RC(Reinforced Concrete) 부재는 인장영역에서 보강재가 하중을 지지해야 하므로, 철근부식은 내구성 뿐 아니라 안전성에서도 매우 중요하다. 본 연구에서는 최근 개발된 FRP Hybrid Bar와 일반 철근을 매립한 RC 보부재를 제작하였으며, ICM(Impressed Current Method)를 적용하여 철근부식을 촉진시켰다. 기존의 이론식인 Faraday 법칙을 이용하여 부식량을 평가하였으며, 일반설계강도를 가진 콘크리트 보부재에 대하여 휨시험을 수행하였다. 일반 철근에서는 부식량이 4.9~7.8% 수준으로 평가되었으며 이에 따른 휨 저항능력은 -25.4~-50.8% 수준으로 감소하였다. FRP Hybrid Bar를 매립한 RC 보에서는 부식과 휨 저항 감소가 평가되지 않았는데, 이는 에폭시 도료로 코팅된 철근의 우수한 내부식성에 기인한다. 촉진 부식실험에서는 FRP Hybrid Bar의 우수한 내부식성 및 부착성능을 확인하였는데, 실용화를 위해서는 장기적인 침지를 통한 내구성 평가가 필요하다고 판단된다.
RC(Reinforced Concrete) 부재는 인장영역에서 보강재가 하중을 지지해야 하므로, 철근부식은 내구성 뿐 아니라 안전성에서도 매우 중요하다. 본 연구에서는 최근 개발된 FRP Hybrid Bar와 일반 철근을 매립한 RC 보부재를 제작하였으며, ICM(Impressed Current Method)를 적용하여 철근부식을 촉진시켰다. 기존의 이론식인 Faraday 법칙을 이용하여 부식량을 평가하였으며, 일반설계강도를 가진 콘크리트 보부재에 대하여 휨시험을 수행하였다. 일반 철근에서는 부식량이 4.9~7.8% 수준으로 평가되었으며 이에 따른 휨 저항능력은 -25.4~-50.8% 수준으로 감소하였다. FRP Hybrid Bar를 매립한 RC 보에서는 부식과 휨 저항 감소가 평가되지 않았는데, 이는 에폭시 도료로 코팅된 철근의 우수한 내부식성에 기인한다. 촉진 부식실험에서는 FRP Hybrid Bar의 우수한 내부식성 및 부착성능을 확인하였는데, 실용화를 위해서는 장기적인 침지를 통한 내구성 평가가 필요하다고 판단된다.
Steel corrosion is a very significant problem both to durability and structural safety since reinforcement has to support loads in tensile region in RC(Reinforced Concrete) member. In the paper, newly invented FRP Hybrid Bar and normal steel are embedded in RC beam member, and ICM (Impressed Current...
Steel corrosion is a very significant problem both to durability and structural safety since reinforcement has to support loads in tensile region in RC(Reinforced Concrete) member. In the paper, newly invented FRP Hybrid Bar and normal steel are embedded in RC beam member, and ICM (Impressed Current Method) is adopted for corrosion acceleration. Utilizing the previous theory of Faraday's Law, corrosion amount is calculated and flexural tests are performed for RC beam with FRP Hybrid Bar and steel, respectively. Corrosion amount level of 4.9~7.8% is measured in normal RC member and the related reduction of flexural capacity is measured to be -25.4~-50.8%, however there are no significant reduction of flexural capacity and corrosion initiation in RC samples with FRP Hybrid Bar due to high resistance of epoxy-coated steel to corrosion initiation. In the accelerated corrosion test, excellent performance of anti-corrosion and bonding with concrete are evaluated but durability evaluation through long-term submerged test is required for actual utilization.
Steel corrosion is a very significant problem both to durability and structural safety since reinforcement has to support loads in tensile region in RC(Reinforced Concrete) member. In the paper, newly invented FRP Hybrid Bar and normal steel are embedded in RC beam member, and ICM (Impressed Current Method) is adopted for corrosion acceleration. Utilizing the previous theory of Faraday's Law, corrosion amount is calculated and flexural tests are performed for RC beam with FRP Hybrid Bar and steel, respectively. Corrosion amount level of 4.9~7.8% is measured in normal RC member and the related reduction of flexural capacity is measured to be -25.4~-50.8%, however there are no significant reduction of flexural capacity and corrosion initiation in RC samples with FRP Hybrid Bar due to high resistance of epoxy-coated steel to corrosion initiation. In the accelerated corrosion test, excellent performance of anti-corrosion and bonding with concrete are evaluated but durability evaluation through long-term submerged test is required for actual utilization.
본 연구에서는 일반강도(24 MPa)를 가진 콘크리트 RC보 부재를 제작하고 일반철근과 FRP Hybrid Bar를 적용하여 피복두께를 변화시켰다. 이후 촉진부식실험(ICM: Impressed Current Method)을 적용하여 철근을 부식시켰으며, 휨내력 평가를 수행하여 역학적 성능을 비교하였다.
제안 방법
이후 촉진부식실험(ICM: Impressed Current Method)을 적용하여 철근을 부식시켰으며, 휨내력 평가를 수행하여 역학적 성능을 비교하였다. FRP Hybrid Bar와 일반 철근을 ICM으로 부식을 유도하여 부식량을 산정하고, 보강재의 부식량 및 부식특성이 구조체의 휨내력에 미치는 영향이 분석될 것이다.
