In this study, calcium chloride($CaCl_2$), sodium chloride (NaCl), organic acids-containing deicer(NS 40, NS 100), mixed deicier($NaCl\;70\%\;+\;CaCl_{2}\;30\%,\;NS\;40\;70\%\;+\;CaCl_{2}\;30\%,\;NaCl\;70\%\;+\;NS\;40\;30\%,\;NS\;40\;70\%\;+\;NaCl\;30\%$) is investigated based ...
In this study, calcium chloride($CaCl_2$), sodium chloride (NaCl), organic acids-containing deicer(NS 40, NS 100), mixed deicier($NaCl\;70\%\;+\;CaCl_{2}\;30\%,\;NS\;40\;70\%\;+\;CaCl_{2}\;30\%,\;NaCl\;70\%\;+\;NS\;40\;30\%,\;NS\;40\;70\%\;+\;NaCl\;30\%$) is investigated based on the laboratory test for freez-thaw resistance of concrete and corrosion of metal. As a test results, in case of the use chloride-containing deicier in area that concrete structures has subjected to freez-thaw reaction in winter season, it showed desirable method that use deicing chemicals mixed with optimum ratio rather than use one deicing chemicals when is consider to deicing performance and effects, corrosion of steel materials, freez-thaw resistance of concrete. When use various deicing chemicals mixed, NS40($70\%$)+Calcium chloride($30\%$) showed the best effective method.
In this study, calcium chloride($CaCl_2$), sodium chloride (NaCl), organic acids-containing deicer(NS 40, NS 100), mixed deicier($NaCl\;70\%\;+\;CaCl_{2}\;30\%,\;NS\;40\;70\%\;+\;CaCl_{2}\;30\%,\;NaCl\;70\%\;+\;NS\;40\;30\%,\;NS\;40\;70\%\;+\;NaCl\;30\%$) is investigated based on the laboratory test for freez-thaw resistance of concrete and corrosion of metal. As a test results, in case of the use chloride-containing deicier in area that concrete structures has subjected to freez-thaw reaction in winter season, it showed desirable method that use deicing chemicals mixed with optimum ratio rather than use one deicing chemicals when is consider to deicing performance and effects, corrosion of steel materials, freez-thaw resistance of concrete. When use various deicing chemicals mixed, NS40($70\%$)+Calcium chloride($30\%$) showed the best effective method.
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문제 정의
본 시험의 목적은 제설방법에 따른 염화물 종류 및 동결융해 싸이클에 따라 콘크리트 표면 박리 저항성에 미치는 영향을 파악하기 위해서이다. 시험 용액의 종류는 표 1과 같은 제설제 종류에 따라 3% 농도의 용액을 사용하였고, 1일 1싸이클로 7, 14, 28, 42, 56일에서의 콘크리트 표면 입자손실량을 측정하였다.
제안 방법
강재의 부식시험은 제설제 용액이 금속의 부식에 미치는 영향을 조사하기 위하여 철 시편을 중량비 3% 농도인 제설제 용액에 침지시키고, 1, 3, 5주에서 30x50x3mm 철 시편의 무게 감량을 측정하였다.
동결융해 시험은 수돗물과 3% 농도로 제설제 종류별로 실시하였다. 시험방법은 KS F 2456 A 법으로 상대 동탄성계수와 중량 손실량을 매 30싸이클 마다 300싸이클 종료까지 측정하였다.
따라서 본 연구에서는 기존의 염화물계 제설제인 염화칼슘(CaCE) 및 염화나트륨(NaCl)과 비염화물계 제설제, 초산화합물 함유 염화물 제설제, 그리고 이들 제설제를 일정비율로 혼합하였을 때의 콘크리트의 동결융해저항성 및 강재의 부식에 미치는 영향을 실내시험을 통하여 비교 . 검토하였다.
스켈링시험은 30x30x10cm 크기의 콘크리트 시편에 폭 및 두께가 lxicm인 고무재질 다이크를 설치한 후 표 1과 같은 제설제 종류로 ASTM C 672에 의거하여 실시하였고, 7, 14, 28, 42, 56 사이클에서의 표면 박리(Mass of scaled off particles) 저항성을 중량 손실량으로 측정하였다. 동결융해 싸이클은 7시간 동안 16°C에서 0°C로 떨어뜨리고, 0°C에서 -10°C로 5시간 떨어뜨리고, 4시간 동안 -10°C에서 동결, 8시간 동안 -10°C에서 16P로 상승시킨 것을 I 싸이클로 하였다.
