전기방식 적용에 따른 부식된 콘크리트 구조물의 구조거동 평가

Abstract

철근 부식에 의한 콘크리트 단면의 구조적 거동을 정량화하기 위해 철근 표면에 형성되는 녹을 모델링했으며, 변수로는 철근과 콘크리트 사이의 계면 공극, 피복두께, 철근 직경을 취했다. 철근 부식시 구조적 한계에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 계면의 공극크기였으며, 철근 직경, 피복두께 순으로 나타났다. 피복두께 75mm, 철근직경 20mm의 콘크리트 단면에서 계면의 공극이 1 μm에서 10 μm로 증가되면, 균열을 유발시키는 철근 부식량은 16.95 μm에서 27.69 μm로 크게 증가되었다. 철근의 부식에 대한 콘크리트의 구조적 한계를 실험적으로 정의하였다. 구조적 한계는 (1) 항복 시 콘크리트의 변형, (2) 최대 부착강도, (3) 부식되지 않은 시험체 수준의 부착강도로 고려하였다. 철근 표면에서 전하를 추출하는 전기화학적 방식을 이용하여 철근 부식을 촉진시켰다. 그 결과, 철근 직경이 증가할수록 부식 정도가 증가하여 콘크리트 변형은 항복상태에 도달하는 것으로 나타났다. 또한 철근 직경의 증가는 최대 부착강도와 부식되지 않은 수준의 부착강도에 도달되기 위한 전류 인가량을 증가시켰다. 그러나 질량 손실은 철근 크기에 미미하게 영향을 받았는데, 이는 구조적 성능의 매개변수(콘크리트 변형, 부착강도의 변화)를 통해 철근 부식에 의한 구조물의 사용수명을 대변할 수 있을 의미한다. 철근 콘크리트 기둥의 3차원 유한요소 모델링을 통해 콘크리트 기둥 단면의 균열에 대한 철근의 부식과 하중의 영향을 해석적으로 분석했다. 철근 부식에 대한 콘크리트 계면 공극의 완충 효과를 반영했으며, 철근의 부식과정은 표면 하중을 통해 그 직경을 점진적으로 확장시킴으로써 구현했다. 이를 통해 단면균열에 대한 (1) 기하학적 조건으로 대변되는 단면에서의 위치와 (2) 경계조건으로 대변되는 축방향 하중과 철근 부식량의 영향성을 분석했다. 철근 콘크리트 계면 균열은 계면 공극을 압도적으로 넘어서는 양의 부식이 진행된 조건에서 압축변형에 의해 발생됐다. 기둥 표면의 균열은 축하중에 의한 인장변형으로 발생되며, 표면에서 발생된 균열은 기둥 단면의 내부로 발달됐다. 전기화학적 염화물 추출(ECE) 완료된 RC 보의 구조적 거동을 기존에 주로 사용되었던 부착 강도 측정이 아닌 3점 재하 시험을 통해 분석했다. 그 결과, ECE 처리에 의해 콘크리트 보의 휨 강성은 저하되었으나, 최대하중 측면에서 강도는 향상되는 것으로 나타났다. 또한, ECE에 의해 인장 변형률이 증가하여 인장 균열에 대한 저항성은 향상되었으며, 관성 모멘트 감소율은 감소하였다. 이러한 구조적 거동 측면의 이점에도 불구하고 연성 및 휨 강성은 저하되었다. 콘크리트 보의 휨 강성은 선형 탄성 범위에서 유효 단면적의 손실로 인해 감소됐고, 실제로 인장변형에 의해 파손된 상태에서 단면 2차 모멘트는 약 70%의 손실되었다.|A development of the rust formation arising from steel corrosion was modelled to quantify the structural impact in steel reinforced concrete. The interfacial gap, cover depth and diameter of steel rebar were taken for variables in modelling. It was found that the interfacial gap was the most influencing on the structural limit at steel corrosion, followed by steel diameter and cover depth. At 75 mm of cover depth with 20 mm of the steel diameter, the rust amount to reach cracking accounted for 16.95-27.69 μm to 1-10 μm of the interfacial gap. The structural limit for concrete was experimentally determined against corrosion of steel. The structural limit was taken as (1) the deformation of concrete at yielding, (2) the maximum pull-out strength and (3) the pull-out strength at the level for uncorroded specimen. Corrosion of steel was accelerated by extracting charges from steel surface to govern degree of steel corrosion. As a result, an increase in the steel diameter resulted in an increase in the corrosion degree to reach the concrete deformation at yielding. Again, an increase in the steel diameter resulted in an increase in the extracted charge to meet the maximum and uncorroded-equivalent level for the bond strength. Modelling the structural behaviour for concrete structure into the crack initiation at corrosion of steels. The degradation source included the axial load and steel corrosion. As a result, the tensile damage could occur on the surface of concrete into the cracking with no steel corrosion, which could be further developed by the increasing rust formation, while the cracking at the steel-concrete interface was mainly attributed to the compressive deformation, being restricted within the interfacial zone. The structural behaviour of concrete beam was examined by the three points bending test after the completion of the electrochemical chloride extraction (ECE). It was found that the flexural rigidity of concrete was lowered by the ECE, but the strength was enhanced in terms of the maximum load. The flexural rigidity, in the linear elastic range, was reduced by the loss of effective cross-section area. In fact, the inertia moment was substantially subjected to 70% loss of the cross-section by the tensile strain at the condition of the failure