Chloride is one of the most common threats to reinforced concrete (RC) durability. Alkaline environment of concrete makes a passive layer on the surface of reinforcement bars that prevents the bar from corrosion. However, when the chloride concentration amount at the reinforcement bar reaches a certain level, deterioration of the passive protection layer occurs, causing corrosion and ultimately reducing the structure’s safety and durability. Therefore, understanding the chloride diffusion and its prediction are important to evaluate the safety and durability of RC structure. In this study, the chloride diffusion coefficient is predicted by machine learning techniques. Various machine learning techniques such as multiple linear regression, decision tree, random forest, support vector machine, artificial neural networks, extreme gradient boosting annd k-nearest neighbor were used and accuracy of there models were compared. In order to evaluate the accuracy, root mean square error (RMSE), mean square error (MSE), mean absolute error (MAE) and coefficient of determination (R2) were used as prediction performance indices. The k-fold cross-validation procedure was used to estimate the performance of machine learning models when making predictions on data not used during training. Grid search was applied to hyperparameter optimization. It has been shown from numerical simulation that ensemble learning methods such as random forest and extreme gradient boosting successfully predicted the chloride diffusion coefficient and artificial neural networks also provided accurate result.

콘크리트는 인장력에 취약한 재료적 특징을 갖기 때문에 콘크리트 구조물의 사용기간 중에 발생하는 균열은 내구성능 평가 시 필히 고려되어야 한다. 본 연구에서는 두 수준의 강도를 고려한 플라이애시 콘크리트를 배합하여 옥외 폭로 시험을 실시하였다. 노출 환경은 비말 조건으로 설정하였으며, 균열 폭이 콘크리트의 염화물 확산 거동에 미치는 영향을 평가하고자 각 배합의 시편에 0.1 mm 간격으로 최대 1.0 mm 까지의 균열 폭을 야기하였다. 그 후 3가지 수준의 노출기간(180일, 365일, 730일)을 고려하여 겉보기 염화물 확산계수 및 표면 염화물량을 산출하였다. 균열 폭의 증가에 따라 두 배합 모두 확산계수가 증가하였으며, 노출기간이 증가함에 따라 확산계수는 감소하였다. 또한 노출 기간이 증가함에 따라 균열 폭이 확산계수에 미치는 영향이 감소하였는데, 이는 염소 이온 기반 수화물이 콘크리트의 확산성을 저감시키기 때문으로 사료된다. 표면 염화물량 거동은 겉보기 염화물 확산계수 거동 대비 균열 폭의 증가에 따른 뚜렷한 변화 거동이 발생하지 않았으며, 고강도 배합에서 보통 강도 배합 대비 78.9 % ~ 90.7 %의 표면 염화물량을 나타내어 강도와의 상관관계를 갖는 것으로 판단된다.

양생조건에 따른 고로슬래그를 혼입한 콘크리트의 염화물 이온 확산계수의 변화를 관찰하기 위하여 GGBFS 혼입율 0%, 30%, 60%로 구분하고 W/B를 40%,50%,60%로, 양생조건을 기중양생과 수중양생으로 시험체를 제작하여 콘크리트 염화물 이온 확산계수 평가를 실시하였다. 평가결과 GGBFS의 치환율이 증가할수록 콘크리트 염화물이온 확산계수는 감소하였지만, 양생조건에 따른 확산계수 편차가 증가하는 것을 확인하였다. 특히 W/B가 증가할수록 그 차이는 증가하였으며. W/B 60% 조건에서 수중양생 대비 기중양생 시험체의 염화물 이온 확산계수는 2배 가까이 증가하는 것을 확인하였다.

