선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 보수효과는 크게 표면의 보수에 의한 효과와 단면의 치환 및 복구에 의한 콘크리트 표면 부위의 물성치가 변하는 경우를 대상으로 모델링하여 내부로 침투하는 염화물 이온의 거동량을 예측하므로서 식 (5)에서 제시한 보수요구도 함수를 재사용할 수 있도록 구성하였다. 본 연구에서는 시나리오 작성을 유연하게 할 수 있도록 하기 위하여 보수공법에서 제시하고 있는 정기적 보수 계획과 사용자 측면에서 임의 시기에 보수 계획을 적용하는 것을 가정하여 유지보수 계획의 효과성을 모의할 수 있도록 하였다. 이 과정은 다음 Fig.
- 본 연구에서는 해수노출 시험장에 비말대와 간만대의 공간을 확보하고 650여개의 실험체 폭로를 시작한지 5년째를 맞고 있으며, 역학적 특성, 염화물에 대한 침투특성 등을 주기적으로 분석해오고 있다. 이러한 현장장기폭로실험과 실내촉진 실험을 겸한 지속가능한 염해예측모델을 개발하고자한다.
가설 설정
- 은 철근의 부식발생이 시작될 수 있는 임계염화물함량이다. 임계염화물 함량을 초과하는 염화물함량에서는 Xcl은 0이 된다고 가정한다. 이때는 염화물의 침투에 의한 보수요구도 함수(RCcl(t))는 1.
- 026%가 된다. 철근이 묻힌 위치에서 임계염화물량에 도달하면 철근의 부식이 시작되는 것으로 가정하였다.
제안 방법
- (3) 염화물침투예측 기본모델식을 α=(건습반복조건하에서 콘크리트표면 염화물농도/표면염화물함량#로 개선함으로서 건습반복조건하에 있는 콘크리트에 적용할 수 있는 임계염화물함량에 도달될 시간을 추정할 수 있는 염화물 추정모델식을 개발하였다.
- 5M NaCl 용액을 제조하여 침지시켰다. 1, 3, 6, 9, 12개월에 핸드 그라인더를 이용하여 분말을 채취한 후 건조시켜 10g의 분말시료를 채취하였다.
- 2006년 9월에 해수 및 해풍에 노출을 시작한 실험체의 염화물 함량 분석은 1년 주기로 분석을 실시하였으며, 실험체 표면으로부터 1, 2.5, 5, 10, 15, 25mm 깊이별로 콘크리트 분말을 채취하여 KS F 2713 (콘크리트 및 콘크리트 재료의 염화물 분석시험방법)에 제시된 방법에 준하여 실시하였다. 시료의 전처리 및 분석과정은 Photo 1과 같이 부흐너 깔대기, 진공펌프, 증류수 제조장치 등을 사용하였으며, 염화물 적정기는 G20모델을 이용하여 적정함으로서 염화물 함량을 측정하였다.
- 즉, 최적의 확산계수(D5 )를 도출하였다. Table 2의 시간에 따른 확산계수의 변화를 나타내는 식들 중 본 연구에서 택한 Maage의 제안식으로 5년경과시점의 확산계수를 검증하고 철근의 위치에서 임계염화물 함량이 검출될 시점의 확산계수를 추정하였다(Maage et al., 1996).
- 배수갑문은 Table 18과 같이 준공한 지 각각 15년, 18년, 30년이 경과한 구조물로서 설계 자료에 따르면 콘크리트 압축강도는 모두 21MPa이며, 콘크리트 피복두께는 각각 100, 90, 90mm이다. 간만대의 콘크리트 표면으로부터 5, 10, 15, 25, 35, 50mm 깊이에서 분말시료를 채취하였다.
- 거름종이로 거른 여과액에 3±0.1ml 의 1:1질산희석용액과 과산화수소(30%용액)를 가하여 황 화물의 영향을 제거하였으며 0.05N 질산은 표준용액으로 적정하여 염화물량을 0.001%까지 계산하였다.
- 63%를 적용한다. 따라서 본 연구에서는 이를 수용성염화물량으로 환산한 0.346%를 표면염화물량의 초기값 (t=0)으로 반영하였다(Takeda et al., 1998).
