• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.40 no.7
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• pp.599-604
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• 2016

Cathodic protection was first introduced as a technology for preventing the corrosion of metals in seawater and underground environments in the early 19th century, eventually leading to the introduction of cathodic protection to the reinforced concrete technology sector in the 1970s. In the 1990s, it was demonstrated that the effectiveness of corrosion protection had increased through a number of developments and studies. Recently, cathodic protection was applied to some reinforced concrete structures and has gradually expanded in scope in South Korea. Technical expertise is necessary to understand the underlying electrochemical principles and also because cathodic protection is important for normal physical maintenance. Therefore, in this study, we introduce the technical details and examples of applications of the cathodic protection of reinforced concrete, including the basic theory, principles, and other criteria.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 1998.05a
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• pp.7-7
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• 1998

1812년 영국의 Humphrey Davy에 의해서 정립되기 시작한 음극방식(Cathodic P Protection)기술은 1900년대 중반이후의 유럽과 미국의 비약적인 발전을 거쳐 이제 세계적으로 철강의 방식법중 빼놓을 수 없는 주요한 기술이 되었다. 1970년대초부터 우리나라에 채용되기 시작한 음극방식기술은 현재 항만, 지중, 열교환기, 화학플랜트 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 아직 국내의 아쉬운 점이라면 기술도입 이후 신기술의 개발노력이 거의 이루어 지지 못하고, 해외에서 개발된 새로운 장치나 신기술들을 산발적으로 수입/적용해 왔다는 것이다. 이제 우리나라도 산업의 분야에 따라서는 상당한 방식시설을 보유 하고 있음에도 아직도 국내의 환경에 적합한 음극방식기술의 개발과 심도있는 연구 및 기술축적이 부족한 형편이다. 그 원인으로는 광범위하게 발전해 가는 해외기술 에 대한 정보부족을 먼저 꼽을 수 있으며 국내의 기술 및 연구개발에 투자가 미약 하다는 것이 또하나의 이유라 하겠다. 본 강의는 상기 원인중 음극방식에 대한 해외기술정보를 소개하기 위한 것으로 해외에서 최근에 개발된 음극방식관련 각종 장치를 소개하고 전반적인 산업분야의 음극방식법 응용연구의 방향을 발표하며, 부가하여 읍국방식관련 각종 규정의 소개를 하고자 한다. 제한된 정보로 방식산업에 직접 관계하는 분에게는 부족한 기술 정보가 될지 모르나 전반적인 음극방식기술에 대한 실태를 파악하는데는 조그마한 도움이 될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 1994.06a
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• pp.40-41
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• 1994

본 연구에서는 윤활유에 해수가 혼입된 유화유중에서 음극방식에 의한 선박용 베어링 합금재의 침식-부식억제에 관한 연구를 위하여, 초음파 진동장치의 캐비네이션 발생장치에 의해 선박용 베어링 합금재의 캐비네이션 침식-부식방지를 위해 음극방식(Cathodic protection)실험을 실시하였다. 이실험을 토대로 하여 해수의 혼입에 따른 유화유중에서 음극방식에 의한 베어링 합금재의 침식-부식억제효과를 구명하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.11a
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• pp.135-135
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• 2012

본 연구는 해양구조물에 적용 가능한 하이브리드 음극방식법에 대하여 고찰하였다. 해양구조물에 외부전원에 의한 음극방식과 희생양극에 의한 방식법을 통합하고, 이를 자동적으로 모니터링하는 하이브리드 음극방식법은 구조물 전체의 방식 시스템을 일원화하여 효율적인 중앙 통제가 가능한 장점을 가지고 있는 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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• 2008.11a
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• pp.773-776
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• 2008

