초록 ▼

1차년도에는 철근 부식진단 시스템 개발을 위한 기초연구 단계로 철근 부식 진단 시스템의 개념을 정립하고 개발된 부식센서를 이용하여 신축 철근 콘크리트 구조물의 열화월인 침투깊이를 모니터링하는 시스템을 구축한다. 본 과제의 연구 기간은 2001. 8. 30${\sim}$2003. 5. 29 까지의 약 2개년이며 연차별 연구내용 및 범위는 다음과 같다.
<1차년도>
${\cdot}$ 철근 콘크리트 구조물 철근 부식진단 기술 정립
${\cdot}$ 신축 구조물 내

1차년도에는 철근 부식진단 시스템 개발을 위한 기초연구 단계로 철근 부식 진단 시스템의 개념을 정립하고 개발된 부식센서를 이용하여 신축 철근 콘크리트 구조물의 열화월인 침투깊이를 모니터링하는 시스템을 구축한다. 본 과제의 연구 기간은 2001. 8. 30${\sim}$2003. 5. 29 까지의 약 2개년이며 연차별 연구내용 및 범위는 다음과 같다.
<1차년도>
${\cdot}$ 철근 콘크리트 구조물 철근 부식진단 기술 정립
${\cdot}$ 신축 구조물 내재염분 반응 부식센서 응답실험
${\cdot}$ 신축 구조물 비래염분 반응 부식센서 응답실험
${\cdot}$ 부식센서 매립 고정장치 개발 및 1차 Mock-Up 실험
${\cdot}$ 철근 부식 열화원인 침투깊이 측정용 부식센서 개발
<2차년도>
${\cdot}$ 기존 구조물 부식센서 응답실험
${\cdot}$ 철근 부식 속도 측정용 부식 속도 센서 응답실험
${\cdot}$ 부식센서에 의한 도포형 방청제 보수효과 검증실험
${\cdot}$ 부식센서 및 부식속도 센서 매립 실구조물 2차 Mock-up 실험
${\cdot}$ 철근 부식 속도 측정용 부식 속도 센서 개발

Abstract ▼

Being an economical structure with high seismic resistance, fire resistance, and durability, reinforced concrete (RC) construction is widely applied to building structures, such as houses, hospitals, and power plants, as well as civil structures, such as dams, bridges, airports, and nuclear faciliti