- 보수 계획은 적용구조물에 사용가능한 보수공법과 각 공법에 사용된 콘크리트 종류별 보수효과를 검증하고 이를 토대로 모의운영 모델을 개발하였다.
- 본 연구에서는 국내 콘크리트 표준시방서(2009)를 참고 하여 염화물에 노출된 철근콘크리트의 경우 굳은 콘크리트 최대 수용성 염화물량 규정치인 0.15%(시멘트량 대비)를 적용하였다. Table 11의 배합비에서 SRc30의 단위시멘트량이 393kg/m3이므로 콘크리트 중량(w=2,300kg/m3)대비 임계염화물량(%)로 환산하면 0.
- 본 연구에서는 수용성 염화물량을 채취한 10g분말 시료에서 KS F 2713규정에 따라 증류수로 여과시켜 추출한 후 적정기(G20-Mettler Toledo, Switzerland)를 이용하여 정량 분석하였다. 거름종이로 거른 여과액에 3±0.
- 또한 염화물 확산계수에 영향을 미치는 주요 요인인 물-시멘트비(w/c) 로 나타내려는 노력이 있었다. 본 연구에서는 일차적으로 실내실험에서 식 (3)을 통해 Dcl값을 역 추정하여 기본 예측식을 만들고 장기폭로 실험 자료를 획득하여 시스템에서 Dcl값을 재산정하도록 계획하였다.
- 일본 공항항만연구소에서는 40여 년간 해양환경하에서 모니터링해오고 있다. 본 연구에서는 해수노출 시험장에 비말대와 간만대의 공간을 확보하고 650여개의 실험체 폭로를 시작한지 5년째를 맞고 있으며, 역학적 특성, 염화물에 대한 침투특성 등을 주기적으로 분석해오고 있다. 이러한 현장장기폭로실험과 실내촉진 실험을 겸한 지속가능한 염해예측모델을 개발하고자한다.
- 5, 5, 10, 15, 25mm 깊이별로 콘크리트 분말을 채취하여 KS F 2713 (콘크리트 및 콘크리트 재료의 염화물 분석시험방법)에 제시된 방법에 준하여 실시하였다. 시료의 전처리 및 분석과정은 Photo 1과 같이 부흐너 깔대기, 진공펌프, 증류수 제조장치 등을 사용하였으며, 염화물 적정기는 G20모델을 이용하여 적정함으로서 염화물 함량을 측정하였다.
- 해양콘크리트 구조물의 염해예측 기본모델을 실내실험을 통해 완성하고, 이를 수치 모델화하여 시스템으로 구축하였다. 실내실험과 현장구조물의 격차를 최소화하기 위해 노출 5년차의 실험체 분석 자료를 통해 기본모델을 업그레이드하고 염화물 함량 측정 자료를 분석하여 Fig. 7과 같이 도시하였다. 5년차 노출 실험체의 염화물 함량 측정값의 프로파일과 가장 가까운 추정곡선은 최적화기법을 통해 얻었다.
- 실험체 종류별 염화물 확산계수산출을 위해 100×100×200mm 입방체를 3개씩 제작하고 일 방향 침투유도를 위해 5면은 에폭시도장을 실시하였다.
- 염화물 예측식의 변수는 확산계수와 표면염화물함량인데 확산계수는 시간의 함수로서 물시멘트비의 영향을 받는 것으로 정하였는데 표면염화물 함량은 어떻게 변화될 것인가를 주목하여 분석하였다. 현장폭로기간이 짧은 관계로 6장에서 분석한 준공된 지 30년이 경과한 해양콘크 리트 구조물의 염화물 함량분포(Fig.
- 유지보수 계획의 수립은 본 구조물의 물리적 특성값, 노후 손상정도에 따른 구조물에 수행된 보수이력관리의 결과를 입력 자료로 구성하였다. 이 자료는 향후의 사용성 제고를 위하여 관계형 데이터베이스로 구축하여 저장 하였다.
- 유지보수 계획의 수립은 본 구조물의 물리적 특성값, 노후 손상정도에 따른 구조물에 수행된 보수이력관리의 결과를 입력 자료로 구성하였다. 이 자료는 향후의 사용성 제고를 위하여 관계형 데이터베이스로 구축하여 저장 하였다.
