내후성 강재는 대기환경에서 내식성이 우수하여 강교량의 재료로 많이 사용되고 있다. 그러나 내후성 강은 해수와 가까운 지역, 음지 및 습도가 높은 환경에서는 안정된 녹층이 형성되지 않고, 일반녹이 발생하고 있다. 따라서 열악한 대기환경을 가지는 일본에서는 무도장으로 사용하지 않고, 녹안정화 처리를 하고 있는 상황이다. 그러나 국내에서 건설된 내후성 강은 대부분 무도장으로 건설되었고, 건습의 주기적인 반복이 일어나기 어려운 밀폐형 박스거더형으로 건설되었다. 특히, 한강수변위에 건설된 강교량의 경우, 수분의 증발, 온도차에 의한 결로 및 우수에 의한 체수 등으로 내후성강의 부동태 피막형성에 해로운 영향을 미치고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 상수도 보호구역에 무도장 내후성 강으로 건설된 교량의 밀폐형 박스거더 내부의 부식 특성을 분석하기 위하여, 육안에 의한 관찰, 셀로판 테이프 시험, 강재 두께 측정, 표면 부식 전위측정, 채취한 녹의 전자현미경 분석 및 X선 회절 분석을 실시하였다. 분석을 통하여, 밀폐형 박스거더 내부에서 불안정녹층이 관찰되었으며, 특히, 상부 및 하부 플랜지의 경우 우수에 의한 체수, 결로 및 제설제에 의한 영향 등으로 부식 정도가 심하게 관찰되었다.
내후성 강재는 대기환경에서 내식성이 우수하여 강교량의 재료로 많이 사용되고 있다. 그러나 내후성 강은 해수와 가까운 지역, 음지 및 습도가 높은 환경에서는 안정된 녹층이 형성되지 않고, 일반녹이 발생하고 있다. 따라서 열악한 대기환경을 가지는 일본에서는 무도장으로 사용하지 않고, 녹안정화 처리를 하고 있는 상황이다. 그러나 국내에서 건설된 내후성 강은 대부분 무도장으로 건설되었고, 건습의 주기적인 반복이 일어나기 어려운 밀폐형 박스거더형으로 건설되었다. 특히, 한강수변위에 건설된 강교량의 경우, 수분의 증발, 온도차에 의한 결로 및 우수에 의한 체수 등으로 내후성강의 부동태 피막형성에 해로운 영향을 미치고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 상수도 보호구역에 무도장 내후성 강으로 건설된 교량의 밀폐형 박스거더 내부의 부식 특성을 분석하기 위하여, 육안에 의한 관찰, 셀로판 테이프 시험, 강재 두께 측정, 표면 부식 전위측정, 채취한 녹의 전자현미경 분석 및 X선 회절 분석을 실시하였다. 분석을 통하여, 밀폐형 박스거더 내부에서 불안정녹층이 관찰되었으며, 특히, 상부 및 하부 플랜지의 경우 우수에 의한 체수, 결로 및 제설제에 의한 영향 등으로 부식 정도가 심하게 관찰되었다.
Weather proof steels are used for steel bridges due to its high corrosion resistance under atmospheric conditions. However, instead of forming stabilized rust layers, general rust occurs on weather proof steels under high humidity condition close to seawater or shady places. In Japan, therefore, the...
Weather proof steels are used for steel bridges due to its high corrosion resistance under atmospheric conditions. However, instead of forming stabilized rust layers, general rust occurs on weather proof steels under high humidity condition close to seawater or shady places. In Japan, therefore, they perform rust stabilization treatment instead of unpainted treatment due to severe atmospheric conditions. However, most of domestic weather proof steels were constructed unpainted in the form of closed box-girder, which makes the periodical repetition of dry and wet hard to occur. For the steel bridges constructed on the Han river, the evaporation of water, dew condensation due to temperature change, and stagnant water due to rain affect harmfully on the formation of passive film on weather proof steels. Thus, in this research, in order to analyze corrosion properties inside the closed box-girder for the unpainted weather proof steel bridge in the waterworks safety zone, multiple ways of analysis such as observation with eyes, cellophane-tape test, steel thickness measurement, surface corrosion potential measurement, electron microscope analysis, and X-ray diffraction analysis of the rust were performed. As a result, unstable rust layer was observed inside the closed box-girder, and severe corrosion was observed on the top and bottom of the flanges due to the effects of stagnant water caused by rain, dew condensation, and de-icing materials.
