혼화재 혼입에 따른 콘크리트의 철근부식 임계염화물량의 변화를 실험적으로 평가하였다. 콘크리트 배합조건은 OPC 100%, OPC 70% + GGBFS 30%, OPC 40% + GGBFS 60%, OPC 40% + GGBFS 40% + FA 20% 로 구분하여 4가지 배합의 철근 콘크리트 시험체를 제작하였다. 시험체에 NaCl 수용액을 공급하며, 매립된 철근의 자연전위를 모니터링 하였다. 부식이 발생한 것으로 판단된 시험체는 NaCl 수용액 공급면으로부터 5mm간격으로 절단하여 염소이온량 프로파일을 실시하였다. 콘크리트에 매립된 철근의 부식 개시시기는 시멘트를 혼화재로 치환하여 사용하는 경우 지연되는 것을 확인하였다. 하지만 콘크리트에 매립된 철근의 부식임계염화물량은 혼화재 혼입율 증가에 따라 감소하여, OPC 1.46kg/㎥, S30 0.98kg/㎥, TBC 0.74kg/㎥, S60 0.71kg/㎥ 순으로 높게 나타났다.
혼화재 혼입에 따른 콘크리트의 철근부식 임계염화물량의 변화를 실험적으로 평가하였다. 콘크리트 배합조건은 OPC 100%, OPC 70% + GGBFS 30%, OPC 40% + GGBFS 60%, OPC 40% + GGBFS 40% + FA 20% 로 구분하여 4가지 배합의 철근 콘크리트 시험체를 제작하였다. 시험체에 NaCl 수용액을 공급하며, 매립된 철근의 자연전위를 모니터링 하였다. 부식이 발생한 것으로 판단된 시험체는 NaCl 수용액 공급면으로부터 5mm간격으로 절단하여 염소이온량 프로파일을 실시하였다. 콘크리트에 매립된 철근의 부식 개시시기는 시멘트를 혼화재로 치환하여 사용하는 경우 지연되는 것을 확인하였다. 하지만 콘크리트에 매립된 철근의 부식임계염화물량은 혼화재 혼입율 증가에 따라 감소하여, OPC 1.46kg/㎥, S30 0.98kg/㎥, TBC 0.74kg/㎥, S60 0.71kg/㎥ 순으로 높게 나타났다.
The critical chloride content of rebar embedded in concrete was experimentally evaluated according to the admixture replacement ratio and admixture type. Four types of reinforced concrete were mixed OPC 100%, OPC 70% + GGBFS 30%, OPC 40% + GGBFS 60%, and OPC 40% + GGBFS 40% + FA 20%. NaCl solution w...
The critical chloride content of rebar embedded in concrete was experimentally evaluated according to the admixture replacement ratio and admixture type. Four types of reinforced concrete were mixed OPC 100%, OPC 70% + GGBFS 30%, OPC 40% + GGBFS 60%, and OPC 40% + GGBFS 40% + FA 20%. NaCl solution was supplied to the specimens, and the open circuit potential of the embedded rebar was monitored. The specimens determined to initiate corrosion were cut at intervals of 5mm from the NaCl solution supply surface and conducted to chlorine ion profile. Corrosion initiation time of rebar embedded in concrete was delayed as the admixture replacement ratio increased. Looking at the critical chloride content of the types of reinforced concrete, it was highest in OPC 1.46kg/㎥, followed in order by S30 0.98kg/㎥, TBC 0.74kg/㎥, and S60 0.71kg/㎥.
The critical chloride content of rebar embedded in concrete was experimentally evaluated according to the admixture replacement ratio and admixture type. Four types of reinforced concrete were mixed OPC 100%, OPC 70% + GGBFS 30%, OPC 40% + GGBFS 60%, and OPC 40% + GGBFS 40% + FA 20%. NaCl solution was supplied to the specimens, and the open circuit potential of the embedded rebar was monitored. The specimens determined to initiate corrosion were cut at intervals of 5mm from the NaCl solution supply surface and conducted to chlorine ion profile. Corrosion initiation time of rebar embedded in concrete was delayed as the admixture replacement ratio increased. Looking at the critical chloride content of the types of reinforced concrete, it was highest in OPC 1.46kg/㎥, followed in order by S30 0.98kg/㎥, TBC 0.74kg/㎥, and S60 0.71kg/㎥.
