PSC 구조에서 덕트 내부의 그라우트는 텐던 부식에 효과적인 부식방어 기재이다. 본 연구에서는 일반적으로 사용되고 있는 그라우트와 낮은 물-시멘트비와 실리카 퓸을 혼입한 그라우트를 대상으로 역학적, 내구적 시험을 수행하였다. 높이 1000mm의 덕트를 이용하여 텐던 시스템을 제작하였으며, 두 가지 그라우트에 대하여 강도, 흡수율, 플로우, 블리딩, 팽창률 등을 평가하였다. 또한 내부 12.7mm 텐던에 대하여 ICM(Impressed Current Method)를 이용하여 2일 및 4일 동안 부식을 촉진시켰으며 부식량을 조사하였다. 개선된 그라우트에서는 10MPa 이상의 높은 강도와 50% 이하의 낮은 흡수율을 나타내었다. 또한 2일~4일 동안의 부식촉진실험에서 39.8%~48.2%의 뛰어난 부식감소율 나타내었다.
PSC 구조에서 덕트 내부의 그라우트는 텐던 부식에 효과적인 부식방어 기재이다. 본 연구에서는 일반적으로 사용되고 있는 그라우트와 낮은 물-시멘트비와 실리카 퓸을 혼입한 그라우트를 대상으로 역학적, 내구적 시험을 수행하였다. 높이 1000mm의 덕트를 이용하여 텐던 시스템을 제작하였으며, 두 가지 그라우트에 대하여 강도, 흡수율, 플로우, 블리딩, 팽창률 등을 평가하였다. 또한 내부 12.7mm 텐던에 대하여 ICM(Impressed Current Method)를 이용하여 2일 및 4일 동안 부식을 촉진시켰으며 부식량을 조사하였다. 개선된 그라우트에서는 10MPa 이상의 높은 강도와 50% 이하의 낮은 흡수율을 나타내었다. 또한 2일~4일 동안의 부식촉진실험에서 39.8%~48.2%의 뛰어난 부식감소율 나타내었다.
Grout in duct is very effective protection from tendon corrosion in PSC(Prestressed Concrete) structure. In the work, durability and mechanical tests are performed for two types of grout which are conventionally used one and the improved grout with reduced w/c (water to cement) ratio and silica fume...
Grout in duct is very effective protection from tendon corrosion in PSC(Prestressed Concrete) structure. In the work, durability and mechanical tests are performed for two types of grout which are conventionally used one and the improved grout with reduced w/c (water to cement) ratio and silica fume. Tendon system with 1000mm height is prepared and various tests including strength, flow, absorption, and bleeding ratio are conducted. ICM(Impressed Current Method) is adopted for corrosion acceleration in tendon with 12.7mm diameter inside grout. For 2 and 4 days, corrosion acceleration is performed for 2 different type of grout and corrosion amount is investigated. The improved grout shows higher compressive strength by 10 MPa and lower absorption ratio by 50% than the conventional one. It also provides an excellent corrosion reduction to 39.8 %~48.2 % for 2~4 days of acceleration period.
Grout in duct is very effective protection from tendon corrosion in PSC(Prestressed Concrete) structure. In the work, durability and mechanical tests are performed for two types of grout which are conventionally used one and the improved grout with reduced w/c (water to cement) ratio and silica fume. Tendon system with 1000mm height is prepared and various tests including strength, flow, absorption, and bleeding ratio are conducted. ICM(Impressed Current Method) is adopted for corrosion acceleration in tendon with 12.7mm diameter inside grout. For 2 and 4 days, corrosion acceleration is performed for 2 different type of grout and corrosion amount is investigated. The improved grout shows higher compressive strength by 10 MPa and lower absorption ratio by 50% than the conventional one. It also provides an excellent corrosion reduction to 39.8 %~48.2 % for 2~4 days of acceleration period.
