• 대한토목학회논문집
• /
• 제29권1A호
• /
• pp.75-84
• /
• 2009

본 연구에서는 혼합 콘크리트의 염소이온 고정화 능력, 수화물의 부식 억제 능력(Buffering capacity) 및 모르타르 내 철근 부식 측정을 통하여 콘크리트 내 철근 부식의 임계 염소이온 농도를 도출하였다. 실험 시 결합재로서 보통 포틀랜드 시멘트(OPC), 30% 플라이애시(PFA), 60% 고로슬래그 미분말(GGBS), 10% 실리카퓸(SF)를 치환한 혼합 시멘트를 사용하였다. 염소이온 고정화는 수분추출방법을 이용하여 측정하였으며, 시멘트의 부식 억제 능력은 결합재에 따른 산에 대한 저항성 측정을 통해 평가하였다. 염소이온이 함유된 모르타르 내 철근 부식은 재령 28일에 선형 분극 방법을 이용하여 측정하였다. 실험 결과, 염소이온 고정화 능력은 결합재 내의 $C_{3}A$ 함유량과 물리적 흡착에 의해 크게 영향을 받음을 알 수 있었다. 염소이온 고정화 정도는60% GGBS > 30% PFA > OPC > 10% SF 의 순으로 나타났다. pH 감소에 따른 시멘트의 부식 억제 능력은 같은 pH 값에서 결합재의 종류에 따라 다양하게 나타났다. 부식전류가 $0.1-0.2{\mu}A/cm^{2}$에 이를 때 부식이 발생한다는 가정하에, 부식에 대한 임계 염소이온 농도에 대하여 OPC는 1.03, 30% PFA는 0.65, 60% GGBS는 0.45, 10% SF는 0.98%로 각각 계산되었다. 그에 비해 임계 염소이온 농도의 새로운 표현방법으로 제시한 [$Cl^{-}$]:[$H^{+}$] 몰 농도비의 단위로 계산하였을 때, 임계 염소이온 농도는 결합재에 관계없이 0.008-0.009로 도출되었다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제14권6호
• /
• pp.883-891
• /
• 2002

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.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
• /
• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
• /
• pp.549-552
• /
• 2008

일반적으로 콘크리트의 공극수는 알칼리성이므로 철근의 부식이 방지된다. 그러나 염소이온이 침투하면 철근부식의 위험이 증가하게 된다. 특히 해양환경 콘크리트에서 염소이온의 공급이 활발하여 철근부식이 내구수명을 결정하는 중요한 인자가 되고 있다. 이 논문에서는 염소이온의 확산에 의한 이동을 고려하여, 해양환경에 노출된 사각형 콘크리트 교각에 대한 염소이온 침투해석을 수행하였다. 사각형 교각의 측면에 위치한 철근에 비하여 구석에 위치한 철근에 염소이온이 훨씬 빨리 축적됨을 확인하였다. 또 부식개시 임계농도에 도달하는데 걸리는 시간도 구석 철근의 위치가 측면 철근 보다 짧았다. 해석결과 임계 염소이온 농도에 걸리는 시간은 측면 철근에 비하여 절반 정도로 나타났으며, 따라서 사각형 교각의 염소이온에 대한 내구수명은 구석에 위치한 철근에 의해 결정되며 따라서 이차원 해석이 필요할 것으로 판단된다.

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

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제19권5호
• /
• pp.585-593
• /
• 2007

본 연구에서는 해안 환경에 노출된 콘크리트 구조물의 내구성 평가에 대한 모델을 표면 염소이온농도 $(C_s)$의 시간에 대한 증가와 염소이온 확산계수 (D) 및 임계염소이온농토 $(C_{lim})$를 고려하여 제안하였다. 또한 콘크리트 구조물의 정밀한 내구수명 예측을 위하여 $C_s$와 D의 시간의존성이 고려되었으며, 시간에 따라 변화하는 $C_s$를 고려한 Fick의 제2법칙의 정밀해를 구하였다. $C_s$의 시간의존성에 대해서는, 기존 실험 결과를 바탕으로 시간에 대한 대수 함수 형태의 $C_s$ 모델을 제안하였으며, D의 시간의존성을 고려하기 위하여 구조물의 전체 노출 기간에 대한 시간의 평균값을 적용하였다. 또한 염해 환경 하에 있는 철도 구조물이 100년의 내구 수명을 보장할 수 있도록 하기 위해, 본 논문에서 제안된 모델과 시방서 기준에 근거하여 내구성 설계를 수행하였다. 제안된 모델은 유럽에서 널리 사용되고 있는 성능 중심의 설계 기법에 의해 검증되었으며, 이로부터 기존의 시방서 설계기준은 해안 환경에 노출된 콘크리트 구조물의 내구 성능을 과소 평가하여 매우 보수적인 설계결과를 유발하고 있음을 알 수 있다. $C_s$와 D의 시간의존성을 고려한 본 모델은 기존 시방기준의 이러한 문제점을 개선하여 염해를 받는 콘크리트 구조물의 내구수명을 정확하고 합리적으로 평가할 수 있을 것이다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제10권1호
• /
• pp.223-230
• /
• 2006

