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문제 정의
- 본 연구는 일본에서 제안한 항온 항습기에 의한 건습 반복법을 기준으로 시험을 실시하여 콘크리트 배합재료에 따라 철근부식 개시시점의 차이를 규명하고, DuCOM, RCPT 시험을 통하여 실험결과에 대한 타당성을 입증하였다.
제안 방법
- 본 실험은 간만대 환경에서 콘크리트 배합시 재료에 따라서 부식속도를 비교해보기 위해 배합재료를 변수로 부식촉진 시험을 실시하였으며, 실험모식도는 Fig. 1과 같다. 실험방법으로 습윤 기간 동안 인공해수에 침지시켜 온도 60℃를 유지하였으며, 건조 기간 동안 항온 항습기를 이용하여 20℃, 습도 60%를 유지하여 간만대 환경을 재현하였다.
- 1과 같다. 실험방법으로 습윤 기간 동안 인공해수에 침지시켜 온도 60℃를 유지하였으며, 건조 기간 동안 항온 항습기를 이용하여 20℃, 습도 60%를 유지하여 간만대 환경을 재현하였다. 인공해수농도는 KS F 2599를 기준으로 제작하였으며, 해수의 성분표는 Table 4에 나타내었다.
- 인공해수농도는 KS F 2599를 기준으로 제작하였으며, 해수의 성분표는 Table 4에 나타내었다. 습윤 기간3일 건조 기간 4일을 1사이클로 하여 시험을 실시하였고, 철근부식모니터링은 1사이클을 기준으로 측정하였다. 빠른 철근부식을 유도하기 위해 W/C비를 높게 설정하였으며, 실험에 사용된 배합은 Table 5와 같다.
- 실험에 사용된 시편은 피복두께 10mm의 100×100×100mm 정사각형 몰드를 사용하였다. 철근의 코팅밑 이물질을 제거하기 위하여 연마지를 사용하여 표면처리를 실시하였다. 시험체에 매입되는 철근의 길이는 120mm이며, 전선은 방수가 가능한 방수커넥터를 사용하였다.
- 시험체에 매입되는 철근의 길이는 120mm이며, 전선은 방수가 가능한 방수커넥터를 사용하였다. 가장 중요한 철근과 전선의 이음부분은 산소 및 수분 침투를 방지하기 위해 에폭시 코팅처리를 하였다. 완성된 시편은 재령 6일까지 수중 양생한 후 시편 6면 중 염화물을 침투시킬 1면을 제외한 나머지 5면을 에폭시로 코팅하였다.
- 완성된 시편은 재령 6일까지 수중 양생한 후 시편 6면 중 염화물을 침투시킬 1면을 제외한 나머지 5면을 에폭시로 코팅하였다. 에폭시 코팅 24시간 경과 후(재령 7일)부터 인공해수에 침지 시켜 일방향 염화물 침투를 유도하였다. 갈바닉전위측정법과 반전지전위법으로 철근부식모니터링을 실시하여 철근부식개시시점을 판단하였다.
- 에폭시 코팅 24시간 경과 후(재령 7일)부터 인공해수에 침지 시켜 일방향 염화물 침투를 유도하였다. 갈바닉전위측정법과 반전지전위법으로 철근부식모니터링을 실시하여 철근부식개시시점을 판단하였다.
- 본 논문에서 초기 조건은 20℃, 1000Pa로 설정하였다. 건습반복시험법과 동일한 조건으로 온도20℃ 습도60% 건조기간 4일, 온도60℃ 습도80% 습윤기간 3일을 1주기로 하여 총 28사이클(196일)로 설정하였다.
- 본 논문에서 초기 조건은 20℃, 1000Pa로 설정하였다. 건습반복시험법과 동일한 조건으로 온도20℃ 습도60% 건조기간 4일, 온도60℃ 습도80% 습윤기간 3일을 1주기로 하여 총 28사이클(196일)로 설정하였다. DuCOM을 이용하여 콘크리트 내부의 자유염화물 농도를 해석한 결과 철근의 위치까지인 10mm부근을 기준으로 FA > OPC > BS > 고강도 순으로 나타났다.
- 간만대 환경을 재현한 건습반복법을 통하여 콘크리트배합에 사용된 재료별 시편의 부식개시시기를 알아보기 위해 철근부식모니터링을 실시한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 2. DuCOM모델링을 사용하여 자유염화물량과 염화물침투 깊이를 해석하였으며, 철근부식촉진시험의 결과와 비슷한 경향을 보였다. 염화물 침투깊이는 OPC > FA > BS > 고강도 순이었으나, 철근 위치에서의 자유염화물량은 FA > OPC > BS > 고강도 순으로 나타났다.
