동결융해를 받은 표면마감재 및 단면수복재로 보수된 콘크리트의 염소이온 침투 특성 연구

Abstract

철근 콘크리트는 그 높은 내구성을 인정받아 다양한 건축물에서 널리 사용되고 있으나 외부로부터 침투해오는 염분에 의해 열화가 진행되고 내부의 철근이 부식되면서 균열 및 내구성의 저하가 현저해 진다. 이런 구조물의 기능 및 내구성을 회복하기 위하여 열화된 부위를 제거하고 단면 수복재로 되메우는 단면수복공법을 시행하고 있으며, 실제로도 열화에 의해 저하된 내구성능의 회복에 효과가 있는 것으로 평가되었다. 그러나, 단면수복공법의 시행에 앞서 단면수복재로 보수한 철근콘크리트 구조물에 대한 염화물침투에 관한 연구가 선행되어야 하나 관련 연구가 부족한 것이 현실이다. 더욱이 실제 구조물에서 발생하는 동결융해 현상을 고려한 염화물침투에 관한 연구 또한 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 표면마감재 및 단면수복재로 보수 시공한 이후의 동결융해를 받는 구조물의 염해상태, 즉 염화물이온 침투 및 그에 의한 철근부식을 예측하기 위하여 표면마감재와 단면수복재가 시공된 동결융해를 받는 콘크리트의 염화물이온 확산계수를 실험을 통하여 산출하였다. 또 유한요소해석(FEM)을 통한 염해의 깊이 및 염분의 농도를 예측하여 철근콘크리트 구조물의 염해에 의한 내구수명예측을 시행하였다. 연구결과는 다음과 같다. (1) KS F 2456 급속 동결 융해에 대한 콘크리트의 저항 시험 방법에 준한 동결융해 실험에서, 시험체 별 정도의 차이는 있으나 동결융해 사이클이 늘어날수록 동탄성계수는 저감되었다. 이는 수분의 동결융해 작용으로 표층부 침식, 내부 균열이 증가함에 따라 발생되는 것으로 판단된다. (2) 동결융해 실험 후, RCPT법에 의한 염소이온 확산계수 실험에서, 동결융해 사이클이 늘어날수록 염소이온 침투깊이는 증가하였고, 이에 따라 염소이온 확산계수는 크게 계산되었다. 특히 단면수복재의 경우 동결융해작용으로 균열이 발생되어 확산계수가 급증하는 경향을 보였다. (3) 동결융해작용이 발생하지 않은 시험체의 경우, 콘크리트에 마감이 없는 시험체와 비교하여 표면마감재 시공의 경우 약 42%, 단면수복재 시공의 경우 약 72%의 확산계수 저감효과가 있어 각 마감재가 염소이온 침투에 유효함을 알 수 있었다. (4) 유한요소해석 결과, 콘크리트는 5년, 표면마감재는 15년, 단면수복재는 30년의 내구수명을 확보함으로서 표면마감재 및 단면수복재를 시공한 경우, 내구수명의 증가가 발생함을 알 수 있었다. (5) 동결융해작용에 따른 염소이온 확산이 촉진되는 것과 마감재를 시공함으로써 염소이온의 침투를 억제하는 것이 FEM해석으로 입증 되었으며, 염분침투에 의한 염해대책을 위해서는 동결융해작용을 작게 받거나, 확산계수가 낮은 마감재를 사용하는 것이 매우 유효함을 알 수 있다.; Reinforced concrete is one of the most popular material in the construction industry. However, its durability decreased by rebar corrosion which occurs crack of structure. To recover durability of structure, the area damaged by chloride ion is removed and refilled with finishing material, also this method available in deteriorated structure. Nevertheless, studies related in this field ar insufficient despite of necessity of the study about penetration in concrete with finishing material. Therefore, finishing material and patching repaired concrete tested for measuring diffusion coefficient by RCPT(Rapid Chloride Penetration Test), so that, prediction about rebar corrosion arouse from chloride ion after freezing-thawing; id est, chloride ion penetration of concrete after freezing-thawing with patching repair methode will be predicted. Furthermore, service life of structure covered with finishing material predicted its penetrated depth and concentration of chloride ion by Finite Element Method(FEM). Results of the study is like as belows. 1) As the result of freezing-thawing experiment which is regulated by KS F 2456, mainly modules of dynamic elasticity is decreased as freezing-thawing cycle increased, even though each specimen has deviation. That caused increasing of increasing of inside crack and surface erosion as freezing effect of water. 2) RCPT for determining diffusion coefficient of chloride ion, after freezing-thawing, penetration depth of chloride increased with increasing of freezing-thawing cycle. Diffusion coefficient also increased dramatically. Especially crack occurs increasing of diffusion coefficient in case of patching repair material with freezing effect. 3) In case of specimens without freezing-thawing, finishing material decreases 42% of diffusion coefficient, patching repair material decreases 72%, compared with simple concrete specimen. It means those materials are avaliable for environment with chloride. 4) As a result of FEM, Each types of specimens has their service life as 5 years of concrete, 15 years of finishing material, 30 years of patching repair material. It is clearly known that finishing material and patching repair material are effective for extension of service life. 5) Also freezing-thawing accelerates diffusion of chloride and finishing material resistants in those condition, which is determined by FEM. Therefore, to block chloride penetration, it is necessary to use finishing material which has very low diffusion coefficient or avoided from freezing-thawing phenomenon.