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문제 정의
본 연구에서는 콘크리트의 시멘트를 혼화재로 치환하는 경우 콘크리트에 매립된 철근의 부식 임계염화물량에 미치는 영향을 평가하기 위하여 자연전위 모니터링을 이용하여 철근의 부식개시시점 및 철근부식 임계염화물량을 비교평가 하였으며, 도출된 결론은 다음과 같다.
이에 본 연구에서는 콘크리트에 사용되는 혼화재 종류와 치환율이 철근의 부식 임계염화물량에 미치는 영향을 파악하기 위하여 콘크리트에 매립된 철근의 자연전위를 실시간으로 모니터링하여 부식개시시점을 판단하고, 부식개시시점에서의 콘크리트 염화물량을 평가하여 혼화재 종류 및 치환율에 따른 철근 부식 임계염화물량을 평가하고자 하였다.
제안 방법
MnO2 센서의 구조는 바닥층에 다공성 물진인 시멘트 페이스트를 채워 이온의 이동이 가능하게 하고, 그 위에 미량의 알칼리 슬러리(동일비의 NaOH+KOH+CaO, pH 13.5)로 채워 센서 내부의 pH가 강알칼리 환경으로 유지되도록 하였다. 그 위에 MnO2 파우더를 다짐하며 채우고, 전기전도성을 향상시키기 위한 탄소봉(Graphite Rod)을 분체 가운데에 고정한 후 에폭시로 마감하여 제작하였다.
MnO2를 사용한 기준전극의 부식판정에 따라, 자연전위 모니터링 중 콘크리트 피복 20㎜철근의 자연전위가 –515mV(vs. MnO2)이하로 감소하는 경우를 철근의 부식개시시점으로 판단하여 모니터링을 종료하고 시험체를 할렬하여 철근 표면의 부식상태를 육안으로 확인하였다.
시험체의 철근과 MnO2 센서를 전선을 이용하여 Data-logger (Graphtec, GL-820)에 연결한 후, 시험체 윗면에 아크릴을 이용하여 NaCl 수용액 공급셀을 설치하였다. 공급셀을 통하여 증류 수를 24시간동안 공급하며 콘크리트를 충분히 습윤한 상태로 만든 뒤, NaCl 10wt%수용액을 지속적으로 공급하며 NaCl 수용액 공급시간에 따른 철근의 자연전위 변화를 실시간으로 모니터링 하였다.
5)로 채워 센서 내부의 pH가 강알칼리 환경으로 유지되도록 하였다. 그 위에 MnO2 파우더를 다짐하며 채우고, 전기전도성을 향상시키기 위한 탄소봉(Graphite Rod)을 분체 가운데에 고정한 후 에폭시로 마감하여 제작하였다.
시험체에 NaCl 수용액을 공급하며, 매립된 철근의 자연전위를 모니터링 하였다. 부식이 발생한 것으로 판단된 시험체는 NaCl 수용액 공급면으로부터 5㎜간격으로 절단하여 염소이온량 프로파일을 실시하였다. 콘크리트에 매립된 철근의 부식 개시시기는 시멘트를 혼화재로 치환하여 사용하는 경우 지연되는 것을 확인하였다.
콘크리트 배합조건은 OPC 100%, OPC 70% + GGBFS 30%, OPC 40% + GGBFS 60%, OPC 40% + GGBFS 40% + FA 20% 로 구분하여 4가지 배합의 철근 콘크리트 시험체를 제작하였다. 시험체에 NaCl 수용액을 공급하며, 매립된 철근의 자연전위를 모니터링 하였다. 부식이 발생한 것으로 판단된 시험체는 NaCl 수용액 공급면으로부터 5㎜간격으로 절단하여 염소이온량 프로파일을 실시하였다.
