최근, 친환경 콘크리트에 대한 관심의 증가로, 플라이애시, 고로슬래그 미분말 및 실리카 퓸 등의 산업부산물을 혼입한 콘크리트의 사용이 증가되고 있다. 특히 이 같은 산업부산물은 콘크리트 내의 철근부식 저항성을 증가시키고 염화물이온 침투를 감소시키는 것으로 잘 알려져 있다. 이 실험연구의 목적은 시멘트량의 약 50%를 플라이애시로 치환한 하이볼륨 플라이애시 콘크리트(HVFAC)의 철근부식 저항성 및 임계 염화물량을 평가하는 것이다. 이를 위하여 철근 상부를 노출시킨 원주형 공시체의 철근부식 개시 시기를 추정하기 위하여 자연전위 측정에 의한 철근부식 모니터링을 수행하였다. 결론적으로, HVFAC의 철근부식 개시 시기는 플레인 콘크리트보다 1.2~1.3배 증가하여 철근부식 저항성이 우수한 것으로 나타났고, 플레인 콘크리트 및 HVFAC의 임계 염화물량은 각각 $0.80{\sim}1.20kg/m^3$, $0.89{\sim}1.60kg/m^3$으로 나타나, HVFAC가 플레인 콘크리트보다 1.1~1.3배 증가하는 것으로 나타났다.
최근, 친환경 콘크리트에 대한 관심의 증가로, 플라이애시, 고로슬래그 미분말 및 실리카 퓸 등의 산업부산물을 혼입한 콘크리트의 사용이 증가되고 있다. 특히 이 같은 산업부산물은 콘크리트 내의 철근부식 저항성을 증가시키고 염화물이온 침투를 감소시키는 것으로 잘 알려져 있다. 이 실험연구의 목적은 시멘트량의 약 50%를 플라이애시로 치환한 하이볼륨 플라이애시 콘크리트(HVFAC)의 철근부식 저항성 및 임계 염화물량을 평가하는 것이다. 이를 위하여 철근 상부를 노출시킨 원주형 공시체의 철근부식 개시 시기를 추정하기 위하여 자연전위 측정에 의한 철근부식 모니터링을 수행하였다. 결론적으로, HVFAC의 철근부식 개시 시기는 플레인 콘크리트보다 1.2~1.3배 증가하여 철근부식 저항성이 우수한 것으로 나타났고, 플레인 콘크리트 및 HVFAC의 임계 염화물량은 각각 $0.80{\sim}1.20kg/m^3$, $0.89{\sim}1.60kg/m^3$으로 나타나, HVFAC가 플레인 콘크리트보다 1.1~1.3배 증가하는 것으로 나타났다.
Recently, due to the increasing of interest about the eco-friendly concrete, it is being increased to use concretes containing by-products of industry such as fly ash, ground granulated blast furnace slag, silica fume, and etc. Especially, these are well known for improving the resistance to reinfor...
Recently, due to the increasing of interest about the eco-friendly concrete, it is being increased to use concretes containing by-products of industry such as fly ash, ground granulated blast furnace slag, silica fume, and etc. Especially, these are well known for improving the resistance to reinforcement corrosion in concrete and decreasing chloride ion penetration. The purpose of this experimental research is to evaluate the resistance to corrosion of reinforcement and critical chloride content of high volume fly ash concrete(HVFAC) which is replaced with fly ash for approximately 50% cement content. For this purpose, corrosion monitoring of reinforcement by half cell potential method was carried out for the cylindrical test specimens that the upper of reinforcement in concrete was exposed to detect the time of corrosion initiation for reinforcement. It was observed from the test result that the the time of corrosion initiation for reinforcement of HVFAC by the accelerated corrosion tests increased 1.2~1.3 times than plain concrete and the critical chloride contents of plain concrete and HVFAC were found to range $0.80{\sim}1.20kg/m^3$, $0.89{\sim}1.60kg/m^3$, respectively.