Being an economical structure with high seismic resistance, fire resistance, and durability, reinforced concrete (RC) construction is widely applied to building structures, such as houses, hospitals, and power plants, as well as civil structures, such as dams, bridges, airports, and nuclear facilities. Deterioration of reinforced concrete structures greatly depends on environmental conditions, such as carbonation and chloride attack, and materializes as reinforcement corrosion. For this reason, methods to prevent or repair reinforcement corrosion are widely practiced at construction sites. However, repair of a reinforced concrete structure with corroded reinforcement requires tremendous cost, yet the original performance is hardly restorable. If permeation of $CO_2$ and chloride ions, which are major causes of reinforcement corrosion, in cover concrete can be monitored on a real-time basis, then degradation of the durability of important structures can be prevented before corrosion onset.
With this as a background, the authors developed corrosion sensors to monitor chloride permeation, a major cause of steel corrosion of reinforced concrete structures. These were embedded in concrete to evaluate their responses to chlorides in fundamental experiments, thereby investigating their practical feasibility.
In generally, an evaluation on the corrosion protection effect of inhibitor is depend on destructive methods by the KS F 2561 “Inhibitors for reinforced concrete”. But it is very difficult that corrosion protection effect of inhibitor by destructive methods in existence structures. Therefore in recently, Corrosion sensors were devised to develop a system whereby the depth of chloride permeation from concrete surfaces can be monitored non-destructively on a real-time basis using such sensors embedded in cover concrete of reinforced concrete structures. Corrosion sensors are embedded at different distances from the concrete surface to monitor permeation of $CO_2$ and chloride ions by the changes in their resistance values due to iron corrosion. In the case of newly built structures, these sensors can be used for nondestructive monitoring of deterioration agents from the environment before such agents gain access to steel reinforcement. In the case of existing structures, permeation of deterioration agents can be indirectly measured by embedding a reference concrete/mortar with known physical properties in which corrosion sensors are encased. The monitoring system can also be used for verifying the effect of corrosion-inhibiting agents coated on the surfaces of concrete or for quantitatively measuring the resistance of reinforcing steel, which depends on the degree of reinforcement corrosion, by directly connecting the sensors coated to prevent corrosion to the reinforcing bars.
Corrosion sensors that are corroded by chlorides were devised, prior to developing a system of nondestructive monitoring on a real-time basis using such sensors embedded in cover concrete. These sensors were subjected to accelerated corrosion tests in NaCl solutions, mortar specimens containing chlorides, and mortar specimens permeated by chlorides, while measuring theresistance values. The following basic findings were obtained:
(1) The proposed corrosion sensors not only exhibit corrosion-induced changes in the resistance values but also exhibit an earlier response to a higher chloride concentration. A higher chloride concentration also leads to a higher degree of corrosion and higher resistance reading of the sensors after the same accelerated corrosion period.
(2) When the proposed corrosion sensorsare embedded in mortar at different distances from the surface through which chlorides permeate, the sensors closer to the surface exhibit earlier first changes in the resistance readings and higher degrees of corrosion and resistance after the same accelerated corrosion period.