Weather proof steels are used for steel bridges due to its high corrosion resistance under atmospheric conditions. However, instead of forming stabilized rust layers, general rust occurs on weather proof steels under high humidity condition close to seawater or shady places. In Japan, therefore, they perform rust stabilization treatment instead of unpainted treatment due to severe atmospheric conditions. However, most of domestic weather proof steels were constructed unpainted in the form of closed box-girder, which makes the periodical repetition of dry and wet hard to occur. For the steel bridges constructed on the Han river, the evaporation of water, dew condensation due to temperature change, and stagnant water due to rain affect harmfully on the formation of passive film on weather proof steels. Thus, in this research, in order to analyze corrosion properties inside the closed box-girder for the unpainted weather proof steel bridge in the waterworks safety zone, multiple ways of analysis such as observation with eyes, cellophane-tape test, steel thickness measurement, surface corrosion potential measurement, electron microscope analysis, and X-ray diffraction analysis of the rust were performed. As a result, unstable rust layer was observed inside the closed box-girder, and severe corrosion was observed on the top and bottom of the flanges due to the effects of stagnant water caused by rain, dew condensation, and de-icing materials.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 상수도 보호구역에 무도장 내후성 강으로 건설된 교량의 밀폐형 박스거더 내부의 부식 특성을 분석하기 위하여, 육안 점검에 의한 현장조사를 실시하였으며, 박스거더 내부의 발생한 녹의 외관 관찰에 의한 분석, 셀로판테이프에 의한 녹 박리시험, 내후성강재의 두께 손실 측정, 표면부식 전위 측정, 박스거더 내부의 채취한 녹의 전자현미경 분석 및 XRD 분석에 의한 녹의 진행 상태를 조사, 분석하였다.
본 연구에서는 내후성 강 교량의 박스거더 내부의 내후성 강재의 안정녹 진행 상태를 분석하기 위하여 국내외 관련된 논문 및 표준을 참조하여 박스거더 내부에 발생된 녹의 진행 상황을 분석하였다.
본 연구에서는 무도장 내후성 강으로 건설된 강교량의 박스거더 내부의 부식 특성을 분석하기 위하여 외관 관찰, 셀로판테이프 시험, 강재 두께 측정, 표면 전위 측정, 현장에서 채취한 녹 분말 전자현미경 분석 및 XRD 분석을 실시하였고, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
본 연구에서는 무도장 내후성 교량의 부식 평가에 대한 국내외 논문의 외관 조사방법을 참조하였다. Table 1, Table 2에서는 외관조사에서는 녹의 색조, 녹의 조밀도, 녹의 색변화를 관찰하여 안정녹이 형성되고 있는가를 4단계로 평가하였다.[4,5]
무도장 내후성강 교량의 박스거더 내부의 안정녹 부분과 녹 발생 부위의 녹을 채취하여, X-ray diffraction(XRD, Rigaku)을 이용하여 분석을 실시하였다.
무도장 내후성강 교량의 박스거더 내부의 안정녹 부분과 녹 발생 부위의 녹을 채취하여, 전자현미경 분석을 실시하였다. 채취한 녹은 전자현미경 분석을 위하여 백금 코팅한 후, 녹의 형상 및 녹 성분을 SEM-EDS(HITACHI)를 이용하여 분석하였다.
무도장 내후성강으로 건설된 강교량의 방식 상태를 평가하기 위해 먼저 육안에 의한 외관 관찰을 실시하였다. 육안 점검에 의한 외관조사에서 안정녹의 판정기법은 현재 별도로 수집된 기준은 없다.
박스 거더 내부의 내후성 강의 부식에 의한 두께 감소 정도를 측정하기 위하여 박스거더 내부 상판, 하판 및 측판의 두께를 전기식 도막 두께 측정기를 이용하여 분석하였다.
