[논문]시간의존성 균열 패턴을 고려한 탄산화에 노출된 콘크리트의 확률론적 내구수명 평가

권성준

doi:10.14190/jrcr.2016.4.1.010

시간의존성 균열 패턴을 고려한 탄산화에 노출된 콘크리트의 확률론적 내구수명 평가
Service Life Evaluation of RC Column Exposed to Carbonation Considering Time-dependent Crack Pattern 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.4 no.1, 2016년, pp.10 - 18

초록
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대도시의 콘크리트 구조물은 탄산화에 노출되며 사용기간의 증가로 인해 내구성 저하를 나타내며 콘크리트에 발생하는 균열은 국부적인 탄산화 증가를 야기한다. 본 연구에서는 실태조사를 통하여 균열부의 탄산화속도를 분석하였으며, 이를 시간의존성균열과 초기재령균열로 구분하여 탄산화에 노출된 RC교각의 내구수명을 분석하였다. 실태조사 결과를 기본으로 균열이 최대 0.3mm까지 진전하고 여기에 최대 균열폭에 이르는 시간을 변수로 하여 내구성 파괴확률, 신뢰성 지수, 내구수명 등이 평가되었다. 시간의존성균열 패턴은 초기재령부터 발생한 균열보다 낮은 내구성파괴확률과 높은 내구수명을 나타내었는데, 이는 지나치게 보수적인 해석기법보다 합리적이다. 또한 피복두께가 100mm보다 클 경우, 균열에 대한 시간효과는 내구성 파괴확률 및 내구수명에 큰 영향을 미치지 못하였다. 고정 균열이 아닌 시간의존적균열을 고려한 확률론적 내구수명 해석기법은 운용 중 발생하여 균열이 발생한 구조물에 효과적으로 사용될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

RC(Reinfored Concrete) structures exposed to carbonation in urban city have durability degradation with extended service life and cracks in concrete causes a local accelerated carbonation. In the present work, crack effect on carbonation depth is investigated and the service life of RC structure is evaluated considering cracks from early age and time-dependent cracks based on the previous field investigation. DFP(Durability Failure Probability), safety index, and the related service life are calculated considering the time to crack width reaches to maximum crack width(0.3mm). The results with time effect on crack width show lower DFP and longer service life, which seems to be reasonable compared with conservative results from crack effect from initial stage. Furthermore, crack effect is evaluated to be insignificant on DFP and service life. The technique with time-dependent crack effect on carbonation can be effectively used for RC structure containing cracking in use.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

피복두께는 열화에 대하여 가장 적극적으로 대응하는 방어기재이다. 본 절에서는 피복두께의 변화에 따라 변화하는 내구적 파괴확률과 내구수명의 변화를 분석하도록 한다. 실태조사 결과시의피복두께인 57.

가설 설정

Table 2의 균열부 탄산화식은 0.1∼0.3mm에 해당하는 탄산화 진행이므로 평균을 가정하여 0.2mm에 해당하는 탄산화 깊이로 가정하였다.
본 연구에서는 초기부터 발생한 균열이 아닌 균열이 진전하는 것을 가정하여 탄산화에 대한 내구수명을 분석하였다. 본 연구 범위내에서 도출된 결론은 다음과 같다.
1절에서는 균열 폭이 초기 재령에서 발생한 경우를 가정한 경우이다. 본 절에서는 균열 폭이 최대 0.3mm까지 진전하는 시간에 따라 증가하는 경우를 가정하여 해석을 수행하였다. 균열 폭이 증가하는 속도에 대한 영향을 고려하기 위해 최대 균열 폭 도달시간을 20년에서 100년까지 변화시키면서 해석을 수행하였다.
실태조사 결과시의피복두께인 57.5mm와 0.22의 변동계수는 동일하게 가정하였으며, 피복두께를 40∼70mm로 변화시키면서 해석을 수행하였다.
3mm의 균열 폭을 가지는 탄산화 속도계수로 선형적으로 증가하도록 모델링하였다. 여기서 n은 20년, 40년, 60년, 80년, 100년으로 가정하였으며, n년 이후에는 최대 탄산화 속도인 7.101을 일정하게 가지도록 구성하였다.
이에 따라 신뢰도 지수 역시 중첩되어 발생하였다. 중복되는 파괴확률은 초기부터 0.3mm의 균열이 발생되었다는 가정한 파괴확률로 Fig. 4의 0.3mm 균열 폭에 해당하는 파괴확률과 동일하다. 기존의 연구에서는 초기재령에서 발생한 균열을 고려하여 염해 및 탄산화 해석을 수행하였으므로 매우 보수적으로 평가하게 된다.
3mm를 대입하여 사용하였다. 탄산화 깊이 및 피복두께의 분포는 정규분포를 가정하였으며, 피복두께의 변동성은 Table 2의 조사 자료를 참고하였다. 일반적으로 염해 및 탄산화에 대한 목표 내구성 확률은 10.

