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문제 정의
- 촉진시험 1사이클이 과연 실제 폭로환경에서 어느 정도의 기간에 상응할 수 있느냐의 상관성 문제이다. 따라서 본 연구에서는 동일한 배합으로 제작된 시편을 장기폭로시험조건과 단기촉진시험조건에 노출시켜 구한 결과를 기초로 장기폭로시험과 단기촉진시험 결과와의 상관성을 분석하는 것을 궁극적인 목표로 한다. 선행연구를 통해 인공해수 침지조건에 따른 부식촉진시험을 수행하였으며 다음 단계로 건습 반복조건에 따른 촉진시험을 수행하여 현재 진행 중인 장기폭로시험결과와의 비교를 위한 기초적인 자료로 활용하고자 한다.
- 따라서 본 연구에서는 동일한 배합으로 제작된 시편을 장기폭로시험조건과 단기촉진시험조건에 노출시켜 구한 결과를 기초로 장기폭로시험과 단기촉진시험 결과와의 상관성을 분석하는 것을 궁극적인 목표로 한다. 선행연구를 통해 인공해수 침지조건에 따른 부식촉진시험을 수행하였으며 다음 단계로 건습 반복조건에 따른 촉진시험을 수행하여 현재 진행 중인 장기폭로시험결과와의 비교를 위한 기초적인 자료로 활용하고자 한다.
- 또한 해양환경폭로시험장의 간만대에 노출된 시편의 장기폭로 시험결과와 비교하였다. 이를 통해 배합에 따른 부식개시시기를 밝혀내고 빠른 부식을 기대할 수 있는 부식촉진 시험방법을 찾고 장기폭로시험과 촉진 부식시험과의 상관계수를 구하는 것을 연구의 목적으로 한다.
제안 방법
- 3) 해양환경폭로시험장의 간만대에서 구한 장기폭로시험결과와 비교하여 촉진 부식시험과 장기폭로시험의 부식발생 시기에 대한 상관계수를 구하였다. 배합 별로 다소간의 차이는 있었으나 건습 반복법인 case 1의 경우 4.
- OPC 배합은 물시멘트 60%의 보통강도인 OPC60과 35%인고강도 배합 OPC35로 구분하였다. FA는 시멘트의 중량비로 20% 치환하였으며, BS는 30% 치환한 배합으로 하였다.
- 그 후 포화 Ca(OH)2 수용액을 주입한 후 대기압 상태에서 18±2 시간동안 침지하는 전처리 과정을 거쳤다. Fig. 5에 나타낸바와 같이 0.3N의 NaOH 수용액을 양극(Anode)으로, 10%의 NaCl 수용액을 음극(Cathode)으로 하여 초기 30 V 전압을 가했을 때의 초기 전류값을 기초로 하여 가압 전압 및 시험시간을 결정하였다. 염화물 침투깊이는 Fig.
- 실험에 사용된 배합은 Table 4와 같다. OPC 배합은 물시멘트 60%의 보통강도인 OPC60과 35%인고강도 배합 OPC35로 구분하였다. FA는 시멘트의 중량비로 20% 치환하였으며, BS는 30% 치환한 배합으로 하였다.
- 부식속도의 온도 영향성을 검증한 선행연구결과(Park and Jeong, 2014)에 따라 부식촉진을 위해 해수 중의 온도는 60℃를 적용시켰다. case 1은 Fig. 1과 같이 해수의 일방향 침투를 유도하였으며, 습윤 기간 3일 건조 기간 4일을 1사이클로 시험을 실시하였다. 습윤 기간 동안 인공 해수에 침지시켜 온도 60℃를 유지하였으며, 건조 기간 동안 항온 항습기를 이용하여 20℃, 습도 60%를 유지하였다.
- 건습 반복법에 의한 철근 부식촉진시험을 통하여 콘크리트 배합별철근 부식시기와 빠른부식을 유도할 수 있는 시험방법 알아보기 위해 철근 부식모니터링을 실시하고 그 결과를 장기 폭로시험 결과와 비교한 연구를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 따라서 본 연구에서는 –700 mV 이하에서 자연전위 측정그래프의 기울기 급변화시점을 부식발생 시점으로 판단하였다.