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가설 설정
본 연구에서는 기존의 일반 그라우트와 실리카 퓸이 함유된 고성능 그라우트를 대상으로 PS 텐던 구조를 제작하였으며, ICM(Impressed Current Method)를 이용하여 부식을 촉진하여 해석 및 실험을 통한 부식 평가를 수행하였다. 본 실험에서는 일반적인 시공수준을 고려하여 그라우트내 시공불량이 없는 것을 가정하였는데, 본 연구를 통하여 그라우트의 특성이 텐던의 내부식성에 어느 정도 영향을 미치는지 정량적으로 평가될 것이다. Fig.
제안 방법
1) 물-시멘트비 0.45의 일반 그라우트(GA)와 실리카 퓸을 혼입한 0.30의 그라우트(GB)를 대상으로 유하시간, 블리딩, 압축강도, 흡수율을 평가하였다. 유하시간의 경우 GA는 평균 17초, GB는 평균 36초로 측정되었는데, 1.
2) 20V의 전압을 인가한 ICM(Impressed Current Method)를 적용하여 촉진 부식시험을 수행하였다. 부식시간을 4일로 증가함에 따라 GA에서는 17.
각 그라우트의 블리딩률 평가는 KS F 2433(주입 모르타르의 블리딩률 및 팽창률 시험방법)이 준용되었으며(KS F 2433, 1972), 긴장재가 설치 가능한 아크릴 실린더를 제작하여 재질에 대한 비교평가를 실시하였다. PSC 그라우트재는 실험실 상태, 재료의 온도, 혼합, 배합, 측정 시간, 블리딩 수의 증발 방지가 중요하므로 3시간 및 20시간 경과 후의 블리딩률을 평가하였다. 3시간 경과 시의 블리딩률(BR3), 최종 블리딩률(BRf), 그리고 팽창률(ER)은 식(1)∼식(3)과 같다.
또한 철근부식량의 이론적 평가를 위해 Faraday 법칙을 이용한 계산 값과 촉진부식 후 수거한 텐던의 부식량을 제거하는 실험값을 산정하였다. 식(4)에서는 Faraday 법칙을 나타내고 있다
본 연구에서는 기존의 일반 그라우트와 실리카 퓸이 함유된 고성능 그라우트를 대상으로 PS 텐던 구조를 제작하였으며, ICM(Impressed Current Method)를 이용하여 부식을 촉진하여 해석 및 실험을 통한 부식 평가를 수행하였다. 본 실험에서는 일반적인 시공수준을 고려하여 그라우트내 시공불량이 없는 것을 가정하였는데, 본 연구를 통하여 그라우트의 특성이 텐던의 내부식성에 어느 정도 영향을 미치는지 정량적으로 평가될 것이다.
텐던을 길이 200mm로 절단하여 촉진 실험을 수행하였으며 균등한 부식유발을 위해서 구리판을 원형 시편의 주위에 설치하였다. 부식 유발기간은 2일과 4일의 두 가지로 분류하여 부식기간에 대한 영향을 평가하였다. Fig.
수개월동안 자연전위를 통하여 명확한 부식증가를 확인할 수 없으므로 본 연구에서는 촉진 부식실험인 ICM(Impressed Current Method)를 적용하여 부식량 수준 유발시기를 앞당겼다. Impressed Current Method를 적용하여 부착력 성능에 대한 평가는 이미 여러 기존연구에서 채택하여 사용되고 있으며(Sakurada et al.
14일 양생 후 실린더 몰드를 해체하였으며, 이후 인공 해수에 존치시켜 부식유발환경을 만들었다. 수용액은 실제 해수와 같은 염화물 농도를 고려하기 위해 3.5 % NaCl수용액을 적용하였으며, 24시간 동안 미리 침지를 시켜 촉진 부식을 실시하는 동안 충분히 염화물 이온에 노출될 수 있도록 하였다. DC Power Supply는 R사의 제품을 사용하여 20V의 전압을 인가하여 부식을 유도하였다.
시험체를 14일간 양생 후 온도 105±5℃의 건조기 안에서 24시간 건조 한 후 꺼내어 상온까지 냉각했을 때의 무게를 전자저울을 사용하여 0.1g 까지 측정하였다.
