국내 건축물에서는 노후한 철근콘크리트 구조물의 안전성이 중요한 문제로 대두되고 있다. 구조물 부분이나 전체의 무너짐으로 인해 경제적 손실을 초래할 수 있으며, 이는 주로 구성 재료의 내구성 결 함으로 인해 발생한다. 여러 노후화 인자 중 동결융해와 부식은 주요한 열화 요인으로 작용한다. 동결 지역의 구조물은 동결융해가 위험 요소로 작용할 수 있으며, 해양 구조물은 해수에 존재하는 염소이온 에 의해 부식될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 복합 열화 작용과 철근콘크리트 부재의 성 능 저하 관계를 이해하는 것이 필요하다. 본 연구는 동결융해와 부식의 복합적 피해가 RC 보의 거동 에 미치는 영향을 실험적으로 조사하였다. 7개의 RC 보를 제작하여 각각 다른 수준의 열화 조건을 부여한 후 휨 시험을 실시하였다.

교량의 노후화는 다양한 원인에 기인하겠지만 겨울철에 제설용으로 살포하는 염화칼슘이 교량부재에 침투하여 부식을 유발하는 것이 대표적인 교량 노후화 원인중 하나라고 할 수 있다. 본 연구의 목적은 교량의 부식에 의한 노후화 정도를 정량화하고 이를 교량의 해석모델에 적용하여 노후화 정도에 따른 지진취약도 해석을 수행하고 노후화 정도와 지진취약도 곡선의 관계를 평가하는 것이다. 노후화 정도를 고려한 지진취약도 해석에 각 손상상태별로 한계값을 적절히 정의하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 손상정도에 따른 변위 연성도 능력의 저하 특성에 관한 기존 연구결과를 활용하여 손상상태를 정의하였다. 세 가지 교량받침과 두 가지 교각 높이에 따른 예제 교량들의 지진취약도 해석으로부터 노후화 정도가 증가할수록 지진취약도가 증가하는 경향이 나타냄을 알 수 있다. 이러 한 노후화 정도에 따른 지진취약도의 차이는 손상상태가 경미, 보통, 심각, 붕괴의 상태로 갈수록 증가하는 경향을 나타낸다.

철근콘크리트 구조물은 반영구적인 구조물로 여겨지고 있으나 해상 구조물 및 해상에 인접한 구조물은 부식에 대한 위험에 노출이 되어 있다. 내륙 구조물의 경우에도 제설제 사용으로 인한 콘크리트의 중성화, 콘크리트 균열 등의 다양한 부식 요인이 발생한다. 또한 건설공사 시 철근은 외부환경에 장시간 노출된 상태로 보관이 되어 부식되기 쉽다. 따라서 본 연구에서 는 철근콘크리트 보의 인장 주철근을 3%와 10%의 부식률로 부식을 시켜 휨 실험을 통해 부식률에 따른 철근콘크리트 보의 휨 거동을 나타내었다. 철근콘크리트 보와 콘크리트 공시체를 동시에 제작하여 재료실험을 수행하였으며, 전위차 부식촉진법을 활용하여 철근콘크리트 보의 부식을 촉진시켰다. 실험결과 부식으로 인해 철근콘크리트 보의 초기 강성이 증가하였으며, 10%의 부식률에서는 철근콘크리트 보의 전단파괴의 발생 및 누적에너지소산능력이 취약하게 나타났다.

기존 구조물의 손상평가에 관한 연구는 지진 등과 같은 과도한 하중에 의한 손상을 고려하였다. 그러나 구조물은 과도한 하중없이도 장기간의 시간에 따라 염화물, 탄성화 등과 같은 이유로 노후화가 진행되어 구조성능이 저하될 수 있다. 그래서 구조물의 건전도를 효과적으로 관리하기 위해서는 노후화에 의한 구조성능 저하도 검토되어야 한다. 본 연구에서는 염화물에 의한 철근의 부식을 노후화 요인으로 고려한다. 철근부식에 의한 재료의 구조성능 저하를 고려하기 위해 부식정도에 따른 철근의 단면적, 항복강도, 파단변형률, 피복 콘크리트 강도 등을 예측한다. 이를 구조모델링에 적용하여 구조부재 및 구조물의 구조성능 저하를 분석한다. 구조부재의 구조성능을 분석하기 위해 모멘트-곡률 해석을 수행한다. 구조물 레벨의 구조성능을 고려하기 위해, 고유치해석을 통한 고유주기와 모드형상을 분석한다. 또한 비선형 정적해석을 통해 구조물의 강도와 변형성능을 분석한다.

