• 지구물리와물리탐사
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• 제21권4호
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• pp.231-243
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• 2018

흐름 전위는 지하 공극 내 유체의 흐름에 의해 발생하는 자연 전위로 이러한 흐름 전위를 이용한 자연 전위 탐사는 유체 흐름 뿐만 아니라 지층 유체에 대한 정보도 파악할 수 있는 탐사법이다. 지하 매질과 유체 사이에 존재하는 전기 이중층과 같이 입자가 대전하고 있을 때 여러 원인에 의해 유체가 유동하여 발생하는 계면 동전기 현상 중 하나인 흐름 전위는, 발생 기작이 복잡하고 측정 전위 값이 비교적 작아 잡음에 취약하다는 어려움도 있지만 이를 이용한 자연전위 탐사는 인공적인 송신원이 없어 탐사가 용이할 뿐만 아니라 반복성도 좋기 때문에 지층 유체 모니터링 탐사에 적용이 확대되고 있다. 이 논문에서는 지금까지 흐름 전위의 발생 기작에 대한 연구와 지배 방정식들을 정리하여 설명한 뒤, 매질의 물리적 특성 변화에 따른 흐름 전위 반응 특성 및 다양한 국내외 유체 흐름 자연 전위 탐사의 사례 분석을 수행하였다. 이 기술보고에서는 흐름 전위에 대한 이해도를 높임과 동시에 적용 가능한 다양한 분야를 소개함으로써, 국내에서의 흐름 전위를 이용한 자연전위 탐사의 현장 적용 방안을 제시하고자 한다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.96-96
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• 2018

금속재료 중 알루미늄(Al)은 일반적으로 많이 사용되는 철강재에 비해 그 비중이 약 $1/3(2.7g/cm^3)$인 경량이고 열전도율이 약 3배($196kcal/^{\circ}C$, $20^{\circ}C$)로 높은 특성 등을 갖고 있다. 또한 대량생산에 의한 경제성을 가지기 때문에 건축 구조재, 전기 및 가전 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 위와 같은 특성으로 인해 열교환기의 종류에서 응축기(Condenser) 및 증발기(Evaporator)는 알루미늄(Al)을 널리 사용하고 있다. 하지만 단일 응축기 부품에도 이종 알루미늄 소재가 사용됨에 따라 갈바닉 부식이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 현재 상용되고 있는 열교환기 중 응축기에서의 이종 알루미늄 재료로 인해 나타나는 갈바닉 부식 특성을 관찰-분석-연구 하였다. 본 연구에 사용된 알루미늄 재료는 현재 응축기 재료 중에서 각각 Tube와 Fin으로 널리 상용되고 있는 Al 1100과 Al 3003을 사용하였다. 표면 모폴로지는 SEM을 통해 관찰하였고 EDS를 통해 조성원소를 분석하였다. 