철근부식에 의해 발생된 녹은 철근 주위의 콘크리트에 팽창압력을 발생시켜 콘크리트의 균열유발, 피복콘크리트의 박리나 탈락, 철근의 단면적 감소들을 야기 시킨다. 또한 철근콘크리트 구조물 내에 매입된 철근의 부식은 철근과 콘크리트의 일체 거동을 저하시킴으로써 구조물이 외력에 견딜 수 있는 구조성능의 감소를 초래한다. 본 논문에서는 3차원 스캐너를 이용하여 철근이 부식됨에 따른 철근의 표면적을 측정하여 부식률과 표면 거칠기와의 관계를 파악하였다. 철근부식률 1~2%의 경우에서는 철근 표면적이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 동일 범위내에서 철근의 부착강도가 증가한 기존의 실험결과와 매우 유사한 결과를 나타낸다. 철근부식률 2% 이상에서는 오히려 표면적이 감소하였으며, 이는 단면적 손실로 인한 기존 부착강도 실험과 부합되는 결과를 나타냈다.
철근부식에 의해 발생된 녹은 철근 주위의 콘크리트에 팽창압력을 발생시켜 콘크리트의 균열유발, 피복콘크리트의 박리나 탈락, 철근의 단면적 감소들을 야기 시킨다. 또한 철근콘크리트 구조물 내에 매입된 철근의 부식은 철근과 콘크리트의 일체 거동을 저하시킴으로써 구조물이 외력에 견딜 수 있는 구조성능의 감소를 초래한다. 본 논문에서는 3차원 스캐너를 이용하여 철근이 부식됨에 따른 철근의 표면적을 측정하여 부식률과 표면 거칠기와의 관계를 파악하였다. 철근부식률 1~2%의 경우에서는 철근 표면적이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 동일 범위내에서 철근의 부착강도가 증가한 기존의 실험결과와 매우 유사한 결과를 나타낸다. 철근부식률 2% 이상에서는 오히려 표면적이 감소하였으며, 이는 단면적 손실로 인한 기존 부착강도 실험과 부합되는 결과를 나타냈다.
This paper discusses the surface roughness of corroded reinforcement rebar in reinforced concrete structures focusing on the quantitative measurement technique for rebar corrosion. Reinforcement rebar was corroded using accelerated corrosion induced method and corrosion rates were 0%, 1%, 2%, 3%, 5%...
This paper discusses the surface roughness of corroded reinforcement rebar in reinforced concrete structures focusing on the quantitative measurement technique for rebar corrosion. Reinforcement rebar was corroded using accelerated corrosion induced method and corrosion rates were 0%, 1%, 2%, 3%, 5%, and 10% of mass losses. Using 3-dimensional scanner each surface profile of reinforcement rebar was established, and surface roughness was measured. Through tests and analyses of corroded reinforcement rebar, the following topics were particularly discussed: measurement of surface roughness, relationship between area and surface roughness, relationship between surface roughness and bond performance. As a result, surface roughness of corroded rebar was found to be very effective to bond strength until 2% of corrosion rate. It was also discussed how to relate surface roughness of corroded rebar to bond strength of reinforced concrete structures.
This paper discusses the surface roughness of corroded reinforcement rebar in reinforced concrete structures focusing on the quantitative measurement technique for rebar corrosion. Reinforcement rebar was corroded using accelerated corrosion induced method and corrosion rates were 0%, 1%, 2%, 3%, 5%, and 10% of mass losses. Using 3-dimensional scanner each surface profile of reinforcement rebar was established, and surface roughness was measured. Through tests and analyses of corroded reinforcement rebar, the following topics were particularly discussed: measurement of surface roughness, relationship between area and surface roughness, relationship between surface roughness and bond performance. As a result, surface roughness of corroded rebar was found to be very effective to bond strength until 2% of corrosion rate. It was also discussed how to relate surface roughness of corroded rebar to bond strength of reinforced concrete structures.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 철근의 표면적 증가가 콘크리트와 철근의 부착강도 향상에 주요 영향인자로 작용할 것이 라는 가정 하에 실험을 진행하였으며, 이를 통해 정성적 개념인 철근 표면의 거칠기를 정량적으로 산출할 수 있는 방안을 제안하고 활용하도록 하는 기초적 자료를 제공 는데 본 연구의 목적이 있다.
