철근부식에 의해 발생된 녹은 철근 주변의 콘크리트에 팽창 압력을 유발하여 콘크리트의 균열, 피복콘크리트의 박리나 탈락, 철근의 단면적 감소 등 구조물의 내구성에 부정적인 영향을 끼친다. 본 논문에서는 코일철근을 대상으로 3차원 스캐너를 이용하여 철근이 부식됨에 따른 표면적을 측정하여 철근의 부식률과 표면 거칠기와의 관계를 프랙탈 이론을 이용하여 규명하였다. 코일 철근은 현장 적재일이 길수록 부식률이 증가하였으며, 부식률이 증가할수록 표면 거칠기는 거칠게 평가되었다. 프랙탈 차원의 증가량은 적재일 3일, 7일, 14일, 21일 경우 각각 0.0235, 0.0280, 0.0319, 그리고 0.0455로 나타났다. 이때의 부식률은 각각 0.3367%, 0.6127%, 0.7898%, 그리고 1.1965%로 나타나 프랙탈 차원을 이용한 부식된 코일철근의 표면 물리량 평가는 실제 부식률과 유사한 결과를 나타냈다.
철근부식에 의해 발생된 녹은 철근 주변의 콘크리트에 팽창 압력을 유발하여 콘크리트의 균열, 피복콘크리트의 박리나 탈락, 철근의 단면적 감소 등 구조물의 내구성에 부정적인 영향을 끼친다. 본 논문에서는 코일철근을 대상으로 3차원 스캐너를 이용하여 철근이 부식됨에 따른 표면적을 측정하여 철근의 부식률과 표면 거칠기와의 관계를 프랙탈 이론을 이용하여 규명하였다. 코일 철근은 현장 적재일이 길수록 부식률이 증가하였으며, 부식률이 증가할수록 표면 거칠기는 거칠게 평가되었다. 프랙탈 차원의 증가량은 적재일 3일, 7일, 14일, 21일 경우 각각 0.0235, 0.0280, 0.0319, 그리고 0.0455로 나타났다. 이때의 부식률은 각각 0.3367%, 0.6127%, 0.7898%, 그리고 1.1965%로 나타나 프랙탈 차원을 이용한 부식된 코일철근의 표면 물리량 평가는 실제 부식률과 유사한 결과를 나타냈다.
This paper discusses the surface roughness of corroded reinforcement rebar-in-coil focusing on the quantitative measurement technique using 3D scanner. Reinforcement rebar-in-coil was stacked in site for 0 day, 3 days, 7 days, 14 days and 21 days. And rebar-in-coil was corroded 0.04%, 0.3367%, 0.615...
This paper discusses the surface roughness of corroded reinforcement rebar-in-coil focusing on the quantitative measurement technique using 3D scanner. Reinforcement rebar-in-coil was stacked in site for 0 day, 3 days, 7 days, 14 days and 21 days. And rebar-in-coil was corroded 0.04%, 0.3367%, 0.6157%, 0.7898%, and 1.1965% respectively. Using 3-dimensional scanner, each surface profile of reinforcement rebar-in-coil was established, and surface roughness was measured. Through the tests and analyses of corroded rebar-in-coil, the increase of fractal dimension for each rebar-in-coil was measured as 0.0216, 0.0235, 0.028, 0.0319, and 0.0455 for different stacked periods. Therefore, surface assessment technique using fractal dimension showed similar results with the actual corrosion rate.
This paper discusses the surface roughness of corroded reinforcement rebar-in-coil focusing on the quantitative measurement technique using 3D scanner. Reinforcement rebar-in-coil was stacked in site for 0 day, 3 days, 7 days, 14 days and 21 days. And rebar-in-coil was corroded 0.04%, 0.3367%, 0.6157%, 0.7898%, and 1.1965% respectively. Using 3-dimensional scanner, each surface profile of reinforcement rebar-in-coil was established, and surface roughness was measured. Through the tests and analyses of corroded rebar-in-coil, the increase of fractal dimension for each rebar-in-coil was measured as 0.0216, 0.0235, 0.028, 0.0319, and 0.0455 for different stacked periods. Therefore, surface assessment technique using fractal dimension showed similar results with the actual corrosion rate.
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문제 정의
본 연구에서는 최근 관심을 끌고 있는 코일철근의 초기 발청 현상에 대해 알아보았다. 일반 철근과 비교하여 시공 효율성을 대폭 증가시킬 수 있는 코일철근의 표면 녹발생 현상을 프랙탈 차원의 개념을 이용하여 표면적을 정량화하여 평가하였으며, 실험에서 비롯된 결론은 다음과 같다.
일반적인 노출환경에서 코일철근은 일반철근보다 표면 녹의 발생 개시일이 빨라질 수 있는데, 이는 코일 가공과 정척화 과정에서 철근의 부동태 피막이 손상될 가능성이 있기 때문이다. 본 연구에서는 코일철근의 초기 녹 발생현황과 부식초기 철근의 표면적을 프랙탈 차원을 이용하여 정량화하는 기술을 제안하는 것을 목적으로 하였다. 3D 표면 스캐너를 사용하여 철근의 표면을 스캔한 후 이를 이용하여 철근의 표면적을 산정하였다.
