[논문]해양 환경 폭로 시험을 통한 FA 콘크리트의 겉보기 염화물 확산계수 평가

윤용식; 임희섭; 권성준

doi:10.11112/jksmi.2019.23.3.119

해양 환경 폭로 시험을 통한 FA 콘크리트의 겉보기 염화물 확산계수 평가
Evaluation of Apparent Chloride Diffusion Coefficient of Fly Ash Concrete by Marine Environment Exposure Tests 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.23 no.3, 2019년, pp.119 - 126

윤용식 (한남대학교 건설시스템공학과) , 임희섭 (한남대학교 건설시스템공학과) , 권성준 (한남대학교 건설시스템공학과)

초록
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해안 지역에 시공된 철근 콘크리트 구조물은 해수 중의 염소 이온에 의해 내부 철근이 부식하게 된다. 특히 해안지역에서는 해수에 침지되는 경우뿐만 아니라 조수간만 및 비래염분의 영향을 받기 때문에 이에 대한 고려가 필수적이다. 본 연구에서는 3가지 수준의 노출 환경(침지대, 간만대, 비말대)과 노출기간 180일, 365일, 730일을 고려하여 해양환경노출실험을 실시하였다. 대상 배합은 3가지 수준의 물-결합재비 및 2가지 수준의 플라이애시 치환률(0 %, 30 %)을 고려하여 설정하였다. 모든 노출조건에서 플라이 애시 치환 배합이 OPC 배합 대비 낮은 겉보기 염화물 확산계수를 나타내었으며, 이는 플라이애시의 포졸란 반응이 원인으로 사료된다. 플라이애시 배합은 노출 기간 180일에서는 플라이애시 치환 배합이 OPC 배합 대비 최대 63 5 %의 감소율을, 노출 기간 730일 에서는 최대 55.8 %의 감소율을 나타내었다. 노출 조건에 따른 확산계수 거동을 평가한 결과, 플라이애시 치환 배합에서는 간만대, 침지대, 비말대 순으로 확산계수가 평가되었다. 간만대에서는 건습이 반복되어 염화물 이온의 침투가 빠르게 일어나는 것으로 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

In case of RC(Reinforced Concrete) structures which are constructed in coastal areas, chloride ions in sea water corrode the steel rebar in concrete. Especially in coastal areas, RC structures are affected by not only immersion of sea water, but also tidal of sea water and airborne chloride ions. In this study, marine environment exposure tests are conducted, considering 3 types of exposure environments(immersion zone, tidal zone, splash zone) and the exposure periods of 180 days, 365 days, and 730 days. Also, the concrete mixtures for this study are established, considering 3 levels of W/B(Water to Binder) ratio(0.37, 0.42, 0.47) and 2 levels of substitution rate of Fly ash(0 %, 30 %). In all exposure environments, Fly ash concrete has lower apparent chloride diffusion coefficients than OPC concrete. It is thought that fly ash's pozzolan reaction improves chloride resistance of concrete. Fly ash concrete has up to 63.5 % of decreasing rate in 180 days of exposure and up to 55.8 % of decreasing rate in 730 days of exposure, based on diffusion coefficients of OPC concrete. As a result of evaluation about effects of exposure environments, apparent chloride diffusion coefficients of fly ash concrete are evaluated in order of tidal zone, immersion zone, and splash zone. In tidal zone, It is thought that repeated cycles of wetting and drying of sea water cause the diffusion of chloride ions rapidly.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 Mimetic diagram of marine environment exposure test site
표 Table 1 Mix proportions for Fly Ash concrete
표 Table 2 Physical properties of fine and coarse aggregate
표 Table 3 Properties of super-plasticizer
그림 Fig. 2 Pictures of marine environment exposure test site
그림 Fig. 3 Represent chloride profile for this study
그림 Fig. 4 Result of apparent chloride diffusion coefficient in immersion zone
그림 Fig. 5 Result of apparent chloride diffusion coefficient in tidal zone
그림 Fig. 6 Result of apparent chloride diffusion coefficient in splash zone
그림 Fig. 7 Apparent chloride diffusion coefficient's changing rate in tidal and splash zone based on immersion zone
그림 Fig. 8 Result of compressive strength
그림 Fig. 9 Increasing ratio of compressive strength

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 경기도 안산시 시화 방조제 인근의 해양 옥외 폭로 시험장에 시편을 존치시켜 염화물 거동을 평가하였다. 침지대, 간만대, 비말대 총 3가지 수준의 노출 환경을 조성하였다.
본 절에서는 3가지 수준의 해양환경 노출 조건이 염화물 확산거동에 미치는 영향을 평가하고자 각 배합 및 노출 기간의 침지대에서의 확산계수를 기준으로 간만대 및 비말대의 확산계수 변화율을 평가하였다. 그 결과를 Fig.