가설 설정
6으로 증가하였다. 그러나 N은 이론상 소수점으로 표현될 수 없으므로 15로 가정하였다. 10% 부식률의 경우에는 이형마디가 좀 더부식이 되어 그 높이가 감소하고 단위길이 ∊i도 0.
철근의 표면을 정량화하기 위하여 여러 가지 가정들이 도입된다. 먼저 3차원의 철근이 1차원과 2차원 사이의 값으로 정량화된다고 가정하고 철근의 길이방향의 입면만을 고려한 값으로 한다. 추후 연구에서는 철근의 단면방향의 프랙탈차원값을 고려하여 3차원으로 표현해야 할것이다.
이 된다. 여기서도 2%부식률의 경우와 마찬가지로 N의 값이 단위길이 ∊i가 0.864로 감소함에 따라 15.57로 증가하였으나 이를 16으로 가정하여 프랙탈차원을 계산하였다.
철근의 표면을 앞서 설명한 프랙탈 차원과 연관시키기 위해 이형철근의 반복되는 마디를 중심으로 3차원 철근의 형상을 x축과 y축에서 바라본 입면으로 가정한다. D13 철근의 크기는 다음 Fig.
제안 방법
3차원 접촉식 스캐너를 사용하여 철근이 부식된 정도를 모델링 및 도식화하여 철근의 표면적 거칠기를 정량화하였다. 접촉식 스캐너는 스캔 받을 형상의 X, Y, Z 각각의 영역을 설정한다.
본 연구에서는 철근 직경 D13을 대상으로 부식률(0%, 1%, 2%, 3%, 5%, 10%)에 따라 각각 3개씩 실험체를 준비하였으며, 철근의 부식은 전기화학적 반응식을 이용하여 전하량 보존의 법칙을 근거로 한 페러데이 법칙을 적용(유호현, 1999)시켜 원하는 양의 부식률을 유도하였다.
부식된 철근의 표면 거칠기를 정량화하여 표면적을 산출하는 실험을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
접촉식 스캐너를 이용하여 철근의 표면을 측정한 후 이들 데이터를 이용하여 철근의 총 표면적을 산출하게 된다.
대상 데이터
각 3개씩 동일한 직경(D13)의 철근을 실험 대상으로 하였으나 실험오차를 줄일 수 있을 정도의 실험횟수 부족으로 데이터 값의 편차가 크게 나타났다. 하지만 3개의 실험체 모두 일정한 경향을 나타내고 있음을 확인할 수있었다.
철근 부식에 의한 표면적 변화와 부착강도와의 관계를 비교하기 위하여, 한국도로공사연구원에서 철근 부식에 따른 부착강도 연구논문 자료를 인용하였다.
성능/효과
1) 철근 부식에 따른 표면적은 부식률이 2%일 때 최대가 되었으며, 이것은 다른 문헌의 실험 결과와 유사한 값임을 확인하였다. 따라서 초기 철근의 부식이 부착강도에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 판단된다.
2) 부식되지 않은 D13 철근표면의 거칠기를 프랙탈 차원으로 평가하면 D=1.0289이며, 2% 부식되었을 경우 D=1.0322로 오히려 증가하다가 10%부식이 진행되면서 D=1.0226으로 나타나 철근의 부착력 거동과 비슷한 양상을 보여주었다.
본 연구에서는 부식된 철근의 표면적을 직접 산출하여 부식률에 따른 표면적 변화량을 도식화하였으며, 도로공사 연구보고서에서는 부식률에 따른 부착강도 비율를 도식화하였기 때문에 직접적인 비교를 할 수는 없으나 증감의 경향이 유사한 것을 확인하였다.
2와 같다. 부식률 0%, 1%, 2% 일 때 평균 표면적은 각각 1,376 mm2, 2,633mm2, 3,230mm2로서 증가하는 추세였으나 부식률 3%, 5%, 10%는 2,058mm2, 1,715mm2, 1,273mm2로 전체적으로 감소하는 것을 알 수 있다.