(3) The results of the above fundamental experiments proved that the proposed corrosion sensors not only respond to chlorides by being corroded but also can monitor the depth of chloride permeation with sufficient accuracy. The authors intend to proceed to concrete tests and field tests.
(4) The corrosion resistance is efficient when molar ratio($NO_{2}^{-}/Cl^{－}$) of $LiNO_2$ is above 0.6.
(5) When the additional ratio of $LiNO_2$ is above 0.6, the resistance value of corrosion sensor are no difference to the initial value.
(6) Compare the specimen with corroded reinforcing steel to the ratio of R/$R_{0}$, the corrosion sensor are started to corrode when R/$R_{0}$ are above 2${\sim}$4.
(7) It is confirmed that the corrosion protection effect of $LiNO_2$ is to evaluate the measuring the resistance of corrosion sensor embedded in mortar.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...29
• 1.1 연구개발의 필요성...29
• 1.2 국내 및 국외의 관련기술 연구동향...33
• 1.2.1 국내 기술동향...33
• 1.2.2 국외 기술동향...35
• 1.3 연구개발 목표 및 내용...36
• 1.3.1 연구개발 최종목표...36
• 1.3.2 1차년도 연구개발 목표 및 내용...36
• 1.3.3 2차년도 연구개발 목표 및 내용...38
• 제 2 장 철근부식 진단 및 모니터링에 관한 기존문헌조사 연구...40
• 2.1 개 요...40
• 2.2 철근콘크리트 구조물에서의 철근 부식 메커니즘...41
• 2.3 염해에 의한 철근콘크리트 구조물의 철근부식...44
• 2.3.1 철근콘크리트 구조물의 염해에 의한 철근부식 및 보수현황...44
• 2.3.2 염해에 대한 철근콘크리트 구조물의 모니터링 시기...45
• 2.3.3 콘크리트내 염분 함유량과 철근부식과의 관계...48
• 2.3.4 철근부식 모니터링이 필요한 철근콘크리트 구조물...51
• 2.4 철근부식 모니터링에 관한 기존 기법...54
• 2.4.1 철근부식의 정성적인 측정 방법...56
• 2.4.2 철근부식의 정량적인 측정 방법...61
• 2.4.3 철근부식의 위험성의 모니터링 방법...68
• 2.5 결론...74
• 제 3 장 부식센서의 개발 연구...78
• 3.1 박막형 부식센서...78
• 3.1.1 박막형성 방법-스퍼터링에 의한 증착...78
• 3.1.2. 증착실험...81
• 3.1.3 Fe layer 증착...83
• 3.1.4 부식센서의 부착력 개선을 위한 연구...90
• 3.1.5 박막센서의 성능개선...99
• 3.2 부식센서 활용 시험...112
• 3.2.1 염해 모사시험...112
• 3.2.2 탄산화(Carbonation) 모사시험...122
• 3.3 결론...134
• 제 4 장 시멘트 모르타르내에서의 부식센서의 응답실험...136
• 4.1 개요...136
• 4.2 모니터링용 부식센서의 개요...136
• 4.2.1 부식센서의 형상 및 원리...136
• 4.2.2 부식센서의 활용분야...137
• 4.3 부식센서의 성능평가 실험...138
• 4.3.1 NaCl 수용액에서의 부식센서 응답실험...138
• 4.3.2 염분혼입 모르타르에서의 부식센서의 응답실험...139
• 4.3.3 모르타르내로의 염분침투에 의한 부식센서의 응답실험...140
• 4.4 실험 결과 및 고찰...141
• 4.4.1 NaCl 수용액에서의 부식센서 응답실험...141
• 4.4.2 염분혼입 모르타르의 부식 센서 응답...142
• 4.4.3 염분침투에 의한 부식센서의 응답...144
• 4.5 결론...146
• 제 5 장 부식센서의 안정성 및 콘크리트내에서의 응답 실험...149
• 5.1 개요...149
• 5.2 염분이 함유된 콘크리트내에서의 부식센서 응답실험...149
• 5.2.1 연구목적...149
• 5.2.2 실험개요...149
• 5.2.3 실험결과 및 고찰...150
• 5.3 콘크리트 온도 및 습도변화에 따른 부식센서의 저항변화 실험...152
• 5.3.1 연구목적...152
• 5.3.2 실험개요...152
• 5.4 비래염분에 의한 콘크리트내 부식센서의 응답실험...159
• 5.4.1 연구 목적...159
• 5.4.2 실험 개요...159
• 5.5 결 론...166
• 제 6 장 부식열화 인자 침투에 의한 콘크리트내에서 부식센서 응답실험...170
• 6.1 개요...170
• 6.2 실험인자 및 수준...170
• 6.2.1 사용재료...170
• 6.2.2 실험체 제조방법...172
• 6.3 실험 방법 및 측정 항목...177
• 6.3.1 실험체 실험방법...177
• 6.3.2 염화물 측정...178
• 6.3.3 가용성 염화물 측정 방법...179
• 6.4 실험 결과 및 분석 고찰...181
• 6.4.1 부식센서 저항 변화 측정 결과...181
• 6.4.2 부식센서 위치별 염화물 농도(％) 분석 결과...184
• 6.4.3 부식센서를 이용한 염화물 농도(％)에 대한 분석...187
• 6.5 결론...189
• 제 7 장 부식센서를 이용한 아초산리튬 방청제의 철근 방청효과 평가...190
• 7.1 개요...190
• 7.2 연구 방법 및 범위...191
• 7.3 실험...191
• 7.3.1 실험인자 및 수준...191
• 7.3.2 사용재료...193
• 7.3.3 실험체 크기 및 형상...196
• 7.3.4 실험방법 및 측정항목...196
• 7.3.5 철근의 부식면적 측정방법...199
• 7.4 실험결과 분석 및 고찰...200
• 7.4.1 철근의 부식상황...200
• 7.4.2 염분함유량과 철근 부식면적율과의 관계...203
• 7.4.3 아절산 리튬 방청제의 철근 방청효과...204
• 7.4.4 부식센서의 저항 변화...206
• 7.4.5 부식센서의 저항값과 철근부식 면적율...208
• 7.4.6 부식센서의 R/Ro값과 철근부식 면적율과의 관계...210
• 7.5 결론...212
• 제 8 장 철근콘크리트 벽체 구조물에서의 부식센서 장기 응답 Mock-up 실험...214
• 8.1 개요...214
• 8.2 부식센서 고정장치...214
• 8.3 실대 철근콘크리트 벽체에서의 부식센서 응답 Mock-up 실험...217
• 8.3.1 실험 개요...217
• 8.3.2 시험체 제작 방법 및 부식센서 저항 측정방법...217
• 8.4 실험결과...219
• 8.5 결론...221
• 제 9 장 결론...223