Recently, due to the increasing of interest about the eco-friendly concrete, it is being increased to use concretes containing by-products of industry such as fly ash, ground granulated blast furnace slag, silica fume, and etc. Especially, these are well known for improving the resistance to reinforcement corrosion in concrete and decreasing chloride ion penetration. The purpose of this experimental research is to evaluate the resistance to corrosion of reinforcement and critical chloride content of high volume fly ash concrete(HVFAC) which is replaced with fly ash for approximately 50% cement content. For this purpose, corrosion monitoring of reinforcement by half cell potential method was carried out for the cylindrical test specimens that the upper of reinforcement in concrete was exposed to detect the time of corrosion initiation for reinforcement. It was observed from the test result that the the time of corrosion initiation for reinforcement of HVFAC by the accelerated corrosion tests increased 1.2~1.3 times than plain concrete and the critical chloride contents of plain concrete and HVFAC were found to range $0.80{\sim}1.20kg/m^3$, $0.89{\sim}1.60kg/m^3$, respectively.
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문제 정의
한편, 하이볼륨플라이애시 콘크리트(High Volume Fly Ash Concrete, 이하HVFAC)는 Malhotra(1994)에 의하여 낮은 단위수량과 시멘트 질량의 50% 이상의 플라이애시로 대체된 콘크리트로 정의되었다. 따라서, 본 연구에서는 플라이애시를 50% 이상 대량 치환한HVFAC의 실용화를 위한 일환으로 HVFAC의 염해 저항성을 평가하고자 한다. 이를 위하여 강도수준 20, 30 및 40MPa에 대해서 플레인 콘크리트 및 HVFAC를 제작한 후, 이들의 압축강도, 철근 부식 저항성 및 임계 염화물량을 평가하였다.
제안 방법
HVFAC의 철근부식 저항성은 철근 상부가 노출된 원주형(lollypop) 공시체에 대해서 전기화학적 철근부식 촉진시험을 수행하여 주기적으로 철근부식 모니터링을 수행한 후 철근부식 개시 시기에 따라 평가하였다. HVFAC의 임계 염화물량은 전기화학적 철근부식 촉진시험과 건습반복법에 의한 촉진시험을 각각 수행하여 철근부식이 시작되는 염화물량에 의하여 평가하였다
HVFAC의 철근부식 저항성 및 임계 염화물량을 평가하기 위하여 전기화학적 방법 및 건습반복법에 의한 철근부식 촉진시험을 수행하였다. 전기화학적 철근부식 촉진시험을 위하여 철근 상부를노출시킨 원주형(lollypop) 공시체를 Fig.
이를 위하여 강도수준 20, 30 및 40MPa에 대해서 플레인 콘크리트 및 HVFAC를 제작한 후, 이들의 압축강도, 철근 부식 저항성 및 임계 염화물량을 평가하였다. HVFAC의 철근부식 저항성은 철근 상부가 노출된 원주형(lollypop) 공시체에 대해서 전기화학적 철근부식 촉진시험을 수행하여 주기적으로 철근부식 모니터링을 수행한 후 철근부식 개시 시기에 따라 평가하였다. HVFAC의 임계 염화물량은 전기화학적 철근부식 촉진시험과 건습반복법에 의한 촉진시험을 각각 수행하여 철근부식이 시작되는 염화물량에 의하여 평가하였다
단기간에 플레인 콘크리트 및 HVFAC의 철근부식 저항성 및 임계 염화물량을 정량적으로 평가하기 위하여 Fig. 1과 같이 제작된 원주형 공시체를 1일 건조, 1일 수중을 1 사이클로 하는 염수환경에 Fig. 2와 같이 설치하였다. 전기화학적 부식에서 자연전위가작은 금속이 양극이 되고, 자연전위가 큰 금속이 음극이 되며, 염수는 전해질으로서 염소이온에 의한 철근부식을 일으키는 물질이므로, 전압공급장치(power source)의 양극을 철근에, 음극을 스테인리스판에 연결하여 전압(약 2.
