[논문]아연분말을 이용한 강재부식 유지보수 효율성 향상 기술 개발

김동익

doi:10.15683/kosdi.2020.06.30.411

아연분말을 이용한 강재부식 유지보수 효율성 향상 기술 개발
Development of Technology to Improve Maintenance Efficiency of Steel Corrosion using Zinc Powder 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.16 no.2 = no.48, 2020년, pp.411 - 419

김동익 (Department of Construction Safety Engineering, Kyonggi University)

초록
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연구목적: 본 연구는 건축물 및 교통 시설물 등에 사용중인 강재류가 시간에 흐름에 따라 부식이 발생됨에 따라 부식된 강재의 성능을 향상시키고 유지보수 효율성을 확보하기 위해 수분 경화형 방식 코팅액을 개발하였고, 그 성능 시험을 통해 최적의 성분 배율을 결정하도록 하였다. 연구방법: 연구를 위하여 다양한 배율의 코팅액에 대해 내식성 평가, 물리적 성질 평가, 저장안전성 평가 등을 시행하여 그 결과를 분석하였다. 연구결과: 분석결과 마그네슘을 추가로 첨가한 액체에서 컷팅 부위에 발청이 거의 없어 방식효과가 우수하였고, 블리스터 발생도 거의 없어 가장 우수한 배율로 분석되었다. 결론: 본 연구를 통해 그 성능이 인정된 수분 경화형 방식 코팅액에 대해 향후 새로운 성분 배율 실험을 통한 기능 향상과 시행 확대를 위한 제도적 개선 노력이 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: This study is intended to improve the performance of traffic signs corroded by aging, to ensure maintenance efficiency, a water-hardened coating solution was developed. Performance tests were then used to determine the optimal component scale. Method: For research purposes, the results were analyzed by conducting corrosion resistance assessment, physical properties evaluation, storage safety assessment, etc. on coating solutions of various magnifications. Results: The analysis results showed that there was little hearing in the cutting area in the liquid with added magnesium, so the method effect was excellent. And there was little blister occurrence, which was analyzed at the highest magnification. Conclusion: Enhancements to future new component scale experiments are needed for water-hardened coating solutions that have been recognized for their performance through this study. And institutional improvement efforts are needed to expand the enforcement of traffic sign maintenance using coating solutions.

주제어

표/그림 (15)

표 Table 1. Sample and comparison samples
그림 Fig. 1. The comparison of sample A and sample B
그림 Fig. 2. The comparison of comparison A and comparison B
표 Table 2. The comparison of sample A and sample B
표 Table 3. The comparison of sample B and standard A
그림 Fig. 3. The comparison of sample C and sample comparison A and comparison B
표 Table 4. The comparison of sample C and standard A
표 Table 5. The comparison of sample C and standard A
그림 Fig. 4. The comparison of sample C and standard A
그림 Fig. 5. Cross cut measurement method
표 Table 6. Impact resistance test results
표 Table 7. Sample samples and comparison samples
표 Table 8. Storage safety evaluation result
그림 Fig. 6. The comparison of standard A and standard C
표 Table 9. Results of corrosion resistance evaluation based on the addition of Mg powder

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 경제적으로 효율적인 방법은 도료를 사용하여 수분이나 염분이 강 재료에 접촉하지 못하게 하는 것이다. 따라서 본 논문은 건축물 및 교통 시설물의 사용 중인 강재의 기능적 성능 확보와 유지보수 효율성을 향상시키기 위한 방안으로 수분 경화형방식 코팅액을 제시하였다.
그러나 경제적으로 효율적인 방법은 도료를 사용하여 수분이나 염분이 강 재료에 접촉하지 못하게 하는 것이다. 따라서 본 논문은 건축물 및 교통 시설물의 사용 중인 강재의 기능적 성능 확보와 유지보수 효율성을 향상시키기 위한 방안으로 수분 경화형방식 코팅액을 제시하였다.

