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문제 정의
- 본 연구에서는 중성화로 인한 콘크리트의 열화 과정을 분석하고, 기존 콘크리트 구조물의 중성화를 측정하여 잔존내구연한을 추정하였다. 즉, 잔존내구연한이 끝나는 시점에서 적정유지보수를 실시하여 경제적인 구조물 활용이 본 연구의 목적이다. 본 연구에서는 농업용수의 주 수원공인 저수지의 콘크리트 구조물 부분을 정밀분석하고, 그 자료를 데이터베이스로 구축하여 복합적으로 작용하는 내구성 저하 원인들을 서로 비교.
제안 방법
- 1) 콘크리트의 깊이별 탄산칼슘의 함량을 측정함으로서 콘크리트 수리 시설물의 잔존내구연한을 예측하는 기법을 제안하였다.
- 5cm의 두께로 절단하여, 3단계의 깊이로 3개의 코어에서 절단하였다. 깊이별로 3개의 슬라이스를 잘게 부수어 15Qum체(No.100)로 미세분말올 선별하여 시차열중 량분석을 실시하였다.
- 농업용수의 주 수원공인 저수지의 여수토 방수로 옹벽 부의 콘크리트를 대상으로 현장 및 실내실험을 통하여 얻은 자료들 중 콘크리트 중성화 관련 자료를 분석하여 콘크리트의 잔존내구연한을 예측하였다. 콘크리트의 중성화 측정은 시차 열 중량분석 장치와 pH 측정 장치를 이용하여 콘크리트의 깊이별로 탄산칼슘과 수산화칼슘 및 페하를 정량적으로 측정하여 콘크리트의 중성화 특성을 분석함으로서 콘크리트의 잔존수명을 예측할 수 있었다.
- 콘크리트 품질이 낮고 사용 연한 많이 경과한 구조물에서 채취한 콘크리트 코어일수록 고어 채취 일의 경과에 따라 코어 표면에서부터 코어 중심으로 중성화가 빨리 진행되는 것으로 계측되었다. 따라서 이의 영향을 없애기 위해 할렬 인장으로 코어를 쪼개어 절개 면에 페놀프탈레인 용액을 충분히 분무하여 버니어 캘리퍼스를 이용하여 중성화된 부분의 깊이를 최대깊이, 최소깊이, 평균 깊이로 나누어 측정하였다.
- 특히, 중성화 측정 부분은 지시약인 페놀프탈레인 용액을 사용하여 중성화 깊이를 측정하였으며, 시차 열 중량분석(TG/DTA)을 통해 탄산칼슘(CaCCh)과 수산화칼슘 (Ca(OH)2) 을 깊이별로 분석하였다. 또한, 시차 열 중량분석을 실시한 콘크리트 깊이와 동일한 깊이에서 pH를 측정하였다.
- 즉, 잔존내구연한이 끝나는 시점에서 적정유지보수를 실시하여 경제적인 구조물 활용이 본 연구의 목적이다. 본 연구에서는 농업용수의 주 수원공인 저수지의 콘크리트 구조물 부분을 정밀분석하고, 그 자료를 데이터베이스로 구축하여 복합적으로 작용하는 내구성 저하 원인들을 서로 비교. 분석하였다.
- 본 연구에서는 시차 열 중량분석 시 채취한 미세분말 시료를 증류수에 희석시켜 깊이별로 페하를 측정하였다. 탄산칼슘의 함량과 페하의 관계를 유도하기 위해 깊이 05cm인 위치의 측정값을 그림 2와 같이 도시하였다.
- 본 연구에서는 저수지의 여수토 방수로의 옹벽에서 콘크리트 코어를 6개씩 채취하여 그중 3개는 중성화 측정, 나머지 3개는 압축강도, 탄성계수 및 초음파 등을 측정하였다. 코어채취는 습도 등의 환 경적인 영향을 고려하여 여수토 방수로 옹벽의 만수위선을 기준선으로 하여 기준선 부근에서 채취하였다.