목표 강도수준은 20, 30 및 40MPa로 설정하였고, 목표 슬럼프는 강도 수준에 따라 150±25mm,180±25mm로 설정하여 이를 기준으로 혼화제량을 첨가하였다.
압축강도를 평가하기 위해 KS F 2403(2014)에 따라 원주형 공시체(∅100×200mm)를 제작하였으며, 제작된 공시체는 성형 후 24시간 경과하여 몰드를 제거한 후 강도시험 전까지 20±3°C의 온도로 습윤양생하였다.
따라서, 본 연구에서는 플라이애시를 50% 이상 대량 치환한HVFAC의 실용화를 위한 일환으로 HVFAC의 염해 저항성을 평가하고자 한다. 이를 위하여 강도수준 20, 30 및 40MPa에 대해서 플레인 콘크리트 및 HVFAC를 제작한 후, 이들의 압축강도, 철근 부식 저항성 및 임계 염화물량을 평가하였다. HVFAC의 철근부식 저항성은 철근 상부가 노출된 원주형(lollypop) 공시체에 대해서 전기화학적 철근부식 촉진시험을 수행하여 주기적으로 철근부식 모니터링을 수행한 후 철근부식 개시 시기에 따라 평가하였다.
콘크리트 내의 철근부식이 시작되었을 때, 철근 주위의 염화물량을 측정함으로써 합리적인 임계 염화물량을 평가하기 위하여 전기화학적 철근부식 촉진시험이 진행되는 동안 각 공시체에 대해서 자연전위 측정에 대한 모니터링을 ASTM C 876-91(1999)에 따라 실시하였다. 이에 따라 철근부식이 감지되었을 때 공시체를 파괴하여 임계 염화물량을 평가하였다
일본콘크리트공학협회 규준(안)인 JCI-SC3(1991)의 건습반복법에 의한 콘크리트 내의 철근의 부식촉진 시험법에 따라 제작된 철근콘크리트 공시체에 대해서 Fig. 3과 같이 항온항습기를 이용하여 온도 65°C, 상대습도 90%의 습윤기간 3일과 온도 15°C, 상대습도 60%의 건조기간 4일을 1사이클로 하여 20사이클(140일)까지 부식촉진시험을 수행하였다(Bae et al. 2003).
전기화학적 방법 및 건습반복법에 의한 콘크리트 내의 철근부식 촉진시험에 의해 HVFAC의 철근부식 저항성 및 임계 염화물량을 평가한 결과로부터 다음과 같은 결론을 얻었다.
HVFAC의 철근부식 저항성 및 임계 염화물량을 평가하기 위하여 전기화학적 방법 및 건습반복법에 의한 철근부식 촉진시험을 수행하였다. 전기화학적 철근부식 촉진시험을 위하여 철근 상부를노출시킨 원주형(lollypop) 공시체를 Fig. 1과 같이 제작하였고, 건습반복법에 의한 철근 부식 촉진시험을 위하여 콘크리트 내에 철근을 매입하고, 철근 부식을 유발시키기 위한 염소이온량을 0.8,1.2, 1.6, 2.0 및 2.5kg/m3 각각 혼입하여 원주형 콘크리트 공시체를 제작하였다. 제작된 공시체는 성형 후 24시간 경과하여 몰드를제거한 후, 공시체의 수분 증발을 방지하기 위하여 부식촉진시험 시작 전(전자: 재령 7일, 후자: 14일)까지 비닐로 밀봉하여 약 20±3°C의 실험실에서 습윤양생을 실시하였다.
전기화학적 철근부식 촉진시험이 수행된 원주형 공시체의 임계 염화물량을 평가하기 위하여 부식 모니터링에 의하여 부식이 감지된 콘크리트 공시체를 위, 아래로 할렬하여 부식된 철근 주위의 콘크리트 상, 하 부분의 모르타르를 부위별로 약 5g씩 채취하여 분말 시료를 조제한 후 이를 0.15mm 로 쳐서 통과된 것을 염화물량 평가를 위한 시료로 준비하였다. 본 연구에서는 Fig.
