금속용사 방식피막을 갖는 강재의 콘크리트 내 부식거동에 관한 실험적 연구

Abstract

강재는 콘크리트와 더불어 철근콘크리트 구조물에 가장 많이 사용되는 건축 재료중 하나이다. 하지만 환경적, 화학적 등 여러 가지 다양한 인자들로 인하여 콘크리트 내부의 강재가 부식되는 문제점이 발생하고 있다. 콘크리트 내부 강재의 부식은 부피팽창으로 인해 콘크리트의 균열과 박리 등의 문제를 발생시키며, 각각의 고유성능을 저하시켜 결국 구조물의 내구성에도 큰 영향을 미친다. 이러한 콘크리트 내부에서 강의 부식을 방지하기 위한 표면방식공법 중 하나인 금속용사 방식공법은 희생양극 방식으로 강재보다 이온화 경향이 큰 아연, 알루미늄, 마그네슘 등의 금속을 용융시켜 압축공기로 강재 표면에 분사하여 다공질의 금속피막을 형성하는 방식기법으로, 모재에 변화를 거의 주지 않으며 넓은 범위에 사용할 수 있는 장점이 있고 현장에서의 시공이 용이하며 방식성능이 우수하다고 알려져 있다. 하지만 금속용사 방식기법은 사용처가 강구조물 혹은 교량 등 외부에 노출되는 강재에 한하여 사용되고 있으며, 콘크리트 내부 환경에서의 부식거동 및 사용성에 관한 연구가 부족한 실정이다. 본 논문에서는 전기화학을 이용한 방법 중 하나인 Electrochemical Impedance Spectroscopy(EIS)를 이용하여, 강재에 Bare, Zn, Al, ZnAl 금속용사 피막이 형성된 시험체를 콘크리트 환경을 모사한 Ca(OH)2수용액에 침지하여 부식거동을 측정하고(Seires 1) 시멘트 모르타르에 매설 후 NaCl 3.5wt% 수용액에 침지하여 부식거동을 측정하였다(Series 2). 실험 결과 금속용사 피막에 Zn이 사용되는 경우(Zn ATMS, ZnAl ATMS) Ca(OH)2와의 빠른 반응성에 의해 Zn이 소모되면서 부식생성물이 강재표면에 흡착되어 강재를 보호하는 것을 확인하였고 Al 금속용사가 적용될 경우 Al이 부동태피막과 유사한 성능을 가지는 산화피막을 빠르게 형성하여 강재를 보호하는 것을 확인할 수 있었다.