철근 콘크리트 구조물의 염해 내구수명 산정을 위해서는 비래염분량 평가가 필수적이다. 현재까지 국내에서도 국외에서 개발된 포집기를 주로 사용해 왔으나 포집기 자체의 결함으로 포집 정확도에 문제가 있다는 지적이 일어왔었다. 본 연구 결과 기존의 포집기는 후풍의 영향을 배제할 수 없어 실제 포집기를 통과하면서 거즈에 부착된 비래염분은 후풍의 영향에 의해 이탈되어 포집량이 낮게 평가됨과 동시에 방향성, 즉 남쪽에서 불어오는 비래염분도 북향하고 있는 포집기에 포집되어 방향에 대한 구분이 없어지는 현상을 해석적, 실험적으로 규명하고, 문제해결형 개량형 포집기를 개발하였다. 또 해안지역에서 실측에 사용하여 높이별 비래염분량 측정과 동시에 포집기의 성능검증을 실시하였다.
철근 콘크리트 구조물의 염해 내구수명 산정을 위해서는 비래염분량 평가가 필수적이다. 현재까지 국내에서도 국외에서 개발된 포집기를 주로 사용해 왔으나 포집기 자체의 결함으로 포집 정확도에 문제가 있다는 지적이 일어왔었다. 본 연구 결과 기존의 포집기는 후풍의 영향을 배제할 수 없어 실제 포집기를 통과하면서 거즈에 부착된 비래염분은 후풍의 영향에 의해 이탈되어 포집량이 낮게 평가됨과 동시에 방향성, 즉 남쪽에서 불어오는 비래염분도 북향하고 있는 포집기에 포집되어 방향에 대한 구분이 없어지는 현상을 해석적, 실험적으로 규명하고, 문제해결형 개량형 포집기를 개발하였다. 또 해안지역에서 실측에 사용하여 높이별 비래염분량 측정과 동시에 포집기의 성능검증을 실시하였다.
Evaluation of the amount of chloride ion coming from the sea is very important in assessing the life expectancy of Reinforced Concrete structures. Developed in Japan, the incoming salt collector has been used to this day. Unfortunately, the incoming salt collector has had a bad reputation, which is ...
Evaluation of the amount of chloride ion coming from the sea is very important in assessing the life expectancy of Reinforced Concrete structures. Developed in Japan, the incoming salt collector has been used to this day. Unfortunately, the incoming salt collector has had a bad reputation, which is caused by backward wind. Backward wind causes a reduction of the amount of salt collected in collector's gauze. The collector was developed to eliminate the effect of backward wind. Simulation test in the laboratory and site measurement were performed to determine the amount of incoming salt according to the height. The performance was verified through analytic and experimental methods.
Evaluation of the amount of chloride ion coming from the sea is very important in assessing the life expectancy of Reinforced Concrete structures. Developed in Japan, the incoming salt collector has been used to this day. Unfortunately, the incoming salt collector has had a bad reputation, which is caused by backward wind. Backward wind causes a reduction of the amount of salt collected in collector's gauze. The collector was developed to eliminate the effect of backward wind. Simulation test in the laboratory and site measurement were performed to determine the amount of incoming salt according to the height. The performance was verified through analytic and experimental methods.
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문제 정의
[3.2 유체시뮬레이션 실시]에서 검토를 통하여 고안한 폴리에틸렌 필름 부착 포집기의 신뢰도를 검증하기 위하여 실험실에서 인공비래염분 포집기를 개발하여 전혀 뒷판이 없는 포집기와의 차이를 분석하기 위하여 실험을 실시하였다.
그러한 문제점을 배경으로 본 연구에서는, 기존 JIS식 포집기를 개량하고 또 다방향 포집이 가능한 포집기를 개발하여 실험적, 해석적으로 성능을 검증하였다. 포집기의 비래 염분 포집 정확성 및 다방향 포집능력 확보를 통해 실측데이터가 충분히 수명산정의 경계조건으로 사용될 수 있도록 검증하는 것을 본 연구의 목적으로 한다.
그러한 문제점을 배경으로 본 연구에서는, 기존 JIS식 포집기를 개량하고 또 다방향 포집이 가능한 포집기를 개발하여 실험적, 해석적으로 성능을 검증하였다. 포집기의 비래 염분 포집 정확성 및 다방향 포집능력 확보를 통해 실측데이터가 충분히 수명산정의 경계조건으로 사용될 수 있도록 검증하는 것을 본 연구의 목적으로 한다.
제안 방법
02. 26까지 28일간 측정하였다. Figure 15는 높이별 비래염분량 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
[3.1 비래염분 실측 데이터 비교]에서 제기된 ㄱ자형 뒷판 또는 ㄷ자형 뒷판과 후풍에 의한 바람의 유동변화를 분석하기 위하여 유체 수치 시뮬레이션을 실시하였다. 사용된 방정식은 나비에스토크 방정식으로 비압축성 유체에 의한 운동을 기술하는 기본 방정식이다.