제안 방법

수분 경화형 방식 코팅액의 성분은 편상의 아연말, 디페닐메탄 디이소시아네이트 프리폴리머, 징크 포스페이트, p-톨루엔설포닐 이소시아네이트, 트리에틸오쏘포미에이트(triethylorthoformiate), 용매, 기타 첨가제 등으로 구성되고, 세부적으로 성분의 배율 변화와 첨가물의 종류에 따라 그 성능이 달라질 수 있다. 따라서 기능이 저하된 강재의 재생과 유지보수 효율성을 위한 최적 대안을 설정하기 위해 성분변화에 따른 내식성 평가, 물리적 성질 평가, 저장안전성 평가 등을 시행하였고, 그 결과 다음의 결론을 도출하였다.
편상의 아연말을 15 중량부 대신 10 중량부를 사용하고 Mg 분말 5 중량부를 추가로 첨가한 것을 제외하고는 표준액A와동일하게 하여 표준액C를 만들고 이에 대한 내식성 평가를 시행하였다. 즉, Table 7과 같이 안료로 편상의 아연말을 사용한 표준액A와 안료로 편상의 아연말과 마그네슘 분말을 함께 사용한 표준액C의 옥외폭로 내식성을 비교하였고, 실험 조건은⒜ 시편 재질 및 두께 : 녹이 발생된 냉간압연철판, 2T, ⒝ 전처리 : St2(연마지 사용 녹 제거 전처리), ⒞ 도장 방법 및 도막 두께 : 롤러 사용해서 건조 도막 50 ㎛ 도장, ⒟ 시험방법 및 기간: 염화칼슘 용액(5중량%)에 1일간 침지한 후 옥외폭로, 3개월로 설정하였다.

대상 데이터

편상의 아연말 대신 편상의 알루미늄 분말을 사용하고 징크 포스페이트를 사용하지 않은 것을 제외하고는 표준액A과 동일하게 하여 비교액A를 만들었다. 그리고 징크 포스페이트를 사용하지 않은 것을 제외하고는 비교액A 조성물과 동일하게 하여 비교액B를 만들었다.

이론/모형

비교액A와 표준액의 물리적 성질을 평가하기 위해 밀착성 실험은 아래의 Fig. 5에 기준을 둔 시험규격 ASTM D 3359을 적용한 크로스 컷(cross cut) 법으로 측정하였다.
기준이 되는 표준액A와 샘플액C를 아래와 같이 전 처리 된 시험편에 건조도막 50 ㎛의 두께로 하도 도장과 그 위에 우레탄 톱코트를 건조도막 50 ㎛의 두께로 상도 도장을 하였다. 염수분무 내식성 평가는 ⒜ 시편 재질 및 두께 : 냉간압연철판, 2T,⒝ 전처리: St3(동력공구를 사용하여 녹을 제거하는 전처리), ⒞ 시험 방법 및 기간: 염수분무(ASTM D-3359), 1,200시간의 기준을 적용하였다.

