KR102479756B1 - Predictive method of steel corrosion of reinforced concrete structures exposed to high pressure immersion environment - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 미래 심해에 설치될 구조물의 건전성 및 내구성 평가 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 심해의 주요 특성인 고수압으로 인한 철근 부식 인자의 침투를 고려한 유한요소 기반의 철근 부식 경향을 예측하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법은, 철근 콘크리트 구조물의 모델링을 결정하고, 유한 요소 해석을 위한 격자를 형성하는, 모델링 및 격자 형성 단계; 모델링된 상기 철근 콘크리트 구조물에 철근의 부식에 영향을 미치는 부식 인자 별로 침투 방정식을 적용하여 유한 요소 방식의 수치 해석을 수행함으로서 고압의 침지 환경에서 상기 부식 인자의 콘크리트 침투로 인한 침투 경향을 분석하는, 부식 인자의 침투 경향 분석 단계; 및 분석된 상기 침투 경향을 기초로 상기 철근의 부식 정도를 유한 요소 방식의 수치 해석을 통해 파악하고, 상기 철근의 부식으로 인한 녹 생성량을 산정하는, 부식률 및 녹 생성량 산정 단계;를 포함한다.
The present invention relates to a method for predicting corrosion of reinforcing bars of a reinforced concrete structure, and more particularly, to a method for evaluating the soundness and durability of a structure to be installed in the deep sea in the future, and more particularly, to a corrosion factor of reinforcing bars due to high water pressure, which is a major characteristic of deep sea. It is about a method for predicting the corrosion tendency of reinforcing bars based on finite elements considering the penetration of
A method for predicting reinforcement corrosion of a reinforced concrete structure exposed to a high-pressure immersion environment according to an embodiment of the present invention includes a modeling and lattice forming step of determining modeling of a reinforced concrete structure and forming a lattice for finite element analysis; By applying the penetration equation for each corrosion factor affecting the corrosion of the reinforced concrete structure to the modeled reinforced concrete structure and performing numerical analysis of the finite element method, the penetration tendency due to the penetration of the corrosion factor into concrete in a high-pressure immersion environment. Analyze, Penetration trend analysis step of corrosion factors; and a corrosion rate and rust generation amount calculation step of determining the degree of corrosion of the reinforcing bar through finite element numerical analysis based on the analyzed penetration tendency and calculating the amount of rust generated due to the corrosion of the reinforcing bar.

Description

고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법{PREDICTIVE METHOD OF STEEL CORROSION OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES EXPOSED TO HIGH PRESSURE IMMERSION ENVIRONMENT}Method for predicting corrosion of reinforced concrete structures exposed to high pressure immersion environment

본 발명은 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 미래 심해에 설치될 구조물의 건전성 및 내구성 평가 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 심해의 주요 특성인 고수압으로 인한 철근 부식 인자의 침투를 고려한 유한요소 기반의 철근 부식 경향을 예측하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting corrosion of reinforcing bars of a reinforced concrete structure, and more particularly, to a method for evaluating the soundness and durability of a structure to be installed in the deep sea in the future, and more particularly, to a corrosion factor of reinforcing bars due to high water pressure, which is a major characteristic of deep sea. It is about a method for predicting the corrosion tendency of reinforcing bars based on finite elements considering the penetration of

미래 해저 공간에 설치된 구조물의 현실화를 위해서는 구조 설계기술, 시공 기술, 에너지 공급 기술, 이동 기술, 안전 유지 관리 기술과 같은 다양한 요소가 고려되어야 한다. 그 중에서 안전 유지 관리는 극한 환경에서 사용자의 안전성을 보장하는 차원에서 중요하다.Various factors such as structural design technology, construction technology, energy supply technology, mobility technology, and safety maintenance technology should be considered for the realization of structures installed in the future subsea space. Among them, safety maintenance management is important in terms of ensuring the safety of users in extreme environments.

해양 환경에 노출된 구조물의 안전유지 관리 중 가장 중요하게 다루어지는 분야 중 하나는 철근 콘크리트 구조물에 매립된 철근의 부식이다. 해양 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물은 염화물, 산소, 물 등의 부식 인자 침투로 인해 철근 부식이 발생한다. 콘크리트 내부의 철근에서 부식이 발생되면 원래 부피의 2배에서 4배 정도에 해당하는 녹을 형성하게 된다. 이로 인한 철근 팽창압의 영향을 받아 콘크리트에서 균열, 박리 현상이 일어나고 구조적인 문제를 일으키게 된다.One of the most important areas of safety maintenance of structures exposed to the marine environment is the corrosion of rebars embedded in reinforced concrete structures. Reinforced concrete structures exposed to the marine environment experience corrosion of steel bars due to penetration of corrosion factors such as chloride, oxygen, and water. When corrosion occurs in the reinforcing bars inside the concrete, rust corresponding to two to four times the original volume is formed. Under the influence of the rebar expansion pressure, cracks and peeling phenomena occur in concrete, causing structural problems.

콘크리트 구조물의 철근 부식 모델 개발과 관련한 종래의 발명은 대기 중의 이산화탄소로 인한 탄산화로 인해 발생하는 철근 부식 또는 건습 환경이 반복되는 간만대 또는 조산대에서 염화물 침투로 인해 발생하는 철근 부식에 초점을 맞추어 진행되었다.Conventional inventions related to the development of corrosion models for reinforcing bars in concrete structures have focused on corrosion of reinforcing bars caused by carbonation due to carbon dioxide in the atmosphere or corrosion of reinforcing bars caused by chloride penetration in tidal zones or orogenic zones where wet and dry environments are repeated. .