The corrosion of steel in concrete is significant in marine environment. Marine bridges are readily deteriorated due to the exposure to marine environment. Salt damage is one of the most detrimental causes to concrete bridges and port structures. Especially, the splash and tidal zones around water line are comparatively important in terms of safety and life-time point of view. During the last several decades, cathodic protection (cp) has been commonly accepted as an effective technique for corrosion control in concrete structures. Zn-mesh sacrificial anode has been recently developed and started to apply to the bridge column cp in marine condition. The detailed parameters regarding Zn-mesh cp technique, however, have not well understood. This study is to investigate how much Zn-mesh cp influences along the concrete column at elevated temperature. About 100cm column specimens with eight of 10cm segment rebars have been used to measure the variation of cp potential with the distance from Zn-mesh anode at both 10$^{\circ}$C and 40$^{\circ}$C in natural seawater. The cp potential change and current diminishment along the column specimens have been discussed for the optimum design of cp by Zn-mesh sacrificial anode

• 전기의세계
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• v.44 no.4
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• pp.14-21
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• 1995

전해질(지중, 수중 혹은 해수중) 내부에 있는 금속구조물의 부식을 방지하는 가장 효과적인 방법인 전기방식법에는 양극방식법(anodic protection method)과 음극방식법(cathodic protection method)이 있다. 양극방식법은 피방식구조물을 자연전위 보다 높게 유지함으로써 구조물의 표면에 저항이 높은 피막을 형성시켜 부식을 방지하는 방법으로서, 금속의 재질에 따라 적용이 불가능한 경우가 많으며, 또, 가능하다 할지라도 유지 및 보수에 상당한 주의가 요구되므로 잘 쓰이지 않고 있는 반면에, 음극방식법은 거의 모든 재질에 적용 가능할 뿐만 아니라 유지 및 보수가 쉬우므로 현장에서 가장 널리 쓰이고 있음에 따라 전기방식법 하면 대부분 음극방식법을 지칭하는 것으로 이해되고 있다. 본고에서는 전기방식법을 이해하는데 도움이 되는 부식 메카니즘, 음극방식법의 원리, 음극방식법의 종류 및 설계법 등에 관하여 간략히 기술하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.05a
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• pp.192-193
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• 2015

음극방식은 피방식체를 일정 전위로 음극분극 하는 원리로써 외부전원을 인가하거나 비전위의 금속을 희생양극으로 연결하여 방식하는 방법이다. 해수 중에서 음극방식을 실시할 경우 음극 표면에 용존산소 환원반응과 수소발생반응이 일어나 $OH^-$ 이온이 발생하게 된다. 이러한 반응에 의해 생성되는 석회질 피막 (Calcareous deposit)은 강구조물의 부식방지를 위한 물리적인 방호벽 역할을 하면서 용존산소의 확산 및 이동을 억제하며, 전류밀도를 감소시킨다. Potentiostat 및 rectifier를 이용하여 정전위 및 정전류 조건에서 형성된 석회질 피막을 SEM, EDS, XRD를 통해 분석하고 이를 바탕으로 양극의 종류(Al, Zn) 및 1, 5, $10mA/m^2$의 전류밀도 조건에서 실제 강관에 형성된 석회질 피막의 메커니즘을 해명하였다. 또한 석회질 피막 형성 시 Steel Wire Mesh를 설치하여 그 영향에 대해서도 분석하였다. 석회질 피막의 내구성은 침지-자연전위 및 밀착성 테스트를 통해 평가되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.164-164
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• 2017