- 콘크리트의 수명 및 잔존수명을 예측하는 많은 연구 결과를 살펴보면 '중성화 깊이는 사용 연한의 제곱근에 비례한다'는 연구 결과와 '콘크리트의 중성화로 인한 부 동태 피막의 파괴와 더불어 철근의 부식이 시작된다'는 연구 결과를 기초로 하여 콘크리트의 수명평가 또는 잔존수명을 예측하는 연구가 대부분을 차지하는 것으로 문헌 조사 되었다. 본 연구에서는 준공연도별로 구조물을 선정하여 사용 연한에 따른 중성화의 진행 과정을 분석하고, 이를 토대로 콘크리트가 가진 잔존수명(잔존내구연한, 잔존 공용 기간)을 추정하였다.
- 그러나 콘크리트의 내구성을 평가하기란 쉽지 않는 문제다. 본 연구에서는 중성화로 인한 콘크리트의 열화 과정을 분석하고, 기존 콘크리트 구조물의 중성화를 측정하여 잔존내구연한을 추정하였다. 즉, 잔존내구연한이 끝나는 시점에서 적정유지보수를 실시하여 경제적인 구조물 활용이 본 연구의 목적이다.
- 코어채취는 습도 등의 환 경적인 영향을 고려하여 여수토 방수로 옹벽의 만수위선을 기준선으로 하여 기준선 부근에서 채취하였다. 시차 열 중량분석을 위해 코어를 대기와 접한 부분부터 0.5cm의 두께로 절단하여, 3단계의 깊이로 3개의 코어에서 절단하였다. 깊이별로 3개의 슬라이스를 잘게 부수어 15Qum체(No.
- 시차 열 중량분석법은 시멘트 화학에서 사용되는 방법으로서 가열 또는 냉각하는 과정에서 결정구조가 변화할 때에 흡수 또는 방출하는 에너지를 열량으로 변환하는 열변화를 통해 결합수와 흡착수 등의 이탈과정의 열변화를 측정하는 방법이다. 온도변화에 따라서 일어나는 반 옹이 흡열인가 발열인가를 조사하는 시차열분석(DTA : Differential Thermal Analysis), 열변화에 의한 중량변화를 측정하는 열중량 분석석 (TG : Thermo Gravimetric analysis)올 동시에 실시한다.
- 농업용수의 주 수원공인 저수지의 여수토 방수로 옹벽 부의 콘크리트를 대상으로 현장 및 실내실험을 통하여 얻은 자료들 중 콘크리트 중성화 관련 자료를 분석하여 콘크리트의 잔존내구연한을 예측하였다. 콘크리트의 중성화 측정은 시차 열 중량분석 장치와 pH 측정 장치를 이용하여 콘크리트의 깊이별로 탄산칼슘과 수산화칼슘 및 페하를 정량적으로 측정하여 콘크리트의 중성화 특성을 분석함으로서 콘크리트의 잔존수명을 예측할 수 있었다. 콘크리트의 잔존수명 예측과정에서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 분석하였다. 특히, 중성화 측정 부분은 지시약인 페놀프탈레인 용액을 사용하여 중성화 깊이를 측정하였으며, 시차 열 중량분석(TG/DTA)을 통해 탄산칼슘(CaCCh)과 수산화칼슘 (Ca(OH)2) 을 깊이별로 분석하였다. 또한, 시차 열 중량분석을 실시한 콘크리트 깊이와 동일한 깊이에서 pH를 측정하였다.
대상 데이터
- 5cm)의 탄산칼슘의 함량을 정량적으로 분석하여 그래프로 도시한 것이 그림 1이다. 본 연구를 위한 분석대상 지구는 사용 연한 10~40년 된 구조물로 총 100개 지구이며, 현재 분석이 완료되어 그래프에 도시한 것은 80개 지구이다. 동일한 준공 연도를 갖는 지구에서 측정한 탄산칼슘의 함량은 그 평균치를 사용하였다.
