[논문]탄산화에 노출된 철근콘크리트 구조물의 로그 및 정규 수명분포를 고려한 보수비용 해석

우상인; 권성준

doi:10.14190/jrcr.2018.6.3.153

탄산화에 노출된 철근콘크리트 구조물의 로그 및 정규 수명분포를 고려한 보수비용 해석
Repair Cost Analysis for RC Structure Exposed to Carbonation Considering Log and Normal Distributions of Life Time 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.6 no.3, 2018년, pp.153 - 159

우상인 (한남대학교 건설시스템공학과) , 권성준 (한남대학교 건설시스템공학과)

초록
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지하구조물에 주로 발생하는 탄산화는 콘크리트 내부의 공극수의 pH감소에 따라 부식을 유발할 수 있으므로 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 이산화탄소로부터 표면을 보호하는 간단한 표면 보수방법을 통하여 구조물의 내구수명의 연장이 가능하다. 기존의 결정론적 유지관리 기법과는 다르게, 확률론적 유지관리 기법에서는 내구수명의 변동성이 고려될 수 있으나 정규분포만 다루고 있다. 본 연구에서는 정규분포 이외에 로그분포를 고려할 수 있는 수명-확률분포를 유도하였으며, 이를 기초로 다양한 수명-확률분포 함수를 고려한 보수비 산정기법을 제안하였다. 제안된 기법은 초기의 내구수명 분포 또는 보수재를 통하여 연장된 내구수명 분포가 정규 또는 로그분포를 가질 경우 목표내구수명의 연장에 따라 확률론적 기법을 통하여 보수비를 평가할 수 있다. 보수를 통한 내구수명이 로그분포를 가질 경우 효과적으로 보수비를 감소시킬 수 있으며, 장기 실험 또는 실태조사를 통하여 내구수명 분포가 정의될 수 있다면 더욱 합리적인 유지관리 계획을 수립할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Many researches have been carried out on carbonation, a representative deterioration in underground structure. The carbonation of RC (Reinforced Concrete) structure can cause steel corrosion through pH drop in concrete pore water. However extension of service life in RC structures can be obtained through simple surface protection. Unlike the conventional deterministic maintenance technique, probabilistic technique can consider a variation of service life but it deals with only normal distributions. In the work, life time-probability distributions considering not only normal but also log distributions are induced, and repair cost estimation technique is proposed based on the induced model. The proposed technique can evaluate the repair cost through probabilistic manner regardless of normal or log distribution from initial service life and extended service life with repair. When the extended service life through repair has log distribution, repair cost is effectively reduced. The more reasonable maintenance strategy can be set up though actual determination of life-probability distribution based on long term tests and field investigations.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 기존의 정규분포확률만 고려되었던 수명-확률 분포식을 로그분포까지 고려할 수 있는 유지관리식을 제안하였다. 이를 위해 위치계수(scale parameter: μ) 및 형상계수(shape parameter: σ)를 도입하였으며, 하나의 수명축에 대하여 여러 개의 수명-확률 분포식을 도시화하였다.
본 절에서는 시공 후 초기의 내구수명은 정규분포를 가지고 보수를 통한 연장수명이 로그분포를 가지는 경우에 대하여 해석을 수행하도록 한다. 이 경우 정규분포에 대해서는 변동계수(COV) 0.

가설 설정

45와 피복두께 44mm를 가지고 있으며, 초기 내구수명(MFP)은 탄산화 깊이와 피복두께가 같아지는 시점으로 68년에 해당하였다. 객관적 보수비용 평가를 위하여 준공이후 1회 보수시 소요되는 보수비를 이자율이 없는 100으로 고려하였으며, 정규 및 로그분포를 가진 내구수명 분포를 가정하였다. 해석조건은 Table 1에 나타내었다.

제안 방법

1) 본 연구에서는 기존의 정규분포함수만 고려되었던 수명-확률분포 해석에서 형상변수 및 위치변수를 고려하여 로그분포를 고려할 수 있는 수명-확률분포를 제안하였으며, 이를 이용한 보수비 산정기법을 개발하였다. 제안된 기법은 보수재 또는 초기 내구수명이 정규 또는 로그분포를 가질 경우 다양한 분포를 고려하여 보수비를 산정할 수 있는 장점이 있다.
3) 보수재의 특성에 따라서 확보되는 수명확률 분포식은 정규분포 뿐 아니라 다른 분포를 가질 수 있다. 본 연구에서는 로그분포와 정규분포를 동시에 고려할 수 있는 보수비 산정기법을 구축하였으며, 실험이나 실태조사를 통하여 연장된 수명확률분포의 정의가 가능할 경우, 더욱 합리적인 유지관리기법으로 발전할 수 있다.
본 절에서는 초기 내구수명, 즉 콘크리트 타설로 인한 내구수명 평균(T₁)이 68년이고 로그분포를 가지며, 보수재를 사용하여 연장된 수명(T_i)이 정규분포를 가질 경우에 대하여 해석을 수행하였다. Fig.
이 경우 정규분포에 대해서는 변동계수(COV) 0.2를 가지는 분포로 고정하였으며, 로그분포에 대해서는 σ는 1.0로, μ를 1.0~4.0로 변화시키면서 보수비용을 평가하였다.
이를 위해 위치계수(scale parameter: μ) 및 형상계수(shape parameter: σ)를 도입하였으며, 하나의 수명축에 대하여 여러 개의 수명-확률 분포식을 도시화하였다.
정규분포와는 달리, 로그정규분포의 누적확률을 해석적으로 산정하는 것은 쉽지 않으므로 누적확률을 수치적으로 근사화 하였다. Fig.