- 갈바닉 전위측정법과 반전지전위법을 사용하여 1주일을 주기로 철근부식모니터링을 실시하였으며 총 28주동안 실험을 진행하였다. 갈바닉 전위측정법은 전위밀도의 상승구간을 부식개시시점이라 판단하였다(Gowripalan and Mohamed, 1998).
대상 데이터
- 시멘트는 국내에서 제조한 보통 포틀랜드 시멘트로 H사 제품을 사용하였으며 고로슬래그 미분말(BS)은 3종, 플라이애시는 2종을 사용하였다. 이들의 물리적․화학적 성질은 Table 1, 2에 나타내었다.
- 이들의 물리적․화학적 성질은 Table 1, 2에 나타내었다. 잔골재는 충남 공주 강모래이며, 굵은 골재는 쇄석골재 20mm를 사용하였다. 이들의 물리적 성질은 Table 3과 같다.
- 실험에 사용된 시편은 피복두께 10mm의 100×100×100mm 정사각형 몰드를 사용하였다.
- 철근의 코팅밑 이물질을 제거하기 위하여 연마지를 사용하여 표면처리를 실시하였다. 시험체에 매입되는 철근의 길이는 120mm이며, 전선은 방수가 가능한 방수커넥터를 사용하였다. 가장 중요한 철근과 전선의 이음부분은 산소 및 수분 침투를 방지하기 위해 에폭시 코팅처리를 하였다.
이론/모형
- 실험방법으로 습윤 기간 동안 인공해수에 침지시켜 온도 60℃를 유지하였으며, 건조 기간 동안 항온 항습기를 이용하여 20℃, 습도 60%를 유지하여 간만대 환경을 재현하였다. 인공해수농도는 KS F 2599를 기준으로 제작하였으며, 해수의 성분표는 Table 4에 나타내었다. 습윤 기간3일 건조 기간 4일을 1사이클로 하여 시험을 실시하였고, 철근부식모니터링은 1사이클을 기준으로 측정하였다.
- KS F 2711 “전기전도도에 의한 콘크리트의 염소이온 침투 저항성 시험방법”에 의해서 염화물 이온 침투저항성 평가를 수행하였다.
- 본 연구는 DuCOM을 사용하여 부식촉진시험과 같은 배합과 조건으로 모델링해석을 실시하였으며, 해석결과를 검증하기위해 KS F 2711 “전기전도도에 의한 콘크리트의 염소이온 침투 저항성 시험방법”에 의해 실험을 실시하였다.
- 갈바닉 전위측정법은 전위밀도의 상승구간을 부식개시시점이라 판단하였다(Gowripalan and Mohamed, 1998). 반전지전위법은 황산구리전극을 사용하였으며, 부식개시판단시점은 전위값이 -350mV 이하일 때 부식이 일어났다고 판단하였다. 갈바닉 전위측정법과 반전지전위법의 결과는 다음 Fig.
성능/효과
- 각 시편의 종류별로 부식개시시점이라고 판단되는 기간이 모두 달랐으며, 빠른 시기 순으로 OPC > FA > BS > 고강도 순으로 나타났다.
- 갈바닉 전위측정법과 반전지전위법으로 철근부식모니터링을 실시한 결과 모든 시편에서 부식이 발생하였다고 판단되었다. 측정된 결과 값을 보면 갈바닉 전위측정법과 반전지전위법 모두 초반에는 비교적 안정적인 값을 보이다가 부식개시시점으로 판단되는 구간에서 비슷한 시기에 전위가 급격히 상승하는 경향을 보였다.
- 갈바닉 전위측정법과 반전지전위법으로 철근부식모니터링을 실시한 결과 모든 시편에서 부식이 발생하였다고 판단되었다. 측정된 결과 값을 보면 갈바닉 전위측정법과 반전지전위법 모두 초반에는 비교적 안정적인 값을 보이다가 부식개시시점으로 판단되는 구간에서 비슷한 시기에 전위가 급격히 상승하는 경향을 보였다.