제안 방법

1. 국내 대도시 환경에서 탄산화에 노출된 RC교각 구조물에 대하여 실태조사 결과를 이용하여 내구성 파괴확률, 신뢰도 지수, 그리고 내구수명을 분석하였다. 건전부에서는 187년의 내구수명이 도출되었으나, 급격하게 감소하여 균열 폭 0.
3. 피복두께를 40mm에서 100mm로 증가시키면서 시간 의존적 균열패턴을 고려한 내구수명을 평가하였다. 내구수명은 균열이 고정되는 시간이 증가할수록 완만하게 증가하였는데, 피복두께가 100mm 인 경우는 내구수명에 거의 영향을 받지 않았다.
3mm까지 진전하는 시간에 따라 증가하는 경우를 가정하여 해석을 수행하였다. 균열 폭이 증가하는 속도에 대한 영향을 고려하기 위해 최대 균열 폭 도달시간을 20년에서 100년까지 변화시키면서 해석을 수행하였다.
본 연구에서는 기존의 실태조사를 이용하여 균열패턴을 분석하였다. 최대 균열 폭에 이르는 시간을 가정하여 확률론적인 내구수명 평가를 수행하였으며, 고정균열인 경우의 내구수명과 비교, 분석하였다.
본 절에서는 고정균열인 경우에 대한 내구적 파괴확률과 신뢰도 지수를 Table 2의 확률분포를 이용하여 도시하도록 한다. 탄산화 깊이 진행과 피복두께는 모두 정규분포를 따른다.
본 절에서는 균열 폭이 0.0mm에서 0.3mm로 진전을 가정하여 해석을 수행하였으며, 피복두께를 40mm에서 70mm로 증가시키면서 확률론적인 변동성을 분석하였다. Fig.
즉 공용개시 후 부터는 건전부의 탄산화 속도계수에서 시작하지만 n년 후에는 0.3mm의 균열 폭을 가지는 탄산화 속도계수로 선형적으로 증가하도록 모델링하였다. 여기서 n은 20년, 40년, 60년, 80년, 100년으로 가정하였으며, n년 이후에는 최대 탄산화 속도인 7.
본 연구에서는 기존의 실태조사를 이용하여 균열패턴을 분석하였다. 최대 균열 폭에 이르는 시간을 가정하여 확률론적인 내구수명 평가를 수행하였으며, 고정균열인 경우의 내구수명과 비교, 분석하였다.

대상 데이터

대상 구조물은 공용기간이 18년 경과한 대도시에 있는 고가교RC 교각이며 설계강도는 24MPa로 조사되었다. 반발경도에 의한 강도환산치는 26∼30MPa 수준이며, 표면에 0.

성능/효과

2. 균열이 20년에서 100년까지 점차적으로 증가하여 0.3mm까지 이른다고 가정하면 그 기간 동안 내구수명을 평가할 때는 균열폭이 고정되는 기간이 늦어질수록 내구수명은 증가하게 된다. 0.
Fig. 4 및 Fig. 5의 결과에서 알 수 있듯이, 균열폭이 0.3mm로 증가할수록 내구수명은 187년에서 86년, 42년, 28년으로 크게 감소하였다. 내구적 파괴확률은 균열이 0.
3mm로 증가할수록 내구수명은 187년에서 86년, 42년, 28년으로 크게 감소하였다. 내구적 파괴확률은 균열이 0.1mm가 되는 순간 속도계수가 2.778에서 4.100으로 1.48배 증가하므로 크게 증가하였으며,0.2mm에서는 5.798로 증가를, 0.3mm에서는 7.101로 증가하였다. 뚜렷하게 증가하는 내구적 파괴확률에 대하여 신뢰성 지수 역시 크게 감소하였다.
또한 시간의존성 균열은 0.2∼0.3mm의 균열 폭이 초기에 발생한 경우와 거의 비슷한 내구수명을 예측함을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탄산화에 대한 내구수명 평가 방법 중 결정론적인 방법은 무엇인가?	염해와 마찬가지로 탄산화에 대한 내구수명 평가 방법은 두 가지로 구분할 수 있다. 결정론적인 방법은 이론 또는 실태조사에 근거하여 목표내구수명동안 진행되는 탄산화 깊이가 피복두께를초 과하지 않도록 유도하는 방법이다(RILEM 1994; CEB 1997). 이미 각국의 시방서에서는 이에 대한 고려를 하고 있으며, 탄산화에 대한 합리적인 예측식을 구현하기 위해 연구가 진행되고 있다(JSCE 2002).
	탄산화는 무엇인가?	매립된 철근의 부식의 관점에서는 염해 및 탄산화에 따른 철근부식이 중요하게 고려되는데, 최근 들어 대도시 및 지하 구조물의 이산화탄소농도의 증가에 따라 탄산화에 대한 내구성 문제가 중요하게 대두되고 있다(Abe 1999; CEB 1997). 1990년대 이후 뚜렷하게 탄산화문제는 야기되고 있는데, 탄산화란 외부 이산화탄소의 유입에 따라 콘크리트 내부의 공극수의 pH가 저감되어 매립된 철근이 부식되는 현상이다(Izumi et al. 1986; Ishida and Maekawa 2001).
	포화도와 공극률과 같은 초기재령 모델링을 고려한탄산화 해석 모델링은 무엇을 기반으로 해석하고 있는가?	2006, 2007;Kwon and Song 2010). 이러한 모델링은 수화도, 탄산화 반응, 이온의 해리 등을 고려한 해석이므로 국부적인 환경조건도 고려할 수 있는 연성해석 체계(system dynamics)를 기반으로 한다(Ishda and Maekawa 2003; Maekawa et al. 2009).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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