에 큰 도움이 될 것으로 판단된다.
해수에 침적되어 있는 구조물은 일정한 외부 염화물 조건을 가지게 되지만 비래염분의 환경하에 있는 콘크리트 구조물은 지역, 해안으로부터 거리, 구조물의 방향, 풍향 등 주변환경에 따라서 다양한 조건의 외부 염화물 조건을 갖게 된다. 따라서, 해수와 직접 접하지 않더라도 지역적인 특성에 따라 비래염분에 의한 염해를 받을 수 있으며, 그러한 사례들이 보고되고 있다. 그러나, 이러한 비래염분 환경조건을 규명하기는 쉽지 않아 이제까지는 많은 연구가 행하여 지지 못하였다. 따라서, 이 연구에서는 우리나라의 해안가 27개 지역 72개 지점을 선정하여 3년간 대기중의 비래염분에 대한 측정을 실시하여 분석하였다. 그 결과, 비래염분은 지역적 특성이 강하게 나타났으며, 계절적인 영향 또한 크게 나타났다. 또한, 해안으로부터 거리에 따라서 $y=ax^{-b}$의 함수의 경향으로 감소하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 비래염분 분포에 대한 분석결과는 향후 해안 인근 구조물의 내구성 설계나 유지관리에 큰 도움이 될 것으로 판단된다.
Concrete structures immersed in seawater are exposed to uniform chloride concentration. However, seashore concrete structures are subjected to various airborne chlorides concentration depending on areas, distance from seashore, orientation of structures and wind direction etc. Therefore, structures ...
Concrete structures immersed in seawater are exposed to uniform chloride concentration. However, seashore concrete structures are subjected to various airborne chlorides concentration depending on areas, distance from seashore, orientation of structures and wind direction etc. Therefore, structures which is not coming into direct contact with seawater are greatly affected by salt attack and those cases have been reported. This study intends to investigate salt attack by airborne chlorides in terms of the distance from the seashore based on the measurements conducted at 73 spots and 27 areas during 3 years in the Eastern, Western and Southern coasts of South Korea. Results revealed large regional variations of the salinity in coastal regions along with significant seasonal effects caused by seasonal winds. Moreover, the salinity is seen to diminish as the distance from the seashore increases at a rate corresponding to the function $y=ax^{-b}$. These results will be helpful to do the durability design and management of seashore structures.
Concrete structures immersed in seawater are exposed to uniform chloride concentration. However, seashore concrete structures are subjected to various airborne chlorides concentration depending on areas, distance from seashore, orientation of structures and wind direction etc. Therefore, structures which is not coming into direct contact with seawater are greatly affected by salt attack and those cases have been reported. This study intends to investigate salt attack by airborne chlorides in terms of the distance from the seashore based on the measurements conducted at 73 spots and 27 areas during 3 years in the Eastern, Western and Southern coasts of South Korea. Results revealed large regional variations of the salinity in coastal regions along with significant seasonal effects caused by seasonal winds. Moreover, the salinity is seen to diminish as the distance from the seashore increases at a rate corresponding to the function $y=ax^{-b}$. These results will be helpful to do the durability design and management of seashore structures.
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문제 정의
따라서, 이 연구에서는 동해, 서해, 남해안의 27개 지역, 72개 지점을 선정하여 '03년 7월부터 '06년 6월까지 매월 1회 1개월간의 누적 비래염분량을 3년간 측정하여 우리나라의 비래염분 분포의 특성을 파악하고자 하였다.
이 연구에서는 우리나라 해안가의 비래염분 분포를 파악하기 위하여 동해, 서해 및 남해안의 27개 지역 72개 지점에서 비래염분을 측정하여, 지역 및 계절별 특성과 해안으로부터 거리별 감소경향에 대하여 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
가설 설정
8과 같은 계절풍에 의한 것으로 분석될 수 있다.12) 우리나라는 겨울철에 북서풍이 강하게 부는데 이러한 계절풍에 의해 내륙방향으로 비래염분이 많이 흘러갈 수 있는 지역적 특성을 가진 곳은 서해안이 된다.
제안 방법
또한 각 해역별 2개씩 총 6개 지역을 선정하여 해안으로부터 거리별로 측정장치를 설치하였다.