- 콘크리트의 배합비는 내황산염, 삼성분계, OPC, 3종류의 시멘트와 서남해안에 위치한 배수갑문 교량의 설계기준강도를 조합하여 7종류로 구분하였다. 배합비의 구분은‘시멘트종류-설계기준강도’로 하였으며 Table 11과 같다.
- 콘크리트의 염분침투특성 분석을 위해 실내실험에서 주로 사용되는 실험방법인 전위차 촉진실험과 침지실험을 병행하였다.
- 해양콘크리트 구조물의 염해예측 기본모델을 실내실험을 통해 완성하고, 이를 수치 모델화하여 시스템으로 구축하였다. 실내실험과 현장구조물의 격차를 최소화하기 위해 노출 5년차의 실험체 분석 자료를 통해 기본모델을 업그레이드하고 염화물 함량 측정 자료를 분석하여 Fig.
- 해양콘크리트 구조물의 염해예측 모델의 현장적용을 위해 전라남도 해남군 금호방조제, 영암군 영산강 하구둑 방조제, 영암방조제의 배수갑문 콘크리트 구조물에서 콘 크리트 분말시료를 채취하여 염화물 적정장치를 통해 분석하였다. 배수갑문은 Table 18과 같이 준공한 지 각각 15년, 18년, 30년이 경과한 구조물로서 설계 자료에 따르면 콘크리트 압축강도는 모두 21MPa이며, 콘크리트 피복두께는 각각 100, 90, 90mm이다.
- 현장폭로기간이 짧은 관계로 6장에서 분석한 준공된 지 30년이 경과한 해양콘크 리트 구조물의 염화물 함량분포(Fig. 11)를 함께 분석함으로서 6.2절에서 언급된 바와 같이 농도평형의 개념과 달리 Zhang이 제시한 건습반복조건하에서 콘크리트표면 염화물 농도는 표면염화물함량(cs0)의 α배로 축적될 수있다는 결과와 일치하는 경향을 보임에 따라 간만대 해수 노출실험체의 노출 해수고도(sea level)와 Zhang의 연구 결과를 고려하여, 자싱(Jiaxing)항과 해수노출실험장이 서해에 위치한 점을 감안하여, α를 2.3으로 정하고 임계염화물 함량 도출 시점을 추정하였다(Zhang and Jin, 2011).
- 또한 실험 중 용액의 온도는 90℃이하가 되도록 한다. 확산셀에 30V의 전압을 가하여 전위차에 의해 음극에서 양극으로 이동한 염화물 이온의 침투깊이를 측정한다. 침투깊이의 측정은 0.
대상 데이터
- 굵은 골재는 전북 부안소재 석산의 굵은 골재 최대치수 25mm의 부순 돌을 사용하였으며, 물리적 성질은 Table 6에 나타내었다.
-
1.5 단면복구재
단면복구재(Recover Material)는 최근 국내에서 사용 되는 그 종류 및 성분별 현황을 분석하고 사용빈도가 높은 폴리머 시멘트 모르타르 2종, 폴리머 모르타르 1종, 실리카 시멘트 모르타르 1종, 시멘트 모르타르 1종을 선택하였으며 Table 9에 정리하였다
. 단면복구재의 기본구성은 프라이머, 단면복구용 필링재, 마무리 코팅재 등으로 이루어진다. - 해양콘크리트 구조물의 염해예측 모델의 현장적용을 위해 전라남도 해남군 금호방조제, 영암군 영산강 하구둑 방조제, 영암방조제의 배수갑문 콘크리트 구조물에서 콘 크리트 분말시료를 채취하여 염화물 적정장치를 통해 분석하였다. 배수갑문은 Table 18과 같이 준공한 지 각각 15년, 18년, 30년이 경과한 구조물로서 설계 자료에 따르면 콘크리트 압축강도는 모두 21MPa이며, 콘크리트 피복두께는 각각 100, 90, 90mm이다. 간만대의 콘크리트 표면으로부터 5, 10, 15, 25, 35, 50mm 깊이에서 분말시료를 채취하였다.
- 본 연구에서 사용한 시멘트의 종류는 3가지로 내황산염 시멘트(Sulphate Resisting Cement, 5종), 삼성분계 혼합시멘트(Ternary Blended Cement, 저발열), 보통포틀랜드시멘트(Ordinary Portland Cement, 1종)이다. 시멘트의 화학조성은 Table 3, 물리적 특성은 Table 4와 같다.
