• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.1077-1080
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• 2008

표면염소이온량, 투수계수, 염소이온 확산계수, 임계 염소이온량과 같은 재료 매개변수는 콘크리트의 내구성능을 이해하는데 매우 중요한 재료 매개변수이다. 지난 수십 년간, 해양성 콘크리트 구조물의 내구성 설계에 대한 많은 연구가 이루어졌으나 그 결과는 서로 상이하다. 콘크리트의 통합적인 내구성 설계 시스템을 개발하기 위해서 염소이온의 침투에 영향을 미치는 재료매개변수를 정립하는 것은 반드시 필요한 연구이다. 본 고의 목적은 콘크리트의 재료 매개변수를 시간단계별로 추정할 수 있는 기초적 접근방법을 정리하는 것이다. 미세구조 모델 및 시멘트의 경화특성을 기초로 표면 염소이온량 $[Cl]_s$, 투수계수 K, 염소이온 확산계수 $D_c$, 임계 염소이온량 $[Cl]_{cr}$ 을 산정할 수 있는 해석적 기법이 소개되었다. 이는 시멘트 경화체의 수화단계별 특성을 고려하여 시간의 함수로 표현하였다. 본 고에서 소개한 재료 매개변수의 정립은 시간경과에 따른 염소이온 침투를 시뮬레이션하기 위한 필수적인 선행연구로서, 향후에는 침투 특성을 묘사할 수 있는 지배방정식 등과 같은 다양한 해석적 기법들이 개발될 예정이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권4A호
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• pp.365-371
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• 2009

콘크리트 중의 염화물이온 확산특성의 평가는 농도 차에 의한 방법이 보통이지만, 이 방법은 보통 수개월에서 수년으로 많은 시간이 소요된다. 따라서 최근의 연구는 주로 전위차를 이용하여 염화물이온의 이동을 전기적으로 촉진시켜 전기화학적 이론으로 해석하는 촉진 염화물 확산계수 평가 방법들이 주로 연구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 촉진시험 방법 중 하나인 Tang 등의 방법을 이용하여 구한 염화물이온 확산계수와 인공해수 침지시험을 통하여 구한 농도차 염화물이온 확산계수와의 비교 평가를 실시하였다. 포틀랜드시멘트 콘크리트 및 고로슬래그미분말을 시멘트 질량의 40 및 60% 혼합한 고로슬래그미분말 혼합 콘크리트에 대하여 각각 물-결합재비 40, 45, 50 및 60%로 하여 촉진 염화물이온 침투깊이 및 염화물이온의 확산계수를 평가하였다. 염화물이온의 확산계수 및 침투깊이는 시멘트의 수화가 진행될수록, 물-결합재비가 작을수록 크게 감소하였다. 또한 시험 방법별 염화물이온 확산계수의 회귀분석 결과에 의하면, 촉진 및 침지시험으로부터 구한 염화물이온의 확산계수 사이에는 선형함수 형태의 상관관계가 있었으며 결정계수 0.96으로 좋은 상관성을 나타내었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제15권6호
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• pp.902-912
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• 2003

전 세계적으로 콘크리트 구조물의 열화를 발생하는 가장 중요한 원인은 중성화와 염소이온이다. 대체적으로 많은 콘크리트 구조물에서 염소이온과 중성화로 인하여 철근이 부식되며 이에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나 실구조물의 상황은 염소이온과 중성화가 복합적으로 발생함에도 불구하고 많은 연구들이 각각의 단일열화에 대한 연구가 이루어지고 있으며 복합열화에 대한 연구는 매우 드문 상황이다. 본 연구는 2중 복합 매체에 대한 확산모델을 이용하여 중성화된 콘크리트의 염소이온 프로파일을 예측하고자 하였다. 실험결과에 의하여 중성화 깊이로부터 3∼5 mm영역에 염소이온의 농축현상이 발생하였으며 2중 복합 구조체에 적용할 수 있는 확산 방정식에 중성화된 콘크리트와 비중성화된 콘크리트의 시간의존적인 염소이온 확산 계수를 고려하여 내구수명예측에 반영하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권5A호
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• pp.709-718
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• 2008