- 4를 나타내면 이 철근은 부식이 진행될 수 있는 환경에 노출된 것으로 볼 수 있다. 본 연구에서는 철근이 위치한 깊이에서 페하 10.4가 측정 되 기 까지 의 시간을 콘크리트 구조물의 공용연수로 산정하였다. 콘크리트 구조설계 기준에 의하면 흙에 접하거나 옥외의 공기에 직접 노출되는 콘크리트의 경우 D25 이하의 철근에서는 최소 피복 두께를 5cm로 규정하고 있다.
- 콘크리트 구조설계 기준에 의하면 흙에 접하거나 옥외의 공기에 직접 노출되는 콘크리트의 경우 D25 이하의 철근에서는 최소 피복 두께를 5cm로 규정하고 있다. 본 연구의 분석대상인 저수지의 여수토 방수로의 옹벽에서 피복 두께는 5cm로 설계되고 있으며, Weyers3) 에 의하면 시공 시 오차에 의해 유효 피복 두께는 4.2cm로 추정할 수 있다. 잔존수명예측 순서와 적용사례를 표 1에 나타내었으며, 정밀조사 대상지구의 정밀조사자료의 일부와 추정 잔존내구연한을 표 2에 나타내었다.
- 시차 열 중량분석을 위해 채취한 미세 분말(150個체통과)에서 깊이별로 각각 1g씩을 채취하여 시약병에 담는다. lg의 분말 시료에 10cc의 증류수를 넣어 잘 흔든 후 pH메타를 통해 측정하였다.
- 본 연구에서는 저수지의 여수토 방수로의 옹벽에서 콘크리트 코어를 6개씩 채취하여 그중 3개는 중성화 측정, 나머지 3개는 압축강도, 탄성계수 및 초음파 등을 측정하였다. 코어채취는 습도 등의 환 경적인 영향을 고려하여 여수토 방수로 옹벽의 만수위선을 기준선으로 하여 기준선 부근에서 채취하였다. 시차 열 중량분석을 위해 코어를 대기와 접한 부분부터 0.
이론/모형
- 콘크리트의 중성화를 측정하기 위해 가장 많이 사용되는 중성화 측정법인 페놀프탈레인에 의한 지 시약 측정법과 흡열과 발열의 특성을 활용하는 시차 열 중량분석법을 사용하였다.
성능/효과
- 2) 콘크리트의 중성화 진행 정도는 콘크리트 표면에서부터 진행되어 깊이가 증가함에 따라 대수감소 비례 관계를 갖는 것을 알 수 있었다.
- 3) 다양한 콘크리트의 중성화 측정 방법 중 시차열중량 분석법에 의한 탄산칼슘의 함량을 정량적으로 측정하는 방법이 신뢰도가 높은 것으로 나타났다.
- 25cm에서 미세분말을 채취하여 시차 열 중량분화의 경향을 분석하기 위해 전남지역 대동지(1969년 준공)를 대상으로 깊이별 탄산칼슘의 함량을 도시한 결과 그림 3과 같이 나타났다. 깊이에 따른 탄산화는 지수함수 관계를 갖는 것으로 나타났으며, 80개 지구의 깊이의 변화에 따른 탄산화의 변화를 분석한 결과 그림 4와 같이 지수함수 관계를 갖는 것으로 나타났으며, (식 3)과 같이 대표함수로 나타낼 수 있었다. 깊이 4cm에서 탄산칼슘의 함량을 추정한 결과 그림 3에서 보는 바와 같이 4.
- 콘크리트 품질이 낮고 사용 연한 많이 경과한 구조물에서 채취한 콘크리트 코어일수록 고어 채취 일의 경과에 따라 코어 표면에서부터 코어 중심으로 중성화가 빨리 진행되는 것으로 계측되었다. 따라서 이의 영향을 없애기 위해 할렬 인장으로 코어를 쪼개어 절개 면에 페놀프탈레인 용액을 충분히 분무하여 버니어 캘리퍼스를 이용하여 중성화된 부분의 깊이를 최대깊이, 최소깊이, 평균 깊이로 나누어 측정하였다.
후속연구
- 4) 현장 구조물의 중성화 촉진환경 변수를 고려한 잔존수 명 예측 방법에 대한 추가적인 연구가 이어져야 할 것으로 판단되었다.
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