- 본 연구에서 사용한 잔골재는 물리적 성질이 Table 5와 같으며, 해양콘크리트 구조물인 배수갑문에 많이 사용된 부여산 모래를 사용하였다.
- 시험장은 콘크리트 중공블럭 조적식 박스 구조물로서 가로×세로×높이를 9m×12m×9m 규모로 외 해(外海)에 설치하였으며, 실험체를 비말대와 간만대에 각각 폭로 시켰다.
- 염화물 침투깊이 및 깊이별 함량 측정용 실험체는 설계 기준강도와 사용시멘트 종류를 구분인자로 Table 16과 같이 명명하였으며, 그 크기는 350×350×260mm이다.
- R5 또한 아질산계 방청제가 혼입된 알칼리회복제, 분말방청제를 첨가한 방청모르타르, 수성표면 강화제, 탄성마감재로 단면을 복구하게 된다. 이상 5종류의 단면복구재를 실내촉진실험 및 현장폭로실험용 실험체에 적용하였다.
-
1.6 표면보호재
표면보호재(Surface Repair Material)는 건축용마감도재로 주로 쓰이는 무기계 도료 1종, 유지계 도료 1종, 유무기계 혼합1종을 선택하여 Table 10과 같이 정리하였다
. S1은 항균성 무기계 콘크리트개질재인 프라임 코트재와 해양구조물염화물차단기능 등이 있는 탑코트재로 구성되며 S2는 부착력이 뛰어난 표면핀홀과 같은 결함부위제거용 프라이머와 바탕조정재, 표면강화재, 그리고 변성실리콘세라믹 코팅재로서 자외선에 색상변화가 없는 표면코팅재로 구성된다. - 해양환경 현장폭로시험장은 Fig. 6에 나타낸 바와 같이 간만조시 해수와 직접 접촉하거나, 해풍에 의해 해수의 간접적인 영향을 받는 전라북도 부안군의 해안가로서 10여 년간 염분함유량이 0.3% 이상으로 침투 축척이 예상 되고(Kwon et al., 2007), 해안으로부터 약 60m까지 연평균 비례염분량이 2.6∼12mdd (mgNaCl/dm2/day)로예상되는 장소를 폭로시험장으로 설정하였다(Kwon et al., 2008).
이론/모형
- 7과 같이 도시하였다. 5년차 노출 실험체의 염화물 함량 측정값의 프로파일과 가장 가까운 추정곡선은 최적화기법을 통해 얻었다. 즉, 최적의 확산계수(D5 )를 도출하였다.
- 임계염화물함량에 도달될 시간을 잔존수명으로 표기하였으며, 배수갑문별α를 도출하여 Table 18과 같이 요약하였다. 깊이별 실측값과 가장 근사한 예측곡선으로 최적화하는데 황금분할(golden section)법을 적용하여 확산계수 Dco를 도출하고, 철근이 위치한 깊이에서 임계염화물함량이 측정될시점의 확산계수 Dcr은 Table 2의 Maage 제안식을 적용하였으며 이 때 w/c는 설계 자료인 0.554를 적용하였다(Maage et al., 1996). 각 배수갑문에 적용하여 추정한 보수시점인 잔존수명을 Fig.
- 7kg/m3범위에있으면 부식 환경이 “보통”이라고 했다(Weyers, 1993). 본 연구에서는 콘크리트 표면의 염화물농도를 시간의 함수로 표현한 많은 연구결과들 중에서 Takeda 등이 적용한 Table 1의 첫 번째 식을 적용하였다. Takeda은 일본청수항 방파제에서 장기폭로실험을 수행하며 침지대에 0.
-
3.1 전위차 촉진실험
실험시간의 단축을 위해 적용되는 급속 염화물이온 침투성 시험(Rapid Chloride Penetrability Test, AASHTO T 277, ASTM C 1202)방법을 채택하였다
. - 염화물 함량은 4.3절의 염화물 적정기를 이용한 적정법에 의해 분석하였다. Fig.
