[국내논문]1년 양생된 고강도 원전 콘크리트의 염화물 확산에 대한 균열 및 시간효과 Crack and Time Effect on Chloride Diffusion Coefficient in Nuclear Power Plant Concrete with 1 Year Curing Period원문보기
원전콘크리트는 두꺼운 벽체를 가진 매스콘크리트 구조이며 시공초기에 건조수축 및 수화열에 따른 균열이 발생하기 쉽다. 또한 냉각수를 항상 필요로 하므로 해안가에 위치하는데, 균열이 발생한 콘크리트에서는 염화물 이온의 유입으로 인해 철근 부식이 빠르게 발생한다. 본 연구에서는 6000 psi 급 고강도 원전콘크리트 배합을 이용하여 재령 및 균열에 따른 확산계수의 변화를 분석하였다. 이를 위해 재령 56일, 180일, 365일 동안 양생된 콘크리트에 균열폭을 0.0~1.4 mm까지 유도하였으며 정상상태의 촉진 확산실험을 수행하였다. 균열폭의 증가에 따라 확산계수는 최대 2.7~3.1배로 증가하였으며, 재령의 증가에 따른 확산계수의 저감성이 크게 평가되었다. 또한 180일 동안 비말대에 노출된 균열부 콘크리트에 대하여 겉보기 확산계수 및 표면염화물량을 평가하였으며, 촉진 실험결과와 비교를 수행하였다.
원전콘크리트는 두꺼운 벽체를 가진 매스콘크리트 구조이며 시공초기에 건조수축 및 수화열에 따른 균열이 발생하기 쉽다. 또한 냉각수를 항상 필요로 하므로 해안가에 위치하는데, 균열이 발생한 콘크리트에서는 염화물 이온의 유입으로 인해 철근 부식이 빠르게 발생한다. 본 연구에서는 6000 psi 급 고강도 원전콘크리트 배합을 이용하여 재령 및 균열에 따른 확산계수의 변화를 분석하였다. 이를 위해 재령 56일, 180일, 365일 동안 양생된 콘크리트에 균열폭을 0.0~1.4 mm까지 유도하였으며 정상상태의 촉진 확산실험을 수행하였다. 균열폭의 증가에 따라 확산계수는 최대 2.7~3.1배로 증가하였으며, 재령의 증가에 따른 확산계수의 저감성이 크게 평가되었다. 또한 180일 동안 비말대에 노출된 균열부 콘크리트에 대하여 겉보기 확산계수 및 표면염화물량을 평가하였으며, 촉진 실험결과와 비교를 수행하였다.
Concrete structure for nuclear power plant is mass concrete structure with large wall depth and easily permits cracking in early age due to hydration heat and drying shrinkage. It always needs cooling water so that usually located near to sea shore. The crack on concrete surface permits rapid chlori...
Concrete structure for nuclear power plant is mass concrete structure with large wall depth and easily permits cracking in early age due to hydration heat and drying shrinkage. It always needs cooling water so that usually located near to sea shore. The crack on concrete surface permits rapid chloride intrusion and also causes more rapid corrosion in the steel. In the study, the effect of age and crack width on chloride diffusion is evaluated for the concrete for nuclear power plant with 6000 psi strength. For the work, various crack widths with 0.0~1.4 mm are induced and accelerated diffusion test is performed for concrete with 56 days, 180days, and 365 days. With increasing crack width over 1.0mm, diffusion coefficient is enlarged to 2.7~3.1 times and significant reduction of diffusion is evaluated due to age effect. Furthermore, apparent diffusion coefficient and surface chloride content are evaluated for the concrete with various crack width exposed to atmospheric zone with salt spraying at the age of 180 days. The results are also analyzed with those from accelerated diffusion test.
