[논문]3전극방식을 활용한 철근 콘크리트의 교류임피던스 측정 시 전기화학 셀저항의 영향

무함마드 알 마스루르 칸; 김제경; 이정재; 기성훈

doi:10.11112/jksmi.2022.26.6.82

3전극방식을 활용한 철근 콘크리트의 교류임피던스 측정 시 전기화학 셀저항의 영향
Effect of Total Resistance of Electrochemical Cell on Electrochemical Impedance of Reinforced Concrete Using a Three-Electrode System 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.26 no.6, 2022년, pp.82 - 92

무함마드 알 마스루르 칸 (동아대학교 ICT 융합 해양스마트시티 공학과) , 김제경 (동아대학교 해양도시건설방재연구소) , 이정재 (동아대학교 ICT 융합 해양스마트시티 공학과) , 기성훈 (동아대학교 ICT 융합 해양스마트시티 공학과)

초록
AI-Helper

본 연구의 목적은 3전극방식으로 전기화학적 임피던스분광법(EIS)를 활용한 콘크리트 속 철근의 분극저항을 측정할 때 전기화학 셀저항에 따른 인가전압의 변화를 실험적으로 확인하고, 안정적인 측정값을 획득을 위한 실험조건을 찾는 것이다. 본 연구에서는 셀저항을 구성하는 요소 중 콘크리트 건조상태, 전극의 커플링상태(접촉저항) 및 상대전극의 면적을 주요변수 설정하였다. 본 연구에서는 지름 200mm인 정사각형 콘크리트 실험체 중심에 D22 철근이 부분적으로 매입된 실험체를 준비하여, 주요변수의 조합으로 구성된 다양한 실험조건에서 EIS을 수행하였으며 이때 포텐쇼스탯에서 인가된 전압을 측정하였다. 본 연구의 실험결과를 통하여, 3전극 방식으로 콘크리트 속 철근의 부식속도를 측정할 경우, 측정장치의 추종전압보다 측정 시 요구되는 인가전압이 충분히 큰 경우 셀저항의 변화는 EIS 측정에 큰 영향을 주지 않는 것을 확인하였다. 참조전극과 기준전극을 콘크리트 표면에 부착된 상태에서 EIS에서 콘크리트의 건조상태 및 상대전극의 면적에 대한 영향에 비하여 전극과 표면의 접촉저항의 영향이 지배적인 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 해양환경에 노출된 콘크리트와 같이 침지 및 건조 반족 조건에 노출된 콘크리트에서 3전극방식의 EIS 측정으로 철근 부식속도 및 상태평가를 위한 센서 개발에 기본 데이터로 활용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study aims to investigate the effect of total electrochemical cell resistance (TECR) on electrochemical impedance (EI) measurements of reinforced concrete (RC) by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) using a three-electrode system. A series of experimental study is performed to measure electrochemical behavior of a steel bar embedded in a concrete cube specimen, with a side length of 200 mm, in various experimental conditions. Main variables include concrete dry conditions, coupling resistance between sensing electrodes and concrete surface, and area of the counter electrode. It is demonstrated that EI values remains stable when the compliant voltage of a measuring device is sufficiently great compared to the potential drop caused by TECR of concrete specimens. It is confirmed that the effect of the coupling resistance of TECR is far more influential than other two factors (concrete dry conditions and area of the counter electrode). The results in this study can be used as a fundamental basis for development of a surface-mount sensor for corrosion monitoring of reinforced concrete structures exposed to wet-and-dry cycles under marine environment.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1 Illustration of working principle of potentiostat using the three electrode system: (a) a basic block diagram of potentiostat and (b) illustration of cell resistance in an electrochemical cell
그림 Fig. 2 Illustration of a concrete specimen
그림 Fig. 3 Test setups for EIS measurements of the reinforced concrete specimen in different testing conditions: (a) Type 1 and (b) Type 2
표 Table 1 Summary of concrete mixing proportion
그림 Fig. 4 Various dry conditions of the reinforced concrete specimens in this study: (a) uniformly air-dry condition, (b) partially wet condition, (c) uniformly wet condition, and (d) surface air-dry condition
표 Table 2 Summary of the experimental program in this study
그림 Fig. 6 Reference test results from the concrete specimen immersed in 3% NaCl solution (Test No. 0 in Table 1): (a) Bode plot, and (b) measured voltage between CE and WE in the electrochemical cell in the EIS measurement
그림 Fig. 5 Equivalent circuit model for EIS analysis
그림 Fig. 7 Test results from the concrete specimen in the various saturation conditions: (a) Bode plots, and (b)measured voltage between CE and WE in the electrochemical cell in the EIS measurement
표 Table 3 Summary of critical parameters of equivalent electrical circuit from EIS analysis
그림 Fig. 8 Variation of solution resistance Rs of the concrete specimen in the various dry conditions
그림 Fig. 9 Variation of solution resistance Rs measured by EIS based on 3-electrode system and electrical resistivity of concrete measured by the 4-point Wenner probe with various absorption ratio of concrete
그림 Fig. 10 Test results from the concrete specimen in the air-dry conditions with different sensor coupling conditions: (a),(b),(c) bode plots and (d),(e),(f) variation of voltages between CE and WE at EIS measurements. Results from the three different coupling conditions of CE and RE (dry-dry, dry-wet, and wet-wet) were presented in the left, middle and right columns, respectively
그림 Fig. 11 Test results from the concrete specimen in the air-dry conditions with different area of CE: (a), (b) bode plots and (c),(d) variation of voltages between CE and WE at EIS measurements. Results from the CE areas of 1.6Aw and 10-6Aw are presented in the left, and right columns, respectively

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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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