본 논문에서는 온도 및 습도 등 환경조건의 변화와 염소이온의 확산, 이송 및 구속 현상을 고려하는 콘크리트 내부로의 염소이온 침투해석 프로그램을 개발하였다. 외부 환경조건의 변화를 고려하기 위하여 온도와 습도분포 해석을 동시에 수행할 수 있도록 하고, 확산계수의 온도, 습도 및 재령에 대한 변동성을 반영하였다. 실측데이터와의 비교를 통해 개발된 프로그램이 실측결과와 잘 일치함을 검증하였으며, 건습의 반복 등 외부 환경조건의 변화에 따라 콘크리트 내부 수분량이 변화하는 경우 염소이온이 표면부에 축적되는 현상의 기본 메커니즘과 그에 따른 철근부식 발생의 촉진과정을 예제해석을 통해 규명하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권11호
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• pp.705-720
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• 2023

국내에서는 지속적인 상수도 수질사고 발생으로 인해 수돗물 수질에 대한 이용자 불신이 확산되고 있다. 특히, 수질사고 외에도 수돗물에 포함된 염소 성분 등으로 인해 맛, 냄새 등에 대한 이용자들의 수질민원 또한 지속적으로 발생하고 있다. 따라서 상수도 사업자들은 이용자에게 공급되는 잔류염소농도가 충분히 잔류하면서도 과도하게 유지되지 않도록, 시간적(Scheduling) 및 공간적(Rechlorination) 관점에서 상수관망 내 잔류염소농도가 균등하게 분포하도록 다양한 방법을 검토 및 적용하고 있다. 본 연구에서는 상수관망 해석을 통한 월별 잔류염소농도 최적 관리 방법의 일환으로, 대규모 상수관망시스템을 대상으로 Lab-scale 실험을 통한 수체반응계수, EPANET 수질해석을 통한 관체반응계수 등 관망 수질반응계 수를 온도별로 추정하고, 온도별 수질반응계수를 바탕으로 염소투입농도 조건에 따른 월별 잔류염소농도 분포 현황을 분석하였다. 분석 결과, 온도 조건이 달라짐에 따라 잔류염소농도 하한 및 상한기준을 만족시킬 수 있는 효율적인 염소투입농도 조건 또한 달라지므로, 월별 잔류염소농도의 공간적 분포를 고려하여 구체적이고 정량적인 염소투입 계획 수립이 필요한 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.142-154
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• 2011

본 연구에서는 철근 콘크리트 터널 구조물을 해상 대기중 비래염분이 침투하는 터널 내벽과 해수에 항시 접촉하는 터널 외벽으로 구분하여, 몬테카를로 시뮬레이션에 의해 철근 부식 개시 확률을 예측하였다. 염해관련 변수의 변동성을 평가하기 위하여 염소이온 확산계수, 표면 염소이온농도, 피복두께, 임계 염소이온농도를 실제 실험 및 문헌 조사를 통해 확률특성을 구하였다. 그 결과 염소이온 확산계수의 평균치는 $3.77{\times}10^{-12}m^2/s$ 이었으며, 대상 부재인 터널 내벽과 외벽의 피복두께는 각각 45.5mm, 94.7mm으로 조사되었고, 임계 염소이온농도의 평균은 결합재 단위중량당 0.69%이었다. 각 변수의 확률적 특성에 근거하여 노출기간에 따른 철근위치에서의 염소이온 농도 분포를 구하였다. 재령이 증가할수록 침투 염소이온 농도의 평균값은 증가하며, 변동계수는 감소하게 됨을 알 수 있었다. 또한 확률론적 염해 해석기법을 적용하여 콘크리트 터널 내벽과 외벽에 대해 내구수명 및 부식개시 확률을 평가하였다. 염소이온 침투의 시간의존성을 고려하지 않은 경우 터널 내벽과 외벽에 대해 각각 8년, 12년의 내구수명이 도출되었으나, 시간의존적 모델에서는 178년, 283년의 내구수명이 계산되어 구조물의 설계내구수명(100년)을 만족하고 있음을 보였다. 또한, 시간의존성을 고려하지 않은 경우 100년에서의 부식 개시 확률은 터널 내벽과 외벽에 대해 각각 59.5, 95.5%였으며, 시간의존성 모델에서는 2.9, 0.2%로 계산되었다. 따라서 구조물의 과다설계를 방지하고 보다 합리적인 내구수명 설계 및 평가를 위해서는 염소이온 확산의 시간의존성을 고려하여야 한다. 마지막으로 본 연구에서 문헌 조사를 통해 구한 부식 발생 임계 농도를 현재 콘크리트 관련 기준에 제시한 값과 비교하여 분석하였다.