육안 점검에 의한 외관조사에서 안정녹의 판정기법은 현재 별도로 수집된 기준은 없다. 본 연구에서는 무도장 내후성 교량의 부식 평가에 대한 국내외 논문의 외관 조사방법을 참조하였다. Table 1, Table 2에서는 외관조사에서는 녹의 색조, 녹의 조밀도, 녹의 색변화를 관찰하여 안정녹이 형성되고 있는가를 4단계로 평가하였다.
본 연구에서는 외관조사에 의한 방법 외에 또 다른 방법으로 폭 24 mm의 셀로판테이프를 이용하여 테이프에 묻어 나오는 강재 표면의 녹입자 크기, 양 및 녹의 분포 형상에 따른 안정녹의 형성 여부를 Table 3과 같이 간접적으로 측정하였다.[6]
현장에서 치밀하게 녹층이 형성된 부위(안정화녹층)와 불안정 녹층이 형성된 부위를 예리한 커터 칼로 긁어 분쇄하여 분말 시료를 만들었다. 얻어진 녹 분말 시료를 진공 데시케이터에서 96 시간 건조한 후, 백금 코팅한 다음 Fig. 11~14와 같이 전자현미경 분석을 실시하였다.
무도장 내후성강 교량의 박스거더 내부의 안정녹 부분과 녹 발생 부위의 녹을 채취하여, 전자현미경 분석을 실시하였다. 채취한 녹은 전자현미경 분석을 위하여 백금 코팅한 후, 녹의 형상 및 녹 성분을 SEM-EDS(HITACHI)를 이용하여 분석하였다.
현장에서 치밀하게 녹층이 형성된 부위(안정화녹층)와 불안정 녹층이 형성된 부위를 예리한 커터 칼로 긁어 분쇄하여 분말 시료를 만들었다. 얻어진 녹 분말 시료를 진공 데시케이터에서 96 시간 건조한 후, 백금 코팅한 다음 Fig.
성능/효과
1) 밀폐형 박스거더 내부의 외관 관찰 및 셀로판테이프 시험 결과 다수의 불안정 녹 층 형성 부위가 관찰되었다.
2) 불안정녹층의 경우 녹이 치밀하지 못하고, 입자가 크며, 소지와의 접착력이 약해 떨어지는 것으로 분석되었다.
3) 강재 두께 측정 결과, 두께 감소가 매우 빠르게 진행됨을 알 수 있었다. 특히, 상부 및 하부 플랜지 부위가 양측면 부위보다 빠르게 감소함을 알 수 있었다.
4) 강재의 표면 전위 측정 결과는 외관 관찰 결과 및 두께 측정 결과와 대체로 일치하였고, 상부 플랜지 및 하부 플랜지의 부식 전위 값이 높게 측정되었으며, 이를 통하여 부식이 활발히 진행되고 있다고 판단된다.
5) 현장에서 채취한 녹층의 미세조직 분석 결과 안정녹층은 비교적 치밀하고, 불안정녹층의 경우 입자의 크기가 크고, 균열 및 탈락되어 있는 것으로 분석되었다. 성분분석결과 검출되는 원소는 주원소로 Fe, O가 분석되었으며, 이는 녹의 주성분이 FeOOH, Fe3O4로 구성되어 있기 때문으로 분석된다.
01 mm/yr 정도로 보고되고 있다.[3] 이는 건설 후 10 년 차인 내후성 교량에 대한 부식 진단에서 부분적인 차이는 있지만, 상부 플랜지 두께가 0.9 mm 까지 감소한 것으로 보면 상판에 유입되는 우수의 영향 및 겨울철의 제설제로 사용되는 염화칼슘(CaCl2)의 영향도 작용한 결과로 분석된다. 이는 일반강의 부식속도와 유사하며, 박스거더 내부의 녹이 우수의 체수 및 염화칼슘 등의 영향으로 부동태 피막층으로 형성되지 못하고, 일반강의 녹처럼 진행되고 있다고 판단된다.
6~8은 37경간의 상부, 하부, 측면의 사진을 나타내었다. 결과는 상부면과 하부면은 모두 불안정녹층이 진행되고 있었으며, 일부 좌측면과 우측면은 안정녹층이 관찰되었다. Fig.