제안 방법

2) 3가지 수준의 노출 환경이 겉보기 염화물 확산계수 거동에 미치는 영향을 침지대를 기준으로 하여 평가하였다. 플라이애시 치환 배합에서는 간만대, 침지대, 비말대 순으로, OPC 배합의 경우 침지대, 간만대, 비말대 순으로 확산계수가 평가되었다.
각 노출 환경에 노출된 시편의 겉보기 염화물 확산계수를 도출하고자 산가용성 시험 방법으로 시편의 깊이별 염화물량을 측정하였다. 일반적으로 수경성 시멘트 조직 내에 있는 산-가용성 염화물 량은 시멘트 조직 내의 총 염화물 량과 같다고 알려져 있다(KS F 2714, 2017).
따라서 본 연구에서는 3가지 수준(침지대, 간만대, 비말대)의 해양 환경을 조성하여 옥외 폭로 실험을 수행하였다. 대상 배합으로는 3가지 수준의 물-결합재 비(0.37, 0.42, 0.47) 및 플라이애시 치환률 30 %를 고려한 배합을 사용하였으며, 노출기간 180일, 365일, 730일을 적용한 후 각 배합의 겉보기 염화물 확산계수를 비교 평가하였다.
다양한 혼화재를 혼입한 배합을 대상으로 촉진 염화물 시험을 통해 염화물 확산 거동을 평가한 연구 결과는 다수 존재하는 반면, 혼화재료 혼입을 고려하여 실제 옥외 환경 노출 시험을 통한 염화물 확산거동에 대한 연구 결과는 많지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 3가지 수준(침지대, 간만대, 비말대)의 해양 환경을 조성하여 옥외 폭로 실험을 수행하였다. 대상 배합으로는 3가지 수준의 물-결합재 비(0.
본 연구에서는 30 %의 플라이애시 치환률 및 3가지 수준의 물-결합재 비(0.37, 0.42, 0.47)을 고려하여 침지대, 간만대, 비말대에서의 노출기간에 따라 변화하는 겉보기 염화물 확산계수 거동을 평가하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 해안 환경 폭로 시험을 위해 2가지 수준의 플라이애시 치환률(0%, 30%) 및 3가지 수준의 물-결합재 비를 고려하여 배합을 수행하였다. 본 연구의 배합표를 Table 1에 나타내었다.
본 절에서는 콘크리트 시편이 비래 염분의 영향을 받는 조건 하에서 플라이애시 치환률 및 물-결합재 비를 고려하여 겉보기 염화물 확산계수를 평가하였다. 그 결과를 Fig.
본 절에서는 플라이애시 치환률 및 물-결합재 비를 고려하여 간만대에서의 겉보기 염화물 확산계수을 평가하였으며, 그 결과를 Fig. 5에 나타내었다.
본 절에서는 플라이애시 치환률(30 %) 및 3가지 수준의 물-결합재 비(0.37, 0.42, 0.47)를 고려한 콘크리트를 대상으로 재령 2년까지 항온 수중양생(20 ℃) 한 후 압축강도를 평가하였다. 재령 28일, 49일, 180일, 365일 강도는 사전 연구에서 인용하였다(Yoon and Kwon, 2018).
본 연구에서는 경기도 안산시 시화 방조제 인근의 해양 옥외 폭로 시험장에 시편을 존치시켜 염화물 거동을 평가하였다. 침지대, 간만대, 비말대 총 3가지 수준의 노출 환경을 조성하였다. 침지대의 경우 해수에 의해 시편이 완전히 침지되도록 설정하였으며, 간만대의 경우 물이 비산되며 조수간만의 주기가 가능한 적어지도록 설정하였다.
침지대, 간만대, 비말대 총 3가지 수준의 노출 환경을 조성하였다. 침지대의 경우 해수에 의해 시편이 완전히 침지되도록 설정하였으며, 간만대의 경우 물이 비산되며 조수간만의 주기가 가능한 적어지도록 설정하였다. 비말대의 경우 파도의 영향을 직접 받고 육풍을 차단하여 해풍의 영향만을 받을 수 있도록 하였다.

데이터처리

측정한 염화물 프로파일을 Fick's 2nd law에 적용시켜 선형회귀분석 방법으로 겉보기 염화물 확산계수를 도출해내었다.