철근의 자연전위 모니터링 실험은 ASTM C 876 자연전위 측정법(Half-Cell potential method)에 따라 철근의 부식상태를 확인하며 진행하였다[15]. 시험체의 철근과 MnO2 센서를 전선을 이용하여 Data-logger (Graphtec, GL-820)에 연결한 후, 시험체 윗면에 아크릴을 이용하여 NaCl 수용액 공급셀을 설치하였다. 공급셀을 통하여 증류 수를 24시간동안 공급하며 콘크리트를 충분히 습윤한 상태로 만든 뒤, NaCl 10wt%수용액을 지속적으로 공급하며 NaCl 수용액 공급시간에 따른 철근의 자연전위 변화를 실시간으로 모니터링 하였다.
실험에 사용된 철근콘크리트 시험체는 콘크리트의 혼화재의 종류 및 치환율에 따른 콘크리트의 물리적 재료특성 및 철근 부식 임계염화물량을 비교평가 하기 위하여 결합재를 OPC 100%, OPC 70% + GGBFS 30%, OPC 40% + GGBFS 60%, OPC 40% + GGBFS 40% + FA 20%로 총 4개의 수준으로 구분하여 제작하였다. 굵은골재의 크기에 따른 콘크리트의 기초성능 및 염해저항성에 대한 영향을 줄이기 위하여 굵은골재 최대크기를 13㎜로 제한하여 사용하였으며, 잔골재는 쇄사와 세척사를 일정비율로 혼합하여 사용하였다.
염소이온 침투에 의한 콘크리트에 매립된 철근의 부식개시시점을 파악하기 위하여, NaCl 수용액을 시험체에 공급하며 철근의 자연전위를 모니터링 하였으며, 실험에 대한 개요도를 Figure 5에 나타내었다.
철근의 부식이 개시된 것으로 판단된 시험체는 NaCl 수용액 공급면 으로부터 5㎜ 간격으로 절단하여 콘크리트 시료를 채취하고 전염화물량 평가를 실시하였으며, 그 결과를 Table 9에 나타내었다.
혼화재 혼입에 따른 콘크리트의 철근부식 임계염화물량의 변화를 실험적으로 평가하였다. 콘크리트 배합조건은 OPC 100%, OPC 70% + GGBFS 30%, OPC 40% + GGBFS 60%, OPC 40% + GGBFS 40% + FA 20% 로 구분하여 4가지 배합의 철근 콘크리트 시험체를 제작하였다. 시험체에 NaCl 수용액을 공급하며, 매립된 철근의 자연전위를 모니터링 하였다.
콘크리트 피복 20㎜철근의 부식이 개시된 것으로 판단된 시험체는 NaCl 수용액 공급을 중단하고, UTM을 이용하여 콘크리트를 할렬하여 철근의 부식발생여부에 대하여 철근표면을 육안으로 관찰하였으며, 그 결과를 Table 8에 나타내었다.
콘크리트 피복 20㎜철근의 부식이 개시되어 시험을 중단한 시험체는 NaCl 수용액 공급면으로부터 5㎜간격으로 시험체를 절단하여 콘크리트 시료를 채취하고 KS F 2713에 따라 전염화물량 평가를 실시하였다[25]. 콘크리트 피복깊이에 따른 염화물량 프로파일링이 완료되면, 철근이 부식한 콘크리트 피복 깊이 20㎜와 철근이 부식하지 않은 피복깊이 25㎜사이의 염화물량을 콘크리트에 매립된 철근의 부식 임계염화물량으로 산정하여 비교평가를 실시하였다.
콘크리트 피복깊이에 따른 철근의 부식개시시기 판정을 위하여 콘크리트 피복을 20㎜와 25㎜로 구분하여 철근을 위치하였으며, 철근 사이에 콘크리트 매립형 부식센서를 함께 매립하여 철근 콘크리트 시험체를 제작하였다.