Concrete structure for nuclear power plant is mass concrete structure with large wall depth and easily permits cracking in early age due to hydration heat and drying shrinkage. It always needs cooling water so that usually located near to sea shore. The crack on concrete surface permits rapid chloride intrusion and also causes more rapid corrosion in the steel. In the study, the effect of age and crack width on chloride diffusion is evaluated for the concrete for nuclear power plant with 6000 psi strength. For the work, various crack widths with 0.0~1.4 mm are induced and accelerated diffusion test is performed for concrete with 56 days, 180days, and 365 days. With increasing crack width over 1.0mm, diffusion coefficient is enlarged to 2.7~3.1 times and significant reduction of diffusion is evaluated due to age effect. Furthermore, apparent diffusion coefficient and surface chloride content are evaluated for the concrete with various crack width exposed to atmospheric zone with salt spraying at the age of 180 days. The results are also analyzed with those from accelerated diffusion test.
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문제 정의
본 절에서는 재령 및 균열효과를 하나의 식으로 도출하기 위한 정량화 작업을 수행하도록 한다. 하나의 재령에 대하여 균열폭에 따른 확산계수의 변화는 비선형으로 증가하므로 지수함수로 각각의 함수를 회귀분석 하며, 다음과 같은 절차를 가지도록 한다.
본 절에서는 재령에 따른 균열부 콘크리트의 확산계수 변화를 나타내었다. Fig.
가설 설정
A에 대해서는 명확한 선형회귀분석 결과가 도출되었으나, E에 대해서는 재령이 56일에서 365일로 증가함에도 큰 차이를 보이지 않았으므로 E는 0.8366으로 동일하게 가정하였다.
제안 방법
동일한 원전 배합 콘크리트에 균열을 유도한 뒤, 해안가 비말대에 균열면을 노출시켜180일 후 전 염화물 및 자유염화물의 확산성을 분석하였다. 콘크리트 미분쇄 시료를 대상으로 AASHTO T 260에 따라 질산은 용액을 이용한 전위차 적정법으로 산 가용성 염소이온량을 측정한다.
이를 위해 콘크리트를 재령 56일, 180일, 1년까지 양생하였으며, 시간에 따른 확산 저감성 및 균열 폭의 변화에 따른 확산특성을 같이 평가하도록 한다. 또한 촉진 실험이외에 동일 배합을 가지는 균열부 콘크리트를 비말대에 노출시켰으며, 180일 재령의 겉보기 확산계수를 균열 폭과 함께 분석하였다.
본 연구에서는 6000 psi 급 원전 콘크리트에 대하여 56일, 180일, 1년의 양생기간에 따른 정상상태 영동실험을 수행하고 균열 및 재령이 확산성에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 6000 psi급 고강도 원전 콘크리트에 균열을 인가하여 정상상태에서의 염화물 확산계수 시험을 수행하였다. 이를 위해 콘크리트를 재령 56일, 180일, 1년까지 양생하였으며, 시간에 따른 확산 저감성 및 균열 폭의 변화에 따른 확산특성을 같이 평가하도록 한다.
ASTM C 1202에서 규정된 장치와 실험방법을 적용하여 균열을 가진 디스크 콘크리트 시편(D:100 mm, H:100 mm)을 준비하였다. 시편의 측면은 에폭시로 코팅하여 1방향 염화물 유입을 유도하였으며, 시편의 양쪽에 확산셀을 장착하였다. Andrade 방법에 따라 양극부(anode)에는 0.
압축강도 시험은 시편을 20°C 온도에서 수중양생을 하였으며, 56일, 180일, 365일 기간을 양생조에 존치한 뒤, KS F 2405 규정에 의거하여 시험을 수행하였다.
본 연구에서는 6000 psi급 고강도 원전 콘크리트에 균열을 인가하여 정상상태에서의 염화물 확산계수 시험을 수행하였다. 이를 위해 콘크리트를 재령 56일, 180일, 1년까지 양생하였으며, 시간에 따른 확산 저감성 및 균열 폭의 변화에 따른 확산특성을 같이 평가하도록 한다. 또한 촉진 실험이외에 동일 배합을 가지는 균열부 콘크리트를 비말대에 노출시켰으며, 180일 재령의 겉보기 확산계수를 균열 폭과 함께 분석하였다.