또한 내식성 평가를 위해 5% NaCl 환경에서의 SST(Salt spray test, 염수분무시험) 시험과 3% NaCl 용액 내 자연침지 시험 및 탈기된 3% NaCl 용액 내 전기화학적 동전위 양극 분극 시험을 진행하였으며 더불어 갈바닉 부식 시험에 따른 혼합 전위 측정 및 외관 관찰을 하였다. 각 재료는 실험에 대해 동일한 표면적을 노출시켜 시험하였다. 5% NaCl 환경에서의 염수분무 시험 결과 Fin(Al 3003)의 경우에는 Tube(Al 1100) 보다 빠른 부식거동을 보이며 국부적인 공식부식(Pitting corrosion)이 촉진되었다. Tube(Al 1100)의 경우에는 치밀한 Al2O3 형성과 부식에 따른 Al(OH)3를 생성함에 따라 Fin(Al 3003)에 비해 느린 부식거동을 보였다. 3% NaCl 용액 내 자연 침지 및 전위 측정 결과 초기 전위는 Fin(Al 3003, 약 -0.85V/SCE)이 Tube(Al 1100, 약 -1.05V/SCE)에 비해 더 높은 값을 가지며 약 72시간 이후 Tube(Al 1100) 시편이 더 안정적인 전위 값을 나타냈다. 이는 안정적인 Al(OH)3 피막 형성에 기인한 것으로 사료된다. 탈기된 3% NaCl 용액 내 전기화학적 동전위 양극 분극 시험 결과 Fin(Al 3003) 시편에서 더 귀한 부식 전위 값을 나타냈지만 부식 전류는 더 낮은 값을 나타냈다. 상기 시험 결과를 바탕으로 Fin-Tube 간 장기간 접촉 시에는 갈바닉 부식이 발생할 수 있을 것으로 사료된다. 갈바닉 부식 시험 결과 초기 혼합 전위는 약 -1.05 V/SCE를 나타냈으며 약 288시간 경과 후 약 -0.85 V/SCE 값을 나타냈다. 이는 자연 전위 측정 및 동전위 양극 분극 시험에서의 부식 전위 값에서 알 수 있듯이 더 비한 전위인 Tube(Al 1100) 시편이 Fin(Al 3003) 시편에 대해 희생양극적(Sacrificial anode)인 역할을 한 것을 확인할 수 있었다. 또한 갈바닉 부식 전위 측정 간 외관 관찰에서도 Tube(Al 1100) 시편은 빠르게 흑변 하는 것을 확인할 수 있었으며 Fin(Al 3003) 시편은 침지 300시간 이후에도 초기와 유사한 표면 상태 및 광택을 유지하였다. 이상의 SST 시험, 자연 침지 시험, 전기화학적 양극 분극 시험 및 갈바닉 부식 시험 결과를 바탕으로 단일 부품 내 이종 알루미늄 소재 간 접촉 및 그에 따른 갈바닉 부식 발생을 확인할 수 있었다. 따라서 동종 성분이라고 할지라도 단일 부품 제작 시에는 그 사용 환경에 따라 이종 금속 재료의 사용에 대한 재고가 필요할 것으로 사료된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제8권1호
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• pp.92-96
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• 2005