콘크리트는 몰드에 타설 직후 밀봉하였으며, 24시간 뒤 탈형하여 28일간 항온항습기를 이용하여 온도 20±2℃, 상대습도 60±5%에서 양생을 실시하였다.
그 후 KS F 2403 콘크리트 강도 시험용 공시체 제작방법에 따라 ∅ 100×200㎜ 원주형 공시체를 제작하였다[23]. 콘크리트의 압축강도 측정은 KS F 2405 콘크리트 압축 강도 시험방법에 따라 UTM(Universal testing machine)을 이용하여 실시하였으며[24], 콘크리트 시험체의 양생일에 따라 3일, 7일, 28일에 걸쳐 3회 측정하였다.
혼화재 치환에 따른 콘크리트의 물성이 본 연구범위의 목표성능을 만족하는지 평가하기 위하여 슬럼프 플로 및 공기량 측정을 실시하였으며 그 결과를 Table 6에 나타내었다. 굳지 않은 콘크리트 슬럼프 측정결과 배합에 따라 편차를 보이긴 했으나, 모든 수준에서 본 연구에서 목표했던 200±25㎜를 만족하였다.
혼화재 혼입에 따른 콘크리트의 철근부식 임계염화물량의 변화를 실험적으로 평가하였다. 콘크리트 배합조건은 OPC 100%, OPC 70% + GGBFS 30%, OPC 40% + GGBFS 60%, OPC 40% + GGBFS 40% + FA 20% 로 구분하여 4가지 배합의 철근 콘크리트 시험체를 제작하였다.
대상 데이터
실험에 사용된 철근콘크리트 시험체는 콘크리트의 혼화재의 종류 및 치환율에 따른 콘크리트의 물리적 재료특성 및 철근 부식 임계염화물량을 비교평가 하기 위하여 결합재를 OPC 100%, OPC 70% + GGBFS 30%, OPC 40% + GGBFS 60%, OPC 40% + GGBFS 40% + FA 20%로 총 4개의 수준으로 구분하여 제작하였다. 굵은골재의 크기에 따른 콘크리트의 기초성능 및 염해저항성에 대한 영향을 줄이기 위하여 굵은골재 최대크기를 13㎜로 제한하여 사용하였으며, 잔골재는 쇄사와 세척사를 일정비율로 혼합하여 사용하였다. 혼화제는 콘크리트의 유동성 및 공기량을 확보하기 위하여 고성능 AE감수제와 SP제를 함께 사용하였으며, 철근 부식 및 염해저항성에 대한 영향을 최대한 줄이기 위하여 염소이온이 포함되어 있지 않는 S사의 제품을 사용하였다.
) 기준전극은 원격 부식 모니터링용의 매설형 기준전극으로 적합하다고 알려져 있다[20]. 본 연구에서 사용된 콘크리트 매립형 센서는 MnO2를 이용하여 제작된 고체형 기준전극으로, 센서의 개요도를 Figure 3에 나타내었다.
연구에 사용된 결합재의 화학적 조성을 Table 3에 나타내었다. 시멘트는 KS L 5201에 명시되어 있는 밀도 3.15g/㎤, S사의 1종 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며[17], 고로슬래그 미분말은 KS F 2563에 명시되어 있는 분말도 4000㎠/g의 고로슬래그 미분말 3종을[18], 플라이 애시는 KS L 5405에 명시되어있는 분말도 3000㎠/g의 플라이 애시 2종을 사용하였다[19].
시험체 제작에 사용된 철근 콘크리트 시험체는 100×100×400㎜ 각주형 몰드에 아크릴을 이용하여 철근을 배근하고, MnO2 센서를 배치한 후 한 후 콘크리트를 배합 및 타설하여 제작하였으며, 실험체의 개요도 및 단면도를 Figure 4에 나타내었다.