• 한국토양환경학회지
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• 제1권2호
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• pp.73-81
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• 1996

실험실 내에서 부피비로 약 50%내외의 수분함량을 가진 3개의 서로 다른 깊이의 토양에서 염소와 중수의 확산계수는 4.8$\times$ $10${-7}$ 부터 7.2$\times$ $10${-7}$ $\textrm{cm}^2$/sec와 5.5 $\times$ $10${-5}$ 부터 1.6$\times$ $10${-4}$ $\textrm{cm}^2$//sec였다. 한편, 물과 물질의 이동성에 대한 연구는 중간사로 구성된 토양층 위에 위치하는 점토로부터 미사질 양토에 속하는 약 70cm깊이의 토양에서 실시되었고, 87일간의 실험기간동안 리터당 15.2$m\ell$의 염소와 0.6bq의 중수로 처리된 물을 일정한 유량(2cm/일)으로 관개하였다. 토양의 깊이와 시간에 따른 염소와 중수의 변동위치는 suction probe에 채취된 토양수를 가지고 측정하였는데 실험지 안에서 서로 다른 깊이 또는 동일 위치에서 염소와 중수가 발견되었다. 이러한 실험의 결과로부터 추정컨대 토양수의 유속과 표면확산 계수가 염소와 중수의 분포에 직접적인 영향을 미쳤고 24개의 suction probe에서의 결과는 실질적 물질과 토양의 상호작용의 효과를 나타내는 순수치의 25% 내외에서 평가치를 추정할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.707-711
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• 2007

낙동강과 밀양강의 합류지점에 위치한 김해시 딴섬 지역의 지표면하 $25{\sim}35\;m$ 구간에 형성되어 있는 고투수성 충적층 내 염소이온의 수리분산특성을 연구하기 위한 수렴흐름 추적자시험(convergent flow tracer test)이 수행되었다. 추적자로는 IW-1공과 IW-2공에서 각각 염소이온 5kg이 순간주입(instantaneous injection) 되었으며, PW공에서 일정한 양수율(2,500 m3 /day)로 채수하면서 염소이온농도를 관측하였다. 염소이온 주입 후 경과시간에 따른 염소이온농도 자료를 이용하여 농도이력곡선과 누적질량회수곡선이 산출되었으며, 관측된 염소이온농도의 정규분포를 검증하기 위한 일반통계분석이 수행되었다. 그리고, 농도이력의 증가/감소 구간에서의 함수를 추정하였으며, 두 시험에서 동일한 시간에 관측된 염소이온농도의 상관성이 분석되었다. 본 현장에서 수행된 추적자시험에 의한 종분산지수의 추정은 CATTI 코드(Sauty and Kinzelbach, 1992)에 의해 해석되었다. 추정된 종분산지수는 IW-1공과 PW공 구간에서는 0.4152 m, IW-2공과 PW공 구간에서는 0.4158 m 로서 매우 유사한 값으로 나타났다. 이는 추적자시험이 수행된 충적층에서의 용질이송이 방사상으로 비교적 균일함을 의미하는 것이다. 본 연구에서 수행된 추적자시험의 규모(2 m)를 Xu and Eckstein(1995)이 제시한 방정식에 대입하여 산정된 종분산지수는 0.0458 m 이었다. 이러한 결과는, 본 연구지역에서 수렴흐름 추적자시험에 의해 추정된 고투수성 충적층의 종분산지수가 일반적인 자연대수층에 비해 9.1배 정도 높다는 것을 의미한다. 이는 시험대수층의 투수성이 매우 높아 염소이온의 용질이송이 매우 빠르게 발생되었기 때문이다. 본 연구에서 추정된 종분산지수를 Gelhar et al.(1992)의 연구 결과와 비교 분석한 결과에서도 시험규모에 비해 매우 높은 수리분산이 발생된 것으로 나타났다. 그리고 염소이온의 확산면적을 추정하기 위해, 수렴흐름 추적자시험에 의한 종분산지수와 시험대수층의 평균선형유속을 이용하여 종분산계수를 구하였다. 현장에서 수행된 양수시험에 의한 평균선형유속 22.44 m/day와 평균 종분산지수 0.4155 m를 적용하여 산정된 종분산계수는 $9.32\;m^2/day$이었다. 따라서, 시험부지 내 충적층에서 일정한 양수율$(2,500\;m^3/day)$로 지하수를 개발할 시에 양수정 주변지역으로 유입되는 염소이온의 확산면적은 1일 $9.32\;m^2$ 정도일 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.57-65
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• 2007