- 본 연구에서는 KS F 2599에 기초한 건습 반복 시험법과 ASTM G 109에 기초한 염수 ponding 시험법을 적용하여 각기 다른 4가지 배합의 콘크리트 시편에 대한 철근 촉진 부식시험을 실시하였다. 또한 해양환경폭로시험장의 간만대에 노출된 시편의 장기폭로 시험결과와 비교하였다. 이를 통해 배합에 따른 부식개시시기를 밝혀내고 빠른 부식을 기대할 수 있는 부식촉진 시험방법을 찾고 장기폭로시험과 촉진 부식시험과의 상관계수를 구하는 것을 연구의 목적으로 한다.
- 8과 같이 침지대와 간만대 및 비말대 등으로 구분되어 있으며, 각 위치마다 촉진시험과 동일한 배합의 시편을 폭로시켜 주기적으로 부식모니터링을 실시하였다. 본 연구에서는 이 중에서 건습 반복 촉진 부식시험과의 비교를 위해 간만대에 노출된 시편에 대한 장기폭로 시험결과를 활용하였다.
- 1과 같이 해수의 일방향 침투를 유도하였으며, 습윤 기간 3일 건조 기간 4일을 1사이클로 시험을 실시하였다. 습윤 기간 동안 인공 해수에 침지시켜 온도 60℃를 유지하였으며, 건조 기간 동안 항온 항습기를 이용하여 20℃, 습도 60%를 유지하였다. 인공 해수농도는 KS F 2599를 기준으로 제작하였으며, 해수의 성분표는 Table 5에 나타내었다.
- 염화물 확산계수 산정을 위한 염화물 침투시험은 NT Build 492에 기초하여 실시하였다. 시험체는 시험 전 원주형 공시체의 중앙부를 50 mm 두께로 절단하고, 콘크리트 시편 내부에 포화되어 있는 모세관수 및 층간수 등을 제거하기 위해 3시간의 진공처리를 실시하였다. 그 후 포화 Ca(OH)2 수용액을 주입한 후 대기압 상태에서 18±2 시간동안 침지하는 전처리 과정을 거쳤다.
- 3N의 NaOH 수용액을 양극(Anode)으로, 10%의 NaCl 수용액을 음극(Cathode)으로 하여 초기 30 V 전압을 가했을 때의 초기 전류값을 기초로 하여 가압 전압 및 시험시간을 결정하였다. 염화물 침투깊이는 Fig. 6에 나타낸 것과 같이 시험이 종료된 후 시험편을 쪼개어 절단면에 0.1 M의 질산은(AgNO3) 용액을 분무하였을 때 은회색으로 변색된 부위를 측정하였다. 시험결과는 공시체 5개에 대하여 측정값 중 최고값과 최소값을 제외한 공시체 3개의 평균값으로 하여 소수점 이하에서 끝맺음하였다.
- 장기폭로 시험결과도 촉진시험과 동일하게 OPC60, FA, BS, OPC35 순으로 부식이 발생했으며 시간에 따른 부식발생시의 자연전위 측정그래프에서는 촉진 부식시험에서의 경향과 유사하게 급격한 변화가 발생하는 구간이 나타났다. 이 후 시편을 쪼개어 철근 부식을 육안으로 확인하였다. 따라서 장기폭로시험에서도 촉진시험과 동일한 기준으로 부식발생시점을 결정했으며 그 결과는 Table 9와 같다.
- 4와 같다. 철근 부식모니터링은 반전지전위법으로 매일 1회씩 실시하였다. 실험의 모식도는 Fig.
- 시편에 매입되는 철근의 길이는 120 mm이며, 전선은 방수가 가능한 방수커넥터를 사용하였다. 철근 부식모니터링은 황산구리 전극(copper sulfate electrode: CSE)을 이용한 반전지전위법(half-cell potential method)으로 매일 1회씩 실시하였다. 시편의 제작과정은 Fig.
- 실험에 사용된 시편은 피복두께 10 mm의 100×100×100 mm 정사각형 몰드를 사용하여 제작하였다. 철근의 코팅 및 이물질을 제거하기 위하여 연마지를 사용하여 표면처리를 실시하였다. 시편에 매입되는 철근의 길이는 120 mm이며, 전선은 방수가 가능한 방수커넥터를 사용하였다.