이론/모형

본 연구에서 탄산화 깊이 평가에 대한 내용은 기존의 결과를 인용하도록 한다(Kim et al. 2014). 600ppm 이산화탄소 농도에 노출된 지하구조물은 w/c 0.
본 연구에서는 정규분포 이외에 추가로 로그정규분포를 적용하였는데, O’connor와 Kleyner의 이론을 차용하였다.

성능/효과

2) 초기 내구수명이 로그분포를 가지고 보수에 따른 내구수명이 정규분포를 가질 경우, 확률론적 유지관리 기법을 통한 보수비의 평가는 정규-정규 분포와 큰 차이가 발생하지 않는다. 그러나 정류-로그 분포를 가진 경우, 평균값이후에 영향을 미치는 로그함수의 특성으로 인해 내구수명의 증가에 따라 큰 차이가 발생한다.
3) 보수재의 특성에 따라서 확보되는 수명확률 분포식은 정규분포 뿐 아니라 다른 분포를 가질 수 있다. 본 연구에서는 로그분포와 정규분포를 동시에 고려할 수 있는 보수비 산정기법을 구축하였으며, 실험이나 실태조사를 통하여 연장된 수명확률분포의 정의가 가능할 경우, 더욱 합리적인 유지관리기법으로 발전할 수 있다.
결정론적 방법을 통해서 도출된 보수비는 400이었으며, μ=4.0인 경우, 최대 73.2% 수준으로 감소하였다.
1) 본 연구에서는 기존의 정규분포함수만 고려되었던 수명-확률분포 해석에서 형상변수 및 위치변수를 고려하여 로그분포를 고려할 수 있는 수명-확률분포를 제안하였으며, 이를 이용한 보수비 산정기법을 개발하였다. 제안된 기법은 보수재 또는 초기 내구수명이 정규 또는 로그분포를 가질 경우 다양한 분포를 고려하여 보수비를 산정할 수 있는 장점이 있다.

후속연구

확률론적인 해석을 수행할 경우, 결정론적인 방법에 비하여 연속적인 보수비용을 구현하면서도 합리적으로 총 보수비용을 감소시킬 수 있다. 또한 제안된 연구는 실험 또는 장기폭로를 통해 도출된 내구수명분포가 로그함수형태를 취해도 확률론적 보수비를 평가할 수 있는 장점이 있다.
이를 위해 위치계수(scale parameter: μ) 및 형상계수(shape parameter: σ)를 도입하였으며, 하나의 수명축에 대하여 여러 개의 수명-확률 분포식을 도시화하였다. 본 연구에서는 MFP(Maintenance Free Period)와 로그분포 및 정규분포를 가진 수명-확률분포식이 보수비용에 미치는 영향에 대한 분석이 정량적으로 수행될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트의 탄산화가 진행됨에 따른 장단점은?	높은 이산화탄소에 노출된 콘크리트 구조물은 사용기간의 증가에 따라 탄산화 깊이가 증가하고, 이로 인해 내부의 철근은 부식에 노출된다. 콘크리트는 탄산화가 진행함에 따라 중량의 증가, 공극률의 감소 및 강도 개선 등의 공학적인 장점이 있으나, 탄산화 영역에서는 pH가 10.5 이하가 되어 매립된 철근의 부식이 발생하기 쉽다(Song and Kwon 2007; Papadakis et al. 1991; Kwon et al.
	탄산화가 콘크리트 내부에 미치는 영향은?	지하구조물에 주로 발생하는 탄산화는 콘크리트 내부의 공극수의 pH감소에 따라 부식을 유발할 수 있으므로 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 이산화탄소로부터 표면을 보호하는 간단한 표면 보수방법을 통하여 구조물의 내구수명의 연장이 가능하다.
	로그분포를 고려할 수 있는 수명-확률분포가 평가할 수 있는 것은?	본 연구에서는 정규분포 이외에 로그분포를 고려할 수 있는 수명-확률분포를 유도하였으며, 이를 기초로 다양한 수명-확률분포 함수를 고려한 보수비 산정기법을 제안하였다. 제안된 기법은 초기의 내구수명 분포 또는 보수재를 통하여 연장된 내구수명 분포가 정규 또는 로그분포를 가질 경우 목표내구수명의 연장에 따라 확률론적 기법을 통하여 보수비를 평가할 수 있다. 보수를 통한 내구수명이 로그분포를 가질 경우 효과적으로 보수비를 감소시킬 수 있으며, 장기 실험 또는 실태조사를 통하여 내구수명 분포가 정의될 수 있다면 더욱 합리적인 유지관리 계획을 수립할 수 있을 것으로 판단된다.

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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