온도조건에 따른 철근부식 촉진시험과 장기폭로시험의 상관성에 관한 연구 A Study on Correlation Between Accelerated Corrosion Test and Long-term Exposure Test According to the Temperature Condition원문보기
본 논문에서는 침지내 환경을 재현한 철근부식촉진시험과 장기폭로시험을 실시하였다. 환경조건을 변수로 시험을 실시하였으며, 반전지전위법을 통한 철근부식 모니터링을 실시하였다. 부식촉진 시험결과 시험조건 별 상관계수 도출을 할 수 있었다. 촉진시험은 온도조건에 따라 인공해수의 온도가 $20^{\circ}C$인 case 1과 $65^{\circ}C$인 case 2로 구분하여 실시하였다. 고온 조건인 case 2가 1.7~1.8배 정도 상온조건인 case 1에 비해 부식을 촉진시키는 것으로 나타났으며, 해양환경시험장에서의 장기폭로시험결과와의 비교를 통해 case 1의 경우 2.45~2.94의 상관계수를 case 2의 경우 4.37~4.99의 상관계수를 나타내었다.
본 논문에서는 침지내 환경을 재현한 철근부식촉진시험과 장기폭로시험을 실시하였다. 환경조건을 변수로 시험을 실시하였으며, 반전지전위법을 통한 철근부식 모니터링을 실시하였다. 부식촉진 시험결과 시험조건 별 상관계수 도출을 할 수 있었다. 촉진시험은 온도조건에 따라 인공해수의 온도가 $20^{\circ}C$인 case 1과 $65^{\circ}C$인 case 2로 구분하여 실시하였다. 고온 조건인 case 2가 1.7~1.8배 정도 상온조건인 case 1에 비해 부식을 촉진시키는 것으로 나타났으며, 해양환경시험장에서의 장기폭로시험결과와의 비교를 통해 case 1의 경우 2.45~2.94의 상관계수를 case 2의 경우 4.37~4.99의 상관계수를 나타내었다.
In this study, to clarify the differences rebar corrosion beginning, through the actual corrosion accelerated test in corrosion time and laboratory test chamber of the structure of the marine environment results in both environments, it is an object of correlation coefficient derived. The accelerate...
In this study, to clarify the differences rebar corrosion beginning, through the actual corrosion accelerated test in corrosion time and laboratory test chamber of the structure of the marine environment results in both environments, it is an object of correlation coefficient derived. The accelerated corrosion test was carried out by two case, I.e., one is $20^{\circ}C$ of low temperaure codition(case 1), and the other is $65^{\circ}C$ of high temperaute codition(case 2). Whether corroions occurs, it was measures using half-cell potential method. The results indicated that case 2 is to acclerate the corrosion of rebar about 1.7~1.8 times as compared with case 1, thenthe corrosion of rebar embadded in concrete occurred according to the order of OPC60, FA, BS, OPC35. Correlation coefficient between acclerated corrosion test and long-term exposure test, case 1 is 2.45 to 2.94, and case 2 is 4.37~4.99.
In this study, to clarify the differences rebar corrosion beginning, through the actual corrosion accelerated test in corrosion time and laboratory test chamber of the structure of the marine environment results in both environments, it is an object of correlation coefficient derived. The accelerated corrosion test was carried out by two case, I.e., one is $20^{\circ}C$ of low temperaure codition(case 1), and the other is $65^{\circ}C$ of high temperaute codition(case 2). Whether corroions occurs, it was measures using half-cell potential method. The results indicated that case 2 is to acclerate the corrosion of rebar about 1.7~1.8 times as compared with case 1, thenthe corrosion of rebar embadded in concrete occurred according to the order of OPC60, FA, BS, OPC35. Correlation coefficient between acclerated corrosion test and long-term exposure test, case 1 is 2.45 to 2.94, and case 2 is 4.37~4.99.
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문제 정의
그러나 아직까지 촉진부식시험이 실무에서 활발하게 적용되지 못하고 있는데 촉진시험과 실제 폭로시험과의 상관성이 아직까지 명확하게 규명되지 못했기 때문이다. 따라서 본 연구는 장기폭로시험과 부식촉진시험간의 시간에 대한 상관성을 규명하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 이루기 위해 실제 해양 환경에 콘크리트를 노출시키는 장기폭로 시험과 이에 상응하는 부식촉진 시험을 실시하였다.
제안 방법
본 실험은 침지대 환경을 재현하기 위해 온도조건을 변화시킨 인공해수에 시편을 침지시킨 후 철근의 부식여부를 모니터링 하였다. 실험에 적용한 염수는 인공해수로서 해수의 구성성분 및 농도는 KS F 2599를 기준으로 하였으며 Table 5와 같다.