콘크리트 표면에 균열게이지를 균열의 진전 방향과 수직을 이루도록 부착하였다. 이후 하중의 증가에 따른 균열 폭을 측정한 뒤 제하(Unloading)을 하였다. 정확한 균열 폭을 도출할 수 없으므로 0.
이후 하중의 증가에 따른 균열 폭을 측정한 뒤 제하(Unloading)을 하였다. 정확한 균열 폭을 도출할 수 없으므로 0.1 mm 단위로 그룹핑하기 위해 다양한 균열을 유도하였다. 하중 인가 시에는 균열 폭이 증가하며, 제하시 균열 폭은 감소하게 되는데, 최종적으로 제하이후의 균열 폭을 최종 균열 폭으로 산정하였다.
계획된 양생기간 이후 염화물 확산시험을 하기 전에 시편에 균열을 유도하였다. 콘크리트 표면에 균열게이지를 균열의 진전 방향과 수직을 이루도록 부착하였다. 이후 하중의 증가에 따른 균열 폭을 측정한 뒤 제하(Unloading)을 하였다.
1 mm 단위로 그룹핑하기 위해 다양한 균열을 유도하였다. 하중 인가 시에는 균열 폭이 증가하며, 제하시 균열 폭은 감소하게 되는데, 최종적으로 제하이후의 균열 폭을 최종 균열 폭으로 산정하였다. Table 4에서는 균열 인가 사진을 나타내었으며, 지름 100 mm, 높이 200 mm인 실린더 시편을 100 mm 높이로 커팅하여 시편에 균열을 유도하였다.
대상 데이터
ASTM C 1202에서 규정된 장치와 실험방법을 적용하여 균열을 가진 디스크 콘크리트 시편(D:100 mm, H:100 mm)을 준비하였다. 시편의 측면은 에폭시로 코팅하여 1방향 염화물 유입을 유도하였으며, 시편의 양쪽에 확산셀을 장착하였다.
데이터처리
c) 각 기준 값에 대하여 지수함수식을 회귀분석할 때, 56일 재령에 대해서는 1의 절편을 가져야 하고 180일 및 365일 재령에 대해서는 56일 결과를 기준으로 한 감소비를 절편으로 가지도록 회귀분석.
균열 폭이 증가할수록 확산계수는 비선형적인 지수함수 형태로 증가하지만 균열 폭 및 재령효과를 비교하기 위하여 Fig. 3에서는 선형 회귀분석을 수행하였다. 식(7)∼식(9)에서는 각 재령에 따른 균열부 콘크리트의 확산증가에 대한 회귀분석 결과를 나타내었다.
이론/모형
시편의 측면은 에폭시로 코팅하여 1방향 염화물 유입을 유도하였으며, 시편의 양쪽에 확산셀을 장착하였다. Andrade 방법에 따라 양극부(anode)에는 0.1M NaOH 용액을, 음극부(cathode)에는 0.1M NaOH가 포함된 0.5M의 NaCl 용액을 각각 채우고 30V의 전압을 소정의 시간동안 인가하였다. 염화물 침투 확산이 정상 상태에 도달할 때까지 전류계를 통해 일정한 간격으로 통과 전류를 측정하였으며, 측정된 전류는 식(5)를 이용하여 정상상태의 촉진확산계수를 도출하였다(Andrade, 1993).
동일한 원전 배합 콘크리트에 균열을 유도한 뒤, 해안가 비말대에 균열면을 노출시켜180일 후 전 염화물 및 자유염화물의 확산성을 분석하였다. 콘크리트 미분쇄 시료를 대상으로 AASHTO T 260에 따라 질산은 용액을 이용한 전위차 적정법으로 산 가용성 염소이온량을 측정한다. 이 방법은 기지의 질산은(AgNO3) 표준용액을 소량씩 첨가하면서 이때 선택성이온전극의 전위를 기록하고 당량점으로부터 식(6)과 같이 시료의 염소이온 농도를 계산한다.
성능/효과
1) 재령 56일 건전부 콘크리트서의 확산계수는 3.84×10-12m2/sec로 평가되었는데, 균열 폭 0.4 mm∼0.5 mm에서는 2.7배 수준으로 증가하였고, 1.0 mm에서는 3배 수준으로 증가하였다.
