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용융아연도금 철근의 부식 특성 및 구조적 특성에 대한 연구
Study on Corrosion and Structural Performance in Hot-Dip Galvanizing Steel 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.24 no.5, 2012년, pp.613 - 621  

권성준 (한남대학교 건설시스템공학과) ,  이상민 (비앤티엔지니어링(주)) ,  이명훈 (한국해양대학교 해양시스템공학과) ,  박상순 (상명대학교 건설시스템공학과)

초록
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철근부식은 콘크리트의 내구성 문제뿐 아니라 구조적인 안전성에 영향을 미치므로 매우 중요한 열화이다. 철근부식을 방지하기 위하여 콘크리트 구체의 내구성을 향상시키려는 연구가 진행되고 있으나 용융아연도금 철근과 같이 철근 표면을 코팅함으로서 부식을 방지하려는 연구도 진행되고 있다. 이 연구는 용융아연도금 철근의 내부식성능 및 구조성능을 정량적으로 평가하는 것이다. 이를 위하여 아연, 알루미늄, 아연 45% + 알루미늄 55% 등을 사용한 도금 철근에 대하여 예비실험을 수행하였다. 다양한 금속코팅재료의 부식거동을 평가하여 최적의 도금재료인 아연을 선정하였으며, 아연도금 철근의 전위변화를 촉진염수 분무실험 등을 통하여 평가하였다. 또한 용융아연 도금된 철근과 일반철근을 이용하여 철근의 인장강도 시험, 콘크리트와의 부착력 시험 등이 수행되었으며, 최종적으로 RC 보를 제작하여 균열패턴 및 구조거동을 평가하였다. 이 연구에서는 다양한 금속코팅재료의 부식거동, 노치를 가진 금속의 전위변화 등을 포함한 부식특성이 평가되었다. 또한 부착력, 인장강도, 하중에 따른 거동 등을 포함한 구조적 거동이 평가되었으며, 최종적으로 용융아연도금 철근의 사용에 대한 적용성이 검토되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Steel corrosion is one of the most critical deteriorations in concrete structures due to the problems associated with both durability and structural safety issues. For protection of steel against corrosion problems, researches to improve concrete durability and steel corrosion protection such as reb...

주제어

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문제 정의

  • 이 절에서는 용융아연도금 시편에 국한하여 내부식성 및 구조성능을 분석하도록 한다. 부식성능평가에서는 자연전위 측정을 통하여 용융아연도금과 에폭시로 코팅된 철근의 부식저항성을 상대적으로 평가하였다.

가설 설정

  • 10) 탄산화에 따라 pH가 9 수준으로 감소하면 철근의 부동태피막이 파괴되고 이로 인한 부식이 발생한다. 또한 내부에 염화물 이온이 없다하더라도 외부로부터 확산 및 침투에 의해 유입된 염화물 이온은 부분적 인공식(pitting)을 발생시키고 산소와 수분의 영향으로 부식이 진전된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
용융아연층 도금에서 각층은 어떻게 이루어져 있는가? 11) 또한 용융아연층 도금의 효율성에 대해서도 많은 연구가 진행되었다. 아연도금은 몇 가지의 다른 화학조성물층으로 구성이 되는데, 바깥면은 주로 순수 아연층으로, 그 밑으로는 다양한 아연-철의 화학적 조성으로 되어있다. 16) 순수한 아연이 부족한 도금(grey galvanizing)은 방식효과가 떨어진다고 알려져 있으며, 17) 알루미늄-아연 코팅은 대도시의 대기환경에서는 우수하지만, 콘크리트 내부와 같은 강알칼리 조건에서는 효과가 크지 못하다고 알려져 있다.
콘크리트 내에서 철근을 부식시키고 내구적인 문제를 발생시키는 것은? 콘크리트는 경제적이며 고내구성인 건설재료로서 오랫 동안 사용되어 왔으며, 철근을 사용함으로써 구조부재인 RC(reinforced concrete)로 사용되고 있다. 그러나 콘크리트내의 공극을 통한 염화물 이온 또는 이산화탄소 등으로 인해 매립된 철근은 부식되고 이에따라 내구적인 문제가 발생하게 된다. 1,2) 이런 부식에 따른 내구적인 문제점은 피복 콘크리트의 박락 및 균열 문제로 진전되며 최종적으로는 철근 단면적의 감소를 통하여 구조물 안전성에 문제가 생기게 된다.
철근부식관점에서 부식기구는 어떤 것이 있는가? 철근부식관점에서 보면 부식기구(corrosion mechanism)는 크게 두 가지로 볼 수 있는데, 하나는 탄산화에 따른 pH의 저하이고 나머지는 염화물 이온의 침투에 따른 철근부식이다. 10) 탄산화에 따라 pH가 9 수준으로 감소하면 철근의 부동태피막이 파괴되고 이로 인한 부식이 발생한다.
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참고문헌 (20)

  1. Broomfield, J. P., Corrosion of Steel in Concrete: Understanding, Investigation and Repair, London: E&FN, 1997, pp. 1-15. 