미치는 영향을 파악하기 위해서이다. 시험 용액의 종류는 표 1과 같은 제설제 종류에 따라 3% 농도의 용액을 사용하였고, 1일 1싸이클로 7, 14, 28, 42, 56일에서의 콘크리트 표면 입자손실량을 측정하였다. 일반적으로 콘크리트는 손실된 입자가 동결융해 50 싸이클 후 Ikg/nf을 초과하지 않는다면 적절한 스켈링저항성을 가진 것으로 간주한다.
대상 데이터
스켈링 및 동결융해 시험에 사용한 콘크리트는 28일 설계기준 압축강도가 27MPa이고, 표면 박리 저항성(스켈링) 시험은 28일 수중양생 후에, 동결융해시험은 14일 수중양생 후 실시하였다. 시험 내용 및 변수는 표 1과 같다.
이론/모형
동결융해 시험은 수돗물과 3% 농도로 제설제 종류별로 실시하였다. 시험방법은 KS F 2456 A 법으로 상대 동탄성계수와 중량 손실량을 매 30싸이클 마다 300싸이클 종료까지 측정하였다. 동결융해 싸이클은 2시간 동안 4°C에서 -18°C로 떨어뜨리고, 다음에 1시간 동안 -18°C에서 4°C 상승시키는 것을 1싸이클로 하였다.
성능/효과
(2) 상대동탄성계수의 상대적인 평가에서는 수돗물>염화칼슘>혼합(NS40+염화칼슘)>NS40과 혼합 (염화나트륨+염화칼슘)>염화나트륨>혼합(염화나트륨+NS40=7:3)>NS100>혼합 (NS40+염 화나트 =7:3) 순서로 동결융해에 따른 악영향을 적게 받는 것으로 나타났다.
(3) 입자 손실에 의한 중량감소율에서도 상대동탄성계수 평가에서와 유사한 경향을 나타내었는데, 수돗물 > NS40> 염 화칼슘 > 혼합 (NS40+염 화칼슘) > 혼합(염화나트륨+염화칼슘) > 염 화나트륨 > 혼합 (NS40+염화나트=7:3)>NS100 순서로 입자 손실 중량이 작게 나타나 동결융해에 따른 악영향을 적게 받는 것으로 나타났다.
(4) 동절기 대기조건을 모사한 스켈링시험은 염화칼슘 용액으로 시험한 시편에서 싸이클이 증가함에 따라 표면 입자 손실량도 직선적으로 증가하였으나, 손실된 입자가 동결융해 50 싸이클 후 Ikg/n?을 초과하지 않는 조건에는 만족하는 것으로 나타났다. 염화칼슘 제설제를 제외한 제설제 용액으로 시험한 시편에서는 최초 7싸이클에서 입자 손실이 발생한 후 56싸이클 시험 종료 후까지 거의 발생하지 않았다.
(5) 제실제 종류에 따라 시험한 이상의 시험결과를 바탕으로 동절기 구조물이 동해를 받을 수 있는 지역에서 염화물계 제설제를 사용할 경우 제설성능 및 효과, 강재의 부식성, 콘크리트의 동결융해 저항성 및 스켈링저항성에 미치는 영향을 고려해 볼 때 하나의 제설제를 사용하기 보다는 두 가지 제설제를 적정 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다고 판단된다. 혼합 사용시에는 세설성능, 강재 및 콘크리트에 미치는 영향을 고려해 볼 때 NS40+염화칼슘이 가장 효과적인 것으로 판단된다; 그러나 동결융해 후 염화물계 제설제의 염소이온 침투로 인한 화학분석에 의한 수화물 변화, 그리고 내부 공극구조의 분석 등 상세한 조사를 할 필요가 있고, 환경영향 또한 검토되어야 할 것으로 판단된다.
그리고 동결융해시험에 의하여 얻어지는 결과를 이용하여 실구조물의 열화예측을 하는 것이 구조물이 사용되는 환경이 다양하고 제약이 있는 조건에서 정량적으로 곤란하지만 동해를 받는 가능성의 유무의 평가는 가능하다고 판단된다.