제작된 공시체는 성형 후 24시간 경과하여 몰드를제거한 후, 공시체의 수분 증발을 방지하기 위하여 부식촉진시험 시작 전(전자: 재령 7일, 후자: 14일)까지 비닐로 밀봉하여 약 20±3°C의 실험실에서 습윤양생을 실시하였다.
철근부식 저항성 및 임계 염화물량 평가에 사용된 플레인 콘크리트 및 HVFAC의 압축강도를 파악하기 위하여, KS F 2405(2017)에 따라 재령 28, 91 및 182일에 압축강도 시험을 수행하였다.
콘크리트 내의 철근부식이 시작되는 시기를 정량적으로 파악하여 철근부식 저항성을 평가하기 위하여 전기화학적 법에 의한 철근부식 촉진시험을 수행하면서 자연전위 측정방법에 의한 철근부식 모니터링을 실시하였다. 자연전위는 그 값이 작을수록 철근부식 저항성이 낮은 것을 나타내는데, 즉 자연전위가 -350mV 이하이면 측정 부위에서 90% 이상이 철근이 부식될 가능성을 나타내고, -200~-350mV이면 철근부식 여부가 불확실하며, -200mV 이상이면 측정부위에서 90% 이상이 부식이 안 될 가능성을 나타낸다(ASTM C 876-91 1999).
플레인 콘크리트 및 HVFAC의 강도 수준별 압축강도, 철근부식 저항성 및 임계 염화물량을 평가하기 위하여 Table 6과 같이 콘크리트 배합실험을 수행하였다. 목표 강도수준은 20, 30 및 40MPa로 설정하였고, 목표 슬럼프는 강도 수준에 따라 150±25mm,180±25mm로 설정하여 이를 기준으로 혼화제량을 첨가하였다.
한편, 건습반복법에 의한 철근부식 촉진시험이 수행된 공시체는 건습반복 20 사이클(140일)까지 완료한 후, Fig. 5와 같이 공시 체를 위, 아래로 할렬하여 부식된 철근 주위의 모르타르 시료를 전술된 방법대로 준비하였으며, 전위차 적정법에 의하여 임계 염화물량을 평가하였다.
대상 데이터
HVFAC를 제작하기 위하여 시멘트는 시중에서 구입한 보통 포틀랜드 시멘트(H사 제품)를 사용하였고, 그 물리적 성질은 Table 1과 같다. 잔골재와 굵은 골재는 각각 경북 안동에서 생산된 낙동 강산 하천사와 부순돌을 이용하였으며, 이들의 물리적 성질은 Table 2와 같다.
잔골재와 굵은 골재는 각각 경북 안동에서 생산된 낙동 강산 하천사와 부순돌을 이용하였으며, 이들의 물리적 성질은 Table 2와 같다. HVFAC의 유동성을 조절하기 위한 화학혼화제는 고강도 및 유동화 콘크리트용으로 사용되고 있는 폴리카르본산계의 고성능 감수제(H사)와 AE제(H사)를 병용하였으며, 이들의 품질 특성은 Table 3과 같다. HVFAC를 제작하기 위하여 S산 플라이애시를 이용하였으며, 그 물성 및 화학적 조성은 Table 4와 같다.
HVFAC를 제작하기 위하여 시멘트는 시중에서 구입한 보통 포틀랜드 시멘트(H사 제품)를 사용하였고, 그 물리적 성질은 Table 1과 같다. 잔골재와 굵은 골재는 각각 경북 안동에서 생산된 낙동 강산 하천사와 부순돌을 이용하였으며, 이들의 물리적 성질은 Table 2와 같다. HVFAC의 유동성을 조절하기 위한 화학혼화제는 고강도 및 유동화 콘크리트용으로 사용되고 있는 폴리카르본산계의 고성능 감수제(H사)와 AE제(H사)를 병용하였으며, 이들의 품질 특성은 Table 3과 같다.
