Journal of the Korea Concrete Institute (콘크리트학회논문집)

Korea Concrete Institute (한국콘크리트학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Influence of Reinforcements on the Chloride Diffusion Analysis of Concrete Structures

철근의 영향을 고려한 콘크리트 구조물의 염소이온 확산해석

  • 오병환 (서울대학교 토목공학과) ;
  • 장봉석 (한국건자재시험연구원) ;
  • 이명규 (전주대학교 토목환경공학과)
  • Published : 2002.12.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The chloride penetration in concrete structures is influenced by many factors such as types of cement and admixture proportion. Therefore, the effects of these factors on chloride diffusion must be correctly considered. The conventional diffusion analysis also neglected the existence of reinforcing bar in concrete structures. The purpose of the present paper is therefore to investigate the effect of reinforcing bar on the chloride diffusion in concrete structures. For this purpose, a comprehensive finite element analyses have been conducted to obtain chloride penetration profile. The results indicate that the chlorides are accumulated in front of a reinforcing bar and that the accumulation is much larger for the case of large diameter bars. The higher accumulation of chloride at bar location causes much faster corrosion of reinforcing steel. It can be concluded from the present study that the effects of reinforcing bars must be considered in chloride diffusion analysis for more realistic prediction of durable life of concrete structures.

염해 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 내구수명 산정은 일반적으로 철근의 위치까지 염소이온이 확산하여 임계농도에 도달하는데 걸리는 시간으로 추정해 오고 있다. 염소이온의 확산해석 방법은 많은 연구들이 콘크리트만을 고려한 염소이온 확산해석을 수행하여 염소이온의 분포를 예측하곤 철근 깊이에서의 염소이온 농도가 임계농도에 도달하는 시간을 내구수명 예측에 사용하는 방법을 제시하고 있다. 콘크리트에서의 염소이온의 확산 해석에서 콘크리트 내의 철근을 고려하지 않은 염소이온 확산해석은 실제 철근의 염소이온 확산 계수가 거의 '0'인 점을 고려하면 실제 염소이온의 확산 거동을 제대로 반영하지 못한 것이다. 따라서, 본 연구는 철근의 영향을 고려한 염소이온 확산 해석을 통하여 철근이 염소이온 확산 거동에 미치는 영향을 규명하고 합리적인 철근 부식 시작 시간을 예측하고자 하였다. 이를 위하여 본 연구에서는, 또한 시멘트 성분과 배합 특성에 영향을 받는 염소이온의 구속효과를 고려하여 확산해석을 수행하였으며, 염소이온 확산 해석의 주요 변수는 실제 구조물에서 염소이온의 확산해석에 영향을 미칠 것으로 예상되는 철근의 직경, 철근 덮개 크기, 시멘트 종류 그리고 배합 등의 다양한 변수를 고려하였으며 철근을 고려하지 않은 경우와 비교 분석하였다.