지난 수년간 콘크리트의 염소이온 침투와 유관되어 실험 방법론 및 해석적 모델 기법의 개발에 많은 발전이 있어 왔다. 그러나 실제 콘크리트 구조물에는 다소의 균열이 존재하며 이는 장기 내구성에 큰 영향을 줄 수 있음에도 불구하고 대부분의 연구들은 비균열의 콘크리트를 대상으로 연구되어 온 문제점이 있었으며 균열이 존재하는 콘크리트의 염소이온 침투에 대한 연구는 매우 드문 실정이다. 염소이온 침투에 대한 균열폭의 임계치는 유지관리 차원에서 필요하지만, 대부분 콘크리트 코드는 사용성의 견지에서 허용 균열폭을 보편적인 값 0.3mm로 제안하고 있을 뿐, 염소이온 침투 및 내구성의 견지에서 임계 균열폭에 대한 규정도 부재한 실정이다. 이미 제안된 값도 연구자들마다 상이하여 논란의 여지가 있다. 본 연구는 임계 균열폭의 도출을 목적으로 균열이 콘크리트의 염소이온 침투에 미치는 영향을 고찰하였다. 실험적 방법으로 다양한 균열폭과 균열 깊이를 실험 변수로 하여 급속 염소이온 침투 실험 (RCMT)를 행하였다. 한편, 임계 균열폭이 갖는 공학적 의미를 설명하고자, 균열폭에 따른 염소이온 침투의 현상학적 모델이 제안되었다. 즉, 균열된 콘크리트는 3 구간으로 나누어지며 내부 안쪽으로 들어갈수록 확산자유 영역, 확산경화 영역, 순수 확산 영역의 3가지 구간이 존재한다. 이는 균열폭에 따른 염소이온 확산계수를 산출하기 위한 해석적 방법론의 개발에 이용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국건축시공학회지
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• 제20권1호
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• pp.1-9
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• 2020

외부로부터 시멘트 복합체 내부로 침투되는 염소이온은 주로 농도차로 인한 확산을 통해 이동한다. 확산하는 염소이온 중 일부는 일반적으로 내부 수화물과의 반응을 통해 고정되는데, 최근의 몇몇 연구는 음이온 교환 수지(AER) 분말이 혼입된 시멘트 복합체의 염소이온 침투 저항성 및 고정능력에 관한 연구결과를 보여주었다. 본 연구에서는 AER이 분쇄되는 과정에서 염소이온 흡착능력이 상실하는지를 확인하고자 한다. AER 분말의 염소이온 흡착능력은 증류수와 포화수산화칼슘 수용액 조건에서 분석되었고, AER 비드의 염소 이온 흡착능력에 관한 기존의 연구결과와 비교되었다. 추가로, AER 분말이 포틀랜드 시멘트의 일부 치환된 모르타르의 압축강도 측정, 염소이온 확산계수 도출(NT Build 492 시험방법 이용), 염소이온 침투 프로파일링(전자현미분석 이용)을 수행하였다. 본 연구의 실험 결과는 분쇄과정으로 인한 AER 분말의 염소이온 흡착능력 저하가 거의 없음을 보여 주었다. 그리고 AER 분말은 모르타르 내에서도 염소이온을 빠르게 흡착할 수 있었고, 시멘트 수화물보다 우수한 염소이온 흡착성능을 보여주었다.