본 연구는 길이 1m의 SD400 D13, D10 철근 시편의 중앙 20cm를에 염화칼슘(CaCl2–10%)과 10V의 전압을 인가하여 부식을 촉진시킨 수, 부식으로 인해 줄어든 단면적과 철근의 인장 거동과의 관계를 파악하기 위한 것이다. 9주 동안의 실험을 통해 평균 15.57%의 단면 손실을 이루었으며, 이때 부식이 진행된 시편에서 항복응력의 저하, 탄성계수 감소 등의 현상이 나타난 것을 확인할 수 있다.

「시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법」에 의거하여 정밀안전진단을 실시하는 시설물은 「시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침」(이하 “세부지침”)에 의거 안정성 평가 및 손상에 대한 상태평가를 수행하고 있다. 그러나 철근노출이 발생하고 손상이 장기화 된 시설물의 철근부식을 고려한 안정성 검토가 미흡한 실정이다. 이에 따라, RC 구조물에 콘크리트 철근노출의 공용년수를 고려하여 구조안전성을 수행하고 상태등급을 산정하였다.

본 연구는 50mm 길이의 SD400 12mm 철근을 수돗물, DW + 10% CaCl2와 금속 + DW + 10% CaCl2 총 세종류의 액체에 넣어 가속 부식을 시킨 후 가속화에 따른 철근 산화물의 변화를 주기적으로 관찰하여 각각 철근의 부식으로 인해 생겨나는 화학물질을 분류하고, 변화하는 실험 조건이 주는 영향도 같이 비교하였다. 실험 결과 가속 부식 시킨 철근 산화물의 구성 요소들은 Iron Carbon – CFe15.1, Lepidocrocite – FeO(OH), Magnetite – Fe3O4, Wustite – Fe0.942O 등이라는 것을 확인할 수 있었으 며 그 변화를 그래프로 나타내었다.

본 연구는 시멘트 모르타르속에 매입된 철근주위가 건조될 때 불안정한 전류분포의 영향을 측정하고, 교류 임피던스 특성변화에 대한 영향을 고찰하는 것을 목적으로 한다. 건조과정중 철근의 전기화학적 반응을 측정하기 위해, 두 개의 철근이 매입된 3개의 시멘트 모르타르가 실험을 위해 준비되었다. 주요 변수는 20mm 모르타르 두께를 동일하게 가지도록 하여, 두 철근사이의 간격이 10, 20과 30mm가 되도록 하였다. 해양환경에서 콘크리트 구조물속의 철근 부식속도를 가정하기 위해서, 3개의 모르타르 시험체는 15 사이클의 침지-건조환경(해수에서 24시간 침지와 48시간 실온 건조)에 노출되었다. 부식전위의 변화는 건조중에 용존산소의 확산속도 증가로 인해 귀한 방향으로 이동하는 것이 관찰되었다. 침지-건조환경에서 교류 임피던스는 100kHz에서 1mHz까지 측정되었다. 철근과 모르타르사이의 계면상태를 설명하기 위해 이론적 모델이 제안되었으며, 그것은 용액저항, 전하이동저항과 CPE로 구성된 등가회로를 사용하였다. 철근의 부식이 진행됨에 따라, 저주파수 영역에서 확산 임피던스가 나타났다. 침지-건조 환경중 건조과정에서 이송차가 45o에 가까워지는 현상으로써 전류분포가 불균일해지 는 경향을 보였다.

The method of lowering the diffusion coefficient of concrete are widely used by mixing blast furnace slag(BFS) and fly ash(FA) in order to prevent the steel corrosion. In this study, the NaCl solution was supplied and the potential of the reinforced steel was monitored to measure the critical chloride contents of the reinforced concrete according to the type of concrete. In case of using BFS and FA, it showed that the corrosion of the steel was progressed rapidly, which is considered to be related to the decrease of the pH of the concrete.

In this study, Corrosion behavior in mortar was observed by the passage of time by using EIS method. As a result of EIS experiment, equivalent circuit and changes of Impedance parameter could be observed. In addition, it was confirmed that impedance of rebar in concrete and corrosion rate according to the amount of NaCl and LiNO2 were different.