대상 데이터
- 시멘트는 국내에서 제조한 보통 포틀랜드 시멘트로 H사 제품을 사용하였다. 고로슬래그 미분말(BS)은 3종을 사용하였으며, 플라이애시(FA)는 2종을 사용하였다. 이들 각각의 물리 및 화학적 성질은 Table 1, 2와 같다.
- 시멘트는 국내에서 제조한 보통 포틀랜드 시멘트로 H사 제품을 사용하였다. 고로슬래그 미분말(BS)은 3종을 사용하였으며, 플라이애시(FA)는 2종을 사용하였다.
- 철근의 코팅 및 이물질을 제거하기 위하여 연마지를 사용하여 표면처리를 실시하였다. 시편에 매입되는 철근의 길이는 120 mm이며, 전선은 방수가 가능한 방수커넥터를 사용하였다. 철근 부식모니터링은 황산구리 전극(copper sulfate electrode: CSE)을 이용한 반전지전위법(half-cell potential method)으로 매일 1회씩 실시하였다.
- 실험에 사용된 시편은 피복두께 10 mm의 100×100×100 mm 정사각형 몰드를 사용하여 제작하였다.
- 이들 각각의 물리 및 화학적 성질은 Table 1, 2와 같다. 잔골재는 충남 공주 강모래, 굵은 골재는 최대치수 20 mm의 쇄석으로 각각의 물리적 성질은 Table 3과 같다. 실험에 사용된 배합은 Table 4와 같다.
데이터처리
- 1 M의 질산은(AgNO3) 용액을 분무하였을 때 은회색으로 변색된 부위를 측정하였다. 시험결과는 공시체 5개에 대하여 측정값 중 최고값과 최소값을 제외한 공시체 3개의 평균값으로 하여 소수점 이하에서 끝맺음하였다.
- 23일에 해당한다는 의미로 파악될 수 있다. 장기시험결과 촉진시험결과 값으로 상관계수를 도출하였다. case 1의 경우상관계수가 4.
이론/모형
- 본 연구에서는 KS F 2599에 기초한 건습 반복 시험법과 ASTM G 109에 기초한 염수 ponding 시험법을 적용하여 각기 다른 4가지 배합의 콘크리트 시편에 대한 철근 촉진 부식시험을 실시하였다. 또한 해양환경폭로시험장의 간만대에 노출된 시편의 장기폭로 시험결과와 비교하였다.
- 본 연구에서는 부식촉진 시험방법으로 KS F 2599를 기반으로 한 일반적 건습 반복시험법인 case 1 및 ASTM G 109에 기초한 염수 ponding 시험법인 case 2의 두 가지의 건습 반복시험방법을 적용하였다. 부식속도의 온도 영향성을 검증한 선행연구결과(Park and Jeong, 2014)에 따라 부식촉진을 위해 해수 중의 온도는 60℃를 적용시켰다.
- 부식촉진 시험과 동일한 방법으로 6면 중 5면을 에폭시로 코팅하여 일방향 침투를 유도하였으며, 피복두께는 10 mm이다. 부식개시의 판단은 반전지전위법을 이용하였으며 일정한 간격으로 측정을 실시하였다. 안산 시화호에 있는 한국건설생활환경시험연구원의 해양폭로시험장은 Fig.
- 염화물 확산계수 산정을 위한 염화물 침투시험은 NT Build 492에 기초하여 실시하였다. 시험체는 시험 전 원주형 공시체의 중앙부를 50 mm 두께로 절단하고, 콘크리트 시편 내부에 포화되어 있는 모세관수 및 층간수 등을 제거하기 위해 3시간의 진공처리를 실시하였다.
- 습윤 기간 동안 인공 해수에 침지시켜 온도 60℃를 유지하였으며, 건조 기간 동안 항온 항습기를 이용하여 20℃, 습도 60%를 유지하였다. 인공 해수농도는 KS F 2599를 기준으로 제작하였으며, 해수의 성분표는 Table 5에 나타내었다. 실험에 사용된 시편은 피복두께 10 mm의 100×100×100 mm 정사각형 몰드를 사용하여 제작하였다.