그러나 그러한 포집기는 이종석, 최원성의 연구에서 문제점이 제기되었다[7]. 그들의 연구에서 JIS식의 포집기는 포집용량이 작으며 토연식 포집기는 포집능력이 떨어진다고 지적하였으며 JIS식 포집기에서 거즈를 여러겹으로 한 포집기를 개발하여 약 180~250 %까지 많은 양의 포집이 가능한 포집기를 개발하였다.
따라서 ㄱ자형 및 ㄷ자형 뒷판은 완전히 후풍의 영향을 억제할 수 없는 것으로 판단되었다. 대안으로 포집기와 간격을 유지하는 철판을 사용하기 보다 폴리에틸렌 재질의 100 ㎛두께 필름을 사용하여 정방향의 바람은 저항 없이 통과하며 후풍은 완전히 차단할 수 있는 장치를 고안하였다. Figure 10에 그 개념도를 나타내었다.
Figure 6은 포집기 앞쪽에서 초속 1 m/s가 불어올 경우의 포집기 내부에서의 풍속의 변화 (contour과 Arrow로 나타냄)를 나타낸 것이다. 동일한 모델을 이용하여 풍속 0.5~20 m/s의 범위에서 수치해석을 실시하였다. Figure 7은 포집기 내부의 풍속변화를 나타낸 것으로 포집기를 통과하는 부분에서 약간의 풍속상승이 나타났지만 포집량에 큰 영향을 미칠 정도는 아닌 미비한 풍속변화라 생각된다.
본 연구 결과 기존의 포집기는 후풍의 영향을 배제할 수 없어 실제 포집기를 통과하면서 거즈에 부착된 비래염분은 후풍의 영향에 의해 이탈되어 포집량이 낮게 평가됨과 동시에 방향성, 즉 남쪽에서 불어오는 비래염분도 북향하고 있는 포집기에 포집되어 방향에 대한 구분이 없어지는 현상을 해석적, 실험적으로 규명하고, 문제해결형 개량형 포집기를 개발하였다. 또 해안지역에서 실측에 사용하여 높이별 비래 염분량 측정과 동시에 포집기의 성능검증을 실시하였다.
후풍의 영향을 배제하기 위하여 필름으로 개조한 포집기와 뒷판이 없는 포집기를 사용하여 실험을 실시하였다. 측정 장소는 부산광역시 영도구 소재 한국해양대학교 해양과 학기술대학 건물로서 Figure 14와 같이 북서쪽을 향하고 있으며, 높이는 총 5층에 각 층 3.
대상 데이터
후풍의 영향을 배제하기 위하여 필름으로 개조한 포집기와 뒷판이 없는 포집기를 사용하여 실험을 실시하였다. 측정 장소는 부산광역시 영도구 소재 한국해양대학교 해양과 학기술대학 건물로서 Figure 14와 같이 북서쪽을 향하고 있으며, 높이는 총 5층에 각 층 3.4 m이다.
이론/모형
난류를 해석하기 위한 모델은 k - ε모델을 사용하였다.
1 비래염분 실측 데이터 비교]에서 제기된 ㄱ자형 뒷판 또는 ㄷ자형 뒷판과 후풍에 의한 바람의 유동변화를 분석하기 위하여 유체 수치 시뮬레이션을 실시하였다. 사용된 방정식은 나비에스토크 방정식으로 비압축성 유체에 의한 운동을 기술하는 기본 방정식이다. 수치해석의 구성방정식과 입력조건은 식(1), 식(2)와 같다.
성능/효과
1) 기존의 JIS식 포집기는 후풍의 영향으로 실제 통과한 비래 염분량보다 적은 양이 거즈에 포집되는 것으로 밝혀졌다.
2) 후풍의 영향으로 거즈에 포집된 비래염분은 시간경과에 비례하여 감소하는 경향을 나타내었다.
3) 후풍의 영향을 막기 위해 설치한 ㄱ자형, ㄷ자형 뒷판은 포집기 내부의 풍속을 저하시켜 포집량 감소를 유발하였으며, 후풍의 영향으로 측정결과에 방향성이 고려되지 않는 것으로 평가되어졌다.
Figure 15는 높이별 비래염분량 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 결과에서 알 수 있듯이 뒷판이 없는 것과 필름지 부착의 포집기에서 상당히 유사한 값을 나타내었으며, 높이가 높아질수록 0.12~0.16 mdd의 범위에서 다소 증가하는 경향을 나타내었다. 뒷판의 유무에 따라 데이터 값이 다소 상이한 것은 전방의 바람이 건물에 부딪혀 리바운드 된 바람에 기인한 것이라 생각된다.