특허문헌 1에 개시된 발명은 이산화탄소로 침투로 인해 발생하는 콘크리트 중성화에 따른 철근 부식을 BIM 기법을 활용하여 예측하였다. 특허문헌 1의 목적은 건축물을 BIM 모델로 모델링하여 다양한 조건들을 대입하여 건축물의 균열 및 부식에 대한 대응책을 마련할 수 있는 모델링을 활용한 건축물의 부식 예측 방법을 제공하는 것이다.In the invention disclosed in Patent Document 1, corrosion of reinforcing bars due to neutralization of concrete, which occurs due to infiltration with carbon dioxide, was predicted using the BIM technique. The purpose of Patent Document 1 is to provide a corrosion prediction method for buildings using modeling that can prepare countermeasures against cracks and corrosion of buildings by modeling buildings with BIM models and substituting various conditions.

특허문헌 2에 개시된 발명은 배합 요소 정보, 균열 정보 및 기후변화 정보를 고려하여 부식으로 인한 철근 콘크리트의 유효 수명 예측 모델에 관한 것이다. 특허문헌 2는 몬테카를로(monte carlo) 방식의 수학식을 기반으로 제안되었다. The invention disclosed in Patent Document 2 relates to a model for predicting useful life of reinforced concrete due to corrosion in consideration of mixing element information, crack information, and climate change information. Patent Document 2 is proposed based on the formula of the Monte Carlo method.

특허문헌 3에 개시된 발명은 교량 구조물을 대상으로 염소 이온의 침투와 교량을 통과하는 차량의 반복 하중으로 인해 발생하는 균열과 결함을 동시에 고려하여 철근 부식 모델을 제안하였다. 특허문헌 3에 공개된 부식 및 피로 결합 작용 하의 철근 콘크리트 교량 수명 예측 방법은, 철근 콘크리트 교량의 수명을 부식 시작 - 순 피로 크랙 발전 단계와 부식 구멍과 피로 크랙 경쟁 발전 단계 및 구조 파괴 단계 등 3개 단계로 구분한다.The invention disclosed in Patent Document 3 proposes a corrosion model for reinforcing bars by simultaneously considering the penetration of chloride ions into the bridge structure and the cracks and defects caused by the repeated load of the vehicle passing through the bridge. The method for predicting the life of a reinforced concrete bridge under the action of corrosion and fatigue bonding disclosed in Patent Document 3 defines the life of a reinforced concrete bridge in three stages: corrosion start-net fatigue crack development stage, corrosion hole and fatigue crack competition development stage, and structural failure stage. Divide into stages.

특허문헌 4에 개시된 발명은 해양 구조물의 부식에 의한 수명을 온라인 상에서 예측하는 전문가 시스템 구성에 관련된 것이다. 해양 구조물 설계 과정에서 필요한 내구성 설계의 경우 염화물에 의한 부식이 우선시 고려되는데, 특허문헌 4의 시스템을 이용하여 구조물을 구성하는 최적의 재료나 피복 두께를 산정함으로써 사용수명을 높이는 효과가 있다. 특허문헌 4는 철근 부식의 주요 인자의 염화물의 확산을 기반으로 한 침투 모델을 활용하였다.The invention disclosed in Patent Document 4 relates to the configuration of an expert system that predicts the life of an offshore structure due to corrosion online. In the case of durability design required in the process of designing marine structures, corrosion by chloride is considered first, and the system of Patent Document 4 is used to calculate the optimal material or coating thickness constituting the structure, thereby increasing the service life. Patent Document 4 utilized a permeation model based on the diffusion of chloride as a major factor in reinforcing bar corrosion.

비특허문헌 1은 콘크리트의 조성과 주위환경에 따른 이산화탄소의 확산계수와 콘크리트의 탄산화 저항성에 대한 연구를 진행한바 있으며; 비특허문헌 2는 균열이 발생한 철근콘크리트와 균열이 없는 철근콘크리트의 탄산화 깊이에 대한 시뮬레이션 연구를 수행한 바 있다.위 사례와 같이 현재까지 철근 부식을 조기에 예측하는 모델은 다수 제안되었다. 하지만 대부분은 부식 인자인 이산화탄소와 염화물의 농도 차로 인해 발생하는 확산과 관련한 부분을 다루고 있어, 고압의 심해 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식에 대한 연구는 미미한 실정이다. Non-Patent Document 1 has conducted a study on the carbonation resistance of concrete and the diffusion coefficient of carbon dioxide according to the composition of concrete and the surrounding environment; Non-Patent Document 2 has conducted a simulation study on the carbonation depth of reinforced concrete with cracks and non-cracked reinforced concrete. As in the above case, many models for early prediction of corrosion of reinforcing steel have been proposed. However, most of them deal with the part related to diffusion caused by the concentration difference of carbon dioxide and chloride, which are corrosion factors, so research on the corrosion of reinforced concrete structures exposed to high-pressure deep-sea environments is insignificant.