- 철근 부식모니터링은 반전지전위법을 사용하였으며, 기준전극으로는 황산구리전극을 사용하였다. ASTM 에서는 자연 전위가 –350 mV 이하인 경우부식발생 확률을 90% 이상으로 규정하고 있으나, 선행연구결과 자연전위의 절대값보다는 자연전위의 급변화 구간이 철근 부식과의 상관성이 높다는 것을 확인하였다(Park and Jeong, 2014; Park and Lee, 2014).
성능/효과
- 1) 간만대를 모사한 건습 반복 촉진 부식시험결과 일정기간의 습윤과 건조를 반복한 case 1 보다는 시편 상부에 인공침지대를 설치하여 산소 및 염수의 공급이 계속되는 염수 ponding 시험법인 case 2에서 배합 별로 최소 24%에서 최대 36% 정도 철근의 부식을 촉진시키는 것으로 나타났다.
- 2) 배합별부식개시시기는 촉진 및 장기폭로시험 모두 OPC60, FA, BS, OPC35 순으로 일정하게 나타났다. 이는 염화물이온침투 저항성 시험으로 얻은 비정상상태 이동계수에 비례하는 결과였다.
- 9에 나타내었다. case1, 2 모두 반전지전위법으로 철근 부식모니터링을 실시한 결과 모든 시편에서 일정시간이 경과한 후 부식이 발생하였다고 판단되었다. 측정된 결과 값을 보면 비교적 안정적인 값을 보이다가 부식개시시점으로 판단되는 구간에서 비슷한 시기에 전위가 급격히 상승하는 경향을 보였으며, 부식개시시점으로 판단되는 시기에 시편을 UTM을 이용하여 쪼개어 철근의 부식을 육안으로 확인하였으며 그 결과를 Fig.
- 건습 반복 촉진 시험방법별로 철근 부식발생시기를 비교하면 산소 및 인공해수의 공급을 연속적으로 받는 case 2의 경우 모든 배합조건에서 인공해수 침윤에 따른 습윤과 건조가 일정기간 반복되는 case 1에 비해 24~36% 범위에서 철근의 부식이 촉진되는 것으로 나타났다. 철근 부식에 필요한 산소와 염수가 보다 원활하게 공급되는 시험의 특성상 당연한 결과로 판단된다.
- 염화물의 이동계수인 Dnssm이 증가할 수 록 염화물의 플럭스(flux)가 증가함으로써 철근 위치에서의 염화물 이온 농도의 농축 속도가 빨라진다. 그 결과 임계부식염화물량에 도달하는 속도가 빨라지면서 철근의 부식속도도 증가하는 것으로 판단된다.
- 이는 염화물이온침투 저항성 시험으로 얻은 비정상상태 이동계수에 비례하는 결과였다. 동일한 물/결합 재비였지만 OPC에 비하여 혼화재인 FA와 BS를 치환한 배합의 경우 철근의 부식저항성도 향상되는 것으로 나타났다.
- 11과 같다. 장기폭로 시험결과도 촉진시험과 동일하게 OPC60, FA, BS, OPC35 순으로 부식이 발생했으며 시간에 따른 부식발생시의 자연전위 측정그래프에서는 촉진 부식시험에서의 경향과 유사하게 급격한 변화가 발생하는 구간이 나타났다. 이 후 시편을 쪼개어 철근 부식을 육안으로 확인하였다.
- case1, 2 모두 반전지전위법으로 철근 부식모니터링을 실시한 결과 모든 시편에서 일정시간이 경과한 후 부식이 발생하였다고 판단되었다. 측정된 결과 값을 보면 비교적 안정적인 값을 보이다가 부식개시시점으로 판단되는 구간에서 비슷한 시기에 전위가 급격히 상승하는 경향을 보였으며, 부식개시시점으로 판단되는 시기에 시편을 UTM을 이용하여 쪼개어 철근의 부식을 육안으로 확인하였으며 그 결과를 Fig. 10에 나타내었다.
- ) 측정 실험에 따른 염화물이온 침투 저항성 평가결과는 Table 8과 같다. 침투깊이에 따라 평가된 Dnssm는 일반적으로 압축강도와 반비례하는 경향을 보이는데, 본 연구에서도 압축강도의 역순인 OPC60, FA, BS, OPC35순으로 감소하여 경향을 보였다. 이는 철근 부식모니터링에서 나타난 부식 발생순서와 일치하였다.
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