[논문]철근이 부식된 콘크리트 슬래브의 구조성능 평가에 대한 실험적 연구

정은철; 이경언; 정란

문제 정의

먼저 낮은 부식도의 범위를 찾아내고 이후 계속된 실험을 통해 높은 부식도에서의 철근콘크리트 구조체 거동을 파악하여 부식도별로 보수 . 보강 시 타당한 시공법을 적용함으로써 시공범위를 구획하여 경제적인 효과를 거두는데 그. 최종 목적이 있다.
본 실험은 낮은 부식도에서 구조물의 내력이 어느 정도 높아진다는 여러 실험을 검토하고 내력을 중진시키는 부식도의 범위를 찾아내어 부식이 많이 진행된 구조물과 내력중진 범위내의 부 식도의 보수 . 보강법의 차별화를 제시하기 위한 기초자료를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. 먼저 낮은 부식도의 범위를 찾아내고 이후 계속된 실험을 통해 높은 부식도에서의 철근콘크리트 구조체 거동을 파악하여 부식도별로 보수 .

제안 방법

시험체는 28일 강도 192kg/破인 콘크리트와 인장강도 43ia<g/cin■인 HD 10철근을 사용하여 제작하였다. 각 부식도별로 부착 파괴를 유도하기 위한 부착길이는 다음의 표와 같으며 각 철근을 고정시키기 위한 부근은 철근 대신 플라스틱 봉을 이용하였다. 이는 시혐체 내의 철근을 부식시킬 떄 주변에 배근된 철근과의 통전을 최대한 방지하기 위한 것이다.
레미콘 타설하였다. 공시체는 KS F 2405에 따라서 지름 10cm, 높이 20cm의 원주형 공시체를 시험체 타설과 동시에 제작하였으며, 타설 후 12시간 경과 후 물-시멘트비 29%인 시맨트 풀로 캡用하였고 24시간 후 탈형하여 시험체와 동일한 조건으로 양생하였다. 시험체는 28일 강도 192kg/破인 콘크리트와 인장강도 43ia<g/cin■인 HD 10철근을 사용하여 제작하였다.
보강법의 차별화를 제시하기 위한 기초자료를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. 먼저 낮은 부식도의 범위를 찾아내고 이후 계속된 실험을 통해 높은 부식도에서의 철근콘크리트 구조체 거동을 파악하여 부식도별로 보수 . 보강 시 타당한 시공법을 적용함으로써 시공범위를 구획하여 경제적인 효과를 거두는데 그.
이는 부식이 일정한도를 넘어서 철근과 콘크리트의 부착력이 저하되고, 철근의 단면적이 내력에 영향을 줄 정도로 감소되었을 경우에 해당하는 것이다. 본 실험은 낮은 부식도에서 구조물의 내력이 어느 정도 높아진다는 여러 실험을 검토하고 내력을 중진시키는 부식도의 범위를 찾아내어 부식이 많이 진행된 구조물과 내력중진 범위내의 부 식도의 보수 . 보강법의 차별화를 제시하기 위한 기초자료를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
부착길이는 시험체의 균열 거리를 측정하여 실제 부착길이를 결과에 적용하였다. 파괴양상은 부식 이 진행되지 않은 기준 시험체에 비해 미소한 부식이 진행된 시험체의 균열의 범위가 넓고 균열 수도 역시 많았다.
이는 부착길이가 짧아 균열의 범위내에 철근이 배근된 영향으로 판단되며, 최종분석에서는 이 철근이 외력에 저항하지 못하는 것으로 간주하여 분석하였다. 부착길이와 파괴양상이 비슷한 부착길이 별로 실험결과를 비교 . 분석하였다.
철근이 부식된 철근콘크리트 슬래브 시험체의 설치 및 가력은 최대용량 50tf인 유압잭에 설치하여 가력하였으며 시험체와 가력판 사이에 용량 50tf인 로드셀, 중앙부에 최대측정변위 50mm인 LVDT를 설치하여 각각에 데이터 취득장비를 연결하여 측정하였다. 시험체는 2소점으로 가력하였으며 부착길이의 시작부위에서 가력하여 부착길이를 예상길이와 최대한 유사한 파괴를 유도하였다.
실험 종료 후 균열위치로부터 실제 부착길이 및 시혐체룰 파단하여 실제 부식도룰 측정한 결과 당초 예상했던 부착길이와 부식도는 약간의 차이를 보였다. 이는 부착길이가 짧아 균열의 범위내에 철근이 배근된 영향으로 판단되며, 최종분석에서는 이 철근이 외력에 저항하지 못하는 것으로 간주하여 분석하였다. 부착길이와 파괴양상이 비슷한 부착길이 별로 실험결과를 비교 .
철근이 부식된 철근콘크리트 슬래브 시험체의 설치 및 가력은 최대용량 50tf인 유압잭에 설치하여 가력하였으며 시험체와 가력판 사이에 용량 50tf인 로드셀, 중앙부에 최대측정변위 50mm인 LVDT를 설치하여 각각에 데이터 취득장비를 연결하여 측정하였다. 시험체는 2소점으로 가력하였으며 부착길이의 시작부위에서 가력하여 부착길이를 예상길이와 최대한 유사한 파괴를 유도하였다.