수돗물과 제설제의 종류에 따른 상대동탄성계수의 상대적인 평가에서는 수돗물>염화칼슘>혼합(NS40+염화칼슘)>NS40>혼합(염화나트륨+염화칼슘)> 염화나트륨>혼합(염화나트륨+NS40=7:3)> NS100>혼합(NS40+염화나트=7:3) 순서로 동결융해에 따른 악영향을 적게 받는 것으로 나타났다.
200“m 이하이어서 내동해성이 우수한 것으로 평가된다. 시험결과 혼합(NS40+NaCl) 제설제를 사용한 시험체에서 상대동탄성계수가 가장 크게 저하하는 것으로 나타났으며, 비염화물 제설제인 NS100 또한 동탄성계수의 저하가 크게 나타났다. 반면에 수돗물에서의 동탄성계수는 60 사이클 후 시험 종료시 까지 거의 변화가 없었다.
입자 손실량도 직선적으로 증가하였다. 그러나 손실된 입자가 동결융해 50 싸이클 후 Ikg/n?을 초과하지 않는 조건에는 만족하는 것으로 나타났다.
깨끗한 상태를 유지하고 있었다. 입자 손실에 의한 중량감소율에서도 상대동탄성계수 평가에서와 유사한 경향을 나타내었는데, 수돗물>NS40>염화칼슘>혼합(NS40+염 화칼슘) > 혼합(염 화나트륨+ 염 화칼슘)>염 화 나트륨>혼합(NS40+염화나트=7:3)>NS100 순서로 입자손실 중량이 작게 나타나 동결융해에 따른 악영향을 적게 받는 것으로 나타났다.
감량을 측정한 결과를 그림 1에 나타내었다. 전체적으로 염화칼슘에서의 무게 감량이 크게 나타났으며, 3주 및 5주까지의 부식량 또한 염화칼슘 제설제에서 크게 발생하였다. 최종적으로 부식량의 발생은 염화칼슘>혼합(염화나트륨+염화칼슘)>혼합(NS40 70%+NaCl 30%), 혼합(NS40 30%+NaCl 70%)>卬1(:1>혼합0、40 70%+CaCh 30%)> NS40의 순서로 크게 나타났다.
(1) 강재의 부식 량은 염화칼슘에서 가장 크게 발생하였으며, NS10。제설제에서는 물에서 보다 부식량이 적었으며, 또한 강재 부식이 거의 발생하지 않는 것으로 나타났다.
전체적으로 염화칼슘에서의 무게 감량이 크게 나타났으며, 3주 및 5주까지의 부식량 또한 염화칼슘 제설제에서 크게 발생하였다. 최종적으로 부식량의 발생은 염화칼슘>혼합(염화나트륨+염화칼슘)>혼합(NS40 70%+NaCl 30%), 혼합(NS40 30%+NaCl 70%)>卬1(:1>혼합0、40 70%+CaCh 30%)> NS40의 순서로 크게 나타났다.
후속연구
이 시험의 동결융해 싸이클 및 온도는 실제 동절기 대기조건과 거의 유사하다. 그러므로 이 방법에 의한 콘크리트의 동결융해저항성 평가는 KSF 2456 방법 보다 더 유효한 평가방법이라 할 수 있을 것이다.
혼합 사용시에는 세설성능, 강재 및 콘크리트에 미치는 영향을 고려해 볼 때 NS40+염화칼슘이 가장 효과적인 것으로 판단된다; 그러나 동결융해 후 염화물계 제설제의 염소이온 침투로 인한 화학분석에 의한 수화물 변화, 그리고 내부 공극구조의 분석 등 상세한 조사를 할 필요가 있고, 환경영향 또한 검토되어야 할 것으로 판단된다. 아울러 실제 현장에서의 장기적인 추적조사와 경제성 분석도 이루어져야 할 것으로 판단된다.
제설제를 적정 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다고 판단된다. 혼합 사용시에는 세설성능, 강재 및 콘크리트에 미치는 영향을 고려해 볼 때 NS40+염화칼슘이 가장 효과적인 것으로 판단된다; 그러나 동결융해 후 염화물계 제설제의 염소이온 침투로 인한 화학분석에 의한 수화물 변화, 그리고 내부 공극구조의 분석 등 상세한 조사를 할 필요가 있고, 환경영향 또한 검토되어야 할 것으로 판단된다. 아울러 실제 현장에서의 장기적인 추적조사와 경제성 분석도 이루어져야 할 것으로 판단된다.
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