굵은골재의 크기에 따른 콘크리트의 기초성능 및 염해저항성에 대한 영향을 줄이기 위하여 굵은골재 최대크기를 13㎜로 제한하여 사용하였으며, 잔골재는 쇄사와 세척사를 일정비율로 혼합하여 사용하였다. 혼화제는 콘크리트의 유동성 및 공기량을 확보하기 위하여 고성능 AE감수제와 SP제를 함께 사용하였으며, 철근 부식 및 염해저항성에 대한 영향을 최대한 줄이기 위하여 염소이온이 포함되어 있지 않는 S사의 제품을 사용하였다.
이론/모형
KS F 2402 콘크리트의 슬럼프 시험방법에 따라서 콘크리트 슬럼프 측정을 실시한 후[21], KS F 2421 압력법에 의한 굳지 않은 콘크리트의 공기량 시험방법에 따라 콘크리트의 공기량 측정을 실시하였다[22]. 그 후 KS F 2403 콘크리트 강도 시험용 공시체 제작방법에 따라 ∅ 100×200㎜ 원주형 공시체를 제작하였다[23].
그 후 KS F 2403 콘크리트 강도 시험용 공시체 제작방법에 따라 ∅ 100×200㎜ 원주형 공시체를 제작하였다[23].
철근의 자연전위 모니터링 실험은 ASTM C 876 자연전위 측정법(Half-Cell potential method)에 따라 철근의 부식상태를 확인하며 진행하였다[15]. 시험체의 철근과 MnO2 센서를 전선을 이용하여 Data-logger (Graphtec, GL-820)에 연결한 후, 시험체 윗면에 아크릴을 이용하여 NaCl 수용액 공급셀을 설치하였다.
콘크리트 염화물량 측정은 AgNO3 적정법을 이용하여 측정되었으며, AgNO3 적정량에 따른 콘크리트 질량에 대한 염화물량 계산식을 식 (1)에 나타내었다[25].
콘크리트 피복 20㎜철근의 부식이 개시되어 시험을 중단한 시험체는 NaCl 수용액 공급면으로부터 5㎜간격으로 시험체를 절단하여 콘크리트 시료를 채취하고 KS F 2713에 따라 전염화물량 평가를 실시하였다[25]. 콘크리트 피복깊이에 따른 염화물량 프로파일링이 완료되면, 철근이 부식한 콘크리트 피복 깊이 20㎜와 철근이 부식하지 않은 피복깊이 25㎜사이의 염화물량을 콘크리트에 매립된 철근의 부식 임계염화물량으로 산정하여 비교평가를 실시하였다.
성능/효과
1) 기존문헌의 분석을 통해 콘크리트 매립형 MnO2센서를 제작하고 콘크리트에 철근과 함께 매립하여 NaCl 수용액 공급시간에 따른 철근의 자연전위를 실시간으로 모니터링 하고, 철근의 부식개시시점을 탐지할 수 있음을 확인하였다.
2) W/B 60%, 기중양생 28일 실시한 콘크리트에 NaCl 10wt% 수용액을 공급하며 부식개시시점을 평가한 결과, 실험수준에 따라 OPC 100% 76일, TBC 96일, S30 112일, S60 119일 순으로 부식하는 것을 실험적으로 확인하였으며, 콘크리트의 시멘트를 혼화재로 치환하여 사용하는 경우 콘크리트에 매립된 철근의 부식이 지연되는 경향을 확인하였다.
3) 시멘트를 혼화재로 치환하여 사용하는 경우 철근의 부식임계염화물량은 OPC 1.46kg/㎥, S30 0.98kg/㎥, TBC 0.74kg/㎥, S60 0.71kg/㎥순으로 높게 나타났으며, 혼화재 치환율이 증가할수록 콘크리트에 매립된 철근의 부식 임계염화물량이 감소하는 것을 확인하였다.