  2. Kwon, S. J., Na, U. J., Park, S. S., and Jung, S. H., "Service Life Prediction of Concrete Wharves with Early-Aged Crack: Probabilistic Approach for Chloride Diffusion," Structural Safety, Vol. 31, No. 1, 2009, pp. 75-83. 

  3. RILEM, Durability Design of Concrete Structures, Report of RILEM Technical Committee 130-CSL, E&FN, 1994, pp. 28-52. 

  4. Song, H. W., Pack, S. W., Lee, C. H., and Kwon, S. J., "Service Life Prediction of Concrete Structures under Marine Environment Considering Coupled Deterioration," Journal of Restoration of Building and Monument, 2006, Vol. 12, No. 1, pp. 265-284. 

  5. Maekawa, K., Ishida, T., and Kishi, T., "Multi-Scale Modeling of Concrete Performance," Journal of Advanced Concrete Technology, Vol. 1, No. 2, 2003, pp. 91-126. 

  6. Park, S. S., Kwon, S. J., Jung, S. H., and Lee, S. W., "Modeling of Water Permeability in Early Aged Concrete with Cracks Based on Micro Pore Structure," Construction and Building Materials, Vol. 27, No. 1, 2012, pp. 597-604. 

  7. Park, S. S., Kwon, S. J., and Jung, S. H., "Analysis Technique for Chloride Penetration in Cracked Concrete Using Equivalent Diffusion and Permeation," Construction and Building Materials, Vol. 29, No. 2, 2012, pp. 183-192. 

  8. Kwon, S. J., Song, H. W., and Byun, K. J., "A Study on Analysis Techniquefor Chloride Penetration in Cracked Concrete under Combined Deteriorarion," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 19, No. 3, 2007, pp. 359-366. 

  9. Kwon, S. J., Song, H. W., Byun, K. J., and Park, C. K., "Analysis of Chloride Penetration in Concrete with Mineral Admixtures using Neural network Algorithm and Micro Modeling," Journal of Korean Society of Civil Engineers, Vol. 27, No. 1A, 2007, pp. 117-129. 

  10. Bautista, A. and Gonzalez, J. A., "Analysis of the Protective Efficiency of Galvanizing against Corrosion of Reinforcements Embedded in Chloride Contaminated Concrete," Cement and Concrete Research, Vol. 26, No. 2, 1996, pp. 215-224. 

  11. Ramirez, E., Gonzalez, J. A., and Bautista, A., "The Protective Efficiency of Galvanizing against Corrosion of Steel in Mortar and in $Ca(OH)_{2}$ Saturated Solutions Containing Chlorides," Cement and Concrete Research, Vol. 26, No. 10, 1996, pp. 1525-1536. 

  12. Cook, A. R. and Ranke, S.F., Chloride Corrosion of Steel in Concrete, ASTM-STP 629, American Society for Testing Materials, Philadelphia, 1977, 51 pp. 

  13. Stark, D., Measurement Techniques an Evaluation of Galvanized Reinforcing Steel in Concrete Structures, ASTMSTP 713, American Society for Testing Materials, Philadelphia, 1980, 132 pp. 

  14. Arup, H., Newsletter-Korrosion Centralen, Denmark, No. 1, 1978, 1 pp. 

  15. Berke, N. S., Shen, D. E. F., and Sundberg, K. M., Corrosion Rates of Steel in Concrete, ASTM-STP 1065, American Society for Testing Materials, Philadelphia, 1990, 38 pp. 

  16. Andrade, C. and Macias, A., "Galvanzed Reinforcements in Concrete," Surface Coatings, Vol. 2, 1988, 137 pp. 

  17. Maahn, E. and Sorensen, B., "Influence of Microstructure on the Corrosion Properties of Hot-Dip Galvanized Reinforcement in Concrete," Corrosion-NACE, Vol. 42, No. 4, 1986, pp. 187-196. 

  18. Cheng, T. P., Lee, J. T., Lin, K. L., and Tsai, W. T., "Electrochemical Behavior of Galvanized Al-Zn Coatings in Saturated $Ca(OH)_{2}$ Solution," Corrosion-NACE, Vol. 42, No. 5, 1991, pp. 436-442. 

  19. Gonzalez, J. A. and Andrade, C., "Effect of Carbonation, Chlorides and Relative Ambient Humidity on The Corrosion of Galvanized Rebars Embedded in Concrete," British Corrosion Journal, Vol. 17, No. 21, 1982, pp. 21-28. 

  20. Ministry of Land, Transportation and Maritime Affairs, "Practical Development of Anti-corrosive Steel Bar Materials for Reinforced Concrete Prepared by Hot-dip Galvanizing and Sea Water-Electrodeposition Methods," Technical Report-06 Construction D08, Korea, 2010, pp. 25-128. 

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