성능/효과

1) 3가지 노출 환경에서 물-결합재 비가 낮을수록 낮은 겉보기 염화물 확산계수가 나타났으며 플라이애시 치환배합에서 OPC 배합 대비 낮은 확산계수가 평가되었다.
3) 각 배합의 압축강도를 평가한 결과 재령 28일에서부터 플라이애시 치환 배합에서 OPC 배합 대비 동등이상의 강도가 평가되었다. 재령 28일 대비 재령 730일에서의 강도 증가율은 OPC 배합에서는 142.
,2017), 본 연구의 플라이애시 치환 배합의 경우, 간만대에서 한 가지 경우를 제외하고 100 % 이상의 확산계수 변화율을 나타내었다. 그러나 OPC 배합의 경우 100 % 이하의 변화율을 나타내어, 노출 기간 및 조건에 의해 확산계수 변화 거동이 변화는 크지 않은 것으로 나타났다.
플라이애시의 포졸란 반응에 의해 추가적으로 생성된 불용성의 안정한 규산화칼슘 수화물이 염화물 이온의 확산을 저지하기 때문으로 사료된다. 또한 노출기간이 180일에서 730일로 증가함에 따라 OPC 배합의 경우 28.2 % ~ 32.4 %, 플라이애시 치환 배합의 경우 27.6 % ~ 33.9 %의 감소율을 나타내어, 플라이애시 치환 배합은 각 노출기간에서 OPC 배합보다 낮은 확산계수를 나타낼 뿐 아니라 수화의 증가에 의한 확산계수 감소폭이 동등 이상으로 평가되었다.
9 %의 확산계수 감소율을 나타내었다. 또한 재령일이 180일에서 730일로 증가함에 따라 플라이애시 치환 배합은 27.8 % ~ 36.1 %의 감소율을 OPC 배합은 31.5 % ~ 33.8 %의 감소율을 나타내었다.
7 %의 확산계수 감소율을 나타내었다. 또한 플라이애시 치환 배합은 OPC 배합 대비 최대 81.5 %의 확산계수를 나타내어 OPC 배합 대비 염해 저항성이 우수한 것으로 사료된다.
1 %를 나타내었다. 모든 배합에서 재령 28일 대비 재령 730일 강도 증진율이 높게 나타났는데 콘크리트 배합 설계 시 많은 단위결합재량(357 kg/m³ ~ 454 kg/m³)이 확보되었기 때문이며, 특히 치환율이 35 % 이하인 플라이애시 치환 배합의 경우 포졸란 반응에 의해 높은 강도 증진률을 얻을 수 있다. 이러한 경향은 기존의 연구에서 증명되었으며, OPC 배합의 경우 최근 OPC 제조 시 고분말화의 영향을 받은 것으로 보인다(Kwon et al.
3) 각 배합의 압축강도를 평가한 결과 재령 28일에서부터 플라이애시 치환 배합에서 OPC 배합 대비 동등이상의 강도가 평가되었다. 재령 28일 대비 재령 730일에서의 강도 증가율은 OPC 배합에서는 142.9 % ~ 167.2 %를, 플라이애시 치환 배합에서는 164.1 % ~ 178.1 %를 나타내었으며, 플라이애시의 포졸란 반응에 의해 높은 강도증진률이 나타난 것으로 사료된다.
이는 물-결합재 비가 낮은 배합에서는 비교적 높은 결합재량이 확보되기 때문이며, 플라이애시의 포졸란 반응에 의해 콘크리트의 염해 저항성이 개선되는 것으로 사료된다. 최종 노출 기간인 730일에서 노출 기간 180일 대비 플라이애시 치환 배합은 27.0 % ~ 36.1 %의 감소율을 OPC 배합은 27.5 % ~ 36.3 %의 확산계수 감소율을 나타내었다.
침지대 및 간만대와 마찬가지로 물-걸합재 비가 낮을수록 낮은 확산계수가 나타났으며 플라이애시 치환 배합에서 OPC 배합 대비 뛰어난 염해 저항성능을 나타내었다. 플라이애시 치환 배합은 OPC 배합 대비 66.
침지대를 기준으로 간만대 및 비말대에서의 겉보기 염화물 확산계수의 변화율을 평가한 결과 OPC 배합에서는 간만대의 경우 60.1 % ~ 84.1 %, 플라이애시 치환 배합의 경우 93.4 % ~ 107.2 %의 변화율을 나타내었다. 또한 비말대의 경우, OPC 배합의 경우 32.
플라이애시 치환 배합에서 OPC 배합 대비 55.8 % ~ 74.3 %의 확산계수 감소율을 나타내었다. 플라이애시의 포졸란 반응에 의해 추가적으로 생성된 불용성의 안정한 규산화칼슘 수화물이 염화물 이온의 확산을 저지하기 때문으로 사료된다.
2) 3가지 수준의 노출 환경이 겉보기 염화물 확산계수 거동에 미치는 영향을 침지대를 기준으로 하여 평가하였다. 플라이애시 치환 배합에서는 간만대, 침지대, 비말대 순으로, OPC 배합의 경우 침지대, 간만대, 비말대 순으로 확산계수가 평가되었다. 플라이애시 치환 배합의 경우 간만대에서는 93.
침지대 및 간만대와 마찬가지로 물-걸합재 비가 낮을수록 낮은 확산계수가 나타났으며 플라이애시 치환 배합에서 OPC 배합 대비 뛰어난 염해 저항성능을 나타내었다. 플라이애시 치환 배합은 OPC 배합 대비 66.6 % ~ 95.9 %의 확산계수 감소율을 나타내었다. 또한 재령일이 180일에서 730일로 증가함에 따라 플라이애시 치환 배합은 27.
플라이애시 치환 배합에서는 간만대, 침지대, 비말대 순으로, OPC 배합의 경우 침지대, 간만대, 비말대 순으로 확산계수가 평가되었다. 플라이애시 치환 배합의 경우 간만대에서는 93.4　% ~ 107.2 %, 비말대에서는 44.0 % ~ 73.5 %의 변화율을 나타냈으며, OPC 배합의 경우 간만대에서는 60.1 % ~ 84.1 %, 비말대에서는 32.3 % ~ 57.6 %의 변화율을 나타내었다. 플라이애시의 재료적 변동성 및 옥외노출시험의 변동성이 존재하므로 추가 노출 기간을 고려한 연구를 통해 더욱 명확한 노출 조건에 따른 겉보기 염화물 확산계수 거동을 평가할 수 있을 것으로 사료된다.