콘크리트에 매립된 철근의 표면을 육안으로 확인한 결과, 모든 시험체의 콘크리트 피복 20㎜철근에서 부식생성물이 발견되었으며, 콘크리트 피복 25㎜의 철근의 표면은 부식하지 않고 건전한 상태로 유지되는 것을 확인하였다. MnO2센서를 이용한 철근의 자연전위 모니터링을 통하여 철근의 부식개시시점 판단이 유효한 것으로 판단되며, 그 부식정도에는 차이가 있었지만 부식유무판단은 정확한 것으로 판단된다. 이는 추후 MnO2 센서의 정밀도의 개선을 통하여 수정할 수 있을 것으로 예상된다.
이때 콘크리트 피복 25㎜의 철근은 자연전위가 안정적으로 유지되며 철근의 부식이 발생하지 않은 것으로 관찰되었다. NaCl 수용액 공급시간에 따라 콘크리트 피복 20㎜의 철근이 부식하기까지 걸리는 시간은 OPC 76일, TBC 96일, S30 112일, S60 119일 순으로 부식이 발생한 것으로 판단되었으며, 이는 기중양생 조건에서도 보통포틀랜드시멘트를 고로슬래그 미분말이나 플라이 애시와 같은 혼화재로 치환하여 사용하는 것이 염화물 침투를 막는것에 대해 효과적인 것으로 판단된다.
NaCl 수용액 공급시간이 증가함에 따라 콘크리트 피복 20㎜의 철근의 자연전위는 –515mV(vs. MnO2) 이하로 감소하며 철근의 부식이 발생한 것으로 판단되었다.
이는 고로슬래그 미분말 혹은 플라이 애시의 치환율이 증가할수록 콘크리트에 매립된 철근부식 임계염화물량이 낮아지는 것으로 확인되었다. OPC를 100% 사용한 시험체에 비하여 OPC 40%+GGBFS 60%를 사용한 시험체의 철근 부식 임계염화물량이 51.37% 감소하는 것으로 나타났다. 치환율 60%의 시험체의 경우 GGBFS를 60%치환한 시험체가 GGBFS 40%+FA 20% 치환한 시험체보다 철근부식 임계염화물량이 근소하게 낮게 나타났으며, 추후 추가실험을 통한 혼화재 종류에 따른 철근 부식 임계염화물량 평가가 필요한 것으로 판단된다.
공기량 측정결과도 각 배합에 따른 편차를 보이긴 했으나, 모든 수준에서 본 연구에서 목표했던 4.5±1.5%를 만족하는 결과로 나타났다.
굳지 않은 콘크리트 슬럼프 측정결과 배합에 따라 편차를 보이긴 했으나, 모든 수준에서 본 연구에서 목표했던 200±25㎜를 만족하였다.
내재염분이 존재하는 환경에서는 보통포틀랜드시멘트를 사용한 조건과 비교하여 혼화재 사용에 따라 철근 부식 임계염화물량이 크게 낮아지는 결과를 나타냈으며, 외래 염분의 경우에도 사용재료에 따른 철근 부식 임계염화물량 변화폭은 낮았으나 혼화재 사용에 따라 철근 부식 임계염화 물량은 낮아지는 결과를 제시하였다. 플라이 애시 및 고로슬래그 미분말과 같은 혼화재를 시멘트와 병용하여 사용할 경우에는 수화물 특성상 이온의 흡착이 쉬운 저 C/S 비를 갖는 C-S-H 구조가 생성되며, 보통포틀랜드시멘트를 단독으로 사용한 조건 대비 액상 중에 OH- 농도는 상대적으로 낮아지게 된다.
모든 시험체의 자연전위가 NaCl 수용액 공급 직후부터 측정이 가능했으며 –200mV ~ -300mV로 유지되며 철근이 부식하지 않은 부동태상태로 유지되는 것을 확인하였다.
모든 실험수준에서 콘크리트 염화물량은 피복깊이가 깊어질수록 낮아지는 경향을 나타냈으며, 시멘트의 혼화재 치환율이 증가할수록 콘크리트의 염화물량이 감소하는 것을 확인하였다. 이때 염화물량 측정결과 중 철근이 부식한 피복깊이 20㎜와 철근이 부식하지 않은 피복깊이 25㎜ 사이의 전염화물량을 콘크리트에 매립된 철근 부식 임계염화물량으로 산정하였으며, 산정된 철근 부식 임계염화물량은 OPC 1.