본 연구에서는 일반강도(24 MPa)를 가진 콘크리트 RC보 부재를 제작하고 일반철근과 FRP Hybrid Bar를 적용하여 피복두께를 변화시켰다. 이후 촉진부식실험(ICM: Impressed Current Method)을 적용하여 철근을 부식시켰으며, 휨내력 평가를 수행하여 역학적 성능을 비교하였다. FRP Hybrid Bar와 일반 철근을 ICM으로 부식을 유도하여 부식량을 산정하고, 보강재의 부식량 및 부식특성이 구조체의 휨내력에 미치는 영향이 분석될 것이다.
대상 데이터
부식 전후의 휨내력 저하를 평가하기 위해 보 시편을 제작하였으며, 부식실험 적용시 보의 유효깊이를 40 mm로 고정하고 피복두께를 20 mm(150×60×650 mm), 30 mm(150×70×650 mm), 40 mm(150×80×650 mm)의 세가지 수준으로 제작하였다. 시편의 제원 및 모식도를 Fig.
실험에 사용된 강재는 항복강도 400 MPa의 D13 이형철근과 같은 외경의 FRP Hybrid Bar를 사용하였다. 실험에 사용된 배합의 압축강도 평가 결과 재령 28일에서 약 26 MPa로 실제 구조물에 적용할 수 있는 일반강도 등급의 배합으로 판단된다.
실험에 적용된 FRP Hybrid Bar는 유리섬유와 에폭시로 철근을 코팅하였으며, 부착강도를 향상시키기 위한 돌기사로 구성 된다(KICT, 2013). 유리섬유와 에폭시로 철근을 보호하기 때문에 염화물 차단성능이 우수한데, 본 실험에서는 FRP Hybrid Bar를 적용한 시편과 일반 철근을 적용한 시편의 부식량 평가를 통해 FRP Hybrid Bar의 내부식 성능을 평가하였다.
이론/모형
FRP Hybrid Bar를 가진 RC 보의 공칭 모멘트에 대한 명확한 국내 규정이 없으므로 ACI 440.1R 기준과(ACI, 2006) 기존의 연구결과(Ko, 2014)를 이용하여 휨강도를 평가하였다. ACI 440.
각 시편의 휨 내력저하를 평가하기 위해 KS F 2408(콘크리트 휨 강도 시험방법) 규격에 따라 중앙점 재하 방법을 통해 휨 강도를 평가하였다. Fig.
철근의 부식량 평가는 식 (1)과 같은 Faraday 법칙을 통해 계산된 이론값과 휨강도 측정 후 수거한 강재의 부식량을 평가하여 비교하였다.
성능/효과
1) 일반 RC 와 FRP Hybrid Bar를 적용한 장지간 보 시편의 내부식성 및 휨강도 평가 결과 일반 철근을 적용한 RC 시편의 경우 피복두께와는 상관없이 모두 4.9~7.8%의 부식이 발생하였으며, 부식으로 인한 균열을 육안으로도 확인할 수 있을 정도로 높은 내구성 저하를 나타내었다. 반면, FRP Hybrid Bar를 적용한 시편의 경우 부식으로 인한 균열이 육안으로 확인되지 않았으며, 전류량 평가 및 부식량 평가에서도 부식이 발생하지 않았음을 확인할 수 있었다.
2) 휨 강도 평가 결과 높은 부식률을 보인 일반 RC 시편에서는 -25.4∼-50.8%의 강도 감소가 나타났지만 부식이 발생하지 않은 FRP Hybrid Bar 시편에서는 휨 내력저하가 발생하지 않았다. 이는 부식으로 인한 강재의 부착성능이 감소하지 않아 휨 내력저하가 발생하지 않은 것임을 확인할 수 있었다.
3) 단기촉진 실험에서는 우수한 내력저하 방지를 FRP Hybrid Bar에서 확인할 수 있었으나 장기간 수중침지 실험을 통한 내력평가가 수행되어야 보부재로서의 실용화가 가능할 것으로 판단된다.
후속연구
그러나 본 실험은 2주간의 촉진실험이며, 장기 침지시 국소적인 수분포화가 에폭시 코팅에서 발생할 수 있다. 또한 FRP Hybrid Bar의 표면조도 등이 장기간 침지시 부정적인 영향을 줄 수 있으므로 실용화를 위해서는 장기적인 침지 실험을 통한 부재 저항력의 정량화가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
FRP bar의 장점은?
, 2013). FRP bar는 부식에 대한 우려가 없고 강도가 높으며, 일반 철근에 비해 자중이 가벼워 운송비용 절감 등 많은 장점이 있다(ACI, 2006). 하지만 FRP bar는 인장강도에 비해 상대적으로 낮은 탄성계수로 인해 일반 철근보다 큰 변형이 발생하기 쉽다(Seo et al.
콘크리트란?
콘크리트는 안정적이며 반영구적인 건설재료로 인식되어왔지만 해양환경 및 제설제 사용과 같은 염해에 장기간 노출되었을 경우 콘크리트 내부의 철근은 부식하게 된다. 이렇게 부식된 철근은 초기에는 균열, 피복콘크리트의 박락으로 내구성 문제가 진전되지만 최종적으로는 구조물의 내력저하에 영향을 주어 구조 안정성 문제가 야기 된다(Broomfield, 1997; Park et al.
콘크리트 내부의 철근이 부식 될 경우 발생하는 문제는?
콘크리트는 안정적이며 반영구적인 건설재료로 인식되어왔지만 해양환경 및 제설제 사용과 같은 염해에 장기간 노출되었을 경우 콘크리트 내부의 철근은 부식하게 된다. 이렇게 부식된 철근은 초기에는 균열, 피복콘크리트의 박락으로 내구성 문제가 진전되지만 최종적으로는 구조물의 내력저하에 영향을 주어 구조 안정성 문제가 야기 된다(Broomfield, 1997; Park et al., 2012).
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