비특허문헌 3은 고압 환경에서 콘크리트의 변형을 고려한 수분 확산과 관련한 계수 및 관련 수식 제안을 위해 실험 연구를 진행한 바 있다. 비특허문헌 4는 방청 재료 활용을 위해 고압의 환경에서 콘크리트의 투수성에 대한 연구를 실시한 바 있다. 비특허문헌 4는 기존에 제안되었던 고압의 환경에서 수분 침투 관련 이론을 실험 결과와 비교하여 검증하는 연구를 실시하였다. 그러나 위 연구들은 고압 환경에서의 콘크리트 투수에 대한 부분만 다루었을 뿐 철근 부식 매커니즘을 고려한 구체적인 연구는 수행하지 않았다.Non-Patent Document 3 has conducted experimental research to propose coefficients and related formulas related to moisture diffusion in consideration of deformation of concrete in a high-pressure environment. Non-Patent Document 4 has conducted a study on the permeability of concrete in a high-pressure environment for the use of anti-rust materials. Non-Patent Document 4 conducted a study to verify the theory related to water penetration in a previously proposed high-pressure environment by comparing it with experimental results. However, the above studies only dealt with the concrete permeability in a high-pressure environment and did not conduct detailed studies considering the corrosion mechanism of reinforcing bars.

이와 같이, 종래의 특허문헌들과 비특허문헌들을 참조하면, 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식과 관련하여 많은 선행연구가 이루어 졌으나, 해중 환경의 특성인 고압의 수압 환경을 고려한 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 인자 침투 및 부식 예측한 사례가 없다.As such, referring to conventional patent documents and non-patent documents, although many previous studies have been conducted in relation to corrosion of reinforcing bars in reinforced concrete structures, corrosion factors of reinforcing bars in reinforced concrete structures considering the high-pressure water pressure environment, which is a characteristic of the underwater environment There are no predicted cases of penetration and corrosion.

이러한 점을 고려하였을 때 앞서 설명한 미래 해저 공간의 중요성을 고려하여 고압의 심해 환경에 노출된 철근 콘크리트의 철근 부식에 대한 연구가 필요하다. Considering these points, it is necessary to study the corrosion of reinforced concrete exposed to the high-pressure deep-sea environment in consideration of the importance of the future seabed space described above.

KR 10-2018-0075887 AKR 10-2018-0075887 A KR 10-2020-0093221 AKR 10-2020-0093221 A KR 10-2020-0026877 AKR 10-2020-0026877 A KR 20-2008-0003165 AKR 20-2008-0003165 A

Papadakis, V. G., Vayenas, C. G., & Fardis, M. N. (1991). Physical and chemical characteristics affecting the durability of concrete. Materials Journal, 88(2), 186-196. Song, H. W., & Kwon, S. J. (2007). Permeability characteristics of carbonated concrete considering capillary pore structure. Cement and Concrete Research, 37(6), 909-915. Murata J, Ogihara Y, Koshikawa S, Itoh Y. Study on watertightness of concrete. ACI Mater J 2004;2:107-16. Yoo, J. H., Lee, H. S., & Ismail, M. A. (2011). An analytical study on the water penetration and diffusion into concrete under water pressure. Construction and Building Materials, 25(1), 99-108. Luping, T., & Nilsson, L. O. (1993). Chloride binding capacity and binding isotherms of OPC pastes and mortars. Cement and concrete research, 23(2), 247-253. Han, S. H. (2007). Influence of diffusion coefficient on chloride ion penetration of concrete structure. Construction and Building Materials, 21(2), 370-378. Glass, G. K., Hassanein, N. M., & Buenfeld, N. R. (1997). Neural network modelling of chloride binding. Magazine of Concrete Research, 49(181), 323-335. Glass, G. K., Reddy, B., & Buenfeld, N. R. (2000). The participation of bound chloride in passive film breakdown on steel in concrete. Corrosion Science, 42(11), 2013-2021. Suryavanshi, A. K., & Swamy, R. N. (1996). Stability of Friedel's salt in carbonated concrete structural elements. cement and Concrete Research, 26(5), 729-741. Gouda, V. K. (1970). Corrosion and corrosion inhibition of reinforcing steel: I. Immersed in alkaline solutions. British Corrosion Journal, 5(5), 198-203. Hausmann, D. A. (1969). Criteria for cathodic protection of steel in concrete structures. Materials Protection. Dhir, R. K., Jones, M. R., Ahmed, H. E. H., & Seneviratne, A. M. G. (1990). Rapid estimation of chloride diffusion coefficient in concrete. Magazine of Concrete Research, 42(152), 177-185. Luping, T., & Nilsson, L. O. (1993). Rapid determination of the chloride diffusivity in concrete by applying an electric field. Materials Journal, 89(1), 49-53. Andrade, C. (1993). Calculation of chloride diffusion coefficients in concrete from ionic migration measurements. Cement and concrete research, 23(3), 724-742.