본 연구에 사용된 두 종류의 그라우트 유동성 평가는 KS F 4044(수경성 시멘트 무수축 그라우트)에 규정되어 있는 유하시간 시험 방법에 따라 실시하였다(KS F 4044, 2004). 윗면의 안지름 178mm, 아랫면의 안지름 12.7mm, 높이 조절부 75mm, 깔대기 높이 190mm를 준비하였으며, 안지름 12.7mm, 길이 38.1mm의 배출관이 붙은 금속제로 제조된 깔대기를 이용하여 시료를 배출시켜 연속하여 유하하고 있는 시료가 처음 끊어질 때까지의 시간을 2회 측정하여 평균값을 초단위로 정수 자리로 나타냈다. Fig.
촉진 부식실험을 통한 부식 특성을 평가하기 위해 컷팅된 시편 중 하면에 있는 시편, 즉 블리딩이 없는 건전한 구간에 대한 시편을 대상으로 철근부식 평가를 수행하였다. Fig.
대상 데이터
실험 대상 그라우트는 2개로 한 개는 물-시멘트비 0.45의 OPC 기반 그라우트이며, 나머지는 실리카 퓸을 혼입한 물-시 멘트비 0.30의 그라우트이다. 사용된 재료의 화학적 특성은 Table 1과 같으며, 그라우트 배합비는 Table 2에 나타내었다.
3mm 텐던이 사용되었다. 직경 100mm를 가진 실린더를 이용하여 높이 100mm의 플라스틱몰드를 제작하였으며, 하부로부터 그라우트를 기계적으로 유입할 수 있도록 유입구를 제작하였다. Table 3에서는 사용된 텐던의 물리적 특성을 나타내었으며, 몰드제작 및 그라우트 주입과정은 Fig.
텐던 시스템을 만들기 위해 7개의 강연선을 가진 외경 15.3mm 텐던이 사용되었다. 직경 100mm를 가진 실린더를 이용하여 높이 100mm의 플라스틱몰드를 제작하였으며, 하부로부터 그라우트를 기계적으로 유입할 수 있도록 유입구를 제작하였다.
DC Power Supply는 R사의 제품을 사용하여 20V의 전압을 인가하여 부식을 유도하였다. 텐던을 길이 200mm로 절단하여 촉진 실험을 수행하였으며 균등한 부식유발을 위해서 구리판을 원형 시편의 주위에 설치하였다. 부식 유발기간은 2일과 4일의 두 가지로 분류하여 부식기간에 대한 영향을 평가하였다.
이론/모형
각 그라우트의 블리딩률 평가는 KS F 2433(주입 모르타르의 블리딩률 및 팽창률 시험방법)이 준용되었으며(KS F 2433, 1972), 긴장재가 설치 가능한 아크릴 실린더를 제작하여 재질에 대한 비교평가를 실시하였다. PSC 그라우트재는 실험실 상태, 재료의 온도, 혼합, 배합, 측정 시간, 블리딩 수의 증발 방지가 중요하므로 3시간 및 20시간 경과 후의 블리딩률을 평가하였다.
본 연구에 사용된 두 종류의 그라우트 유동성 평가는 KS F 4044(수경성 시멘트 무수축 그라우트)에 규정되어 있는 유하시간 시험 방법에 따라 실시하였다(KS F 4044, 2004). 윗면의 안지름 178mm, 아랫면의 안지름 12.
압축강도 평가는 KS L 5105(수경성 시멘트 모르타르의 압축 강도 시험방법)에 규정되어 있는 압축강도 시험 방법에 따라 수행하였으며(KS F 5105, 1966), Fig. 5와 같은 50×50×50mm 몰드를 사용하여 시험체를 제작 후 200 TON UTM(만능시험기)을 사용하여 측정하였다.
2.3 흡수율
흡수율시험을 위해 KS F 2451(건축용 시멘트 방수제 시험방법) 및 KS F 4919(시멘트 혼입 폴리머계 방수제 시험방법)을 준용하여 시험을 수행하였다(KS F 2451, 1968; KS F 4919, 2003)
. 시험체를 14일간 양생 후 온도 105±5℃의 건조기 안에서 24시간 건조 한 후 꺼내어 상온까지 냉각했을 때의 무게를 전자저울을 사용하여 0.