한반도 남서쪽에 위치한 산동저수지에 대하여 저수지 누수문제 파악을 위해 다양한 수리지질학적 방법과 지구물리 방법이 적용되었다. 이 연구에서 적용한 방법은 추적자 시험, 배수에 따른 시추공 수위 변화 및 누수량 변화 측정, 쌍극자배열 전기비저항탐사, 온도 검층 및 자연전위법 등이다. 수리지질학적 방법 적용 결과 누수형태는 댐체 측벽부를 통한 누수로 밝혀졌으며, 지구물리 방법 적용 결과 이러한 누수구간 및 누수로가 확인되었다. 또한 연구결과로서 지구물리방법 중 전기비저항탐사는 누수구간 규명에 효과적이며, 유동전위를 대상으로 한 자연전위법은 누수 지점 및 누수 유로 확인에 매우 높은 적용성을 확인하였다. 특히 자연번위법 적용 결과 누수가 합쳐져 유출되는 지점 근처에서 측정된 자연전위가 상대적으로 강한 음의 값을 나타냄에 따라 누수량의 증가와 자연전위값의 변화는 상관성이 큰 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2002년도 춘계학술발표논문집
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• pp.166-169
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• 2002

본 연구는 콘크리트 배합시 염분의 함량이 구조물의 부식에 미치는 영향을 조사하기 위하여 수행되었다. 콘크리트는 물 : 포틀랜트 cemente : 자갈 : 모래의 비율을 1 : 1.78 : 5.35 : 4.73의 비율로 하여 배합하였으며 염분의 함량은 0-3.5wt%의 범위에서 철근의 부식을 연구하였다. 부식특성을 연구하기 위하여 부식전위를 2년간 측정하였으며 이를 콘크리트 파괴 후의 철근의 외관 부식도와 비교하였다. 옥내와 옥외에 두었을 때 부식속도의 차이는 없었으며 염분의 함량이 증가함에 따라 활성이 큰 전위값이 측정되었다. 전위값이 낮은 시편은 부동태 피막이 파괴되어 부식이 진행하고 있었으며, 전위값이 높은 시편에서는 부식생성물이 관찰되지 않았다. 본 실험의 결과로 보강용 강재의 부식손상 정도를 자연전위 측정방법을 통하여 콘크리트내 보강용 철근의 부식거동 및 부식속도에 대한 비괴적인 전기화학적 기술로서 구조물의 손상여부를 확인할 수 있었다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제2권1호
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• pp.143-152
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• 2002

본 연구는 서울시내 위치한 39개 콘크리트 고가차도의 중성화 깊이, 가용성 염화물량 및 철근의 자연전위 등을 측정하여 열화의 원인을 분석하기 위한 기초자료를 얻고자 하였다. 전체 조사대상 구조물 가운데 철근위치까지 중성화 깊이가 진행된 구조물은 약 25%에 해당되었으며 중성화 속도는 물-시멘트비 60%, R=1의 조건인 kishitani의 제안식 3.727 $\sqrt{t}$ 보다 5%가 빠른 3.92 $\sqrt{t}$로 나타났다. 콘크리트의 염화물량의 조사결과에서는 전체 측정부위의 24%가 임계염화물량을 초과하였으며 철근의 자연전위는 -350mV(vs. CSE)이하로 측정된 것이 약 31%에 해당되는 구조물로서 과다한 염화물량이 철근부식의 주요 원인이 되는 것으로 조사되었다. 자연전위 -350mV 이하인 구조물에 한한 철근부식의 주요요인을 추정한 결과, 약 60%에 해당하는 부위가 치대 허용염화물량을 초과하였기 때문으로 분석된다.

• 공학논문집
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• 제2권1호
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• pp.165-174
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• 1997

본 논문에서는 토목.건축 구조물의 시공감리를 위한 지구물리탐사방법의 적용 가능성을 연구하였다. 이를 위하여 제주도 삼양지역에 건설된 삼양수원지의 지하 차수벽의 시공상 부실공사 여부를 지구물리학적인 방법중 전기탐사(전기비저항, 자연전위법)를 중심으로 연구하였다. 수원지 내부에 2개의 물리탐사 측선을 배열하고 부실 시공에 의한 해수유입 여부를 알아내기 위해 각 측선에서 간조와 만조 때 각각 1회씩 전기비저항값을 측정하였으며, 정확성을 높이기 이해 각 측선에서 자연전위법(self-potential method) 탐사를 간조와 만조에 전기탐사와 함께 실시하였다. 탐사결과 얻어진 전기비저항값과 전위차로부터 수원지에서의 시간에 따른 지하구조를 해석함으로써 부실 공사 여부를 해석하였다. 연구결과 만조와 간조 때의 전기비저항값의 차이 및 분포로부터 지하를 통해 해수가 유입됨을 알 수 있었으며, 각 측선에서의 자연전위값의 이상치를 보이는 것은 해수의 유입경로를 보여주는 것으로 판단되어 삼양수원지의 해수침입원인은 부실 공사와 사후처리의 미흡으로 인한 것으로 판단되었다. 본 연구결과 비파괴검사의 일환인 전기비저항탐사와 자연전위탐사 등 지구물리탐사방법이 구조물의 시공감리에 유용함을 시사하고 있다.