Figure 112020138197230-pat00001
Friedmann, H., Amiri, O., At-Mokhtar, A., & Dumargue, P. (2004). A direct method for determining chloride diffusion coefficient by using migration test. Cement and Concrete Research, 34(11), 1967-1973. Polder, R. B., & Peelen, W. H. (2002). Characterisation of chloride transport and reinforcement corrosion in concrete under cyclic wetting and drying by electrical resistivity. Cement and Concrete Composites, 24(5), 427-435.
Figure 112020138197230-pat00002
Sbarta, Z. M., Laurens, S., Rhazi, J., Balayssac, J. P., & Arliguie, G. (2007). Using radar direct wave for concrete condition assessment: Correlation with electrical resistivity. Journal of applied geophysics, 62(4), 361-374. Hope, B. B., Ip, A. K., & Manning, D. G. (1985). Corrosion and electrical impedance in concrete. Cement and concrete research, 15(3), 525-534. Saleem, M., Shameem, M., Hussain, S. E., & Maslehuddin, M. (1996). Effect of moisture, chloride and sulphate contamination on the electrical resistivity of Portland cement concrete. Construction and building Materials, 10(3), 209-214. Lopez, W., & Gonzalez, J. A. (1993). Influence of the degree of pore saturation on the resistivity of concrete and the corrosion rate of steel reinforcement. Cement and concrete research, 23(2), 368-376. Enevoldsen, J. N., Hansson, C. M., & Hope, B. B. (1994). The influence of internal relative humidity on the rate of corrosion of steel embedded in concrete and mortar. Cement and concrete research, 24(7), 1373-1382. Pruckner, F., & Gjørv, O. E. (2004). Effect of CaCl2 and NaCl additions on concrete corrosivity. Cement and Concrete Research, 34(7), 1209-1217. Whittington, H. W., McCarter, J., & Forde, M. C. (1981). The conduction of electricity through concrete. Magazine of concrete research, 33(114), 48-60. Oh, B. H., & Jang, S. Y. (2004). Prediction of diffusivity of concrete based on simple analytic equations. Cement and Concrete Research, 34(3), 463-480. Garboczi, E. J., & Bentz, D. P. (1992). Computer simulation of the diffusivity of cement-based materials. Journal of materials science, 27(8), 2083-2092. Luciano, J., & Miltenberger, M. (1999). Predicting chloride diffusion coefficients from concrete mixture proportions. Materials Journal, 96(6), 698-702.
Figure 112020138197230-pat00003
Car, S. (2003). Influence of aggregates on chloride diffusion coefficient into mortar. Cement and Concrete Research, 33(7), 1021-1028. Byfors, K. (1987). Influence of silica fume and flyash on chloride diffusion and pH values in cement paste. Cement and Concrete research, 17(1), 115-130. Nokken, M., Boddy, A., Hooton, R. D., & Thomas, M. D. A. (2006). Time dependent diffusion in concrete―three laboratory studies. Cement and Concrete Research, 36(1), 200-207. Thomas, M. D., & Bamforth, P. B. (1999). Modelling chloride diffusion in concrete: effect of fly ash and slag. Cement and concrete research, 29(4), 487-495. Saeki, T., Sasaki, K., & Shinada, K. (2006). Estimation of chloride diffusion coefficent of concrete using mineral admixtures. Journal of Advanced Concrete Technology, 4(3), 385-394. Thomas, M. D. A., & Bentz, E. C. (2002). Computer program for predicting the service life and life-cycle costs of reinforced concrete exposed to chlorides. Life365 Manual, SFA, 12-56. Stanish, K. (2000). Predicting the diffusion coefficient of concrete from mix parameters. University of Toronto Report. Saetta, A. V., Scotta, R. V., & Vitaliani, R. V. (1993). Analysis of chloride diffusion into partially saturated concrete. Materials Journal, 90(5), 441-451. Leng, F., Feng, N., & Lu, X. (2000). An experimental study on the properties of resistance to diffusion of chloride ions of fly ash and blast furnace slag concrete. Cement and Concrete Research, 30(6), 989-992. Luping, T., & Gulikers, J. (2007). On the mathematics of time-dependent apparent chloride diffusion coefficient in concrete. Cement and concrete research, 37(4), 589-595. Bamforth, P. B. (1998). Spreadsheet model for reinforcement corrosion in structures exposed to chlorides. Concrete under severe conditions, 2, 64-75. Mangat, P. S., & Molloy, B. T. (1994). Prediction of long term chloride concentration in concrete. Materials and structures, 27(6), 338. Isgor, O. B., & Razaqpur, A. G. (2006). Modelling steel corrosion in concrete structures. Materials and Structures, 39(3), 291-302. Papadakis, VG, Vayenas, CG, & Fardis, MN (1991). Physical and chemical characteristics affecting the durability of concrete. Materials Journal, 88(2), 186-196. Song, HW, & Kwon, SJ (2007). Permeability characteristics of carbonated concrete considering capillary pore structure. Cement and Concrete Research, 37(6), 909-915. Murata J, Ogihara Y, Koshikawa S, Itoh Y. Study on watertightness of concrete. ACI Mater J 2004;2:107-16. Yoo, JH, Lee, HS, & Ismail, MA (2011). An analytical study on the water penetration and diffusion into concrete under water pressure. Construction and Building Materials, 25(1), 99-108. Luping, T., & Nilsson, L.O. (1993). Chloride binding capacity and binding isotherms of OPC pastes and mortars. Cement and concrete research, 23(2), 247-253. Han, SH (2007). Influence of diffusion coefficient on chloride ion penetration of concrete structure. Construction and Building Materials, 21(2), 370-378. Glass, GK, Hassanein, NM, & Buenfeld, NR (1997). Neural network modeling of chloride binding. Magazine of Concrete Research, 49(181), 323-335. Glass, GK, Reddy, B., & Buenfeld, N. R. (2000). The participation of bound chloride in passive film breakdown on steel in concrete. Corrosion Science, 42(11), 2013-2021. Suryavanshi, AK, & Swamy, RN (1996). Stability of Friedel's salt in carbonated concrete structural elements. Cement and Concrete Research, 26(5), 729-741. Gouda, V. K. (1970). Corrosion and corrosion inhibition of reinforcing steel: I. Immersed in alkaline solutions. British Corrosion Journal, 5(5), 198-203. Hausmann, DA (1969). Criteria for cathodic protection of steel in concrete structures. Materials Protection. Dhir, RK, Jones, MR, Ahmed, HEH, & Seneviratne, AMG (1990). Rapid estimation of chloride diffusion coefficient in concrete. Magazine of Concrete Research, 42(152), 177-185. Luping, T., & Nilsson, L.O. (1993). Rapid determination of the chloride diffusivity in concrete by applying an electric field. Materials Journal, 89(1), 49-53. Andrade, C. (1993). Calculation of chloride diffusion coefficients in concrete from ionic migration measurements. Cement and concrete research, 23(3), 724-742.
Figure 112020138197230-pat00001
Friedmann, H., Amiri, O., At-Mokhtar, A., & Dumargue, P. (2004). A direct method for determining chloride diffusion coefficient by using migration test. Cement and Concrete Research, 34(11), 1967-1973. Polder, RB, & Peelen, WH (2002). Characterization of chloride transport and reinforcement corrosion in concrete under cyclic wetting and drying by electrical resistivity. Cement and Concrete Composites, 24(5), 427-435.
Figure 112020138197230-pat00002
Sbarta, ZM, Laurens, S., Rhazi, J., Balayssac, JP, & Arliguie, G. (2007). Using radar direct wave for concrete condition assessment: Correlation with electrical resistivity. Journal of applied geophysics, 62(4), 361-374. Hope, BB, Ip, AK, & Manning, DG (1985). Corrosion and electrical impedance in concrete. Cement and concrete research, 15(3), 525-534. Saleem, M., Shameem, M., Hussain, SE, & Maslehuddin, M. (1996). Effect of moisture, chloride and sulphate contamination on the electrical resistivity of Portland cement concrete. Construction and building Materials, 10(3), 209-214. Lopez, W., & Gonzalez, J. A. (1993). Influence of the degree of pore saturation on the resistivity of concrete and the corrosion rate of steel reinforcement. Cement and concrete research, 23(2), 368-376. Enevoldsen, J.N., Hansson, C.M., & Hope, B.B. (1994). The influence of internal relative humidity on the rate of corrosion of steel embedded in concrete and mortar. Cement and concrete research, 24(7), 1373-1382. Pruckner, F., & Gjørv, OE (2004). Effect of CaCl2 and NaCl additions on concrete corrosivity. Cement and Concrete Research, 34(7), 1209-1217. Whittington, HW, McCarter, J., & Forde, MC (1981). The conduction of electricity through concrete. Magazine of concrete research, 33(114), 48-60. Oh, BH, & Jang, SY (2004). Prediction of diffusivity of concrete based on simple analytic equations. Cement and Concrete Research, 34(3), 463-480. Garboczi, EJ, & Bentz, DP (1992). Computer simulation of the diffusivity of cement-based materials. Journal of materials science, 27(8), 2083-2092. Luciano, J., & Miltenberger, M. (1999). Predicting chloride diffusion coefficients from concrete mixture proportions. Materials Journal, 96(6), 698-702.
Figure 112020138197230-pat00003
Car, S. (2003). Influence of aggregates on chloride diffusion coefficient into mortar. Cement and Concrete Research, 33(7), 1021-1028. Byfors, K. (1987). Influence of silica fume and flyash on chloride diffusion and pH values in cement paste. Cement and Concrete research, 17(1), 115-130. Nokken, M., Boddy, A., Hooton, RD, & Thomas, MDA (2006). Time dependent diffusion in concrete—three laboratory studies. Cement and Concrete Research, 36(1), 200-207. Thomas, MD, & Bamforth, PB (1999). Modeling chloride diffusion in concrete: effect of fly ash and slag. Cement and concrete research, 29(4), 487-495. Saeki, T., Sasaki, K., & Shinada, K. (2006). Estimation of chloride diffusion coefficent of concrete using mineral admixtures. Journal of Advanced Concrete Technology, 4(3), 385-394. Thomas, MDA, & Bentz, EC (2002). Computer program for predicting the service life and life-cycle costs of reinforced concrete exposed to chlorides. Life365 Manual, SFA, 12-56. Stanish, K. (2000). Predicting the diffusion coefficient of concrete from mix parameters. University of Toronto Report. Saetta, AV, Scotta, RV, & Vitaliani, RV (1993). Analysis of chloride diffusion into partially saturated concrete. Materials Journal, 90(5), 441-451. Leng, F., Feng, N., & Lu, X. (2000). An experimental study on the properties of resistance to diffusion of chloride ions of fly ash and blast furnace slag concrete. Cement and Concrete Research, 30(6), 989-992. Luping, T., & Gulikers, J. (2007). On the mathematics of time-dependent apparent chloride diffusion coefficient in concrete. Cement and concrete research, 37(4), 589-595. Bamforth, P.B. (1998). Spreadsheet model for reinforcement corrosion in structures exposed to chlorides. Concrete under severe conditions, 2, 64-75. Mangat, PS, & Molloy, BT (1994). Prediction of long term chloride concentration in concrete. Materials and structures, 27(6), 338. Isgor, OB, & Razaqpur, AG (2006). Modeling steel corrosion in concrete structures. Materials and Structures, 39(3), 291-302.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 고압의 침지환경에서 부식 인자의 콘크리트 침투 경향을 반영한 수학적 모델식을 활용한 유한요소 기반 철근 부식 예측 모델을 개발하여 심해 환경에 존재하는 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 경향 및/또는 시기를 예측할 수 있는 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법을 제공한다. 본 발명의 대상 환경인 고압의 침지 환경은 물속의 용존 산소가 적어 부식률이 낮을 것으로 판단되나 구조물의 장기 수명을 예측하는 측면에서 본 발명은 의의가 있다.The problem to be solved by the present invention is to develop a finite element-based rebar corrosion prediction model using a mathematical model that reflects the penetration tendency of corrosion factors in concrete in a high-pressure immersion environment, and the rebar corrosion tendency of reinforced concrete structures existing in a deep sea environment. And / or a method for predicting steel corrosion of reinforced concrete structures capable of predicting the timing is provided. Although the high-pressure immersion environment, which is the target environment of the present invention, is judged to have a low corrosion rate due to low dissolved oxygen in water, the present invention is significant in terms of predicting the long-term life of a structure.