특히 해수 중에서는 산소공급이 충분하지 않아 부식이 지연된다고 알려져 있었으나, 선행연구결과(Park and Jeong 2014; Park and Lee 2014) 온도에는 크게 영향을 받는 것으로 나타났으므로 이를 반영하여 시험을 실시하였다. 본 연구에서는 인공해수의 온도를 상온인 20℃와 고온인 65℃로 변화시켜 촉진 시험을 실시하였으며 이를 해양환경폭로시험장의 침지대에 장기간 노출시킨 시편의 부식모니터링 시험결과와 비교하여 그 상관성을 분석하였다.
따라서 본 연구는 장기폭로시험과 부식촉진시험간의 시간에 대한 상관성을 규명하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 이루기 위해 실제 해양 환경에 콘크리트를 노출시키는 장기폭로 시험과 이에 상응하는 부식촉진 시험을 실시하였다. 특히 해수 중에서는 산소공급이 충분하지 않아 부식이 지연된다고 알려져 있었으나, 선행연구결과(Park and Jeong 2014; Park and Lee 2014) 온도에는 크게 영향을 받는 것으로 나타났으므로 이를 반영하여 시험을 실시하였다.
철근부식모니터링은 반전지전위법(half-cell potential method)가 적용되었다. 황산구리전극(copper sulfate electrode, CSE)을 이용하였으며 부식모니터링은 매일 동일한 시간에 1회씩 실시하였다. 시편의 형태는 Fig.
대상 데이터
잔골재는 충남 공주 강모래이며, 굵은 골재는 부순골재 20mm를 사용하였다. 고로슬래그 미분말(BS)은 3종을 사용하였고, 플라이애시(FA)는 2종을 사용하였다. 이들의 물리적 성질은 Table 2, 3과 같다.
시멘트는 국내에서 제조한 보통 포틀랜드 시멘트로 H사 제품을 사용하였다. 시멘트의 물리적·화학적 성질은 Table 1에 나타내었다.
시편의 피복 두께는 부식을 최대한 촉진시키기 위해 10mm가 적용되었으며 시편의 크기는 100×100×100mm로 제작되었다. 시편에 매입된 철근의 길이는 120mm이며 육안으로 부식 발생여부를 쉽게 파악하기 위해 표면이 매끄러운 원형철근을 사용하였다. 철근부식모니터링은 반전지전위법(half-cell potential method)가 적용되었다.
시멘트의 물리적·화학적 성질은 Table 1에 나타내었다. 잔골재는 충남 공주 강모래이며, 굵은 골재는 부순골재 20mm를 사용하였다. 고로슬래그 미분말(BS)은 3종을 사용하였고, 플라이애시(FA)는 2종을 사용하였다.
이론/모형
부식촉진 시험과 동일한 방법으로 6면 중 5면을 에폭시로 코팅하여 일방향 침투를 유도하였으며, 부식을 촉진시키기 위해 피복두께는 10mm이다. 부식 모니터링은 촉진시험과 동일하게 반전지전위법을 적용하였다. 침지대의 경우 간조시에만 접근이 가능하므로 조석주기에 맞추어 일정한 간격으로 측정을 실시하였다.
본 실험은 침지대 환경을 재현하기 위해 온도조건을 변화시킨 인공해수에 시편을 침지시킨 후 철근의 부식여부를 모니터링 하였다. 실험에 적용한 염수는 인공해수로서 해수의 구성성분 및 농도는 KS F 2599를 기준으로 하였으며 Table 5와 같다. 시편의 피복 두께는 부식을 최대한 촉진시키기 위해 10mm가 적용되었으며 시편의 크기는 100×100×100mm로 제작되었다.
시편에 매입된 철근의 길이는 120mm이며 육안으로 부식 발생여부를 쉽게 파악하기 위해 표면이 매끄러운 원형철근을 사용하였다. 철근부식모니터링은 반전지전위법(half-cell potential method)가 적용되었다. 황산구리전극(copper sulfate electrode, CSE)을 이용하였으며 부식모니터링은 매일 동일한 시간에 1회씩 실시하였다.
철근부식모니터링은 반전지전위법을 사용하였으며, 이 경우 부식발생기준 설정이 중요하다. ASTM C 876(standard test method for half-cell potentials of uncoated reinforcing steel in concrete)에서는 자연전위가 –350mV 이하인 경우 부식발생 확률을 90% 이상으로 규정하고 있으나, 선행연구를 통해 자연전위의 절대값만으로는 정확한 부식발생여부를 파악하기 어렵다는 것을 확인하였다.