또한 부착강도에 영향을 주는 표면 거칠기에 관해서 기존의 프랙탈 이론[10]을 이용한 연구가 진행 중[11]에 있으며 표면 조도에 관한 평가기술이 여러 영역으로 확대가 가능하여 기술의 파급력효과도 크다 하겠다. 본 연구에서는 코일철근의 초기 부식을 평가할 수 있는 표면 물리량 측정기술을 제안하여 코일철근의 부식량 및 부착강도에 미칠 수 있는 영향을 연구하였다.
제안 방법
본 연구에서는 코일철근의 초기 녹 발생현황과 부식초기 철근의 표면적을 프랙탈 차원을 이용하여 정량화하는 기술을 제안하는 것을 목적으로 하였다. 3D 표면 스캐너를 사용하여 철근의 표면을 스캔한 후 이를 이용하여 철근의 표면적을 산정하였다. 철근의 표면적은 측정 단위(ruler)에 따라 달라지므로 이를 프랙탈 이론을 이용하여 표면 거칠기를 정량화(프랙탈차원)하였으며, 이를 단계별로 나타내면 첫째, 코일철근의 표면적을 스캔한다.
3차원 기계식 스캐너를 사용하여 철근이 부식된 정도를 모델링 및 도식화하여 철근의 표면적 거칠기 정량화를 측정하였다. 기계식 스캐너는 측정위치마다 x, y, z의 상대좌표를 출력하여 철근의 길이방향을 x축으로 설정하였으며, 철근의 지름방향을 y로 설정하였다.
셋째, 적재기간이 서로 다른 철근의 프랙탈 차원을 비교한다. 넷째, 프랙탈차원과 부식률의 관계를 살펴보고, 일반철근과 비교한다.
철근의 표면적은 측정 단위(ruler)에 따라 달라지므로 이를 프랙탈 이론을 이용하여 표면 거칠기를 정량화(프랙탈차원)하였으며, 이를 단계별로 나타내면 첫째, 코일철근의 표면적을 스캔한다. 둘째, 프랙탈 이론을 이용하여 해당 철근의 프면 프랙탈 차원을 산정한다. 셋째, 적재기간이 서로 다른 철근의 프랙탈 차원을 비교한다.
둘째, 프랙탈 이론을 이용하여 해당 철근의 프면 프랙탈 차원을 산정한다. 셋째, 적재기간이 서로 다른 철근의 프랙탈 차원을 비교한다. 넷째, 프랙탈차원과 부식률의 관계를 살펴보고, 일반철근과 비교한다.
14일, 21일이 지난 코일철근의 경우 표면의 녹발생이 육안으로도 관찰됨을 알 수 있다. 이를 보다 정량적으로 분석하기 위해서 3차원 스캐너를 이용하여 면적측정 기본단위를 다르게 하여 면적을 산정하였다. 기본단위의 해상도는 25μm~200mm로 하였다.
본 연구에서는 최근 관심을 끌고 있는 코일철근의 초기 발청 현상에 대해 알아보았다. 일반 철근과 비교하여 시공 효율성을 대폭 증가시킬 수 있는 코일철근의 표면 녹발생 현상을 프랙탈 차원의 개념을 이용하여 표면적을 정량화하여 평가하였으며, 실험에서 비롯된 결론은 다음과 같다.
일반철근에 비해 초기 4주 이내의 녹 발생이 문제가 될 수 있는 점을 고려하여 현장에 적재된 날을 기준으로 자연 부식된 철근을 이용하였다. 적재된 날은 각각 0일, 3일, 7일, 21일로 하였다.
철근의 표면적은 측정 기본단위에 따라 변화하며 이들의 관계를 이용하여 프랙탈 차원을 산정하였다. 전반적으로 코일철근의 표면적이 증가할수록 프랙탈 차원이 증가하였으나 적재기간 7일 이내에는 표면적의 증가 없이 프랙탈 차원이 증가하여 초기 부식정도가 일반 철근과는 다른 코일철근의 거동 특징을 잘 나타낸다고 할 수 있다.
3D 표면 스캐너를 사용하여 철근의 표면을 스캔한 후 이를 이용하여 철근의 표면적을 산정하였다. 철근의 표면적은 측정 단위(ruler)에 따라 달라지므로 이를 프랙탈 이론을 이용하여 표면 거칠기를 정량화(프랙탈차원)하였으며, 이를 단계별로 나타내면 첫째, 코일철근의 표면적을 스캔한다. 둘째, 프랙탈 이론을 이용하여 해당 철근의 프면 프랙탈 차원을 산정한다.
대상 데이터
본 연구는 지름이 13mm인 코일철근을 대상으로 하였다. 일반철근에 비해 초기 4주 이내의 녹 발생이 문제가 될 수 있는 점을 고려하여 현장에 적재된 날을 기준으로 자연 부식된 철근을 이용하였다.
