염소이온 반응형 부식센서의 응답성에 미치는 센서 세선수의 영향에 관한 실험적 연구

Abstract

철근콘크리트 구조물에서 철근의 부식발생은 콘크리트 내부의 철근 표면에서 시작된다. 따라서 콘크리트 표면에 균열이나 녹이 나타났다면, 이는 내부에서 철근의 부식이 상당히 진전되어 있음을 의미한다. 콘크리트 내부에 매설된 철근의 부식은 철근콘크리트구조물의 조기 성능저하와 붕괴의 주요원인이 되고 있다. 철근콘크리트 구조물에 발생하는 열화현상 중에서 철근부식에 의해 발생되는 열화는 그 피해가 다른 열화 현상보다 심하고 구조물의 보수 및 시공 측면에서도 막대한 경비가 요구되고 보수시기 또한 정하기 힘들다. 따라서 철근의 부식상태에 대한 예측 및 조기발견은 관리자의 효율적인 보수 및 보강계획 수립을 위해 매우 중요하다. 그러나, 현재로는 보수시기나 보수공법을 선택하기 위하여 구조물 손상정도를 조사하는 것은 있어도 철근 부식이 일어나기 전에 철근부식원인(Cl-)이 침투하는 것을 Monitoring 하는 시스템은 매우 부족하다. 또한 지금까지의 콘크리트 구조물은 열화가 나타나서야 비로소 유지관리를 시작하는 경우가 대부분이다. 이러한 조치는 구조물의 장래를 고려한 보수보다는 우선 현상을 커버하는 보수라고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 철근부식 전에 철근부식에 영향을 주는 염화물(Cl-)이온이 침투하는 과정을 모니터링 할 부식센서를 개발하였다. 이는 철근 부식 전에 모니터링을 할 수 있고, 그에 따라 적절한 보수시기와 적절한 보수공법을 찾을 수 있게 정보를 제공한다. 또한, 구조물 속에 매입을 통하여 비 파괴적으로 모니터링을 할 수 있다.

본 연구에서는 개발된 부식센서의 종류별로 염화나트륨 수용액에서의 성능 평가를 실시하고, 전기화학적기법을 이용한 수용액내에서의 방식 성능 평가를 실시하여 콘크리트에서 염분변화에 따라 부식센서의 반응성을 살펴본 후 깊이별 부식센서를 매입하여 염화물이온 침투인자에 대한 모니터링을 실시하고자 한다.

1) 부식센서의 전기화학적 특성에서 몰비(Cl-/OH-)0.6에 따른 부식전위가 -0.37V로 나타나 일반적인 철근의 부식경향과 유사함을 확인하였으며 센서의 단락정도에 따른 저항변화에서는 단선형 센서보다 폭이 좋은 다세선을 갖는 다선형 센서에서 큰 저항 변화 값을 나타내었다.

2) 부식센서는 NaCl 수용액의 농도가 높은 만큼 센서의 저항변화가 빨리 일어나고 저항도 크게 나타났으며 단선형보다 다선형인 부식센서에서 부식반응이나 저항변화가 크게 나타났다. 그러나 7세선과 9세선의 경우 반응도와 민감도 측면에서 급격한 저항변화가 발생하여 부식에 반응하지 않은 경우에도 민감한 반응을 보여주었다.

3) 콘크리트내에서 센서종류에 따는 부식저항은 염화물(Cl-)이온이 클수록, 세선수가 많을수록, 콘크리트표면에서의 매설깊이가 작을수록 저항변화는 크게 나타났다. 이상의 실험결과로, 스크린프린터기법에 의해 제작된 부식센서가 염화물(Cl-)이온에 의해 부식하며 일반 철근의 부식패턴과 유사함을 확인할 수 있었고, 이러한 저항의 변화를 감지하기 위한 패턴의 센서는 단선형보다는 다선형센서 중 5세선 부식센서가 적합하다고 판단되며 부식속도를 정량적으로 평가할 수 있다고 사료된다.