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초록
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사용후핵연료의 중간저장시설인 콘크리트 캐스크(cask)는 해안부근에 입지할 가능성이 크기 때문에 염해에 대한 문제가 크게 우려된다. 그리고 염해에 의한 철근의 부식 및 균열발생은 철근콘크리트구조물의 방사선 차폐기능뿐 아니라 구조성능 저하의 주요 원인이기 때문에 염해에 대한 평가는 매우 중요한 사항이다. 특히 염해환경과 함께 콘크리트 캐스크 내부에서는 사용후핵연료의 발열에 의해 $60^{\circ}C$정도의 고온 환경이 예상되기 때문에 고온에서의 염해에 대한 검토가 요구되지만, 기존 콘크리트 구조물의 염해평가에서는 온도에 대한 영향이 전혀 고려되어 있지 않아 고온에서 염해에 노출된 철근콘크리트구조물들의 내구설계 및 수명예측을 위해 참고할 만한 자료가 거의 없다. 이 연구에서는 다양한 온도환경에서의 염수(NaCl)침지시험을 통해 콘크리트의 염화물이온 확산계수를 측정하고 염화물이온 확산계수와 온도의 관계를 규명하고자 하였다. 실험 결과, 콘크리트의 염화물이온 확산계수는 온도의 증가에 따라 현저히 증대하여 고온환경에서의 염해 발생가능성이 매우 큰 것으로 조사되었다. 또한 크리트의 염화물이온 확산계수는 물시멘트(W/C)비가 낮아질수록 감소하였고, 이 경향은 온도가 증가(고온환경)하여도 동일하게 나타났다. 염화물이온 확산계수의 온도의존성은 아레니우스식(Arrhenius equation)으로 나타내어졌고 회귀분석 결과, 확산계수의 대수 값은 절대온도의 역수와 선형관계를 나타내었다. 또한 온도의존성을 나타내는 활성화에너지(activation energy)는 물시멘트(W/C)비가 낮을수록 높게 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The long term integrity of concrete cask is very important for spent nuclear fuel dry storage system. However, there are serious concerns about early deterioration of concrete cask from creaking and corrosion of reinforcing steel by chloride ion because the cask is usually located in seaside, expeci...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이에 이 연구에서는 20~90℃ 범위의 고온환경으로 조성된 염수(NaCl) 침지시험을 실시하여 고온에서 염해를 받는 콘크리트의 염화물이온 확산특성과 확산계수에 미치는 온도의 영향을 규명하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
중간저장시설인 콘크리트 캐스크는 연해환경에 의하여 ‘사용후핵련료’의 발열에 의해 몇 동 정도의 발열이 일어나는가? 1,2) 염해에 의한 철근부식 및 균열의 발생은 건식 중간저장시설인 콘크리트 캐스크(concrete cask) 의 방사선 차폐기능뿐 아니라 구조성능 저하의 주요 원인이 되므로 염해의 평가는 매우 중요한 사항이다. 특히 콘크리트 캐스크에서는 염해환경과 함께 ‘사용후핵연료’의 발열에 의해 단기적으로는 100℃내외, 장기적으로는 60℃정도의 고온 환경이 예상되기 때문에 고온에서의 염해에 대한 검토가 요구된다.
우리나라에서는 ‘사용후핵연료’를 몇 년이상 중간 저장하는가? 1) ‘사용후핵연료’는 원자로 안에서 핵분열 반응 중 생긴 핵분열 생성물 때문에 높은 방사능을 띄고 있어 재활용이 가능한 에너지 자원인 동시에 높은 방사능과 발열로 인하여 고준위 방사성 폐기물로 분류되어 있다. 일반적으로 원자로에서 발생되는 ‘사용후핵연료’는 재처리 또는 직접처분에 앞서 냉각을 위해 중간 저장하게 되는데, 국내의 경우는 ‘사용후핵연료’를 50년 이상 중간 저장하는 것을 기본정책으로 하고 있다.1) 따라서 ‘사용후핵연료’의 중간저장시설은 설계수명기간동안 방사능차폐, 냉각, 보호 등과 같은 주요기능이 확실히 보장되도록 설계 및 유지관리 되고 장기적인 안전성 및 건전성이 확보되어야 한다.
중간저장시설은 ‘사용후핵연료‘의 취급상 해안부근에 입지할 가능성에 의하여 어떤 문제가 우려되는가? 1) 따라서 ‘사용후핵연료’의 중간저장시설은 설계수명기간동안 방사능차폐, 냉각, 보호 등과 같은 주요기능이 확실히 보장되도록 설계 및 유지관리 되고 장기적인 안전성 및 건전성이 확보되어야 한다. 그러나 이들 중간저장시설(콘크 리트 캐스크 등)들은 ‘사용후핵연료’의 취급상 해안부근에 입지할 가능성이 크기 때문에 특히 염해에 대한 문제가 크게 우려된다.1,2) 염해에 의한 철근부식 및 균열의 발생은 건식 중간저장시설인 콘크리트 캐스크(concrete cask) 의 방사선 차폐기능뿐 아니라 구조성능 저하의 주요 원인이 되므로 염해의 평가는 매우 중요한 사항이다.
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참고문헌 (12)

  1. Korea Atomic Energy Research Institute, "The Evaluation Technique for Long Term Integrity of Spent Nuclear Fuel Dry Storage Facilities," Technical Report, KAERI/ RR-3157, 2010, pp. 16-20. 

  2. Takuro Matsumura, Koji Shirai, and Toshiari Saegusa, "Verification Method for Durability of Reinforced Concrete Structures Subjected to Salt Attack under High Temperature Conditions," Nuclear Engineering and Design, Vol. 238, No. 5, 2008, pp. 1181-1188.(doi: http://dx.doi.org/ 10.1016/j.nucengdes.2007.03.032) 

  3. Page, C. L., Short, N. R., and Tarras, A. El, "Diffusion of Chloride Ions in Hardened Cement Pastes," Cement and Concrete Research, Vol. 11, 1981, pp. 395-406.(doi: http:// dx.doi.org/10.1016/0008-8846(81)90111-3) 

  4. Dhir, R. K. et al., "PFA Concrete: Exposure Temperature Effects on Chloride Diffusion," Cement and Concrete Research, Vol. 23, No. 5, 1993, pp. 1105-1114.(doi: http://dx.doi.org/10.1016/0008-8846(93) 90170-E) 

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  7. Xi, Y. and Bazant, Z. P., "Modeling Chloride Penetration in Saturated Concrete," Journal of Materials in Civil Engineering, 1999, Vol. 11, No. 1 pp. 58-65. 

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  9. Collepardi, M. et al., "The Kinetics of Penetration of Chloride Ions into Concrete," II Cimento, 1970, pp. 157-164. 

  10. Goto, S. and Roy, D. M., "Diffusion of Ions through Hardened Cement Pastes," Cement and Concrete Research, Vol. 11, No. 5, 1981, pp. 751-757.(doi: http://dx.doi.org/ 10.1016/0008-8846(81)90033-8) 

  11. Tang, L. and Nilsson, L. O., "A New Approach to the Determination of Pore Distribution by Penetrating Chlorides into Concrete," Cement and Concrete Research, Vol. 25, No. 4, 1995, pp. 695-701.(doi: http://dx.doi.org/ 10.1016/0008-8846(95)00058-K) 

  12. Song, H. W., Pack, S. W., and Ann, K. Y., "Time Dependent Chloride Transport Evaluation of Concrete Structures Exposed to Marine Environment," Journal of the Concrete Institute, Vol. 19, No. 5, 2007, pp. 585-593. 

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