HCP 측정법은 철근부식을 판단하는 비파괴 시험으로 현장에서 효과적으로 사용되고 있다. 본 연구는 실내실험을 통하여 촉진부식실험을 수행하고 건조 상태에서 측정된 HCP 측정값과 부식량의 상관성을 분석하는 연구이다. 이를 위해 4가지 피복두께와 3가지 물-시멘트비를 가진 시멘트 모르타르 시편을 제조하여 6시간, 18시간, 42시간동안 20V의 전압을 가하여 ICM에 의한 촉진실험을 수행하였다. 분석결과 피복두께의 감소, 물-시멘트비의 증가, 촉진부식시간의 증가에 따라 부식량이 증가하였으며, 측정된 HCP 값과는 선형적인 관계를 나타내었다. HCP를 사용하여 부식량을 평가하기 위해서는 전체 부식량을 비교하는 것보다, 일정수준의 HCP 값을 선정하고 이에 따라 부식량을 평가하는 것이 높은 결정계수를 얻는 합리적인 방법으로 평가되었다.
HCP 측정법은 철근부식을 판단하는 비파괴 시험으로 현장에서 효과적으로 사용되고 있다. 본 연구는 실내실험을 통하여 촉진부식실험을 수행하고 건조 상태에서 측정된 HCP 측정값과 부식량의 상관성을 분석하는 연구이다. 이를 위해 4가지 피복두께와 3가지 물-시멘트비를 가진 시멘트 모르타르 시편을 제조하여 6시간, 18시간, 42시간동안 20V의 전압을 가하여 ICM에 의한 촉진실험을 수행하였다. 분석결과 피복두께의 감소, 물-시멘트비의 증가, 촉진부식시간의 증가에 따라 부식량이 증가하였으며, 측정된 HCP 값과는 선형적인 관계를 나타내었다. HCP를 사용하여 부식량을 평가하기 위해서는 전체 부식량을 비교하는 것보다, 일정수준의 HCP 값을 선정하고 이에 따라 부식량을 평가하는 것이 높은 결정계수를 얻는 합리적인 방법으로 평가되었다.
HCP(Half Cell Potential) method has been widely used since it is recognized as a efficient NDT(Non Destructive Technique) for corrosion detection. This work is for an evaluation of relation between corrosion amount and measured HCP in dried condition through ICM(Impressed Current Method) for acceler...
HCP(Half Cell Potential) method has been widely used since it is recognized as a efficient NDT(Non Destructive Technique) for corrosion detection. This work is for an evaluation of relation between corrosion amount and measured HCP in dried condition through ICM(Impressed Current Method) for accelerating corrosion. For the work, cement mortar specimens with three w/c ratios and four cover depths are prepared, and corrosion test based on ICM is performed for 6 hours, 18 hour, and 42 hours with constant 20V of electrical charge, respectively. From the test, corrosion amount increases with reduced cover depth, increasing w/c ratio, and extended corrosion period, where corrosion amount is evaluated to linearly increases with measured HCP in dried condition. In order to evaluate corrosion amount through measured HCP, the measured HCP level is firstly determined and then corrosion amount is to be compared with measured HCP, which is evaluated to be more reasonable with higher C.O.V.
HCP(Half Cell Potential) method has been widely used since it is recognized as a efficient NDT(Non Destructive Technique) for corrosion detection. This work is for an evaluation of relation between corrosion amount and measured HCP in dried condition through ICM(Impressed Current Method) for accelerating corrosion. For the work, cement mortar specimens with three w/c ratios and four cover depths are prepared, and corrosion test based on ICM is performed for 6 hours, 18 hour, and 42 hours with constant 20V of electrical charge, respectively. From the test, corrosion amount increases with reduced cover depth, increasing w/c ratio, and extended corrosion period, where corrosion amount is evaluated to linearly increases with measured HCP in dried condition. In order to evaluate corrosion amount through measured HCP, the measured HCP level is firstly determined and then corrosion amount is to be compared with measured HCP, which is evaluated to be more reasonable with higher C.O.V.
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제안 방법
HCP 측정용 몰드를 제작하기 위해 w/c를 0.35, 0.55, 0.70으로 고려하였으며, 피복두께는 20mm, 30mm, 40mm, 50mm의 4가지 경우를 고려하였다. 철근은 5.
본 연구에서는 건조 상태를 기준으로 3가지 수준의 물-시멘트비, 4가지 수준의 피복두께, 그리고 3가지 수준의 촉진부식시간을 고려하여 부식량과 HCP의 변화를 분석하였다. 본 연구를 통하여 도출된 결론은 다음과 같다.
70), 촉진 기간의 3수준(6hr, 18hr, 42hr), 그리고 피복두께의 4수준(20mm, 30mm, 40mm, 50mm)의 부식량과 HCP의 평균값에 대한 상관성을 도출하기에는 많은 제한이 따른다. 본 연구에서는 건조 상태에서 실제 구조물의 HCP를 측정할 경우, 3개의 수준으로 구분하여 다중회귀분석을 수행하였다.