해안 지역에 시공된 철근 콘크리트 구조물은 해수 중의 염소 이온에 의해 내부 철근이 부식하게 된다. 특히 해안지역에서는 해수에 침지되는 경우뿐만 아니라 조수간만 및 비래염분의 영향을 받기 때문에 이에 대한 고려가 필수적이다. 본 연구에서는 3가지 수준의 노출 환경(침지대, 간만대, 비말대)과 노출기간 180일, 365일, 730일을 고려하여 해양환경노출실험을 실시하였다. 대상 배합은 3가지 수준의 물-결합재 비 및 2가지 수준의 플라이애시 치환률(0 %, 30 %)을 고려하여 설정하였다. 모든 노출조건에서 플라이 애시 치환 배합이 OPC 배합 대비 낮은 겉보기 염화물 확산계수를 나타내었으며, 이는 플라이애시의 포졸란 반응이 원인으로 사료된다. 플라이애시 배합은 노출 기간 180일에서는 플라이애시 치환 배합이 OPC 배합 대비 최대 63 5 %의 감소율을, 노출 기간 730일 에서는 최대 55.8 %의 감소율을 나타내었다. 노출 조건에 따른 확산계수 거동을 평가한 결과, 플라이애시 치환 배합에서는 간만대, 침지대, 비말대 순으로 확산계수가 평가되었다. 간만대에서는 건습이 반복되어 염화물 이온의 침투가 빠르게 일어나는 것으로 보인다.

In this study, the chloride ion diffusion coefficient of ECC coated with silane-based protecting materials were evaluated. The evaluation was carried out according to NT BUILD 492. The test results show that when the protective material is applied to ECC, the chloride diffusion coefficient is reduced by 40-50%.

In this study, chloride penetration in a repaired concrete using magnesium polymer ceramic (MPC) was assessed based on the NT BUILD 492. To investigate the effect of repaired material on chloride penetration, a cylinder OPC concrete specimen was fabricated and attached on the surface with MPC. Then, chloride penetration test was carried out on the combined concrete sample at a constant applied voltage (30 V) for 6 hours. It was found that most of chloride sources was passed though the interface between OPC and MPC, resulting in a loss of chloride in the material. Thus, it is needed to modify the conventional chloride penetration test for the repaired concrete specimen.

시공지연 등으로 발생한 콜드조인트는 전단력에 취약하며 염화물 침투 및 확산을 촉진시킨다. 본 연구는 압축 및 인장하중과 콜드 조인트 조건을 고려한 1년 양생된 콘크리트의 염화물 확산계수를 분석하였으며 선행연구인 91일 재령의 결과와 비교하였다. 91일 재령결과와 비교할 때, 하중을 재하하지 않은 일반적인 경우에는 건전부에서는 10.7%, 콜드조인트에서는 10.5%로 낮게 평가 되었다. 건전부와 콜드조인 트의 감소율의 차이는 비슷하지만 염화물 확산계수는 콜드조인트에서 크게 발생하였다. 압축력 30%의 경우 건전부는 하중재하시 발생된 공 극압밀로 인하여 확산계수가 감소하였다. 콜드조인트 콘크리트의 경우 365일 재령은 91일 재령보다 압축력 30%일 경우 10.9%, 압축력 60%일 경우 5.8% 확산계수가 낮게 평가되었는데, 이는 장기간 수중양생에 따른 지속적인 수화반응에 의해 확산계수가 낮게 평가되었기 때문이다. 인 장력의 경우 압축부와는 다르게 동일 수준의 인장하중과 재령, 콜드조인트 유·무에 따른 확산계수의 차이가 비교적 크지 않았다. 이는 콘크리 트가 1년 재령임에도 불구하고 인장력에 취약한 재료적 특성인 미세균열이 지배적인 영향으로 작용하였기 때문이다.

This paper presents evaluation of diffusion coefficient, passed charge, and compressive strength considering 3 substitution ratios of fly ash(0%, 30%, and 50%) and 3 different W/B ratios(37%, 42%, and 47%). Also, the relationships among diffusion coefficient, passed charge, and compressive strength are investigated focusing on the results at 28 days and 180 days. With increasing replacement ratio of FA and decreasing W/B, the resistances to chlorides(diffusion coefficient and passed charge) are improved. At 28 days and 180 days, linear relationship are observed between strength and resistance to chloride on the whole.