전기화학적 촉진시험을 수행하기 위하여 해수와 유사한 조건의 인공해수를 이용하였으며, ASTM D 1141(2000)에 따라 Table 5와같이 인공해수를 조성하였다. 철근콘크리트 공시체의 철근부식촉진시험을 수행하기 위하여 D13의 이형철근(SD 30A)을 사용하였다.
이론/모형
15mm 로 쳐서 통과된 것을 염화물량 평가를 위한 시료로 준비하였다. 본 연구에서는 Fig. 4와 같이 전위차 적정법에 의하여 ASTM C 1152(1990)에 따라 임계 염화물량을 평가하였다.
HVFAC를 제작하기 위하여 S산 플라이애시를 이용하였으며, 그 물성 및 화학적 조성은 Table 4와 같다. 전기화학적 촉진시험을 수행하기 위하여 해수와 유사한 조건의 인공해수를 이용하였으며, ASTM D 1141(2000)에 따라 Table 5와같이 인공해수를 조성하였다. 철근콘크리트 공시체의 철근부식촉진시험을 수행하기 위하여 D13의 이형철근(SD 30A)을 사용하였다.
콘크리트 내의 철근부식이 시작되었을 때, 철근 주위의 염화물량을 측정함으로써 합리적인 임계 염화물량을 평가하기 위하여 전기화학적 철근부식 촉진시험이 진행되는 동안 각 공시체에 대해서 자연전위 측정에 대한 모니터링을 ASTM C 876-91(1999)에 따라 실시하였다. 이에 따라 철근부식이 감지되었을 때 공시체를 파괴하여 임계 염화물량을 평가하였다
성능/효과
1. 전기화학적 촉진시험에 의한 철근부식 개시 시기는 강도수준에 관계없이 HVFAC가 플레인 콘크리트보다 약 1.2~1.3배 길어지므로, 전자가 후자보다 철근부식 저항성이 우수한 것으로 나타났다. 또한, 플레인 콘크리트 및 HVFAC 모두 강도수준이 높을수록 철근부식 저항성이 우수한 것으로 나타났다.
2. 플레인 콘크리트 및 HVFAC의 전기화학적 철근부식 촉진시험에 따른 철근의 임계 염화물량은 후자가 전자보다 약 1.1~1.4배,건습반복법에 의한 철근의 임계 염화물량은 후자가 전자보다 약 1.3~1.5배 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 철근 부식 촉진시험 방법에 관계없이 HVFAC의 임계 염화물량은 플레인 콘크리트보다 비교적 크게 증가하는 것으로 나타났다.
자연전위는 그 값이 작을수록 철근부식 저항성이 낮은 것을 나타내는데, 즉 자연전위가 -350mV 이하이면 측정 부위에서 90% 이상이 철근이 부식될 가능성을 나타내고, -200~-350mV이면 철근부식 여부가 불확실하며, -200mV 이상이면 측정부위에서 90% 이상이 부식이 안 될 가능성을 나타낸다(ASTM C 876-91 1999). Fig. 7은 강도수준에 따라 플레인 콘크리트 및 HVFAC의 자연전위 측정에 의한 철근부식 모니터링 결과를 나타낸 것으로, 강도수준에 관계없이 전 촉진시험 기간 동안HVFAC의 자연전위가 플레인 콘크리트보다 크므로, 전자가 후자보다 철근부식 저항성이 우수한 것으로 나타났다. Fig.
Fig. 8은 플레인및 HVFAC의 자연전위가 –350mV 이하로 되는 시점인 철근부식개시 시기를 나타낸 것으로, HVFAC가 52~88일, 플레인 콘크리트가 40~72일로, 전자가 후자보다 약 1.2~1.3배 길어지므로, 전자의 철근부식 저항성이 우수한 것으로 나타났으며, 플레인 및HVFAC 모두 강도수준이 높을수록 철근부식 개시 시기가 증가하므로 철근부식 저항성이 우수한 것으로 나타났다.