이후 ICM(Impressed Current Method)를 적용하여 부식을 촉진시켰으며, 부식량의 변화를 유도하기 위해 3가지 수준의 부식촉진기간을 고려하였다. 서로 다른 부식량, 피복두께, w/c를 가진 시멘트 모르타르를 대상으로 건조 상태에서 HCP를 측정하였으며, HCP 및 부식량 자료를 구축하여 철근 부식량과 HCP의 상관성을 분석하였다. 수중 구조물과 같이 포화상태일 경우 부식량의 증가로 결과가 더 명확할 수 있으나, 현장에서의 HCP의 측정이 어려우므로 본 연구에서는 건조 상태의 시편을 대상으로 측정을 수행하였다.
시편의 제원은 75mm×75mm×200mm로 설정하였으며, 부식이 야기되는 피복두께는 10mm 간격으로 20mm~50mm 로 조절하였다.
침지된 면에서는 구리판을 -극으로 사용하고 매립된 철근을 +극으로 사용하면 전압의 인가에 따라 염화물 이온(Cl-)이 철근으로 이동하게 된다. 이때 철근은 직접 해수에 닿지 않도록 주의해야 하며, 10mm를 침지하여 모세관 현상으로 해수가 철근위치까지 침지되도록 하였다. Fig.
70의 w/c(water to cement) 비를 고려하여 시편을 제조하였다. 이후 ICM(Impressed Current Method)를 적용하여 부식을 촉진시켰으며, 부식량의 변화를 유도하기 위해 3가지 수준의 부식촉진기간을 고려하였다. 서로 다른 부식량, 피복두께, w/c를 가진 시멘트 모르타르를 대상으로 건조 상태에서 HCP를 측정하였으며, HCP 및 부식량 자료를 구축하여 철근 부식량과 HCP의 상관성을 분석하였다.
즉 6시간 촉진 수준인 203mV~485mV 범위일 경우, 18시간 촉진수준인 245mV~556m인 경우, 그리고 42시간 촉진수준인 348~576mV 수준인 경우로 분류하여 다중회귀분석을 수행하였다. 3개 수준에 대한 다중회귀분석 결과는 Fig.
직류 전압기를 사용하여 20V의 전압을 유도하였으며, 서로 다른 부식량을 야기하기 위해 6시간, 18시간, 42시간 동안 부식을 촉진시켰다. 촉진 부식 전후 이후 24시간 동안 실험실 조건에서 건조시켰으며, 표면을 정리한 이후 HCP를 측정하였다.
직류 전압기를 사용하여 20V의 전압을 유도하였으며, 서로 다른 부식량을 야기하기 위해 6시간, 18시간, 42시간 동안 부식을 촉진시켰다. 촉진 부식 전후 이후 24시간 동안 실험실 조건에서 건조시켰으며, 표면을 정리한 이후 HCP를 측정하였다. Fig.
대상 데이터
본 연구에서는 5.0mm 철선을 시멘트 모르타르 시편에 삽입하였으며 20~50mm의 피복두께와 0.35~0.70의 w/c(water to cement) 비를 고려하여 시편을 제조하였다. 이후 ICM(Impressed Current Method)를 적용하여 부식을 촉진시켰으며, 부식량의 변화를 유도하기 위해 3가지 수준의 부식촉진기간을 고려하였다.
서로 다른 부식량, 피복두께, w/c를 가진 시멘트 모르타르를 대상으로 건조 상태에서 HCP를 측정하였으며, HCP 및 부식량 자료를 구축하여 철근 부식량과 HCP의 상관성을 분석하였다. 수중 구조물과 같이 포화상태일 경우 부식량의 증가로 결과가 더 명확할 수 있으나, 현장에서의 HCP의 측정이 어려우므로 본 연구에서는 건조 상태의 시편을 대상으로 측정을 수행하였다.
70으로 고려하였으며, 피복두께는 20mm, 30mm, 40mm, 50mm의 4가지 경우를 고려하였다. 철근은 5.0mm의 강선을 사용하였으며, 일반 시멘트와 잔골재를 1:3 비율로 혼입하여 시멘트 모르타르 시편을 제조하였다. 시편의 제원은 75mm×75mm×200mm로 설정하였으며, 부식이 야기되는 피복두께는 10mm 간격으로 20mm~50mm 로 조절하였다.
이론/모형
본 연구에서는 HCP(HCP: Half Cell Potential) 측정법을 사용하였는데, 분극저항법과 같은 정량적인 방법은 아니다. 그러나 우수한 현장적용성과 명확한 부식발생확률 기준을 가지고 있으므로 각국의 시험규격에 명시되어 있으며, 다양하게 적용되고 있다(Song et al.
성능/효과
1. 촉진 시간이 6시간, 18시간, 42시간으로 증가할 때, 부식량은 각각 0.63~1.63g, 1.6~4.18g, 3.22~8.19g 수준으로 부식량이 증가하였다. 6시간, 18시간, 42시간 촉진 시험시 HCP 측정값은 각각 335mV, 452mV로, 496mV로 평가되었으며, 결정계수는 0.
