[논문]염해에 노출된 균열부 콘크리트의 반전위 평가

김기범; 박기태; 권성준

doi:10.4334/jkci.2013.25.6.621

염해에 노출된 균열부 콘크리트의 반전위 평가
Evaluation of Half Cell Potential Measurement in Cracked Concrete Exposed to Salt Spraying Test 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.25 no.6, 2013년, pp.621 - 630

김기범 (에스이네스트 기술연구소) , 박기태 (한국건설기술연구원) , 권성준 (한남대학교 건설시스템공학과)

초록
AI-Helper

철근부식을 현장에서 평가하기 위해 다양한 부식측정방법이 있으나, 반전위(HCP: half cell potential)방법이 많이 사용되고 있다. 균열이 발생한 RC 구조물은 균열폭으로 유입되는 염화물, 이산화탄소 등에 의해 부식이 가속화 된다. 이 연구는 염해에 노출된 균열을 가진 RC 보의 HCP을 측정하여 부식정도를 평가하는데 목적이 있다. 이를 위해 세가지 물-시멘트비(w/c 0.35, 0.55, 0.70)와 다양한 피복두께(10~60 mm)를 가진 RC 보를 제조하였으며 하중을 가하여 균열폭을 0.0~1.5 mm로 유도하였다. 35일간 촉진염해분무시험을 통하여 부식을 촉진하였으며 이후 HCP과 부식길이를 평가하였다. 균열이 클수록, w/c가 높을수록, 피복두께가 작을수록 HCP은 증가하였으며, 각각의 영향인자를 정량화하여 균열을 가진 RC 보의 HCP 평가식을 도출하였다. 또한 Life365 프로그램을 이용하여 부식방지 피복두께를 도출하고 HCP평가식을 통한 부식방지 피복두께와 비교하였다. 균열부 콘크리트에서는 차이가 발생하였으나, w/c 0.6이하의 건전부 콘크리트에서는 두가지 방법에서 모두 근접한 부식저항 조건을 도출하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Several techniques for steel corrosion detection are proposed and HCP (half cell potential) technique is widely adopted for field investigation. If concrete has cracks on surface, steel corrosion is rapidly accelerated due to additional intrusion of chloride and carbon dioxide ions. This study is for an evaluation of HCP in cracked concrete exposed chloride attack. For this work, RC (reinforced concrete) beams are prepared considering 3 w/c ratios (0.35, 0.55, and 0.70) and several cover depths (10~60 mm) and various crack widths of 0.0~1.0 mm are induced. For 35 days, SST (salt spraying test) is performed for corrosion acceleration, and HCP and corrosion length of rebar are evaluated. With increasing crack width, w/c ratios, and decreasing cover depth, HCP measurements increase. HCP evaluation technique is proposed considering the effects of w/c ratios, crack width, and cover depth. Furthermore anti-corrosive cover depths are obtained through Life365 program and the results are compared with those from this study. The results shows relatively big difference in cracked concrete, however provide similar anti-corrosive conditions in sound concrete.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

많은 연구들이 HCP를 이용하여 염해저항성과 부식 확률을 나타내었지만, 균열을 가진 콘크리트에 대한 HCP의 측정 결과에 대한 연구가 거의 없다. 이 연구는 큰 균열이 발생한 RC 보의 염해저항성을 평가하기위해 HCP를 측정하고 그 거동을 정량적으로 고찰하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위해 RC 보 시편을 제작하고 휨하중을 인가하여 균열을 유도하였다.

제안 방법

다양한 특성을 가진 RC 보 시편을 제작하기 위해 세가지 w/c(water to cement) 비가 0.35, 0.55, 0.70으로 고려되었다. 또한 w/c 0.
비말대 환경을 모사 하기 위해 촉진염해분무시험(salt spraying test, SST)을 수행하였으며 이후 균열부와 건전부의 HCP를 측정하여 배합특성 및 균열의 영향을 정량적으로 분석하였다. 또한 Life365를 이용하여 염화물 침투 해석을 수행하였으며, 도출된 부식 안전 피복두께와 HCP 측정 결과를 이용한 평가식과의 비교를 수행하였다.
이를 위해 RC 보 시편을 제작하고 휨하중을 인가하여 균열을 유도하였다. 비말대 환경을 모사 하기 위해 촉진염해분무시험(salt spraying test, SST)을 수행하였으며 이후 균열부와 건전부의 HCP를 측정하여 배합특성 및 균열의 영향을 정량적으로 분석하였다. 또한 Life365를 이용하여 염화물 침투 해석을 수행하였으며, 도출된 부식 안전 피복두께와 HCP 측정 결과를 이용한 평가식과의 비교를 수행하였다.