비래염분 포집에 사용되는 거즈는 의료용 거즈를 증류수에 1일 동안 침지하여 불순물을 제거한 후 사용하였으며, 1개월간의 포집이 끝난 거즈시료는 500 g 증류수가 담긴 비이커에 넣고 잘 저어 3시간 이상 방치한 후 약 5분 간격으로 3회 이상 휘저어준 다음 질산은에 의한 침전 적정법을 사용하여 염화물을 측정하였다.
비래염분의 측정은 '03년 7월부터 '06년 6월까지 3년 동안 실시되었으며, 매월 1회, 1개월간의 비래염분량을 측정하였다.
적용되는 비래염분 감소율은 3.3절의 해안으로부터 거리에 따른 감소량에서 구하여 적용하였다.
대상 데이터
비래염분을 측정하기 위한 장치는 Figs. 1, 2와 같은 비래염분 포집기와 거치대로서 구성하였으며, Fig. 1의 포집기는 일본공업규격(JIS Z 2382)에서 제안된 건식 거즈를 사용하는 비래염분 포집기11) 및 일본 토목연구소에서 제작한 스테인리스식 비래염분 포집기9)와 비교실험을 거쳐 비래염분 포집에 있어 우수한 성능이 입증된 포집기이다.10)
3과 같이 27개 지역, 72개 지점으로 동해안 9개 지역, 서해안 10개 지역, 남해안 8개 지역이었다. 각 측정 지역간 거리는 약 50 km 정도이며, 1개 지역당 2개소를 기본으로 하였으며, 각각 해안으로부터 거리 5~30 m, 50~200 m의 범위에 설치하였다.
이 연구에 사용된 비래염분 포집기는 Fig. 1과 같이 포집면적이 100 mm × 100 mm이며, 박스 내부에는 100 mm × 120 mm 포집판을 2개 설치하였으며, 포집된 비래염분이 비바람에 의하여 유실되지 않도록 20 mm 높이의 차단막이 설치되어 있다.
측정 지역은 Fig. 3과 같이 27개 지역, 72개 지점으로 동해안 9개 지역, 서해안 10개 지역, 남해안 8개 지역이었다. 각 측정 지역간 거리는 약 50 km 정도이며, 1개 지역당 2개소를 기본으로 하였으며, 각각 해안으로부터 거리 5~30 m, 50~200 m의 범위에 설치하였다.
성능/효과
1) 전국 해안을 27개 지역으로 구분하여 각 지역별 지역계수를 도출하였으며, 지역계수는 0.7~16.0 mdd로 지역간의 격차가 심한 것으로 나타났다. 그러나, 동일지역에서도 국부적인 특이환경을 가진 경우 추가적인 고려가 필요하다.
2) 우리나라의 비래염분 분포는 계절적인 영향이 강하게 나타났으며, 특히 서해안의 경우 겨울철의 북서 계절풍의 영향으로 11월에서 3월까지의 비래염분량이 크게 증가하는 경향을 보였다.
3) 각 해역별로 2개 지역을 선정하여 해안으로부터 거리별 비래염분의 감소경향을 분석하였으며, 비래염 분량은 해안에서 거리가 멀어질수록 yr= a. x−b 함수의 추세로 줄어드는 경향을 나타내었으며, 특히 해안으로부터 거리 100~150 m까지 급격한 감소를 나타낸 후 이후 완만한 감소를 나타내었다.
대부분 해안으로부터 거리 100~150 m까지는 비래염분량이 급감하는 경향을 나타내었으며, 이후에서는 감소 경향이 둔화되는 것으로 나타났다. 각 해역별 비래염분 감소함수를 Table 3에 나타내었다.
따라서, 남해안의 각 지역별 적용 감소식에 있어 전형 적인 남해안의 특성을 가진 해남, 고흥, 광양, 마산, 진해지역은 장흥지역의 감소식을 따르며, 동해안의 특성을 띠는 거제지역은 사천지역의 감소함수를 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
따라서, 서해안에서 비래염분 환경하에 있는 해안구조물의 경우 북서쪽으로 향한 부재가 비래염분에 의한 염해에 가장 취약한 부위가 될 것으로 판단되며, 남해안의 경우 남동쪽으로 향한 부재가 상대적으로 취약할 수 있을 것으로 판단된다.