In the work, HPC (High Performance Concrete) samples are prepared with 3 levels of W/B (water to binder) ratios of 0.37, 0.42, and 0.27 and 3 levels of replacement ratios of 0%, 30% and 50%. Several tests containing chloride diffusion coefficient, passed charge, and compressive strength are performed considering age effect of 28 days and 180 days. Chloride diffusion is more reduced in OPC concrete with lower W/B ratio, and GGBFS concrete with 50% replacement ratio shows significant reduction of chloride diffusion in higher W/B ratio. At the age of 28 days, GGBFS concrete with 50% replacement ratio shows more rapid reduction of chloride diffusion than strength development, which reveals that abundant GGBFS replacement has effective resistance to chloride penetration even in the early-aged condition.

This paper presents evaluation of diffusion coefficient, passed charge, and compressive strength considering 3 substitution ratios of fly ash(0%, 30%, and 50%) and 3 different W/B ratios(37%, 42%, and 47%). Also, the relationships among diffusion coefficient, passed charge, and compressive strength are investigated focusing on the results at 28 days and 180 days. With increasing replacement ratio of FA and decreasing W/B, the resistances to chlorides(diffusion coefficient and passed charge) are improved. At 28 days and 180 days, linear relationship are observed between strength and resistance to chloride on the whole.

In the work, HPC (High Performance Concrete) samples are prepared with 3 levels of W/B (water to binder) ratios of 0.37, 0.42, and 0.27 and 3 levels of replacement ratios of 0%, 30% and 50%. Several tests containing chloride diffusion coefficient, passed charge, and compressive strength are performed considering age effect of 28 days and 180 days. Chloride diffusion is more reduced in OPC concrete with lower W/B ratio, and GGBFS concrete with 50% replacement ratio shows significant reduction of chloride diffusion in higher W/B ratio. At the age of 28 days, GGBFS concrete with 50% replacement ratio shows more rapid reduction of chloride diffusion than strength development, which reveals that abundant GGBFS replacement has effective resistance to chloride penetration even in the early-aged condition.

염해에 콘크리트 구조물의 내구수명 평가는 매우 중요한데, 결정론적 방법 및 확률론적 방법에서 평가된 결과는 큰 차이를 보이고 있다. 본 연구에서는 시간의존형 확산계수와 고정 확산계수를 고려하여 내구수명을 모사하였다. 기본확산계수, 콘크리트 피복두께, 표면염화 물량을 3조건으로 분류하여 각 평가방법에 따라 변화하는 내구적 파괴확률과 내구수명을 평가하였다. 시간의존형 확산계수의 도입을 통하여 두 방법 간의 차이를 감소시킬 수 있었으며, 합리적인 해석결과를 유도할 수 있었다. 염화물 확산계수가 2.5×10-12m2/sec에서 7.5×10-12m2/sec으 로 증가할 때 내구수명은 25.5~35.6%수준으로 감소하였으며, 피복두께가 75 mm에서 125 mm로 증가할 경우, 267~311%로 내구수명은 증가 하였다. 또한 표면염화물량이 5.0 kg/m3에서 15.0 kg/m3으로 변화할 때, 내구수명은 40.9~54.5% 수준으로 감소하였다. 피복두께의 변화에 따른 내구수명의 변화는 기본확산계수 및 표면염화물에 비하여 8~10배정도 크게 평가되었으며 내구수명 확보를 위한 중요한 인자임을 알 수 있다.