성능/효과
0m 시편에 주입한 결과 시공성에 큰영향은 없었다. 20시간 이후 GA에서는 1.27 %, GB에서는 0.27 %의 팽창률을 나타내었으며 블리딩의 경우 0.80 %, 0.17 %로 평가되었다. 28일 압축강도는 GB가 GA대비 10 MPa 이상 높았으며, 흡수율은 50 % 수준으로 감소하였다.
GA 및 GB의 블리딩률 및 팽창률을 측정한 결과, GA는 0.80 %, GB는 0.17 %의 블리딩률을 나타내었으며, 20 시간 이후 GA에서는 –1.27 %, GB에서는 –0.27 %의 팽창률을 나타내었다.
00 g으로 부식량이 증가하였다. 고품질의 그라우트를 사용함으로서 2일 경과 시 48.2 %의 부식감소를 4일 경과 시 39.8 %의 부식 감소를 유도할 수 있었다.
00 g의 부식량이 평가되었다. 고품질의 그라우트를 사용함으로서 2일∼4일 경과 시 39.8 %∼48.2 %의 부식감소를 유도할 수 있었다. 부식전류를 감소시키는 주된 원인은 부배합 그라우트 및 실리카 퓸 사용을 통한 공극률의 감소와 이온 확산성의 감소이다.
2) 20V의 전압을 인가한 ICM(Impressed Current Method)를 적용하여 촉진 부식시험을 수행하였다. 부식시간을 4일로 증가함에 따라 GA에서는 17.58 g, GB에서는 7.00 g의 부식량이 평가되었다. 고품질의 그라우트를 사용함으로서 2일∼4일 경과 시 39.
또한 측정시의 오차와 온도 영향도 있었으리라 판단된다. 실험값을 기준으로 부식시간의 2일에서 4일로 증가함에 따라 GA에서는 13.37 g에서 17.58 g으로 증가하였으며, GB에서는 6.44 g에서 7.00 g으로 부식량이 증가하였다. 고품질의 그라우트를 사용함으로서 2일 경과 시 48.
압축강도는 7일, 28일 모두 그라우트 GB가 GA에 비해 10.0 MPa 이상 높은 것으로 평가되었으며, 흡수율은 GA에서는 14.9∼16.8 %를, GB에서는 7.4∼8.2 % 수준의 흡수율로서 50 % 수준의 감소를 나타내었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
PSC 콘크리트 구조를 통한 부식 저항 방법은?
콘크리트 구조물중 PSC(Pre-Stressed Concrete) 구조는 자중을 줄일 수 있으며, 장경간 유도, 전단력 증가 등 많은 공학적인 장점을 가지고 있으므로 대형 구조물에 대부분 사용되고 있다. PSC 콘크리트 구조는 일반적으로 텐던 내부에 그라우트를 채워서 텐던과의 일체성 확보 및 부식에 대해 저항하도록 한다(Zhou et al., 2009; Kim, et al.
콘크리트 자체의 공극을 통한 수분 및 이온 교환의 결과는?
, 2011). 특히 해수 또는 산소와 염화물 이온이 같이 공급되는 부식환경의 경우 염화물 이온의 침투로 인해 매립된 철근은 부식이 발생하게 되고 이로 인한 사용성능 및 구조성능의 저하가 발생하고 있다(Broomfield, 1997; Song et al., 2006; JSCE, 2007).
콘크리트 PSC(Pre-Stressed Concrete) 구조의 장점은?
, 2006; JSCE, 2007). 콘크리트 구조물중 PSC(Pre-Stressed Concrete) 구조는 자중을 줄일 수 있으며, 장경간 유도, 전단력 증가 등 많은 공학적인 장점을 가지고 있으므로 대형 구조물에 대부분 사용되고 있다. PSC 콘크리트 구조는 일반적으로 텐던 내부에 그라우트를 채워서 텐던과의 일체성 확보 및 부식에 대해 저항하도록 한다(Zhou et al.
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