본 발명의 실시 형태에 따른 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법은, 철근 콘크리트 구조물의 모델링을 결정하고, 유한 요소 해석을 위한 격자를 형성하는, 모델링 및 격자 형성 단계; 모델링된 상기 철근 콘크리트 구조물에 철근의 부식에 영향을 미치는 부식 인자 별로 침투 방정식을 적용하여 유한 요소 방식의 수치 해석을 수행함으로서 고압의 침지 환경에서 상기 부식 인자의 콘크리트 침투로 인한 침투 경향을 분석하는, 부식 인자의 침투 경향 분석 단계; 및 분석된 상기 침투 경향을 기초로 상기 철근의 부식 정도를 유한 요소 방식의 수치 해석을 통해 파악하고, 상기 철근의 부식으로 인한 녹 생성량을 산정하는, 부식률 및 녹 생성량 산정 단계;를 포함한다.A method for predicting reinforcement corrosion of a reinforced concrete structure exposed to a high-pressure immersion environment according to an embodiment of the present invention includes a modeling and lattice forming step of determining modeling of a reinforced concrete structure and forming a lattice for finite element analysis; By applying the penetration equation for each corrosion factor affecting the corrosion of the reinforced concrete structure to the modeled reinforced concrete structure and performing numerical analysis of the finite element method, the penetration tendency due to the penetration of the corrosion factor into concrete in a high-pressure immersion environment. Analyze, Penetration trend analysis step of corrosion factors; and a corrosion rate and rust generation amount calculation step of determining the degree of corrosion of the reinforcing bar through finite element numerical analysis based on the analyzed penetration tendency and calculating the amount of rust generated due to the corrosion of the reinforcing bar.