본 연구는 지름이 13mm인 코일철근을 대상으로 하였다. 일반철근에 비해 초기 4주 이내의 녹 발생이 문제가 될 수 있는 점을 고려하여 현장에 적재된 날을 기준으로 자연 부식된 철근을 이용하였다. 적재된 날은 각각 0일, 3일, 7일, 21일로 하였다.
이론/모형
기계식 3차원 스캐너를 이용하여 철근의 표면을 측정한 후 이들 데이터를 이용하여 삼각 프리즘 면적 방식(triangular prism area method)으로 철근의 총 표면적을 산출하였다. 다음 그림2는 삼각 프리즘 면적방식을 공식과 도식으로 표시한 것이다.
성능/효과
대기 중에 노출된 코일철근은 일반 철근에 비하여 발청 개시일이 빠른 경우가 많지만, 실험 결과 시간이 경과함에 따라 발청에 의한 중량 감소율의 차이는 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 그림 4에서 보는 바와 같이 건전한 철근과 부식된 철근은 육안으로도 확인이 가능하며 부식률 10%가 넘으면 철근 표면이 현저히 차이가 나는 것을 볼 수 있다.
철근의 표면적은 측정 기본단위에 따라 변화하며 이들의 관계를 이용하여 프랙탈 차원을 산정하였다. 전반적으로 코일철근의 표면적이 증가할수록 프랙탈 차원이 증가하였으나 적재기간 7일 이내에는 표면적의 증가 없이 프랙탈 차원이 증가하여 초기 부식정도가 일반 철근과는 다른 코일철근의 거동 특징을 잘 나타낸다고 할 수 있다.
그림 7은 측정 기본 단위와 철근의 표면적과의 관계를 나타낸다. 측정 기본 단위가 작을수록 표면적이 증가하는 것으로 나타났다. 적재된 기간이 길수록 철근의 표면적이 증가하는 것은 적재기간과 철근의 부식률과의 비례관계에서 비롯됨을 예측할 수 있다.
측정점의 기본단위가 감소할수록 부식되지 않은 코일 철근이 가장 적은 표면적 증가량을 보였으며 적재기간 21일이 가장 큰 증가량을 나타냈다. 적재기단 7일과 14일의 경우 측정점의 기본단위 25μm~100μm의 범위에서는 표면적이 거의 유사하게 나타났으며 이후 측정점간의 거리가 커질수록 적재기간 14일의 코일철근이 7일 코일 철근보다 빠른 표면적 감소율을 보이고 있음을 알 수 있다.
코일철근은 정척화 과정에서 비롯되는 표면 가공으로 인하여 초기 녹발생이 일반철근에 비해 빠르게 발생되었으나, 일반 녹과 비교하여 철근의 표면 단면적은 크게 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 콘크리트 적재 및 보관 시 수분에 노출될 경우에는 초기에 빠른 발청을 보여줄 수 있기 때문에 가능한 한 수분에 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다고 판단된다.
코일철근의 현장 적재일에 따라 철근 부식량이 일반 철근과 같이 일정하게 증가함을 알 수 있었으며, 적재기간이 2주 이상인 경우에는 철근 부식량이 급격히 증가하는 것으로 나타나 현장 적재일 2주 이상인 경우에는 수분의 유입을 차단하는 등의 철저한 대비가 필요한 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
철근은 생산공장에서 대개 몇 미터의 길이로 운반되는가?
철근은 공장에서 대개 12m~18m의 길이로 운반되며 건설현장에서 배근도에 맞추어 필요한 길이로 절단되어 사용된다. 이 과정에서 자투리철근이 발생하게 되며, 철근을 재단하고 운반하는 과정에서 인력이 많이 소모된다.
코일철근에 대한 관심이 높아지는 이유는?
이 과정에서 자투리철근이 발생하게 되며, 철근을 재단하고 운반하는 과정에서 인력이 많이 소모된다. 이러한 기존의 철근의 운반문제에서 비롯되는 재료비와 생산성 개선을 위해 최근 코일철근(rebar-in-coil)에 대한 관심이 커지고 있다. 코일철근은 철근을 코일형태로 생산하여 건설현장 또는 가공공장에서 직선으로 펴서 사용하기 때문에 철근 가공 상의 재료손실이 거의 없고 철근운반의 효율성을 극대화 할 수 있는 장점이 있다.
국내에서 철근 부식률이 부착강도에 미치는 영향을 연구한 논문은 어떤 것들이 있는가?
국내에서도 김현욱외는[9] 부식 초기단계에서는 부착 강도가 약간 증가하였으나, 부식이 진행되어 부식균열이 발생하게 되면 부착강도가 급격히 감소한다는 정성적 평가만을 제시하였으며, 노영숙외[11]는 2%의 부식률 까지는 철근의 표면적은 계속 증가하며 부식률 3%에서의 표면적은 1%보다 작은 값을 나타내어 강도 및 표면적이 급격히 감소한다고 보고하고 있다.
참고문헌 (12)
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