해양환경 중 많이 사용되는 철강재료들은 그 가혹한 부식환경에 대응하기 위하여 일반적으로 피복 도장방식법이나 음극방식법이 적용되고 있다. 여기서 음극방식법은 선박 및 해양구조물의 해중부 부식에 대해 가장 효과적인 방식법으로 알려져 있다. 한편, 이와 같이 해수 중 철강재에 음극방식을 적용할 경우, 피방식체인 그 강재 표면에 해수 중 용존된 산소의 음극환원 반응이 일어나며 국부적인 알카리 표면 조건을 형성시켜 $Mg(OH)_2$와 $CaCO_3$의 막을 석출시킨다. 이와같이 음극방식 중 형성된 전착물은 방식해야 될 표면적을 감소시켜 방식전류밀도를 감소시키는 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 이렇게 석출된 전착물은 음극표면에 부분적으로 형성되고, 여러 가지 환경 조건 등의 영향을 받아 그 피막의 형성 정도도 가늠하기 어렵기 때문에 음극방식 설계 시 그 정도에 따른 영향을 고려-반영하기가 곤란하다. 또한 이 전착물은 그 형성 메커니즘에 관한 해석이나 강도, 균일한 밀착성, 장기적인 방식효과 및 효율성 등이 아직 충분히 입증되어 있지 않은 실정에 있다. 따라서 본 연구에서는 해수 중 다양한 전착 프로세스에 의해 제작된 전착물의 기간별, 도장코팅 종류별 특성변화를 분석 및 평가하고, 전착물에 의한 희생양극 소모전류 변화 측정 분석을 통해 전착막을 균일하고 치밀하게 형성시키기 위한 최적의 조건을 찾고자 하였다. 또한 석출속도, 밀착성 및 내식특성을 향상시키기 위해 해수 중 기체를 용해시켜 제작한 막의 특성을 분석-평가하였다. 본 연구에 사용된 강 기판은 일반구조용강(KS D 3503, SS400)으로 ${\varnothing}42.7{\times}1,000mm{\times}4.0t$의 형상으로 제작하였다. 인가된 전류밀도는 1, 3 및 $5A/m^2$이고 도장 코팅 종류별 전착 석출물의 형성차이 비교 분석을 위한 실험은 선박 및 해양구조물에 많이 사용되는 Universal Epoxy 도료 2종을 선정하여 진행하였다. 또한 Steel Wire Mesh의 영향을 알아보기 위해 Mesh를 설치하여 실험을 진행하였다. 기간별-도장 종류별 외관관찰, 전착물의 두께 측정, SEM, EDS 및 XRD를 통해 막의 모폴로지, 조성원소 및 결정구조를 분석하였으며, 전착물의 내식성과 내구성을 평가하기 위해 테이핑 테스트(Taping Test) 및 전기화학적 양극분극 시험을 실시하였다. 희생양극 소모율에 대한 전착물의 영향을 확인하기 위해 외부전원을 인가하여 전착 피막을 형성시킨 강 기판에 희생양극을 연결하여 희생양극 소모효율 측정 시험을 진행하였다. 전착물의 석출량은 시간 및 전류밀도의 증가에 따라 비례하여 증가하였으며, 음극전류 인가 시 금속과 용액 계면 사이의 확산층에서 발생한 $OH^-$ 이온으로 인해 금속과 용액 계면 사이 pH가 부분적으로 증가하여 $Mg(OH)_2$ 화합물이 많이 생성되는 것으로 확인되었다. 또한 Mesh의 부착으로 평활하지 않게 형성된 미세한 굴곡구조 및 표면적 증가로 인하여 단계적으로 피복되는데 필요한 시간이 지연되면서 $CaCO_3$에 비해 $Mg(OH)_2$ 화합물이 상대적으로 증가한 것으로 사료된다. $CaCO_3$(Aragonite) 구조는 견고한 피막으로 치밀하고 화학적 친화력이 높아 우수한 밀착성을 보였으며 전착물의 영향으로 양극 전류가 감소하였고, 이로인해 방식전류 절감효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.116-116
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• 2018