본 발명의 실시 형태에 따른 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법을 사용하면, 미래 심해 환경에 건설될 철근 콘크리트 구조물 건전성에 결정적인 영향을 미치는 철근 부식의 경향과 시기를 조기에 예측할 수 있는 이점이 있다. Using the reinforcement corrosion prediction method of a reinforced concrete structure exposed to a high-pressure immersion environment according to an embodiment of the present invention, the tendency and timing of reinforcement corrosion, which has a decisive effect on the integrity of a reinforced concrete structure to be built in a future deep-sea environment, can be detected at an early stage. There are predictable benefits.

또한, 향후 건설될 해중 구조물의 설계 및 안전 유지 관리를 위한 기초 원천 기술로서 활용될 수 있는 이점이 있다.In addition, there is an advantage that it can be used as a basic source technology for the design and safety maintenance of offshore structures to be built in the future.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법의 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 100 단계를 구체화한 순서도이다.
도 3은 도 1에 도시된 300 단계를 구체화한 순서도이다.
도 4는 수압 1.5MPa 환경에서 시간에 따른 수분의 침투 깊이에 대한 해석 결과를 보여주는 그래프이다.
도 5는 철근 부식률과 녹 생성량을 분석하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 공극 속 포화도에 따른 콘크리트 전기저항을 보여주는 그래프이다.
도 7은 공극 속 염화물 농도에 따른 콘크리트 전기저항을 보여주는 그래프이다.
도 8은 온도에 따른 콘크리트 전기저항을 보여주는 그래프이다.
도 9는 치환법을 활용한 부식 전위 분포 및 부식 전류 수치 해석 절차를 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 수압 1.5MPa 환경에서 시간에 따른 철근 부식 밀도 해석 결과를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
1 is a flowchart of a method for predicting corrosion of a reinforced concrete structure exposed to a high-pressure immersion environment according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart embodying steps 100 shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a flowchart embodying step 300 shown in FIG. 1 .
Figure 4 is a graph showing the analysis results for the penetration depth of water over time in a water pressure 1.5MPa environment.
5 is a diagram schematically illustrating a process of analyzing a corrosion rate of reinforcing bars and an amount of rust generation.
6 is a graph showing the electrical resistance of concrete according to the degree of saturation in the pores.
7 is a graph showing the electrical resistance of concrete according to the chloride concentration in the pores.
8 is a graph showing the electrical resistance of concrete according to temperature.
9 is a flowchart illustrating a procedure for analyzing corrosion potential distribution and corrosion current values using the substitution method.
10 is a graph showing the results of analysis of corrosion density of reinforcing bars over time in a water pressure of 1.5 MPa environment by way of example.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성요소 중 종래기술에 의하여 통상의 기술자가 명확하게 파악할 수 있고 용이하게 재현할 수 있는 것에 관하여는 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위하여 그 구체적인 설명을 생략하도록 한다. 본 발명의 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법은 고압의 정수압 침지 환경에서 철근의 부식 경향을 파악하기 위한 해석 방법으로서 유한 요소 기법을 기반으로 한다. 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법은 다음과 같은 해결 수단을 제시할 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Among the components of the present invention, specific descriptions of those that can be clearly understood and easily reproduced by those skilled in the art according to the prior art will be omitted in order not to obscure the gist of the present invention. The method for predicting corrosion of reinforced concrete structures exposed to a high-pressure immersion environment according to the present invention is based on a finite element technique as an analysis method for determining the corrosion tendency of steel bars in a high-pressure hydrostatic immersion environment. In order to solve the problem of the present invention, the method for predicting corrosion of reinforced concrete structures exposed to a high-pressure immersion environment of the present invention may suggest the following solutions.