180일 경과 시 겉보기 확산계수는 0.0∼0.1 mm 균열 폭에서 2.2×10-12 m2/sec 수준의 확산계수를 나타냈으나, 0.4 mm에서는 125% 수준으로 증가하였으며, 1.0 mm 균열 폭에서는 223%로 증가하였다.
0 mm에서는 3배 수준으로 증가하였다. 180일 재령에서는 균열 폭 0.4 mm일 때, 1.3배의 증가를, 1.0 mm일 때, 2.9배 수준으로 증가하였으며, 365일 재령에서는 최대 2.7배 정도로 증가함을 알 수 있다.
2) 균열 폭 및 재령에 따른 확산계수의 정량화를 위하여, 건전부의 확산계수 저하는 재령의 함수로, 균열 폭에 따른 확산계수 증가는 균열 폭의 지수 함수로 구현하였다. 재령에 따른 건전 부의 확산저감성은 1년 경과 시 21.
3) 180일 동안 비말대에 노출된 균열부 콘크리트의 겉보기 확산 계수는 0.0∼0.1 mm 균열 폭에서 2.2×10-12 m2/sec 수준으로 평가되었다.
2×10-12 m2/sec 수준으로 평가되었다. 균열 폭이 0.4 mm로 증가할 때, 확산계수는 125% 수준으로 증가하였으며, 1.0 mm 균열 폭에서는 223%로 증가하였다. 또한 표면염화물량은 노출기간이 짧으며 비말대이므로 0.
5배 수준의 증가를 나타내는데, 재령의 증가로 인해 균열부 확산계수의 증가폭이 감소하였기 때문이다. 또한 기존의 균열을 가진 보통강도의 콘크리트에서의 정상상태 확산성은 균열폭에 비선형적으로 증가하는데, 고강도 원전 콘크리트의 경우 선형에 가까운 결과가 도출되었다.
또한 표면염화물량은 노출기간이 짧으며 비말대이므로 0.18∼0.2 kg/m3으로 매우 낮게 평가되었고, 균열 폭에 따른 표면염화물량의 변화는 거의 없었다.
재령 56일 건전부 콘크리트서의 확산계수는 3.84×10-12 m2/sec로 평가되었는데, 균열 폭의 증가에 따라 확산계수는 증가하였다.
2) 균열 폭 및 재령에 따른 확산계수의 정량화를 위하여, 건전부의 확산계수 저하는 재령의 함수로, 균열 폭에 따른 확산계수 증가는 균열 폭의 지수 함수로 구현하였다. 재령에 따른 건전 부의 확산저감성은 1년 경과 시 21.5% 수준으로 크게 감소하였으나 균열 폭의 증가에 미치는 영향은 상대적으로 미비하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
원전 구조물에서 기본적으로 사용하는 콘크리트는 무엇인가?
원전 구조물은 FA(Fly Ash)를 혼입한 콘크리트를 기본적으로 사용하고 있으며, ACI 304.3R-96, ACI 211.
원전콘크리트의 구조는 무엇인가?
원전콘크리트는 두꺼운 벽체를 가진 매스콘크리트 구조이며 시공초기에 건조수축 및 수화열에 따른 균열이 발생하기 쉽다. 또한 냉각수를 항상 필요로 하므로 해안가에 위치하는데, 균열이 발생한 콘크리트에서는 염화물 이온의 유입으로 인해 철근 부식이 빠르게 발생한다.
원전콘크리트가 해안가에 위치하는 이유는 무엇인가?
원전콘크리트는 두꺼운 벽체를 가진 매스콘크리트 구조이며 시공초기에 건조수축 및 수화열에 따른 균열이 발생하기 쉽다. 또한 냉각수를 항상 필요로 하므로 해안가에 위치하는데, 균열이 발생한 콘크리트에서는 염화물 이온의 유입으로 인해 철근 부식이 빠르게 발생한다. 본 연구에서는 6000 psi 급 고강도 원전콘크리트 배합을 이용하여 재령 및 균열에 따른 확산계수의 변화를 분석하였다.
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