- DuCOM을 이용하여 콘크리트 내부의 자유염화물 농도를 해석한 결과 철근의 위치까지인 10mm부근을 기준으로 FA > OPC > BS > 고강도 순으로 나타났다. 전체적으로 실험결과와 해석결과는 비슷한 경향을 보였으며, FA의 경우 자유 염화물 농도가 철근위치에서 OPC보다 높다고 해석되었다. 그러나 철근부식촉진시험결과에 따르면 OPC가 FA보다 1~2주 빠르게 부식이 되었다.
- 1. 건습반복시험법에 의한 철근부식모니터링 결과, 갈바닉 측정법과 반전지전위법의 결과는 비슷한 동향을 보였으며, 부식개시 시기로는 OPC > FA > BS > 고강도 순으로 나타났다.
- 3. 염화물침투저항성을 평가한 결과 종합적으로 FA > OPC > BS> 고강도 순으로 나타났으며 KS F 2711 실험에서 비슷한 경향의 결과 값을 얻었다.
- 건습반복에 의한 철근부식촉진 시험결과 콘크리트 배합에 사용된 재료의 종류에 따라서 시편의 부식시기가 모두 다르게 나왔다. 기본적인 배합의 OPC의 부식개시시점이 가장 빠르게 나타났으며, 이후 FA, BS, 고강도 순으로 부식이 발생하였다. 이는 아무것도 첨가하지 않은 기본배합인 OPC에 비하여 FA와 BS의 수밀성 향상과 장기강도의 증진, 고강도의 밀실성 때문이라고 판단된다.
- 철근부식모니터링의 결과는 갈바닉 전위측정법과 반전지전위법 모두 부식개시시점판단에 있어 비교적 비슷한 경향을 보였다.
- 그러나 OPC와 FA의 해석모델링결과와 부식촉진시험결과는 약간의 차이를 보였다. 실험에서 OPC가 1~2주 빨리 부식이 일어났으나 모델링 해석으로는 철근깊이까지의 자유염화물량은 FA가 더 높게 나타났다. 이 결과는 초기에 상대적으로 밀실하지 못한 FA에 빠른 속도로 염화물이 침투되었으며, 건습반복시험법에 의하여 주기적으로 고온의 영향을 받아 수화반응이 촉진되어 나타난 결과라 판단된다.
- 실험에서 OPC가 1~2주 빨리 부식이 일어났으나 모델링 해석으로는 철근깊이까지의 자유염화물량은 FA가 더 높게 나타났다. 이 결과는 초기에 상대적으로 밀실하지 못한 FA에 빠른 속도로 염화물이 침투되었으며, 건습반복시험법에 의하여 주기적으로 고온의 영향을 받아 수화반응이 촉진되어 나타난 결과라 판단된다. FA의 초기 밀실성은 KS F 2711에 의한 실험에서 뒷받침해주고 있다.
- FA의 초기 밀실성은 KS F 2711에 의한 실험에서 뒷받침해주고 있다. 재령 14일의 시편을 사용한 두 실험에서 FA의 염화물침투저항성은 OPC보다 낮게 평가되었다. 정리해보면, FA는 상대적으로 초기에 밀실성이 떨어지기 때문에 염화물의 침투가 용이하여 DuCOM 모델링 해석이나, 염소이온침투저항성 실험에서 OPC보다 염화물량이 높게 나왔으나, 건습반복시험의 고온의 영향과 장기강도발현특성에 의한 성질로 인해 산소의 공급이 차단되어 장기적인 실험에서는 OPC보다 FA의 부식이 억제된 것으로 판단된다.
- 건습반복시험법에 의한 철근부식모니터링 결과, 갈바닉 측정법과 반전지전위법의 결과는 비슷한 동향을 보였으며, 부식개시 시기로는 OPC > FA > BS > 고강도 순으로 나타났다. 상대적으로 물-시멘트비가 낮고 시멘트가 많이 들어간 고강도 시편은 다른 시편들보다 부식개시시기가 월등히 길었으며, OPC와 FA의 부식개시 시기는 1~2주의 적은 차이를 보였다.
- 위의 결과 값들을 종합하여 보면, 콘크리트 내부의 철근의 부식은 밀실성이 가장 큰 영향을 끼친다는 사실을 확인 하였다. 초기에 염화물이 철근 깊이까지 침투하였더라도, 부동태가 활성화되기 전에 콘크리트의 내부가 밀실해진다면 산소의 공급이 차단되어 부식의 발생이 억제된다고 판단된다.
- DuCOM을 이용하여 콘크리트 내부의 자유염화물 농도를 해석한 결과 철근의 위치까지인 10mm부근을 기준으로 FA > OPC > BS > 고강도 순으로 나타났다.
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