• 콘크리트학회지
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• 제4권2호
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• pp.75-81
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• 1992

염분을 함유한 철근콘크리트중의 철근부식에 관한 2년 촉진시험으로부터 콘크리트표면에서 측정한 자연전위값과 실제의 철근 부식상황과를 비교한 결과 철근의 수식상황을 자연전위법을 이용하여 비파괴적으로 진단하는 방법이 유효함을 알았다. 포화칼로멜전극을 사용했을 경우 -300mV이하이면 부식이 발생하였으며 -200mV이상이면 부식이 발생하지 않았다. 또한 부시공시체에 대한 휨강도시험도 행하였으며 중성화에 대한 검토로 행하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제10권3호
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• pp.203-210
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• 2007

자연전위 측정에 의한 산사태나 사면 안정성 모니터링의 기본 연구로 일축 압축에 의한 암석의 파괴 시 수반되는 미소 전위를 측정하였다. 측정시스템은 24 bit의 분해능을 가지며 동시에 8채널 측정이 가능한 A/D 변환기와 일축 압축 시험기, 일축 압축 시 암석의 변형률 측정 장치, 4조의 전위 전극으로 구성된다. 구축된 시스템을 이용하여 화강암, 석회암, 사암의 암석시료와 균질한 시료 상태에서 미소 전위 발생을 모니터링하기 위해 제작한 모르타르 시료에 대하여 실험하였다. 포화된 암석 시료에서는 압력이 가해짐에 따라 모든 시료에서 미소 전위의 발생이 관측되었으며, 하중이 증가함에 따라 발생되는 전위의 세기가 증가하는 것을 확인하였다. 발생 전위의 세기는 사암, 석회암, 화강암의 순으로 크게 나타났는데, 이는 공극률과 비례관계가 있음을 알 수 있었고, 전기동역학적인 관점에서 발생 메커니즘을 설명할 수 있다. 반면, 건조 시료에서는 사암에서만 전위 발생이 관측되었는데 이는 사암에 석영 함량이 많아 발생한 압전 전위에 의한 것으로 이론을 통해 알 수 있었다. 시료에 부착된 4조의 전위전극에서의 측정된 전위세기를 비교한 결과 파괴면에 인접한 전극에서의 전위세기가 다른 전극에 비해 크게 나타나는 것을 확인했다. 이는 다채널 SP 모니터링을 통해 산사태나 사면 붕괴 지점을 미리 예측할 수 있는 긍정적인 결과로서 향후 음향방사(acoustic emission)와 동시에 측정하여 정확한 파괴면과 미소 전위세기와의 정량적 상관관계를 규명할 예정이다.

• 한국산업안전학회:학술대회논문집
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• 한국안전학회 2001년도 공동학술대회
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• pp.147-152
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• 2001

국내외적으로 철근부식에 영향을 받아 콘크리트가 변하는 특성을 실험적으로 연구한 논문이 많이 발표되고 있다. 본 연구에서는 이들 기존 연구에서 시행된 부식촉진방법, 주로 전기적인 방법을 다양한 실험을 통하여 최적방법을 찾고자 하는데 있다. 기존의 연구 중에는 "전위차 부식촉진법을 이용한 철근 콘크리트의 내부식성 예측을 위한 새로운 기법 연구"에서는 20V 직류전원장치를 NaCl용액에 직류회로를 구성한 후 양극과 음극의 전위차를 이용 전류량을 측정한 방법이 있었으며, 철근부식을 일으키는 많은 원인은 염소이온에 의한 것이다. 철근의 부식반응은 전기화학적 반응이다. 부식콘크리크 실험에 많이 이용하고 있는 자연전위법, 분극저항법, 콘크리트저항법들이 있다.(중략)

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.46-46
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• 2007

Zn, Al 및 Sn을 각각 도금한 강기판상에 Mg박막을 이온플레이팅법에 의해 제작하였다. 이와 같은 중간층을 가진 Mg막의 내식측정결과에 의하면, Mg과 갈바닉 전위차가 작은 Zn을 중간층으로 하여 제작한 Mg 막이 Fe 모재보다 낮은 자연 전위값을 안정적으로 유지하면서 희생양극적 방식효과를 장시간동안 나타내었다.