뒷바람의 영향을 억제하기 위하여 ㄱ자형 뒷판을 설치하였음에도 불구하고 후풍과 각도가 있을 경우 포집기 내부에 풍속이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 ㄱ자형 및 ㄷ자형 뒷판은 완전히 후풍의 영향을 억제할 수 없는 것으로 판단되었다.
Figure 13은 48시간 포집 후 동일 풍속으로 후풍을 가했을 경우 감소하는 비래염분 량을 평가한 실험결과로, 0~9 시간에 시간경과에 따라 선형적으로 감소하는 것을 알 수 있었다. 따라서 JIS식 포집기와 같이 후풍의 영향을 받는 경우에는 실제 비래염분이 통과하면서 포집된 비래염분량보다 다소 적은 값이 검출되는 것을 알 수 있다.
현재까지 국내에서도 국외에서 개발된 포집기를 주로 사용해 왔으나 포집기 자체의 결함으로 포집 정확도에 문제가 있다는 지적이 일어왔었다. 본 연구 결과 기존의 포집기는 후풍의 영향을 배제할 수 없어 실제 포집기를 통과하면서 거즈에 부착된 비래염분은 후풍의 영향에 의해 이탈되어 포집량이 낮게 평가됨과 동시에 방향성, 즉 남쪽에서 불어오는 비래염분도 북향하고 있는 포집기에 포집되어 방향에 대한 구분이 없어지는 현상을 해석적, 실험적으로 규명하고, 문제해결형 개량형 포집기를 개발하였다. 또 해안지역에서 실측에 사용하여 높이별 비래 염분량 측정과 동시에 포집기의 성능검증을 실시하였다.
06(1년 3개월)간 측정된 결과로서 포집량은 북서방향(NW, 해안방향)이 가장 많으며, 다른 3방향은 큰 차이를 보이지 않으며 북서방향의 약 7~14 % 정도의 양을 나타내는 것으로 관측되었다. 이상의 결과와 같이 거리에 따른 편차와 방향에 따른 포집량의 차이는 포집기 설치방향의 중요성을 말하고 있으며, 후풍에 의한 포집된 비래염분의 이탈 등 포집기 자체가 가지는 문제점 해결이 절실한 것을 암시한다고 볼 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
해염입자, 해수 물방울 속 염화물 이온은 어떤 현상을 유발하는가?
바다로부터의 바람에 의하여 육지에 운반되어지는 해염입자, 해수 물방울 속에 포함되어 있는 염화물 이온(이후 비래 염분이라 칭함)은 해안부근의 철근 콘크리트 구조물에 침투하여 철근 부식을 발생 촉진시킴으로써 염해라 불리는 열화현상을 발생시킨다[1,2]. 필자는 최근 수년간 콘크리트 염해 내구성에 대하여 연구해 왔으나[3,4], 철근 콘크리트 구조물의 내구수명 산정을 위해서는 콘크리트의 염소이온 확산특성 평가 뿐만 아니라 해안 구조물 설치 장소 및 방향에 따른 비래염분량을 명백히 할 필요가 있다는 결론에 이르게 되었다[5].
포집기의 비래 염분 포집 정확성 및 다방향 포집능력을 검증한 결과는?
1) 기존의 JIS식 포집기는 후풍의 영향으로 실제 통과한 비래 염분량보다 적은 양이 거즈에 포집되는 것으로 밝혀졌다.
2) 후풍의 영향으로 거즈에 포집된 비래염분은 시간경과에 비례하여 감소하는 경향을 나타내었다.
3) 후풍의 영향을 막기 위해 설치한 ㄱ자형, ㄷ자형 뒷판은 포집기 내부의 풍속을 저하시켜 포집량 감소를 유발하였으며, 후풍의 영향으로 측정결과에 방향성이 고려되지 않는 것으로 평가되어졌다.
4) 뒷판으로 폴리에틸렌 필름을 사용한 경우 전방에서 불어오는 비래염분의 포집 정확도가 오차범위 내에 들며, 후풍의 영향도 완전히 배제할 수 있는 것으로 생각된다.
JIS식 포집기는 어떤 방법으로 수행되는가?
Figure 1은 JIS식 포집기 및 토연식(일본 독립행정법인 토목연구소에서 개발한 방식이라 하여 줄여서 토연식이라 칭하고 있다) 포집기를 설치한 사진이다. JIS식 포집기는 JIS Z 2381 옥외 폭로시험 통칙에 따른 것으로 국내 KS규격에서는 KS D 0060 옥외 폭로 시험 방법 통칙에 규정되어 있는 방법과 동일하다. 포집면적, 즉 거즈의 크기는 100×100mm이며 거즈는 두 겹으로 사용하도록 하고 있다.
참고문헌 (12)
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