대상 데이터

공시체는 KS F 2405에 따라서 지름 10cm, 높이 20cm의 원주형 공시체를 시험체 타설과 동시에 제작하였으며, 타설 후 12시간 경과 후 물-시멘트비 29%인 시맨트 풀로 캡用하였고 24시간 후 탈형하여 시험체와 동일한 조건으로 양생하였다. 시험체는 28일 강도 192kg/破인 콘크리트와 인장강도 43ia<g/cin■인 HD 10철근을 사용하여 제작하였다. 각 부식도별로 부착 파괴를 유도하기 위한 부착길이는 다음의 표와 같으며 각 철근을 고정시키기 위한 부근은 철근 대신 플라스틱 봉을 이용하였다.

이론/모형

철근의 부식이 전기 화학적 반응이라는 점을 이용하여 자연 상태에서 많은 기간이 소요되는 부식시 간을 단축하기 위하여 철근의 부식, 즉 산화반웅에 소요되는 총 전하량은 보존된다는 폐러데이 법칙 중의 한 이론을 적용한 부식량 추정방법을 이용한 전위차 부식촉진법을 사용하였다. 시험체의 부식은 페러데이 법칙을 이용한 전위차 부식촉진법을 사용하였다. 직류전원 공급장치는 최대 30V, 10A로 실험시 전압값은 25V로 일정하게 유지하였다.
철근의 부식이 전기 화학적 반응이라는 점을 이용하여 자연 상태에서 많은 기간이 소요되는 부식시 간을 단축하기 위하여 철근의 부식, 즉 산화반웅에 소요되는 총 전하량은 보존된다는 폐러데이 법칙 중의 한 이론을 적용한 부식량 추정방법을 이용한 전위차 부식촉진법을 사용하였다. 시험체의 부식은 페러데이 법칙을 이용한 전위차 부식촉진법을 사용하였다.

성능/효과

(1) 부착길이와 연성구간, 최대하중을 분석해 본 결과, 2% 내외의 부식이 진행된 시험체의 동일한 부착길이에서 부식되지 않은 건전 시험체에 비해 부착성능이 향상되었다.
(2) 3% 부식이 진행된 시험체는 기준 시험체와 유사한 값까지 부착성능 및 최대하중이 저하되어 부식 도 3%가 내력저하의 시점으로 나타났다.
7tf 부근에서 강성변화 후 일정구간 의 연성을 보이다가 외력에 저항하던 철근 B가 급격한 부착파괴가 일어나 최종적으로는 타 시험체와 유사한 하중값을 보였다. 0% 시험체에서 부착길이 5cm도 충분한 부착길이가 되지 못한다는 것을 알 수 있었다. S1-2-7 시험체는 0% 시험체보다 전체적인 부착길이가 짧음에도 불구하고 높은 항복하중 을 보이고 있다.
파괴양상은 부식 이 진행되지 않은 기준 시험체에 비해 미소한 부식이 진행된 시험체의 균열의 범위가 넓고 균열 수도 역시 많았다. 균열양상으로 미소 부식된 철근의 부착강도가 부식되지 않은 시혐체보다 더 높음을 유관으로 파악할 수 있었다.
부착길이와 항복하중을 대비하여 볼 때 0% 시험체에 비해 구조성능이 우수하다고 판단된다.
이상과 같은 실험결과에서 나타났듯이 1~2%정도의 부식에서 부착성능이 개선됨올 알 수 있다. 실험 결과에서 부식도별 부착파괴가 일어난 부착길이의 최대값과 부착파괴가 일어나지 않은 철근의 최소길이를 나열하여 그림으로 분석하면 그 관계가 명확해진다.
최대내력까지 저항하던 철근은 일정 구간 연성을 보이다가 슬립을 일으키며 부착탈락되는 양상과 급작스런 부착파괴를 보이는 시험체도 있었다. 실험 종료 후 균열위치로부터 실제 부착길이 및 시혐체룰 파단하여 실제 부식도룰 측정한 결과 당초 예상했던 부착길이와 부식도는 약간의 차이를 보였다. 이는 부착길이가 짧아 균열의 범위내에 철근이 배근된 영향으로 판단되며, 최종분석에서는 이 철근이 외력에 저항하지 못하는 것으로 간주하여 분석하였다.
이상과 같은 실험결과에서 나타났듯이 1~2%정도의 부식에서 부착성능이 개선됨올 알 수 있다. 실험 결과에서 부식도별 부착파괴가 일어난 부착길이의 최대값과 부착파괴가 일어나지 않은 철근의 최소길이를 나열하여 그림으로 분석하면 그 관계가 명확해진다.
그러나 항복하중이나 강성면에 있어서 0% 시험체보다 부착성능이 높다고 할 수 있다. 전체적으로 1〜2%까지 부식이 진행된 시험체는 부식이 되지 않은 시험체보다 높은 부착성능을 가진 것으로 판단된다. S0-3-9 시험체의 경우 1.

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