대상 데이터

RC 보 시편을 제작하면서 D19 철근을 사용하였으며 철근을 소요 깊이별로 고정하기 위하여 시멘트 페이스트 스페이서를 사용하였다. SST 시험 중 콘크리트와 스페이서 계면을 통하여 염화물이온이 침투하는 것을 방지하기 위하여 스페이서 위치에는 방수처리를 하였다.
시편은 제작, 탈형한 후 28일간 수중양생을 수행하였고, 압축강도 측정을 위해서는 150×300 mm 실린더 몰드를, RC 보 시편은 150×150×600 mm 몰드를 사용하였다. ;
이 연구는 큰 균열이 발생한 RC 보의 염해저항성을 평가하기위해 HCP를 측정하고 그 거동을 정량적으로 고찰하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위해 RC 보 시편을 제작하고 휨하중을 인가하여 균열을 유도하였다. 비말대 환경을 모사 하기 위해 촉진염해분무시험(salt spraying test, SST)을 수행하였으며 이후 균열부와 건전부의 HCP를 측정하여 배합특성 및 균열의 영향을 정량적으로 분석하였다.

데이터처리

4) 실험 결과를 기준으로 균열폭, w/c, 피복두께를 고려한 HCP 평가식을 제안하였으며, 제안식 결과와 Life365해석을 통한 부식개시 조건을 비교하였다. 균열부에서는 큰 차이를 나타내었으며, 건전부에서는 변화하는 w/c에 대하여 비슷한 경향을 나타내었다.

성능/효과

2) 균열폭이 0.0 mm에서 1.0 mm정도로 증가할 때, 피복두께의 변화와 상관없이 모든 경우에 HCP의 크기는 증가하였다. 피복두께가 10 mm인 경우 증가율은 112∼122%, 피복두께가 30 mm인 경우 증가율은 116∼120%, 피복두께가 60 mm의 경우에서는 166∼200% 가량 증가하였다.
3) 피복두께 30 mm를 가진 조건에서 w/c 0.35인 경우는 1.0 mm 균열이 발생해도 HCP은 136 mV에서 147∼151 mV로 큰 차이를 나타내지 않았다. 그러나 w/c 0.
균열부에서는 큰 차이를 나타내었으며, 건전부에서는 변화하는 w/c에 대하여 비슷한 경향을 나타내었다. 특히 w/c 0.60이하 조건에서는 부식방지를 위한 최소피복두께(20∼50 mm)가 두 기법에서 비슷하게 평가되었다.

후속연구

0 mm 이상의큰 균열이 대부분이었으나, 좀 더 미세한 균열을 유도하여 부식방지를 위한 피복두께를 제안할 필요가 있다. 또한 이와 관련된 허용균열폭에 대해 비파괴 기법을 이용한 결과를 반영하여 염해노출 콘크리트의 유지관리 및 설계방안으로 활용할 필요가 있다.
이 연구에서 대상으로 하는 균열폭은 1.0 mm 이상의큰 균열이 대부분이었으나, 좀 더 미세한 균열을 유도하여 부식방지를 위한 피복두께를 제안할 필요가 있다. 또한 이와 관련된 허용균열폭에 대해 비파괴 기법을 이용한 결과를 반영하여 염해노출 콘크리트의 유지관리 및 설계방안으로 활용할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	균열을 가진 콘크리트에서 열화가 더욱 심하게 진전되는 이유는 무엇인가?	1,2) 염화물 이온은 초기재령에서 콘크리트 구체의 건조수축에 심각한 영향을 미치고, 경화된 콘크리트에서는 내부에 매립된 철근부식을 야기하는 것으로 알려져 있다.3) 균열을 가진 콘크리트에서는 열화가 더욱 심하게 진전되는데, 공극을 통한 열화인자의 유입뿐 아니라, 균열폭으로 추가적인 열화인자가 유입하기 때문이다. 탄산화,4,5) 염해,6,7) 투수성8,9) 등에 대하여 해석 및 실험적인 접근으로 많은 연구가 수행되고 있다.
	전기저항측정 방법의 한계점은 무엇인가?	정성적인 방법이지만 사용이 간편하므로 현장에서 많이 적용되고 있다.10,11) 그러나 주의의 환경조건(온도 및 습도)에 매우 민감하게 콘크리트 비저항이 변하므로 부식환경에 대한 평가일 뿐 철근 부식량 측정을 위해서는 적합하지 않다. 분극저항측정(linear polarization method)은 부식전위 부근에서 전위와 전류가 선형적인 관계를 유지한다는 가정 하에 부식전류밀도(current density)를 도출한다.
	현장에서 주로 사용되는 철근부식탐지 기법에는 무엇인 있는가?	비파괴 기법(non-destructive technique) 은 공용중인 RC 구조물에 손상을 거의 가하지 않으면서 콘크리트 및 철근의 상태를 평가할 수 있으므로 최근 들어 많이 사용되고 있다. 일반적으로 전기저항측정, 분극 저항측정, 적외선 화상측정, 반전위측정 등이 현장에서 주로 사용되는 철근부식탐지 기법이다.

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