3전극을 매설한 철근 콘크리트의 실시간 부식 모니터링 개발에 관한 실험적 연구

Title
3전극을 매설한 철근 콘크리트의 실시간 부식 모니터링 개발에 관한 실험적 연구
Other Titles
An Experimental Study on the Development of Real-time Corrosion Monitoring for Reinforced Concrete Embedded the 3-Electrode
Author
박동진
Alternative Author(s)
Park, Dong-Jin
Advisor(s)
이한승
Issue Date
2019-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
철근콘크리트(RC)조 구조물은 내구성이 매우 뛰어나기 때문에 건축물 및 사회 인프라 구조물에 널리 사용되고 있다. 그러나 콘크리트 자체가 가지는 공극 때문에 가스 및 유해 이온의 침투로 콘크리트 자체나 철근이 부식하여 내구성이 저하되는 사례가 많이 보고되고 있다. RC 구조물에 발생하는 열화는 그 피해가 다른 열화 현상보다 심하고 구조물의 보수 및 시공 측면에서도 막대한 경비가 요구되고 보수시기 또한 정하기 힘들다. 특히, 염해에 대한 내구성을 고려할 때 철근의 부식 발생까지의 기간인 잠복기의 길이를 예측하는 것은 중요하다. 이러한 철근 부식이 개시되는 시기를 실시간으로 모니터링하기 위해 다양한 센서 및 모니터링 시스템은 개발되고 있지만 신뢰성 문제로 해안과 해상 교량 일부에 시범적용하고 있다. RC 구조물의 부식모니터링 시스템에 대한 신뢰성 문제 중의 하나는 매설형 기준전극이다. 지금까지 개발된 매설형 기준전극은 주로 토양과 해수용이었으나, 최근 콘크리트에 적합한 기준전극으로  MnO2  기준전극이 우수하다는 연구가 보고되었다. RC구조물의 부식 모니터링용 매설형 기준전극의 적합성 여부는 콘크리트 환경에서의 전기화학적 특성, 화학적, 열적변화와 기후조건에 따른 특성, 분극 특성, 장기간 성능, 친환경성이 충분히 고려되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 매설형 MnO2 전극을 제작하고 염화물이 혼입된 고알칼리 환경의 수용액에서 철근의 부식거동을 상용 기준전극인 칼로멜 전극(SCE)과 평가 및 비교하여 전기화학적 성능을 파악하였다. 더 나아가 본 연구의 목적을 위해 염해 환경인 철근콘크리트에 매설형 기준전극과 상대 전극을 매설하고 철근의 부식 발생시기를 자연 전위법으로 실시간 모니터링하면서 AC  임피던스법으로 철근의 상태를 주기적으로 정량화하여 콘크리트 내 철근이 부식되었을 때의 전기화학적 거동을 정확하게 파악하고자 하였다.   연구 결과, 제작한  MnO2 기준전극은 상용화된 SCE와 비교해서 자연전위, 임피던스, 분극저항 등에서 유사한 거동이 나타나며, 전기화학적 성능이 우수하다는 것이 확인되었다. 또한 확률론적인 판단에 국한되는 자연전위와 정량적인 임피던스의 거동을 비교한 결과, 부식이 확실하지 않은 자연전위 범위에서는 임피던스와의 거동이 대척을 이루었으나 부식이  90% 이상으로 넘어가는 자연전위 거동과 임피던스의 거동은 유사하게 나타났다. 이를 통해 철근의 자연전위에 대한 불확실한 상태 판단을 보충할 수 있도록 임피던스의 거동 파악이 필요한 것을 확인하였다. 한편, 부식이 발생된 시험체에서 산출된 염화물량은 콘크리트 표준시방서에 규정된 콘크리트 임계 염화물량의 1.2kg/m3 이상을 훨씬 상회하는 수치가 나타나며, 자연전위가 –530mV 이하로 감소하였을 때 바로 중단하지 않은 것이 원인으로 작용하였다고 판단된다.   철근 콘크리트 구조물에서 철근의 부식 모니터링을 실시할 경우, 본 연구에서 제안된  3전극 실시간 모니터링 시스템은 매우 유용할 것으로 판단된다. 다만, 자연전위가 부식확률이 높은 범위로 감소하였을 경우, 단시간 내 정량적인 평가를 통해 철근 상태에 대한 판단을 보완하고 부식 정도에 따라 조치를 취할 필요가 있을 것으로 사료된다.
URI
http://dcollection.hanyang.ac.kr/common/orgView/000000107949http://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/100151
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > ARCHITECTURAL ENGINEERING(건축시스템공학과) > Theses (Master)
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