혼화재 혼입 철근콘크리트의 염해 내구성설계를 위한 철근 부식 임계염화물량 평가

Abstract

현재 콘크리트의 내구성이 사회적인 문제로 부각되면서 고품질, 고내구성을 갖는 콘크리트 개발이 절실히 요구되고 있다. 특히 해양환경의 영향을 받는 지역에 건설되는 콘크리트 구조물의 경우에는 염소이온의 침입에 의한 철근부식으로 점차 막대한 유지관리비가 요구되는 단계에 접어들고 있다. 최근에는 해양을 통한 물동량의 증가로 인하여 항만시설물을 중심으로 더 많은 콘크리트 구조물의 건설이 요구되고 있기 때문에, 해양환경에 대한 저항성이 우수한 콘크리트 구조물의 건설은 구조물의 안정성만 아니라 경제적인 측면에서도 중요한 사안이 되고 있다. 콘크리트의 염해에 대한 내구성을 향상시키기 위한 방안으로 시멘트 경화체 조직을 치밀하게 하여 염소이온과 같은 유해인자의 침입을 차단하는데 유효하다고 알려져 있는 고로슬래그 미분말이나 플라이애시와 같은 혼화재를 활용하는 방법이 널리 사용되고 있다. 시멘트를 혼화재로 치환하여 사용하는 경우, 콘크리트 세공조직의 치밀화로 인해 염소이온의 침투를 억제하고 침입염분을 경화체에 고정시켜 철근 부식을 억제하는 효과가 큰 것으로 알려져 있다. 하지만 콘크리트에 사용되는 시멘트를 혼화재로 치환하여 사용하게 될 경우 콘크리트의 pH가 감소할 수 있고, 콘크리트의 pH 감소는 콘크리트에 매립된 철근표면에 형성되는 부동태 피막의 성능을 저하시킬 수 있다는 연구결과가 보고되고 있다. 콘크리트에 매립된 철근의 부동태 피막의 성능 저하는 철근의 부식 임계 염화물량의 감소로 이어질 수 있다. 따라서 철근 콘크리트 구조물의 정확한 내구성 설계를 위해서는 정확한 철근 부식 임계염화물량의 산정이 중요하며 잘못된 부식 임계 염화물량의 선정은 염해에 대한 철근 콘크리트 구조물의 내구성 확보에 오류를 야기할 수 있다. 그러나 국내 규정에 따르면 콘크리트의 철근 부식 임계염화물량을 단위결합재량의 0.4%로 일괄적으로 규정하고 있으며 이는 혼화재를 사용하지 않은 콘크리트 배합에 대한 기준으로 시멘트를 혼화재로 치환하여 사용한 콘크리트 배합에 대한 규정이 및 관련연구가 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 염해에 대한 철근 콘크리트 구조물의 명확한 내구성능 평가 및 내구성 설계를 위하여 시멘트의 혼화재 치환율과 물-결합재비, 양생조건에 따른 콘크리트 염소이온 침투저항성을 평가하였다. 철근의 부식 임계염화물량을 산정하기 위해 콘크리트 매립형 부식센서를 개발하고, 개발된 센서를 이용하여 철근의 부식개시시점을 실시간으로 탐지하여 콘크리트에 매립된 철근의 부식 임계염화물량을 평가하였다. 본 논문은 총 6장으로 구성되어 있으며, 각 장의 내용은 다음과 같다. 제 1장에서는 연구의 배경 및 목적, 논문의 구성에 대하여 기술하였다. 제 2장에서는 염해에 의한 철근 부식 메커니즘, 국내외 콘크리트의 염화물량 관련 규정 현황, 철근 부식 임계염화물량 관련 규정 현황, 철근 부식 임계염화물량 평가방법 및 연구동향, 콘크리트 구조물 모니터링 센서에 대하여 기술하였다. 제 3장에서는 시멘트의 혼화재 치환율에 따른 콘크리트의 염소이온 침투저항성 비교평가를 실시하였으며, 실험결과를 이용하여 혼화재 치환율과 물-겹합재비, 양생조건에 따른 염소 이온 확산계수 측정식을 제안하였다. 제 4장에서는 콘크리트 매립형 철근부식센서를 개발하고, 수용액 및 시멘트 모르타르 환경에서 센서의 안정성, 내구성, 부식탐지성능을 평가하였다. 제 5장에서는 시멘트의 혼화재 치환율에 따른 철근 부식 임계염화물량의 비교평가를 실시하였으며, 실험결과를 이용하여 혼화재 치환율과 물-결합재비에 따른 철근 부식 임계염화물량 산정식을 제안하였다. 제 6장에서는 각 장의 소결을 종합하여 본 논문의 결론을 기술하였다.