시멘트의 혼화재 치환율이 증가할수록 콘크리트 압축강도가 감소하는 경향을 확인하였으며, 같은 비율인 60%치환의 경우 고로슬래그 미분말을 60% 사용한 시험체가 고로슬래그 미분말 40% + 플라이 애시 20%를 사용한 시험체보다 압축강도가 높게 나타났다. 이는 기중양생 조건 및 시멘트의 절대량이 40%인 조건에서 시멘트의 수화가 충분히 일어나지 못하고, 이에 따른 Ca(OH)2 생성량이 감소하면서 플라이 애시의 포졸란 반응 역시 제한적으로 일어나 콘크리트 압축강도 발현이 제한된 것으로 판단된다.
71kg/㎥ 순으로 높게 나타났다. 이는 고로슬래그 미분말 혹은 플라이 애시의 치환율이 증가할수록 콘크리트에 매립된 철근부식 임계염화물량이 낮아지는 것으로 확인되었다. OPC를 100% 사용한 시험체에 비하여 OPC 40%+GGBFS 60%를 사용한 시험체의 철근 부식 임계염화물량이 51.
모든 실험수준에서 콘크리트 염화물량은 피복깊이가 깊어질수록 낮아지는 경향을 나타냈으며, 시멘트의 혼화재 치환율이 증가할수록 콘크리트의 염화물량이 감소하는 것을 확인하였다. 이때 염화물량 측정결과 중 철근이 부식한 피복깊이 20㎜와 철근이 부식하지 않은 피복깊이 25㎜ 사이의 전염화물량을 콘크리트에 매립된 철근 부식 임계염화물량으로 산정하였으며, 산정된 철근 부식 임계염화물량은 OPC 1.46kg/㎥, S30 0.98kg/㎥, TBC 0.74kg/㎥, S60 0.71kg/㎥ 순으로 높게 나타났다. 이는 고로슬래그 미분말 혹은 플라이 애시의 치환율이 증가할수록 콘크리트에 매립된 철근부식 임계염화물량이 낮아지는 것으로 확인되었다.
측정된 콘크리트의 초기 압축강도(3d)는 OPC > S30 > S60 > TBC 순으로 높게 나타났으며 28일 압축강도의 경우 OPC 29.2MPa, S30 28.2MPa, S60 27.4MPa, TBC 21.8MPa 순으로 나타나며 초기 압축강도와 같은 경향을 나타냈다.
콘크리트에 매립된 철근의 표면을 육안으로 확인한 결과, 모든 시험체의 콘크리트 피복 20㎜철근에서 부식생성물이 발견되었으며, 콘크리트 피복 25㎜의 철근의 표면은 부식하지 않고 건전한 상태로 유지되는 것을 확인하였다. MnO2센서를 이용한 철근의 자연전위 모니터링을 통하여 철근의 부식개시시점 판단이 유효한 것으로 판단되며, 그 부식정도에는 차이가 있었지만 부식유무판단은 정확한 것으로 판단된다.
특히 콘크리트 피복 25㎜철근의 표면은 부식하지 않고 건전한 상태로 유지되고 있는 것을 확인하였으므로, 콘크리트 피복 20㎜~25㎜의 콘크리트 염화물량 측정을 통해 콘크리트의 철근 부식 임계염화물량을 개략적으로 산정할 수 있을 것으로 판단된다.
하지만 고로슬래그 미분말 40% + 플라이 애시 20%를 치환하는 경우 치환율이 60%임에도 불구하고 고로슬래그 미분말 30%치환 시험체보다 부식이 먼저 개시되는 것을 확인하였다. 이는 높은 혼화재 치환율과 기중양생 조건에서 시멘트의 절대량과 수화생성물량이 감소로 인해 고로슬래그 미분말의 잠재수경성이나 플라이 애시의 포졸란 반응이 충분히 일어나지 못하면서 경화체 구조가 밀실하게 되지 못한 것으로 판단된다.