박스거더 내부의 오른쪽과 왼쪽 측면 부위는 일부 안정녹층이 형성되어 있었으나, 결로 및 우수의 유입으로 체수 되기 쉬운 상부와 바닥은 국부적으로 불안정녹층이 형성되었다. 관찰된 녹입자는 크고, 거칠며, 색상 또한 붉은 색을 띄고 있었다. 박스거더 내부의 하부 플랜지에서는 층상 박리녹이 다수 발견되었고, 박리된 흑피가 다량으로 관찰 되었다.
한강 수면위에 건설된 내후성 강 교량의 표면전위를 측정하여 Table 8에 나타내었다. 전위 값에 따른 부식 정도를 보면 36경간과 37경간 모두 상부 및 하부 플랜지에서 표면 전위가 -350 mV 이상의 전위값을 나타냈으며, 이는 부식 가능성이 매우 높아 활성화가 진행되고 있는 것으로 판단된다. -200 mV ～ 350 mV 사이 값으로 측정된 영역에서도 대체로 전위값이 높게나와 부식의 가능성이 매우 높은 것으로 판단된다.
3) 강재 두께 측정 결과, 두께 감소가 매우 빠르게 진행됨을 알 수 있었다. 특히, 상부 및 하부 플랜지 부위가 양측면 부위보다 빠르게 감소함을 알 수 있었다. 이는 특성상 건습의 주기적인 반복의 어려움 등으로 안정녹이 형성되지 못하고, 불안정녹층이 형성된 결과라고 판단된다.
후속연구
-200 mV ～ 350 mV 사이 값으로 측정된 영역에서도 대체로 전위값이 높게나와 부식의 가능성이 매우 높은 것으로 판단된다. 표면 전위 측정 결과와 육안 측정 결과가 대체로 일치하고 있음을 보여주고 있는 것으로 판단되며 부식 가능성이 매우 높은 부위에는 적절한 방식대책이 필요할 것으로 판단된다.
성분분석결과 검출되는 원소는 주원소로 Fe, O가 분석되었으며, 이는 녹의 주성분이 FeOOH, Fe3O4로 구성되어 있기 때문으로 분석된다. 향후 무도장 내후성 강교량의 방식 및 유지보수에 대한 기초 자료로 도움이 될 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
내후성 강재는 무엇인가?
내후성 강재는 Cr, Cu, P 등의 합금 원소를 소량(0.1～ 1.0 %) 함유한 저합금강으로 대기환경에서의 내식성(내후성)이 우수하다. 사용개시 초기는 붉은 녹이 생성되지만, 5년 이상 장기 사용을 통하여 표면에 안정녹층이형성되어 이후 부식 속도가 급격히 감소하게 된다.
내후성 강재의 장점은 무엇인가?
1～ 1.0 %) 함유한 저합금강으로 대기환경에서의 내식성(내후성)이 우수하다. 사용개시 초기는 붉은 녹이 생성되지만, 5년 이상 장기 사용을 통하여 표면에 안정녹층이형성되어 이후 부식 속도가 급격히 감소하게 된다.
내후성 강재의 부식 특성은 어떠한가?
0 %) 함유한 저합금강으로 대기환경에서의 내식성(내후성)이 우수하다. 사용개시 초기는 붉은 녹이 생성되지만, 5년 이상 장기 사용을 통하여 표면에 안정녹층이형성되어 이후 부식 속도가 급격히 감소하게 된다. 이러한 특성 때문에, 무도장 또는 다른 코팅 처리 없이 환경보호 및 낮은 유지보수 비용을 이유로 강교량에 널리 적용되고 있다.
참고문헌 (13)
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Hiroaki Goto, Yoshimi Naitoh, Masaki Fujishiro, Susumu Moriya, Motohiri Yamamoto and Makoto Saito, "The review of repair method by painting of the weathering steel brideg(II)", Corrosion Control, Vol.5, pp.31-41, 2010.
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Hiroaki Goto, Yoshimi Naitoh, Masaki Fujishiro, Susumu Moriya, Motohiro Yamamoto and Makoto Saito, "The review of repair method by painting of the weathering steel brideg(II)", Corrosion Control, Vol.5, pp.31-41, 2010.
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