콘크리트는 다공성 건설재료이며, 매립된 철근의 부식은 내구성 및 안전성에 큰 영향을 미친다. 본 연구는 비파괴 검사인 반전위측 정값과 생성된 부식량과의 상관성을 피복두께, 물-시멘트비를 고려하여 도출하는 것이다. 이를 위해, 3가지 수준의 물-시멘트비와 4가지 수준 의 피복두께를 가진 시멘트 모르타르 시편이 제조되었으며, 3가지 수준의 촉진부식기간을 고려하여 부식량 및 반전위를 측정하였다. 습윤상태 에서는 반전위가 크게 증가하였으며, 부식량과 촉진기간은 선형적인 관계를 가지고 있었다. 부식량이 증가할수록, 피복두께가 감소할수록, 물-시멘트비가 증가할수록 반전위는 증가하였다. 전체의 반전위 측정값을 부식량과 비교할 경우 0.67의 낮은 결정계수를 가지고 있었으나 부식 량(촉진기간)을 고려하여 3가지 수준을 고려할 경우 0.90이상의 높은 결정계수를 가지고 있었다. 실내조건과 같이 온도가 일정하고 포화상태 일 경우, 측정된 반전위는 부식량과 선형적인 상관성을 가지고 있었으며, 피복두께, 물-시멘트비, 철근직경, HCP의 측정범위를 알 수 있다면, 매립된 철근의 부식량을 예측할 수 있다고 판단된다.

플라이애시가 시멘트의 대체재로 사용되면서 플라이애시는 콘크리트의 특성변화에 중요한 역할을 하고 있다. 본 연구에서는 보통 콘크리트와 플라이애시를 혼입한 콘크리트의 철근부식에 대한 저항성을 평가하였다. 부식속도가 가장 빠른 간만대 환경을 모사한 최적 건습 반복시험방법을 찾고 해양환경폭로시험장의 간만대에 장기간 노출된 시편의 철근부식모니터링 시험결과와의 비교를 통해 FA 혼입에 따른 OPC 대비 부식 지연비를 도출하였다. 반전지전위법에 의한 부식 모니터링 결과 인공해수에 3일간 침지 후 4일간 건조의 반복 조건보다는 염수 를 시편 상부에 침지시켜 염수 및 산소의 공급이 계속되는 염수 ponding 시험법이 부식을 촉진시키는 것으로 나타났다. 모든 시험법에서 OPC 에 비해 FA의 철근 부식이 지연되었다. FA의 철근부식 지연비율은 재령이 증가할수록 증가하였으며 OPC 대비 최대 27%까지 철근부식이 지 연되었다. 그 결과 플라이애시 콘크리트는 재령이 증가할수록 철근부식 저항성능이 향상됨을 알 수 있었다.

NaCl과 LiNO2의 첨가량에 따른 콘크리트에 매립된 철근의 부식거동을 전기화학적 임피던스 분광법을 이용하여 고찰하였다. 부식 가속 방법중 하나인 건습반복법을 이용하여 단기간 내에 부식현상을 촉진하였으며, 측정된 임피던스 값을 통해 등가회로를 제안할 수 있었다. NaCl 1.2 kg/m3이 첨가된 콘크리트에 매립된 철근의 부동태 피막이 빠르게 파괴되는 것을 확인할 수 있었으며, 염화물 첨가량 대비 0.6M의 LiNO2를 첨가한 경우 부식진행속도가 크게 저하하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 염화물 첨가량 대비 1.2M의 LiNO2를 첨가한 경우 부동태 피 막이 부식가속시간이 지나도 파괴되지 않고 성능이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

In this study, Corrosion behavior in mortar was observed by the passage of time by using EIS method. As a result of EIS experiment, equivalent circuit and changes of Impedance parameter could be observed. In addition, it was confirmed that impedance of rebar in mortar and corrosion rate according to the amount of NaCl were different.

RC(Reinforced Concrete) 부재는 인장영역에서 보강재가 하중을 지지해야 하므로, 철근부식은 내구성 뿐 아니라 안전성에서도 매 우 중요하다. 본 연구에서는 최근 개발된 FRP Hybrid Bar와 일반 철근을 매립한 RC 보부재를 제작하였으며, ICM(Impressed Current Method) 를 적용하여 철근부식을 촉진시켰다. 기존의 이론식인 Faraday 법칙을 이용하여 부식량을 평가하였으며, 일반설계강도를 가진 콘크리트 보부 재에 대하여 휨시험을 수행하였다. 일반 철근에서는 부식량이 4.9∼7.8% 수준으로 평가되었으며 이에 따른 휨 저항능력은 -25.4∼-50.8% 수준 으로 감소하였다. FRP Hybrid Bar를 매립한 RC 보에서는 부식과 휨 저항 감소가 평가되지 않았는데, 이는 에폭시 도료로 코팅된 철근의 우수 한 내부식성에 기인한다. 촉진 부식실험에서는 FRP Hybrid Bar의 우수한 내부식성 및 부착성능을 확인하였는데, 실용화를 위해서는 장기적인 침지를 통한 내구성 평가가 필요하다고 판단된다.