후속연구
이로 인하여 콘크리트의 압축강도가 감소하고, 염화물 침투에 대한 저항성도 낮아진 것으로 판단된다. S60 시험체가 S30 시험체와 부식개시시점이 7일정도의 차이로 크게 차이나지 않는 것과도 같은 경향으로 보이며, 추후 콘크리트의 염화물이온 확산계수 측정을 통한 검증이 필요한 것으로 판단된다.
MnO2센서를 이용한 철근의 자연전위 모니터링을 통하여 철근의 부식개시시점 판단이 유효한 것으로 판단되며, 그 부식정도에는 차이가 있었지만 부식유무판단은 정확한 것으로 판단된다. 이는 추후 MnO2 센서의 정밀도의 개선을 통하여 수정할 수 있을 것으로 예상된다.
이는 기중양생 조건 및 시멘트의 절대량이 40%인 조건에서 시멘트의 수화가 충분히 일어나지 못하고, 이에 따른 Ca(OH)2 생성량이 감소하면서 플라이 애시의 포졸란 반응 역시 제한적으로 일어나 콘크리트 압축강도 발현이 제한된 것으로 판단된다. 추후 콘크리트의 공극구조 분석 및 미세분석을 통하여 압축강도 발현율 감소에 대한 검증이 필요한 것으로 사료된다.
37% 감소하는 것으로 나타났다. 치환율 60%의 시험체의 경우 GGBFS를 60%치환한 시험체가 GGBFS 40%+FA 20% 치환한 시험체보다 철근부식 임계염화물량이 근소하게 낮게 나타났으며, 추후 추가실험을 통한 혼화재 종류에 따른 철근 부식 임계염화물량 평가가 필요한 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
철근 콘크리트의 내구성에 있어 가장 중요한 문제는?
콘크리트의 성능은 일반적으로 강도 및 내구성에 의해 결정되며, 최근 콘크리트의 내구성이 사회적인 문제로 부각되면서 고품질 고내구성을 갖는 콘크리트의 개발이 절실히 요구되고 있다. 철근 콘크리트의 내구성에 있어 가장 중요한 문제는 매립된 보강철근의 부식이며, 철근의 부식에 의해 철근 콘크리트 구조물의 열화가 진행된다[1,2]. 콘크리트에 매립된 철근은 강알칼리의 시멘트 환경에서 표면에 안정한 산화피막이 형성되어 철근이 부식으로부터 보호받지만, 콘크리트의 중성화로 인한 pH의 감소나, 염화물 이온의 침투에 따라 산화피막이 파괴되고 철근은 부식하게 된다[3].
고로슬래그 미분말(Ground Granulated Blast Furnace Slag)이나 플라이 애시(Fly Ash) 등의 혼화재를 활용하는 방법은 어디에 좋은가?
철근 콘크리트의 내구성에 있어 가장 중요한 문제는 매립된 보강철근의 부식이며, 철근의 부식에 의해 철근 콘크리트 구조물의 열화가 진행된다[1,2]. 콘크리트에 매립된 철근은 강알칼리의 시멘트 환경에서 표면에 안정한 산화피막이 형성되어 철근이 부식으로부터 보호받지만, 콘크리트의 중성화로 인한 pH의 감소나, 염화물 이온의 침투에 따라 산화피막이 파괴되고 철근은 부식하게 된다[3].
콘크리트의 성능의 특징은?
콘크리트의 성능은 일반적으로 강도 및 내구성에 의해 결정되며, 최근 콘크리트의 내구성이 사회적인 문제로 부각되면서 고품질 고내구성을 갖는 콘크리트의 개발이 절실히 요구되고 있다. 철근 콘크리트의 내구성에 있어 가장 중요한 문제는 매립된 보강철근의 부식이며, 철근의 부식에 의해 철근 콘크리트 구조물의 열화가 진행된다[1,2].
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