Keywords

References

  1. Tuutti, K., "Service Life of Structures with Regard to Corrosion of Embedded Steel," Performance of Concrete in Marine Environment, SP-65, Journal of American Concrete Institute, Detroit, 1980, pp.223-236.
  2. Broomfield, J. P., "Corrosion of Steel in Concrete: Understanding, Investigation and Repair,", RILEM, E & FN Spon, 1997.
  3. Thomas, M., "Chloride Thresholds in Marine Concrete," Cement and Concrete Research, Vol. 26, No. 4, 1996, pp.513-519. https://doi.org/10.1016/0008-8846(96)00035-X
  4. L. Tang and L.-O. Nilsson, "A Numerical Method for Prediction of Chloride Penetration into Concrete Structures," The Modelling of Micro Structure and Its Potential for Studying Transport Properties and Durability, pp.539-552.
  5. Tang, L., "A Windows Program for Prediction of Chloride Penetration into Submerged Concrete," Proceedings of the RILEM International Workshop on Chloride Penetration into Concrete, Oct. 15-18, 1995.
  6. Tang L., and I.-O. Nisson, "Service Life Prediction for Concrete Structures Under Seawater by a Numerical Approach," dBMC Components 7, E&FN Spon, 1996.
  7. Eric J. Hansen and V. E. Saouma, "Numerical Simulation of Reiforced Concrete Deterioration -Part I: Chloride Diffusion," ACI Materials Journal, Vol. 96, No. 2, 1999, pp. 173-180.
  8. Tang, L. and Nilsson, L. O., "Chloride Binding Capacity and Binding Isotherms of OPC Pastes and Martars," Cement and Concrete Research, Vol. 23, No. 2, 1993, pp.347-353. https://doi.org/10.1016/0008-8846(93)90100-N
  9. H. M. Jennings and P. D. Tennis, "Model for Developing Microstructures in Portland Cement Paste," J. Am. Ceram. Soc., Vol. 77, No. 12, 1994, pp.3161-3172. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1994.tb04565.x
  10. Yunping, Xi and Z. P. Bazant, "Modeling Chloride Pentration in Saturated Concrete," J. of Materials in Civil Engineering, Vol. 11, No. 1, Feb., 1999, pp. 58-65. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(1999)11:1(58)
  11. C. L. Page, N. R. Short, A. El Tarras, "Diffusion of Chloride Ions in Hardened Cement Pastes," Cement and Concrete Research, Vol. 11, 1981, pp. 395-406. https://doi.org/10.1016/0008-8846(81)90111-3
  12. Bazant, Z. P., "Physical Model for Steel Corrosion in Concrete Sea Structures : Application," ASCE, ST6, 1979, pp.1155-1165.
  13. Hussain, S. E. and Al-Gahtani, A. S., Rasheeduzzafar, "Chloride Threshold for Corrosion of Reinforcement in Concrete," ACI Materials Journal, Vol. 94, No. 6, 1996, pp.534-538.
  14. Page, C. L., Short, N. R., and Holden, W. R., "The Influence of Different Cements on Chloride -Induced Corrosion of Reinforcing Steel," Cement and Concrete Research, Vol. 16, No. 1, 1986, pp. 79-86. https://doi.org/10.1016/0008-8846(86)90071-2
  15. Stratfull, R. F., "Half Cell Potentials and the Corrosion of Steel in Concrete," Presented at the 52nd Annual Meeting of Highway Research Board, 1973.
  16. Hope, B. B. and Ip, A. K. C., "Chloride Corrosion Threshold in Concrete," ACI Materials Jouranl, Vol. 84, No. 4, 1987, pp.306-314.
  17. Rasheeduzzafar, Hussain, S. E. and Al-Saadoun, S. S. "Effect of Cement Composition on Chloride Binding and Corrosion of Reinforcing Steel in Concrete," Cement and Concrete Research, Vol. 21, 1991, pp.777-794. https://doi.org/10.1016/0008-8846(91)90173-F
  18. Rasheeduzzafar, Hussain, S. E. and Al-Saadoun, S. S., "Effect of Tricalcium Aluminate Content of Cement on Chloride Binding and Corrosion of Reinforcing Steel in Concrete," ACI Materials Journal, Vol. 89, No. 1, 1992, pp.3-12.
  19. 오병환, 정원기, 강승희, 장승엽, "염소이온에 의한 철근부식에 관한 콘크리트 구조물의 내구연한 예측을 위한 수학적 모델", 한국콘크리트학회 가을 학술발표회 논문집 제8권 2호, 1996. 11., pp.201-206.
  20. 김은겸, 신치범, 이윤한, "콘크리트 구조물의 염화물이온 침투거동 해석," 콘크리트학회지, 제8권 6호, 1997., pp. 233-241.
  21. 김도겸, 이종석, 고경택, 이장화, 송영철, 조명석, "철근의 부식 예측 모델에 관한 연구," 한국콘크리트학회 가을학술발표회 논문집, 1999., pp.739-742.
  22. 이석원, 박상준, 송하원, 변근주, "고로슬래그 미분말 콘크리트의 염화물이온 확산모델," 한국콘크리트학회 가을 학술발표회 논문집, 제8권 2호, 2000. 11., pp.467-472.
  23. 오병환, 장봉석, "철근 영향을 고려한 콘크리트 구조물의 염소이온 확산해석," 대한토목학회 학술발표논문집, 2001.
  24. 장봉석, "염소이온 확산에 미치는 철근의 영향과 비선형 부식분포를 고려한 철근콘크리트 구조물의 사용수명 추정방법," 서울대학교 박사학위 논문, 2001.