(1) 고압의 영향을 고려한 부식 인자의 침투를 파악하기 위해 본 발명은 수분의 침투 과정에서 물과 콘크리트가 압력에 의해 물리적 탄성 변형을 일으키는 점을 다르시의 법칙에 추가하여 얻을 수 있는 '침투 확산류 방정식'을 적용한다. 본 해결 수단을 활용하면 고압의 환경에서 시간에 따라 부식 인자가 콘크리트 속으로 얼마나 침투하는지 파악할 수 있다.(1) In order to understand the permeation of corrosion factors considering the effect of high pressure, the present invention provides 'permeation diffusion' obtained by adding the fact that water and concrete cause physical elastic deformation by pressure during the permeation process of moisture to Darcy's law. Apply the 'Ryu Equation'. Using this solution, it is possible to determine how much the corrosion factor penetrates into the concrete over time in a high-pressure environment.

(2) 부식 인자 침투로 인한 부식 인자의 콘크리트 분포 그리고 이에 따른 철근의 부식률 산정과 관련된 함수는 모두 시간 함수로서 유한요소 기반 수치 해석을 통해 시간에 따른 부식 인자 침투 경향 및 부식률을 산정한다. 유한 요소 기반 함수는 관련 지배 방정식과 특정 경계 조건을 통해 전체 부식 인자 분포 및 부식률를 근사한다.(2) The concrete distribution of the corrosion factor due to the penetration of the corrosion factor and the corresponding function related to the calculation of the corrosion rate of the reinforcing bar are all time functions, and the penetrating tendency and corrosion rate according to time are calculated through finite element-based numerical analysis. The finite element based function approximates the overall corrosion factor distribution and corrosion rate through the relevant governing equations and specific boundary conditions.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for predicting reinforcement corrosion of a reinforced concrete structure exposed to a high-pressure immersion environment according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법의 순서도이다.1 is a flowchart of a method for predicting corrosion of a reinforced concrete structure exposed to a high-pressure immersion environment according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법은, 철근 콘크리트 구조물의 모델링 및 격자 형성 단계(100), 유한 요소 수치 해석을 통한 부식 인자의 침투 경향 분석 단계(300); 및 유한 요소 수치 해석을 통한 철근의 부식률 및 녹 생성량 산정 단계(500);를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method for predicting reinforcement corrosion of a reinforced concrete structure exposed to a high-pressure immersion environment according to an embodiment of the present invention includes modeling and lattice formation of the reinforced concrete structure (100), and corrosion through finite element numerical analysis. Factor penetration tendency analysis step (300); and calculating the corrosion rate and rust generation amount of the reinforcing bar through finite element numerical analysis (500).

철근 콘크리트 구조물의 모델링 및 격자 형성 단계(100)는, 3차원 형태의 유한 요소 해석을 위한 대상 철근 콘크리트 구조물의 모델링 및 격자 형성(mesh generation) 단계이다. 철근 부식 인자 침투 및 부식 현상의 결과 값을 근사적으로 구하기 위하여 대상이 되는 철근 콘크리트 구조물의 형태와 크기를 모델링하여 결정하고, 유한개의 작은 요소들로 나누어 각 요소들의 물리적 특성을 결정하는 단계이다. The step 100 of modeling and forming a grid of a reinforced concrete structure is a step of modeling and generating a grid of a target reinforced concrete structure for finite element analysis in a three-dimensional form. This step is to determine the shape and size of the target reinforced concrete structure by modeling in order to obtain an approximate result of the penetration and corrosion of the reinforcing steel corrosion factor, and to determine the physical properties of each element by dividing it into a finite number of small elements.

유한 요소 수치 해석을 통한 부식 인자 침투 경향 분석 단계(300)는, 상기 100 단계에서 설정한 대상 철근 콘크리트 구조물에 철근 부식에 영향을 미치는 부식 인자의 침투 방정식을 적용하여 유한 요소 방식의 수치 해석을 실시하는 단계로서, 고압의 환경에서 부식 인자의 콘크리트 침투로 인한 분포를 산정한다. 예를 들어, 시간에 따른 수분, 염화물, 산소의 침투 깊이와 이로 인해 공극 속에 존재하는 부식 인자의 농도를 파악하고 어느 시점에 철근 부식이 발생할지를 분석한다.Corrosion factor penetration trend analysis step 300 through finite element numerical analysis performs numerical analysis of the finite element method by applying the penetration equation of corrosion factors that affect reinforcing steel corrosion to the target reinforced concrete structure set in step 100. As a step, calculate the distribution due to the penetration of corrosion factors into concrete in a high-pressure environment. For example, the penetration depth of moisture, chloride, and oxygen over time and the concentration of corrosion factors present in the void are identified and the time point at which reinforcing steel corrosion occurs is analyzed.

