[논문]콘크리트 구조물의 중성화 및 LCC예측을 통한 최적보수공법 선정

강인석; 이한승; 정해문; 안태송

콘크리트 구조물의 중성화 및 LCC예측을 통한 최적보수공법 선정
Optimal Repair Method Selection through Neutralization Prediction and LCC Evaluation of a Concrete Structure 원문보기

강인석 ((주)토탈인포메이션서비스한국지점, 수치해석과) , 이한승 (한양대학교 건축학부) , 정해문 (한국도로공사 도로교통기술원, 재료환경연구그룹) , 안태송 (한국도로공사 도로교통기술원, 재료환경연구그룹)

In this study, LCC(Life Cycle Cost) evaluation technique is used for the purpose of accumulation of basic data required for such integrative system construction. We predicted the degradation time of concrete and repair material by neutralization through FEM analysis, and utilized the result for LCC evaluation It turned out that the repair method of construction in the most economical initial measure against degradation and a durable period can be chosen through the LCC evaluation in consideration of the degradation prediction using FEM analysis and the initial construction expense in a durable period and repair expense, and the number of repair times.

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문제 정의

본 연구에서는 중성화에 의한 경년 열화 피해는 중성화 침투해석을 수행하는 것으로부터 검토하고 평가하였다. 중성화에 의한 경년 열화 피해에 대한 LCC는 초기 건설비용(4)과 내용기간중의 보수비용 (2羿“, )을 합하여 산출하였다.
이러한 일련의 연구과정을 통하여 도출된 결과를 바탕으로 구조물의 내용기간 중 LCC를 최소화 할 수 있는 최적 보수공법을 선정 있는 시스템 구축을 위한 기초자료의 축적을 목적으로 연구를 수행하였다.

가설 설정

따라서 본 연구에서는 중성화에 의해 철근의 부식이 시작되어 보수가 필요하다고 판단되는 시기를 철근의 위치에서 Ca(OH)2의 농도가 초기치의 40~70%까지 감소한 때로 가정하였다(그림 3 참조).

제안 방법

FEM 해석을 수행하여 콘크리트 구조물의 중성화 및 보수시기를 예측하였고, 이를 근거로 중성화 피해를 입은 콘크리트의 최적 보수공법 선택을 위한 LCC 평가를 수행하였다. 앞서 중성화 진행 예측 및 보수 시기 판정을 위한 FEM해석을 통하여 산출된 각 보수공법 적용시 콘크리트 구조물의 보수시기 및 내용기간 동안의 보수회수와 조사된 각 보수공법의 비용을 고려한 LCC 평가를 수행하였다.
FEM해석을 이용하여 중성화에 따른 구조물 열화상태 및 내구수명을 예측하고, 이를 기초로 여러 다양한 보수공법을 변수로 적용하고 각 공법의 공사비를 산출하는 LCC기법을 이용하였다.
각 보수공법에 적용한 보수재료의 내구수명을 가정하여, 내용기간동안의 구조물의 열화 및 보수재료의 열화에 의한 보수회수를 산정하고 LCC를 평가한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
입은 콘크리트의 최적 보수공법 선택을 위한 LCC 평가를 수행하였다. 앞서 중성화 진행 예측 및 보수 시기 판정을 위한 FEM해석을 통하여 산출된 각 보수공법 적용시 콘크리트 구조물의 보수시기 및 내용기간 동안의 보수회수와 조사된 각 보수공법의 비용을 고려한 LCC 평가를 수행하였다.
중성화 한계 깊이 즉, 철근의 위치에서 초기 수산화칼슘의 농도가 40~70%에 도달한 시기를 초과한 경우에 보수를 실시하는 것으로 하였다.

대상 데이터

LCC 평가를 위한 대상구조물로서 폭 4m, 깊이 3m, 높이 15m의 철근 콘크리트 장방형교각을 대상으로 하였다. 중성화 피해를 입은 콘크리트 구조물의 LCC평가를 위한 적용변수 일람을 표 1에 나타내었다.
본 연구는 철근콘크리트 구조물을 대상으로, 열화요인 중 가장 중요한 영향을 미치는 인자중의 하나인 중성화에 한정하였다.

성능/효과

(1) FEM 해석 기법을 이용하여, 보수공법의 적용 여부에 따라, 혹은 보수방법에 따른 콘크리트 구조물의 열화 예측 및 변화를 표현할 수 있었다.
LCC 평가 결과를 그림 7 에 나타내었다. 여러 공법에 대한 중성화수복 비용을 고려한 LCC 평가 결과, 초기대책으로 표면몰탈을 적용하고, 보수 공법으로서 단면수복과 표면몰탈을 적용한 B-2모델의 경우가 최소 LCC를 산정하는 것으로 나타났다.

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