성능/효과

내충격성은 듀폰식 충격시험기를 사용하였고, 이는 추 무게 500g,1/4 인치봉을 높이 50 cm를 낙하 기준으로 설정하고, 그 결과는 아래 Table 6와 같이 수분 경화형 방식 코팅액의 물리적 성질은 모두 적절히 우수한 것으로 조사되었다.
넷째, 마그네슘을 추가로 첨가한 액체에서 컷팅 부위에 발청이 거의 없어 방식효과가 우수하였고, 블리스터 발생도 거의 없어 가장 우수한 배율로 분석되었다
1에서와 같이 안료로 편상의 알루미늄 분말을 사용하면서 징크 포스페이트를 첨가하지 않은 샘플액A는 컷팅 주변으로 발청이 많이 되었고, 안료로 편상의 아연말을 사용하면서 징크 포스페이트를 첨가하지않은 샘플액B도 컷팅 주변으로 미세 발청이 생긴 것으로 나타났다. 두 액상을 비교한 결과 샘플액 B의 내식성이 다소 우수한 것으로 나타났다.
둘째, 옥외폭로 내식성 시험에서 편상의 아연말을 사용하면서 징크 포스페이트를 첨가한 표준액A에서 황변 현상이 발생하지 않았고, 컷팅 주변에 거의 발청이 되지 않은 것으로 분석되어 염수분무 내식성이 더 뛰어난 것으로 분석되었다.
셋째, 물리적 성질 평가를 위한 두폰식 충격시험기를 통한 측정결과 내충격성은 샘플액A, B, C와 표준액A에서 모두 우수한 수준으로 측정되었다.
시험조건에 맞추어 실험 후 3개월 후에 표준액A와 표준액C의 외관을 비교한 결과 표준액A는 컷팅 부위에 발청이 거의 발생하지 않아 방식 효과가 매우 우수한 것으로 나타났으나 약간의 블리스터(blister)가 발생하였다. 마그네슘을 추가로 첨가한 표준액C는 불리스터의 발생이 거의 없었고 외관 상태도 표준액A보다 양호한 것으로 나타났다.
실험2의 결과는 Table 3과 Fig. 2에서와 같이 안료로 편상의 아연말을 사용하였지만 징크 포스페이트를 첨가하지 않은 샘플액 B는 시편 아래 쪽으로 많은 핀포인트가 발청되었으나, 안료로 편상의 아연말을 사용하고 징크 포스페이트를 첨가한 표준액A는 핀포인트 발청이 거의 되지 않아 내식성이 더 우수한 것으로 나타났다.
첫째, 안료로 편상의 아연말을 사용하고 징크 포스페이트를 첨가한 표준액A에서 핀포인트 발청이 거의 되지 않아 내식성이 우수한 것으로 나타났다.
표본으로 사용한 강재에 국부적으로 발생된 발청 부위에 철의 음극보호(cathodic protection)를 위해 철보다 이온화 경향이 큰 아연을 금속 안료로 사용하여 희생 양극으로 삼아 철의 부식을 방지할 뿐만 아니라 녹을 환원시키고, 습기 경화형 폴리우레탄 수지를 사용하여 그 속에 함유된 반응성 NCO기가 녹 속의 물과 반응하여 탈수화 및 아민 생성 반응을 통해 소지면에 코팅을 형성함으로써 내구성이 우수한 코팅막을 얻을 수 있는 방식 코팅액을 확보할 수 있다. 그리고 아연을 첨가할 수 있으며 구상의 아연말(zinc dust)보다 편상의 아연말(zinc flake)을 사용하면 표면적이 커지기 때문에 방식성이 더 우수해 지는 특성을 가진다.
3에서 와 같이 안료로 편상의 알루미늄 분말을 사용하면서 징크 포스페이트를 첨가한 샘플액C는 샘플액A와 샘플액B보다는 괜찮았지만 황변 현상이 발생하였다. 하지만 안료로 편상의 아연말을 사용하면서 징크 포스페이트를 첨가한 비교액A는 황변 현상이 발생하지 않은 것으로 분석되어 표준액A의 내식성이 더 우수한 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	강 구조물의 가장 큰 취약점은 무엇인가?	특히 교통 시설물 중 교량은 장대화되게 되면 활하중에 비하여 사하중의 영향이 크게 되며 이로 인해 장대교량에는 주로 강 구조물이 사용되고 있다. 그러나 강 구조물의 가장 큰 취약점은 부식이다. 강구조물에 물이 고이거나 또는 염분에 노출이 되는 곳은 필연적으로 부식이 발생 할 수 있다.
	부식을 방지하는 방법중 경제적으로 효율적인 방법은 무엇인가?	또는 부식방지제인 방청제를 사용하는 방법과 전기방식법도 있다. 그러나 경제적으로 효율적인 방법은 도료를 사용하여 수분이나 염분이 강 재료에 접촉하지 못하게 하는 것이다. 따라서 본 논문은 건축물 및 교통 시설물의 사용 중인 강재의 기능적 성능 확보와 유지보수 효율성을 향상시키기 위한 방안으로 수분 경화형방식 코팅액을 제시하였다.
	부식의 정의는 무엇인가	부식은 금속이 물이나 토양과 같은 전해질 속에 놓이게 되면 그 표면의 용존 산소, 농도차, 온도차 등 주위 환경 조건의 차이와 금속자체에 함유된 불순물, 잔존응력, 표면 부착물 등의 금속측 원인에 의하여 그 표면에 국부적으로 전위차가 생기게 되고 그 결과 수많은 양극부와 음극부가 형성된다. 이때 양극부에서 음극부로 전류(부식전류)가 흐르게 되는데 이 과정에서양극부의 금속이 이온 상태로 용출 되어 점차 전해질 속으로 용해 되어가는데 이러한 전기화학 반응을 일반적으로 '부식'이라고 한다. 부식을 방지하는 방법에는 여러 가지 방법들이 있다.

참고문헌 (3)

Kim, H.-J., Park, C.-H., Kim, D.-Y., Choi, M.-H. (2016). "Effects of surface Iron particles on corrosion speed of magnesium plate." The Korean Institute of Surface Engineering, Vol. 5, pp. 58-59.
Lee, C.-S., Yoon, I.-S., Park, J.-H. (2003). "Prediction of time to corrosion for concrete bridge deoks exposed to de-loing chemicals." Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 15, No. 4, pp. 606-614.
Park, I.-D., Yoon, O.-N., Nam, K.-W. (1997). "A mechanical properties and corrosion fatigue life of aluminum alloy sheets for autobodies." Journal of Ocean Engineering and Technology, Vol. 11, No. 2, pp. 57-69.

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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