철근 콘크리트 구조물의 철근에 대한 부식을 발생시키는 다양한 유해 열화인자 중 염화물 이온(Cl-)은 침투로 인한 확산속도가 빠 르고, 철근에 직접적으로 관여하여 부식을 야기시켜 매우 중요한 열화원인이다. 대형 콘크리트 구조물의 타설에서 불가피하게 발생하는 콜드 조인트는 전단력에 취약하여, 이는 내구적 열화에 대한 피해를 증가시키는 경향을 보인다. 본 연구에서는 콜드조인트를 가진 OPC(Ordinary Portland Cement) 콘크리트와 GGBFS(Ground Granulated Blast Furnace Slag) 염화물 촉진 실험으로 염화물 확산계수를 정량적으로 평가하였 다. GGBFS 콘크리트에서는 6.6×10-12 m2/sec의 확산계수가 측정되었는데. 이는 OPC 콘크리트에 비하여 약 30% 수준의 낮은 확산계수값을 나 타내었으며, 콜드조인트를 가진 콘크리트에서도 비슷한 경향이 관측되었다. OPC 건전부 콘크리트에 비하여 GGBFS 콘크리트의 염화물 확산 계수는 건전부에서 0.30배, 콜드조인트부에서 0.39배 정도의 우수한 염해 저항성을 나타내었다.

This paper presents an quantitative evaluation of loading conditions and its interaction of cold joint on accelerated diffusion coefficient. For the work, various loading conditions are prepared for concrete with cold joint. The mineral admixture of GGBFS (Ground Granulated Blast Furnace Slag) is replaced with 40% of weight ratio. The effect of GGBFS is evaluated to be effective to hinderance of chloride penetration. The compressive loading effect shows rapid enlargement of chloride diffusion after 60% of loading ratio while the tensile loading effect shows initially increased diffusion.

균열을 가진 콘크리트에서는 균열폭으로 유입되는 염화물 이온에 의해 열화가 가속화된다. 본 연구는 균열을 가진 콘크리트의 염화물 확산에 대한 모델링으로, 정상상태를 가정하여 1차원 (이방성) 및 2차원 (등방성) 균열 모델링을 수행하였다. 기존의 균열 모델링에서는 직사각형 균열패턴으로 모델링을 수행하였으나, 본 연구에서는 조도를 가진 쐐기형 형태로 균열을 모델링하였다. 검증을 위하여 1차원 유입에 대해서는 콘크리트 시편에 균열을 유입하여 염화물 영동실험을 수행하였으며, 2차원 유입에 대해서는 기존의 실험결과를 이용하여 검증을 수행하였다. 모든 경우에서 균열형태를 쐐기형으로 고려하여 염화물 확산성이 감소되었으며, 조도를 고려함으로서 합리적인 결과가 도출되었다. 특히 0.10~0.15의 조도계수를 고려할 때, 실험값에 가장 근접한 결과를 나타내었다.

In this paper, modeling on equivalent diffusion coefficient in cracked concrete is performed for 1-D (Anisotropic) and 2-D (Isotropic) diffusion based on steady state condition. In the previous research, rectangular shape of crack was considered but the shape was modified to wedge shape with torturity. For verification of the proposed model, crack is induced in concrete sample and migration test in steady state is performed for 1-D diffusion. For 2-D diffusion, previous test results are adopted for verification. Through considering wedge shape of torturity, diffusion coefficients in 1-D and 2-D diffusion are reduced, and the more reasonable results are evaluated.

실내촉진실험과 동시에 현장폭로실험을 병행하였기 때문에 연차별 실험계획에 따라 최근 5년차의 현장실험체 분석을 수행하고 모델을 업그레이드하는 과정에서 모델 검증을 위해 준공된 지 30년 가량된 방조제의 배수갑문콘크리트의 염화물 침투프로파일을 분석하였다. Zhang의 연구결과에서 언급된 표면에 가까운 콘크리트내부 염화물 농도를 기본모델의 표면염화물농도 대신으로 적용하였다. 장기간 노출되는 실험체의 염화물 측정자료 분석에서 확산계수의 변화분석을 통하여 Maage의 제안식을 기본모델에 적용하였다. 이렇게 보완된 수정모델을 통하여 예측된 자료와 현장자료를 비교하고, 임계시점, 즉 보수시점을 도출함으로서 본 연구의 제안모델과 유지보수 시스템이 간만대 염화물 침투프로파일 추정과 적정보수 시점 및 비용 예측에 사용될 수 있음을 보였다.