2. 측정된 HCP를 세 가지 범위로 분류하여 다중회귀분석을 수행한 결과, 0.86이상의 높은 결정계수가 도출되었으며, 모두 부식량과 HCP는 선형적인 관계를 도출되었다. 측정 HCP를 분류하지 않은 경우는 비선형적인 철근 부식량과 HCP의 값이 도출되었으며, 0.
3. 피복두께가 작고 물-시멘트비가 높을수록 부식량과 측정된 HCP값은 크게 평가되었다. 이는 같은 전압이 인가된 조건이더라도 피복두께가 높고 낮은 w/c를 가진 밀실한 구조의 모르타르에서는 상대습도와 염화물 확산이 낮게 평가되기 때문이다.
4. 본 연구에서 제안된 결과는 표면 건조 상태인 경우, 철근의 지름이 작고 피복두께가 50mm 이하의 낮은 경우만에 유효하다. 제안된 상관성의 확장을 위해서는 다양한 철근 지름과 물성을 가진 콘크리트를 대상으로 추가적인 실험이 필요하다.
19g 수준으로 부식량이 증가하였다. 6시간, 18시간, 42시간 촉진 시험시 HCP 측정값은 각각 335mV, 452mV로, 496mV로 평가되었으며, 결정계수는 0.861, 0.901, 0.887로 높은 선형 상관성이 분석되었다. 이는 표면에 균열이 발생한 경우라도 상관없이 일정한 선형관계를 나타내었다.
높은 물-시멘트비, 낮은 피복두께, 높은 ICM 인가기간에 따라서 증가하는 HCP 값이 평가되었다. 물시멘트비가 높고 피복두께가 낮은 경우, 염화물 이온의 확산량이 많아지고 내부에 포화된 수분이 많게 된다.
6시간 촉진 시 평균 HCP 측정값은 335mV로, 측정범위는 203mV~485mV 수준으로 평가되었다. 또한 촉진시간인 18시간으로 증가할 경우, 평균 HCP는 452mV로, 최소값 및 최대값은 245mV 및 556mV로 평가되었다. 이러한 경향은 42시간 촉진시간의 증가에도 비슷하게 평가되었는데, 평균 전위는 496mV로, 범위는 348~576mV 수준으로 평가되었다.
Table 1에서는 각 시편의 부식 평균값을 나타내고 있다. 부식기간이 증가할수록 부식량은 증가하였으며, 피복두께가 작을수록, 물-시멘트비가 높을수록 부식량은 크게 평가되었다.
86이상의 높은 결정계수가 도출되었으며, 모두 부식량과 HCP는 선형적인 관계를 도출되었다. 측정 HCP를 분류하지 않은 경우는 비선형적인 철근 부식량과 HCP의 값이 도출되었으며, 0.55의 낮은 결정계수가 도출되었다.
후속연구
본 연구에서 제안된 결과는 표면 건조 상태인 경우, 철근의 지름이 작고 피복두께가 50mm 이하의 낮은 경우만에 유효하다. 제안된 상관성의 확장을 위해서는 다양한 철근 지름과 물성을 가진 콘크리트를 대상으로 추가적인 실험이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
염화물 이온은 콘크리트 내부에서 어떻게 분리되는가?
철근 콘크리트 구조물은 내구적이고 경제적인 건설재료지만, 염해 환경에서는 부식이 발생하기 쉬우며, 부식된 철근은 구조물의 안전성에 치명적인 영향을 주게 된다(Broomfield 1997; RILEM 1994). 외부로부터 유입되는 염화물 이온은 콘크리트 내부에서 고정 염화물과 자유 염화물로 분리되며, 공극수에 용해된 자유염화 물은 철근의 부동태 피막을 직접적으로 파괴하므로 염해에 대한 피해는 증가하고 있는 실정이다(Kwon et al. 2009).
전기저항측정법은 무엇인가?
전기저항측정법(RM: Resistivity Method)는 콘크리트의 비저항을 측정하는 방법이며, 단순히 콘크리트 모재의 저항을 측정하는 정성적인 방법이지만 사용이 간편하므로 현장에서 많이 사용된다. 그러나 노출환경에 따라 매우 민감하게 결과가 변하므로 부식량이 아닌 부식 환경에 대한 평가로 고려하는 것이 바람직하다(Alonso et al.
분극저항측정법의 정확도를 높이기 위해 사용한 방법은?
분극저항측정법(LP: Linear Polarization Method)은 전류와 부식이 발생한 부분의 전위가 선형적인 관계를 유지한다는 가정을 기반으로 부식전류밀도(current density)를 평가한다. 이는 가장 정량적으로 부식이 진행되는 상태를 평가할 수 있는 방법으로 알려져 있으며, 최근 들어 정확도를 높이기 위해 가아드링을 이용한 방법이 고안되기도 하였다(So 2006; Liu and Weyers 1998; Elsener 2005).
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