부식은 재료와 사용 환경과의 상호작용에 의한 결과로서 일반적으로 두께의 감소와 균열의 발생 및 파손 등의 문제로 나타난다. 특히 사용환경 중에서 해수 분위기는 금속의 부식에 가장 유리한 조건이다. 따라서 해양환경 중 항만이나 조선 및 해양 산업 등에 많이 이용되는 강 구조물은 이에 대응하기 위하여 도장방식이나 음극방식을 사용하고 있다. 여기서 음극방식은 피방식체를 일정전위로 음극 분극하는 원리로써 외부전원을 인가하거나 비전위의 금속을 전기적으로 연결하여 방식하는 방법이다[1]. 한편, 해수 중에서 이와 같은 원리로 음극방식 할 경우에는 피방식체인 강재표면에 부분적으로 칼슘 또는 마그네슘 화합물 등의 생성물이 부착하는 현상을 볼 수 있게 된다. 이와 같이 수산화마그네슘($Mg(OH)_2$)및 탄산칼슘($CaCO_3$)을 주성분으로 하여 석출되는 석회질 피막(calcareous deposits)은 피방식체에 유입되는 음극방식 전류밀도를 감소시켜 주거나 물리적 장벽의 역할을 함으로써 외부의 산소와 물 등 부식환경으로부터 소지금속을 보호한다[2]. 그러나 석회질 피막은 소지금속과의 결합력, 막의 균일한 분포, 내식성 및 제작시간의 단축 등 해결해야 할 과제가 있다. 또한 여러 가지 환경 조건 등의 영향을 받아 그 피막의 형성 정도도 가늠하기 어렵기 때문에 음극방식 설계 시 그 정도에 따른 영향을 고려-반영하기가 곤란하다. 따라서 본 연구에서는 석출속도, 밀착성 및 내식특성을 향상시키기 위해 전착프로세스를 통해 해수 중 기체를 용해시켜 석회질 피막을 제작하고 막의 결정구조 제어 및 특성을 분석-평가하였다. 본 연구에 사용된 강 기판(Steel Substrate)은 일반구조용강(KS D 3503, SS400)을 사용하였으며, 외부전원은 정류기(Rectifier, xantrex, XDL 35-5T)를 사용하여 3 및 $5A/m^2$의 조건으로 인가하였다. 양극의 경우에는 해수에 녹아있는 이온 이외에 다른 성분들이 환원되는 것을 방지하기 위해 불용성 양극인 탄소봉(Carbon Rod)을 사용하였다. 이때 석출속도, 밀착성 및 내식특성 향상을 위해 해수에 주입한 기체의 양은 0.5 NL/min였으며, 기판 근처에 고정하여 음극 부근에서의 반응을 유도하였다. 각 조건별로 제작된 막의 표면 모폴로지, 조성원소 및 결정구조 분석을 실시하였으며, 석회질 피막의 밀착성과 내식특성을 평가하기 위해 규격에 따른 테이핑 테스트(Taping Test, ISO 2409)와 3 % NaCl 용액에서 전기화학적 양극 분극 시험을 진행하여 제작된 막의 내구성과 내식성을 분석-평가하였다. 시간에 따른 전착막의 외관관찰 결과 전류밀도의 증가와 함께 상대적으로 많은 피막이 형성되었고, 용해시킨 기체에 의해 더 치밀하고 두터운 피막이 형성됨을 확인할 수 있었다. 성분 및 결정구조 분석 결과 $Mg(OH)_2$ 성분의 Brucite 및 $CaCO_3$ 성분의 Calcite 및 Aragonite 구조를 확인하였으며, 용해시킨 기체의 영향으로 $CaCO_3$ 성분의 Aragonite 구조가 상대적으로 많이 검출되었다. 밀착성 및 내식성 평가를 실시한 결과 해수 중 용해시킨 기체에 의해 제작한 시편의 경우 견고하고 화학적 친화력이 높은 Aragonite 결정이 표면을 치밀하게 덮어 전해질로부터 산소와 물의 침입을 차단하는 역할을 하여 기체를 용해시키지 않은 3 및 $5A/m^2$ 보다 비교적 우수한 밀착성 및 내식 특성을 보이는 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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• 2008.04a
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• pp.1065-1068
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• 2008

Marine bridges are readily deteriorated due to the exposure to marine environment. The concrete deterioration occurred by corrosion of steel in concrete is mainly relevant to chloride in seawater. Chloride ions penetrate through porous concrete, and then reach to the reinforcing steel, and finally corroded them. The corrosion by-products(rusts) increase the volume as much as 6 to 10 times of origin steel. this creates expanding pressure and tensile stress, which cause the structures cracking and spalling. Sometimes the rebar corrosion is accelerated, and then collapsed catastrophically. In order to prevent corrosion damage, it is important to understand well regarding the reason of concrete corrosion, the quantification of its damage, and protection method/system to stop or to mitigate the corrosion. In this study, slab specimens were fabricated to evaluate the effect of cathodic protection which was simulated to marine bridges, and/or port structures. Zn-mesh sacrificial anode has been applied as a chathodic protection system and accelerated test conditions, i.e. temperature and salt concentration have been used in this study.