성능/효과
1. 침지대 환경 재현 부식촉진시험 결과 인공해수의 온도가 65℃ 인 경우가 20℃에 비해 1.7~1.8배 정도 부식을 촉진시키는 것으로 나타났으며 온도가 부식개시 시점에 크게 영향을 미친다고 판단할 수 있다.
2. 부식개시 시기는 촉진시험과 장기시험 모두 선행연구결과와 동일하게 OPC60, FA, BS, OPC35 순으로 일정하게 나타났으며 이는 압축강도의 역순이며, 이동계수의 크기순이었다.
3. 해양환경폭로시험장의 침지대에서 구한 장기폭로시험결과와 비교하여 촉진시험과 장기시험의 상관계수를 구하였으며 20℃ 상온 조건인 case 1의 경우 2.45~2.94의 범위였으며, 65℃로 고온조건이 case 2의 경우는 4.37~4.99의 범위를 나타내었다.
5에 촉진시험결과와 함께 나타내었다. 장기폭로 시험결과도 촉진시험과 동일하게 OPC60, FA, BS, OPC35 순으로 부식이 발생했으며 시간에 따른 부식발생시의 자연전위 측정그래프에서는 촉진부식시험에서의 경향과 유사하게 급격한 변화가 발생하는 구간이 나타났다. 이후 시편을 쪼개어 철근부식을 육안으로 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대표적인 열화 인자로 꼽을 수 있는 것은?
일반적으로 콘크리트에 매립된 철근은 강알칼리 조건에서 형성되는 부동태 피막으로 보호되어 부식이 발생되지 않는다. 그러나 몇몇 열화인자들은 이러한 부동태 피막을 손상시켜 철근부식을 야기시키는데 대표적인 열화 인자로 염화물을 꼽을 수 있다(Saetta et al. 1993).
장기폭로 시험은 어떤 조건 하에 진행되었는가?
4와 같은 100×100×400mm3를 사용하였다. 부식촉진 시험과 동일한 방법으로 6면 중 5면을 에폭시로 코팅하여 일방향 침투를 유도하였으며, 부식을 촉진시키기 위해 피복두께는 10mm이다. 부식 모니터링은 촉진시험과 동일하게 반전지전위법을 적용하였다.
열화는 어떤 것과 연관성을 지니는가?
철근 콘크리트 구조물의 내구성을 저하시키는 열화는 주로 매립된 철근의 부식과 밀접한 연관성을 지닌다(Gowers and Millard 1999). 일반적으로 콘크리트에 매립된 철근은 강알칼리 조건에서 형성되는 부동태 피막으로 보호되어 부식이 발생되지 않는다.
참고문헌 (11)
ASTM C 876-91. (1999). Standard Test Method for Half-cell Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete.
ASTM G 109. (2007). Standard Test Method for Determining the Effects of Chemical Admixtures on Corrosion of Embedded Steel Reinforcement in Concrete Exposed to Chloride Environments.
Bae, S.H., Lee, K.M., Kim, J.S., Kim, Y.S. (2007). Estimation of critical chloride content for corrosion of reinforcing steel in concrete by accelerated corrosion tests, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 27(5), 771-776 [in Korean].
DuraCrete (2000). Final Technical Report General Guidelines for Durability Design and Redesign, The European Union- Brite DuRam III, Document BE95-1347/R17.
Gower, K.R., Millard, S.G. (1999). Measurement of concrete resistevity for assessment of corrosion severity of steel using wenner technique, ACI Materials Journal, 96(5), 536-541.
KS F 2599-2. (2008). Standard Test Method for the Accelerated Corrosion of Reinforced Concrete(Wet-drying Cycles Method), Korean Industrial Standards [in Korean].
KS F 2713. (2012). Analysis Test Methods Chloride of Concrete and Concrete Material, Korean Industrial Standards [in Korean].
Oh, B.H., Lee, S.K., Lee, M.K., Jung, S.H. (2005). Influence of carbonation for chloride diffusion in concrete, Journal of the Korean Concrete Institute, 17(2), 179-189 [in Korean].
Park, S.S., Jeong, J.W. (2014). A study of accelerated corrosion test and chloride penetration analysis with artificial seawater immersion condition, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 18(1), 93-99 [in Korean].
Park, S.S., Lee, M.W. (2014). Study on the correlation between long-term exposure tests and accelerated corrosion tests by the combined damage of salts, Corrosion Science and Technology, 13(6), 214-223 [in Korean].
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