5배 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 철근 부식 촉진시험 방법에 관계없이 HVFAC의 임계 염화물량은 플레인 콘크리트보다 비교적 크게 증가하는 것으로 나타났다.
3배 길어지므로, 전자가 후자보다 철근부식 저항성이 우수한 것으로 나타났다. 또한, 플레인 콘크리트 및 HVFAC 모두 강도수준이 높을수록 철근부식 저항성이 우수한 것으로 나타났다.
6은 강도수준에 따른 플레인 콘크리트 및 HVFAC의 재령별 압축강도를 나타낸 것이다. 재령 28일의 압축강도는 강도수준에 관계없이 플레인 콘크리트와 HVFAC가 유사한 것으로 나타났으나, 재령 91일의 압축강도는 HVFAC가 플레인 콘크리트보다 약 1.1~1.2배 증가하고, 재령 182일의 압축강도는 약 1.2~1.4배 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 플레인 콘크리트에 대한 HVFAC의압축강도는 장기재령일수록 증가율이 커지는데, 이는 플라이애시의 포졸란 반응이 장기재령에서 더욱 활발해지기 때문인 것으로 판단된다.
즉, 플레인 콘크리트 및 HVFAC의 임계 염화물량은 각각 0.80∼1.20kg/m3, 1.20∼1.60kg/m3으로, HVFAC의 임계 염화물량은 플레인 콘크리트보다 약 1.3~1.5배 큰 것으로 나타났고, 플레인 콘크리트 및 HVFAC 모두 강도수준이 높을수록 임계 염화물량이 다소 증가하는 것으로 나타났다
즉, 플레인 콘크리트 및 HVFAC의 임계 염화물량은 각각 0.80~0.91kg/m3, 0.89~1.28kg/m3으로, HVFAC의 임계 염화물량은 플레인 콘크리트보다 약 1.1~1.4배 큰 것으로 나타났고, 플레인 콘크리트 및 HVFAC 모두 강도수준이 높을수록 임계 염화물량이 다소 증가하는 것으로 나타났다. 이는 플라이애시 포졸란 반응의 활성화 및 염소이온 고정화 증가 효과에 기인한 것으로 판단된다(Kwon et al.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하이볼륨플라이애시 콘크리트의 철근 부식 저항성을 어떻게 평가하였는가?
이를 위하여 강도수준 20, 30 및 40MPa에 대해서 플레인 콘크리트 및 HVFAC를 제작한 후, 이들의 압축강도, 철근 부식 저항성 및 임계 염화물량을 평가하였다. HVFAC의 철근부식 저항성은 철근 상부가 노출된 원주형(lollypop) 공시체에 대해서 전기화학적 철근부식 촉진시험을 수행하여 주기적으로 철근부식 모니터링을 수행한 후 철근부식 개시 시기에 따라 평가하였다. HVFAC의 임계 염화물량은 전기화학적 철근부식 촉진시험과 건습반복법에 의한 촉진시험을 각각 수행하여 철근부식이 시작되는 염화물량에 의하여 평가하였다
최근의 콘크리트는 무엇에 주목하고 있는가?
종래의 콘크리트는 구조적 성능을 충족시키는 것에 중점을 두었으나, 최근의 콘크리트는 환경에 대한 관심도와 문제점들이 커짐에 따라 콘크리트의 주 재료인 시멘트 생산과정 중 발생하는 물질의 환경 영향을 주목하게 되었다(Kim et al. 2014).
시멘트의 생산과정에서 어느 정도의 탄소를 배출하는가?
2014). 한편, 지구온난화의 주된 요인이 이산화탄소라고 밝혀진 가운데 콘크리트의 주원료인 시멘트의 생산과정에서 전체 탄소 배출량의 약 6.5%인 연간 4,500만톤의 CO2를 배출한다고 밝혀졌다(Jung et al. 2015).
참고문헌 (15)
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