철근 부식 3%부터는 녹 발생이 많아지고 리브의 단면 손실이 발생됨을 확인할 수 있었으며, 부식률 10%에서는 리브의 형체를 알아보기 힘들 정도로 단면손실이 발생되 었다.
철근 부식률 2%까지는 표면적이 점차 증가하여 최대값을 나타내었으며, 부식률 3%에서의 표면적은 1%보다 작은값을 나타내고 점차 감소하는 있는 추세를 확인하였다. 이러한 결과를 3D모델링과 비교하면, 철근 부식률 3%에서부터의 리브 단면손실이 표면적의 급격한 감소와 밀접한 연관이 있는 것으로 판단된다.
후속연구
3) 본 연구에서, 표면적 증감과 부착강도가 유사한 경향을 띠고 있는 것을 확인할 수 있었지만, 데이터의 편차가 크기 때문에 부착강도와의 직접적인 비교는 한계를 지니고 있다.
따라서 철근의 표면 거칠기에 따른 부착응력의 변화를 예측하여 보다 합리적인 관계식을 도출하기 위해서는, 향후 실험적 오차를 줄일 수 있는 추가실험이 진행되어야할 것이다.
비교 결과, 철근의 부식률에 따라서 표면적과 부착강도의 증감에 영향을 주는 것을 알 수 있었으나, 데이터 값의 편차를 줄일 수 있도록 추가실험이 필요하며 철근 직경의 변화에 따른 표면적 증감에 대해서도 연구의 필요성이 있다.
먼저 3차원의 철근이 1차원과 2차원 사이의 값으로 정량화된다고 가정하고 철근의 길이방향의 입면만을 고려한 값으로 한다. 추후 연구에서는 철근의 단면방향의 프랙탈차원값을 고려하여 3차원으로 표현해야 할것이다. Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
철근부식은 어떤 것을 저하시킴으로써 무엇의 감소를 초래하나요?
철근 부식은 철근 주위의 콘크리트에 팽창압력을 발생시켜 콘크리트의 균열 유발, 피복 콘크리트의 박리나 탈락, 철근의 단면감소 등을 일으킨다. 또한 철근부식은 철근과 콘크리트 간에 부착력의 저하를 유발하여 일체거동을 저하시킴으로써 구조물이 외력에 견딜 수 있는 구조성능의 감소를 초래한다. 그러나 현재 철근의 부식에 따른 현장 적용기준이 체계적으로 정립되어 있지 않고 시공자 및 현장의 품질 관계자의 육안에 의한 검사나 자의적 판단 기준에 의해 구분되고 있는 실정이다.
표면적을 산출하는 실험을 수행한 결론은 무엇인가요?
1) 철근 부식에 따른 표면적은 부식률이 2%일 때 최대가 되었으며, 이것은 다른 문헌의 실험 결과와 유사한 값임을 확인하였다. 따라서 초기 철근의 부식이 부착강도에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 판단된다. 2% 이상의 부식에서는 철근 표면적이 감소하는 현상을 볼 수 있다. 이것은 이형철근의 리브에 녹이 과다하게 발생하여 리브의 단면손실이 발생한 것으로 보이며, 이는 콘크리트와 철근의 부착력 감소에 영향을 주는 것으로 파악된다.
2) 부식되지 않은 D13 철근표면의 거칠기를 프랙탈 차원으로 평가하면 D=1.0289이며, 2% 부식되었을 경우 D=1.0322로 오히려 증가하다가 10%부식이 진행되면서 D=1.0226으로 나타나 철근의 부착력 거동과 비슷한 양상을 보여주었다.
3) 본 연구에서, 표면적 증감과 부착강도가 유사한 경향을 띠고 있는 것을 확인할 수 있었지만, 데이터의 편차가 크기 때문에 부착강도와의 직접적인 비교는 한계를 지니고 있다.
철근 부식은 무엇을 일으키나요?
철근 부식은 철근 주위의 콘크리트에 팽창압력을 발생시켜 콘크리트의 균열 유발, 피복 콘크리트의 박리나 탈락, 철근의 단면감소 등을 일으킨다. 또한 철근부식은 철근과 콘크리트 간에 부착력의 저하를 유발하여 일체거동을 저하시킴으로써 구조물이 외력에 견딜 수 있는 구조성능의 감소를 초래한다.
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