입자가 크고 무거운 비래염분은 해안 인근의 비래염분량을 크게 높이지만 멀리 날아서 이동하기에는 강력한 해풍이 필요하기 때문에 해안으로부터 거리가 멀어지면 비래염분의 감소율은 둔화된다. 따라서, 서해안의 경우 상대적으로 비래염분량의 발생이 많은 태안과 보령지역은 고창지역의 비래염분 감소식, 그 외의 지역인 강화, 인천, 아산, 천수만, 함평, 목포지역은 변산지역의 감소식을 적용시킬 수 있을 것으로 판단된다.
따라서, 속초, 울진지역 이외의 동해안 지역에서 비래 염분 감소율 함수의 선택적 적용에 있어서 속초 인근지역인 고성, 주문진, 삼척지역은 속초지역, 울진 이남지역인 영덕, 포항, 울산, 부산은 울진의 감소율 함수를 적용 할 수 있을 것으로 판단된다.
또한, 동해안의 경우가 다른 해역에 비해 상대적으로 계절적인 영향을 적게 받았으며, 서해안의 경우가 계절적인 증감의 차이를 가장 극심하게 받는 것으로 나타났다.
후속연구
9) 그러나, 일본의 비래염분량 전국조사는 일본 토목연구소의 스테인리스식 포집기를 사용하여 비래염분의 포집성능에 있어 문제점이 지적되었을 뿐만 아니라,10) 비래염분은 계절풍, 지역풍, 해안의 형상, 조수간만의 차이, 수심 및 지리적 위치 등 환경적인 요인이 지배적인 변수로서 지역적인 편차가 매우 크게 나타나기 때문에 일본에서 측정되었던 비래염분 관련 자료들은 참고자료로서만 활용이 가능할 것으로 판단된다.
다만, 동일 지역에서도 해안선의 방향 및 형상 등 국부적인 비래염분 환경이 크게 다를 경우 비래염분량의 추정은 추가적인 고려가 필요하다.
이 연구에서 측정 및 분석된 비래염분에 대한 자료는 우리나라의 해안 인근 구조물의 비래염분에 의해 발생하는 염해에 대한 내염대책 수립 및 구조물 유지관리 등에 기반자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
해양 환경하에 건설된 콘크리트 구조물의 문제점은?
해양 환경하에 건설된 콘크리트 구조물은 장기간 염해 환경에 노출됨에 따라 구조물 내부로의 염화물 침입 및 이에 따른 철근의 부식 등이 심각하게 발생할 수 있다. 수많은 연구자들이 이러한 문제를 해결하기 위하여 노력 하여 왔다.
비래염분은 어떻게 발생하나?
해수와 직접 접하지 않는 구조물의 염해는 주로 대기 중의 비래염분에 의해서 발생하게 된다. 비래염분은 파도에 의해 부서지는 해수에서 발생하는 것으로 대기중에 부유하여 해풍이나 계절풍 등에 의해 내륙으로 날아 들어와 구조물에 염해를 발생시키게 된다. 이에 비래염분을 측정평가하는 것은 콘크리트 구조물의 설계시공 및 유지관리에 중요한 기초자료로 활용될 수 있다.
일본의 경우 이미 전국 해안의 비래염분 측정을 완료하였지만 관련 자료를 참고자료로만 활용이 가능한 이유는?
일본의 경우 일본토목연구소에서 이미 3년간에 걸친 전국 해안의 비래염분 측정을 완료하여 해안 인근 콘크리트 교량의 염해대책 방법을 강구하였다.9) 그러나, 일본의 비래염분량 전국조사는 일본 토목연구소의 스테인리스식 포집기를 사용하여 비래염분의 포집성능에 있어 문제점이 지적되었을 뿐만 아니라,10) 비래염분은 계절풍, 지역풍, 해안의 형상, 조수간만의 차이, 수심 및 지리적 위치 등 환경적인 요인이 지배적인 변수로서 지역적인 편차가 매우 크게 나타나기 때문에 일본에서 측정되었던 비래염분 관련 자료들은 참고자료로서만 활용이 가능할 것으로 판단된다.
참고문헌 (12)
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문한영, 김홍삼, 이승태, “해수 침식을 받은 콘크리트의 성능저하 원인 규명,” 대한토목학회 논문집, 22권, 1-A호, 2002, pp. 171-179.
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