성능/효과
- (1) 전위차 촉진실험에서 3종류의 표면보호재중 유기계에폭시 수지계인 S3의 차단효과가 가장 큰 것으로 나타났으며, 5종류의 단면복구재중 주성분이 폴리머시멘트모르타르인 R3가 염화물 침투저항성이 가장 큰 것으로 나타났다. 이어서 침투성폴리머 모르타르가 주성분인 R2가, 그리고 R5, R1, R4순으로 나타났다.
- (2) 전위차촉진실험과 침지실험에서 예측한 염화물확산계수를 비교한 결과 두 가지 방법에서 동일하게 OPC30, TBC30, SRC30 순으로 나타났다.
- (4) 개발모델식을 적용함으로써 5년간의 현장폭로실험결과를 통해 OPC30의 철근위치에서 임계염화물함량이 검출될 잔여기간이 62년 임을 도출하였다. SRC30은 59년, TBC30은 64년으로 나타났다.
- (5) 준공 후 30년 경과된 영산호의 콘크리트구조물에 개발식을 적용한 결과 철근위치에서 임계염화물함량이 검출될 잔여기간이 1년으로 예측되었으며, 준공 후 18년경과된 영암호는 6년, 준공 후 15년 경과된 금호호는 7년으로 나타나 염해방지조치가 필요한 것으로 분석되었다.
- (6) 보수시점에 유지보수시나리오를 도출할 수 있는 시스템을 웹기반으로 개발하였으며, 유지보수시나리오의 보수비용은 현재가치로 도출되도록 하고 보수효과제시를 위한 건전도 개념을 함께 도시되도록 개발하였다.
- Zhang은 건습반복조건하의 염화물의 이동은 콘크리트내의 공극의 포화도, 건습반복에서 습윤시간, 공극 내의 증발산, 공극의 크기 등의 영향으로 콘크리트 내부 염화물 농도는 콘크리트 표면의 염화물 농도 cs0의 α배로 축적되는 결과를 제시하였다. 공극내의 증발산의 영향으로 공극용액의 염화물 농도는 건습이 반복될수록 점점 높아질 수 있음을 수학적 모델링과 자싱(Jiaxing)항의 해수면 고도에 따른 염화물 실측결과를 보임으로서 증명하였다.
- 4와 같이 도시하였다. 유기계에 폭시 수지계인 S3의 효과가 가장 큰 것으로 나타남을 알수 있으며 표면보호재가 기준콘크리트의 기본물성에 일정비율만큼의 효과를 주는 것으로 나타났다. 콘크리트의 강도 30MPa를 서로 비교할 경우 OPC, TBC, SRC 순으로 나타났음을 확인할 수 있다.
- 5와 같이 도시하였으며, 염화물이온 확산계수는 Table 15에 정리하였다. 침지 12개월간의 결과로 염화물이온확산계수를 산출한 결과 OPC, TBC, SRC순으로 전위차실험과 같은 순으로 나타났으나 전체적으로 침지실험결과 값이 전위차실험결과보다 작게 나타났다. 문헌에 따르면 전위차 셀내부 용액의 온도상승에 따른 영향 때문인 것으로 분석되었다.
- 유기계에 폭시 수지계인 S3의 효과가 가장 큰 것으로 나타남을 알수 있으며 표면보호재가 기준콘크리트의 기본물성에 일정비율만큼의 효과를 주는 것으로 나타났다. 콘크리트의 강도 30MPa를 서로 비교할 경우 OPC, TBC, SRC 순으로 나타났음을 확인할 수 있다.
후속연구
- 해양환경하의 철근콘크리트 구조물에서 보수시점이 도래했음을 확인했을 경우 보수 시나리오를 적용함으로서 구조물의 유지관리 방향을 정할 수 있다. 3.1.5절과 3.1.6절의 단면복구재와 표면보호재의 해수노출 결과가 얻어지게 되는 시점에 이들 보수재의 효과를 일차적으로 검증하고 본 연구에서 개발된 시스템을 통해 보수시점, 효과및 비용을 얻을 수 있을 것이다. 초기 개발 수치모델은 노출 실험 자료와 3개 구조물 적용결과에 따라 식 (7)로 수정되었다.
- 주로 국가중요사회간접자본인 해양콘크리트구조물의 효율적인 유지관리를 위해 본 시스템을 적용한다면 적기의 예산확보 및 최적관리를 통해 장수명화, 재해예방, 환경보전 등의 효과가 있을 것으로 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.