본 논문에서는 염해에 의하여 열화된 철근콘크리트 구조물의 보수 LCC평가 방법에 대하여 연구를 수행하였다. 또한, 철근콘크리트 구조물의 목표내용년수 동안에 건설초기 공법과 염해보수 공법을 포함한 보수 LCC를 평가하기 위하여 콘크리트내로의 염소이온 침투를 FEM 해석으로 실시함으로써 보수횟수를 결정하였다. 그 결과, 염해 보수 횟수는 보수재의 종류 및 보수방법을 고려한 FEM해석을 통하여 철근위치에서의 염소이온 농도와 철근부식 임계염소이온 농도를 비교함으로써 산정할 수 있었으며, 염해 보수 횟수를 이용하여 목표내용년수 동안의 보수 LCC를 산정하는 것이 가능하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제26권4A호
• /
• pp.753-759
• /
• 2006

염해환경 하에 있는 콘크리트 구조물의 내구수명을 예측하기 위하여 콘크리트의 표면 염소이온 농도, 염소이온 확산계수 및 임계 염화물량 등이 주요 인자로 사용된다. 이들 중 염소이온 확산계수는 콘크리트 품질 및 주변 환경조건 등에 많은 영향을 받으며, 이에 따라 콘크리트 구조물의 내구수명이 크게 달라지기 때문에 내구수명을 예측하는 데 가장 중요한 인자로 평가되고 있다. 콘크리트 내의 염소이온 침투 확산에 영향을 미치는 정성적인 주요 인자로는 물-시멘트비, 재령, 양생조건, 주위 환경의 염소이온 농도 및 건습조건 등을 들 수 있는데, 본 연구에서는 염소이온 확산실험을 통해 물-시멘트비와 양생조건이 콘크리트의 염소이온 확산특성에 미치는 영향을 조사하였다. 전위차를 이용한 촉진시험법에 의하여 확산셀을 통과한 전위차를 측정한 후, Andrade의 모델에 의하여 전압강하량을 고려하여 3종류의 물-시멘트비를 갖는 콘크리트의 염소이온 확산계수를 구하였다. 또한, 양생조건별로 물-시멘트비 및 재령 효과를 고려한 회귀분석을 통하여 염소이온 확산계수 추정식을 제안하였다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제11권3호
• /
• pp.193-203
• /
• 1999

The corrosion of steel reinforcements in concrete is of great concern in recent years. This study is focused on the corrosion behavior of steel bars induced by internal chlorides in concrete at early ages. The main objective of this study is to determine the chloride thresholds causing depassivation and active corrosion of steel reinforcement in concrete. To examine the threshold concentration of chloride ion, the half-cell potential, chemical composition of expressed pore solutions of concrete and the rate of corosion area of the specimens were measured. Major variables include the added amount of chlorides in concrete, types of binders, and water-to-binder ration. From the present comprehensive experimental results, the factors influencing chloride-induced corrosion are investigated, and the chloride thresholds causing active corrosion of steel bars are proposed. The present study will enable to specify the realistic chloride limit in concrete which can be used in the future technical specification.

• 한국건설순환자원학회논문집
• /
• 제12권2호
• /
• pp.206-213
• /
• 2024

본 연구는 염소이온이 침투한 시멘트 모르타르에서의 아질산칼슘(Ca(NO₂)₂) 방청제의 방청 효과에 대한 실험적 연구이다. 이를 위하여 아질산칼슘 방청제를 함유한 시멘트 모르타르에 대하여 내부식성과 염화물 이동에 대한 실험을 실시하였다. 그 결과 아질산칼슘 방청제의 사용량을 증가하면 할수록 철근부식에 대한 염화물 임계 농도값이 증가한 반면, 염소이온의 이동속도는 빨라지는 것을 확인하였다. 그러나 아질산칼슘 방청제를 사용한 시멘트 모르타르의 경우 염소이온의 이동속도가 빨라서 부식 발생시간을 단언하는 것은 어려움이 있었다. 그러나 철근부식에 영향을 미치지 않을 아질산칼슘의 사용량은 본 연구의 범위에서는 시멘트 중량 대비 2.0~3.0% 수준의 결과를 나타내었다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
• /
• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
• /
• pp.497-500
• /
• 2008

해양 환경에 노출된 구조물의 열화를 평가하는데 있어서 신뢰성을 확보하기 위해서는 기존의 사양설계에 비해 한 단계 발전된 신뢰성에 기반한 확률론적 설계가 필요하다. 또한 내구성 설계에 있어서 중요한 변수가 되는 임계염화물량은 국내 콘크리트 시방서에서 $1.2kg/m^3$으로 결정되었으나, 실설계 적용시 과다 설계를 유발하는 등의 문제를 보여주고 있다. 본 논문에서는 기존 문헌을 통해 임계염화물량의 확률 특성을 결정하고, 실제 실험 및 문헌 고찰을 통하여 표면염화물량, 확산계수, 피복두께의 확률적 특성을 고려하였다. 이를 이용하여 Monte Carlo Simulation을 활용한 신뢰성 염해 내구성 해석을 침매 터널 구조물에 대해 수행하여 대상 구조물의 염해내구성능을 평가하고 콘크리트 표준시방서에서 제시한 부식 임계 염소이온농도에 대한 타당성을 검토하였다. 분석 결과, 현실적인 염해 내구성 설계 및 평가를 위하여 기존에 제안된 $1.2kg/m^3$의 임계값에 대한 검토 및 개선이 필요함을 알 수 있었다.