후속연구

6 %의 변화율을 나타내었다. 플라이애시의 재료적 변동성 및 옥외노출시험의 변동성이 존재하므로 추가 노출 기간을 고려한 연구를 통해 더욱 명확한 노출 조건에 따른 겉보기 염화물 확산계수 거동을 평가할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Fick's 2nd law를 기반으로 옥외 폭로 시험에 의해 겉보기 염화물 확산계수 및 표면 염화물량을 산정하는 경우 노출환경에 따라 큰 차이가 발생하는데, 이를 해결하기 위해 필요한 것은?	, 2016). 따라서 장기 노출된 비말대 및 간만대의 실태조사 결과를 이용한 실험 결과의 경우 동일 조건으로 장기 침지된 실험 결과와의 비교가 필수적이다. 표면 염화물량은 염해 환경 노출 기간의 평방근에 비례한다고 알려져 있으며, 겉보기 염화물 확산계수의 시간의존적 감소 거동 및 혼화재료에 의한 거동 변화에 대한 선행 연구가 수행되었다(Kim et al.
	플라이애시란?	대표적인 콘크리트 혼화재료로는 플라이애시(FA: Fly Ash), 고로슬래그 미분말(GGBFS: Granulated Ground Blast Furnace Slag), 실리카 퓸(SF:　Silica Fume) 등이 있다. 그 중에서 플라이애시는 화력 발전소에서 석탄을 연소시킬 때 발생하는 특정입도 범위(1m ~ 100 m)의 입상 잔사이다(KS L 5405, 2018). 플라이애시를 콘크리트에 시멘트의 대체 재료로서 사용하게 되면 굳지 않은 생태에서는 볼베어링 효과로 인해 블리딩 저감 및 워커빌리티 개선 등의 효과를 기대할 수 있으며, 굳은 후에는 포졸란 방응에 의해 장기 내구성능 개선 효과를 기대할 수 있다.
	플라이애시를 콘크리트에 시멘트 대체 재료로 사용할 경우 얻을 수 있는 효과는?	그 중에서 플라이애시는 화력 발전소에서 석탄을 연소시킬 때 발생하는 특정입도 범위(1m ~ 100 m)의 입상 잔사이다(KS L 5405, 2018). 플라이애시를 콘크리트에 시멘트의 대체 재료로서 사용하게 되면 굳지 않은 생태에서는 볼베어링 효과로 인해 블리딩 저감 및 워커빌리티 개선 등의 효과를 기대할 수 있으며, 굳은 후에는 포졸란 방응에 의해 장기 내구성능 개선 효과를 기대할 수 있다.특히 포졸란 반응에 의해 내부 공극구조가 치밀해져 염해 저항 성능을 개선시키는데 효과적으로 알려져 있다(Bilodeau et al.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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