유한 요소 수치 해석을 통한 부식률 및 녹 생성량 산정 단계(500)는, 상기 300 단계에서 실시한 부식 인자의 침투 결과를 기초로 철근의 부식 정도를 유한 요소 수치 해석을 통해 파악하고 부식으로 인한 녹 생성량을 최종적으로 산정하는 단계이다. 부식 인자의 침투와 철근 부식과 관련한 지배 방정식과 경계조건을 수학적인 표현으로 모델링하고 보간 함수의 조합으로 표현된 기저 함수의 크기를 계산하여 근사해를 연산한다. 연산된 근사해를 통해 철근 부식률 및 이로 인한 녹 생성량까지 파악이 가능하다. In step 500 of calculating the corrosion rate and rust generation amount through finite element numerical analysis, based on the penetration result of the corrosion factor performed in step 300, the degree of corrosion of the reinforcing bar is determined through finite element numerical analysis, and the rust generation amount due to corrosion is determined. This is the final calculation step. The governing equations and boundary conditions related to penetration of corrosion factors and corrosion of reinforcing bars are modeled in mathematical expressions, and approximate solutions are calculated by calculating the size of the basis function expressed as a combination of interpolation functions. Through the calculated approximate solution, it is possible to grasp the corrosion rate of reinforcing steel and the amount of rust generated from it.

상기 각 단계들(100, 300, 500)은 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 장치에서 수행될 수 있다. 여기서, 상기 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 장치는 상기 각 단계들(100, 300, 500)이 수행되는 구성들을 포함할 수 있는데, 예를 들어 상기 100 단계를 수행하는 모델링 및 격자 형성부, 상기 300 단계를 수행하는 침투 경향 분석부, 및 상기 500 단계를 수행하는 부식률 및 녹 생성량 산정부를 포함할 수 있다. Each of the above steps 100, 300, and 500 may be performed in an apparatus for predicting steel corrosion of a reinforced concrete structure exposed to a high-pressure immersion environment. Here, the apparatus for predicting reinforcing steel corrosion of a reinforced concrete structure exposed to the high-pressure immersion environment may include configurations in which each of the steps 100, 300, and 500 are performed, for example, modeling that performs step 100. and a grid forming unit, a penetration tendency analysis unit performing step 300, and a corrosion rate and rust generation amount calculating unit performing step 500.

또한, 상기 각 단계들(100, 300, 500)은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수도 있다. 이러한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 상기 100 단계, 300 단계 및 500 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 것일 수 있다. 여기서, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 하드 디스크들, 플로피 디스크들, 자기 기록매체들, 광 기록매체들을 포함한다. In addition, each of the steps 100, 300, and 500 may be implemented in a computer-readable recording medium. Such a computer-readable recording medium may have a program recorded thereon to execute steps 100, 300, and 500 above. Here, the computer-readable recording medium includes hard disks, floppy disks, magnetic recording media, and optical recording media.

이하, 도 1에 도시된 각 단계들(100, 300, 500)을 도면을 참조하여 좀 더 상세하게 설명한다.Hereinafter, each of the steps 100, 300, and 500 shown in FIG. 1 will be described in more detail with reference to the drawings.

도 2는 도 1에 도시된 100 단계를 구체화한 순서도이다. FIG. 2 is a flowchart embodying steps 100 shown in FIG. 1 .

도 2를 참조하면, 도 1의 철근 콘크리트 구조물의 모델링 및 격자 형성 단계(100)는 대상 철근 콘트리트 구조물의 파라미터 및 재료 정보 입력 단계(110); 및 요소 및 노드 정보 형성 단계(130)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the modeling and grid formation step 100 of the reinforced concrete structure of FIG. 1 includes inputting parameter and material information of the target reinforced concrete structure 110; and forming element and node information (130).

철근 콘크리트 구조물의 모델링 및 격자 형성 단계(100)는 철근 부식을 고려하기 위한 대상 철근 콘크리트 구조물의 크기와 형태를 모델링을 통해 결정하고, 유한 요소 해석을 위한 격자를 형성하는 단계이다. 상기 대상 철근 콘크리트 구조물의 모델링과 격자의 형성은 MIDAS CIVIL 프로그램을 사용하여 형성할 수 있으며, 형성된 철근 콘크리트 구조물의 모델링 및 격자 형성을 통해 각 요소와 상기 요소 별 절점의 좌표 값 정보를 구할 수 있다. 또한, 상기 대상 철근 콘크리트 구조물을 구성하는 콘크리트의 재료적 특성(물과 시멘트의 비율, 공극률, 실리카퓸/플라이애쉬/고로슬래그 대체율 등)을 입력할 수 있으며, 격자 형성의 경우에 다양한 형태의 격자를 형성할 수 있다. The step of modeling the reinforced concrete structure and forming the grid (100) is a step of determining the size and shape of the target reinforced concrete structure in consideration of corrosion of the reinforced concrete structure through modeling, and forming a grid for finite element analysis. Modeling of the target reinforced concrete structure and grid formation may be performed using the MIDAS CIVIL program, and coordinate value information of each element and the nodes of each element may be obtained through modeling and grid formation of the formed reinforced concrete structure. In addition, it is possible to enter the material properties of the concrete constituting the target reinforced concrete structure (ratio of water to cement, porosity, silica fume/fly ash/blast furnace slag replacement rate, etc.), and in the case of lattice formation, various types of lattice can form

본 발명의 실시 형태에서는 육면체 형태의 미소 요소로 구성된 격자로 대상 철근 콘크리트 구조물을 형성하였다.In the embodiment of the present invention, the target reinforced concrete structure is formed with a lattice composed of minute elements in the shape of a hexahedron.

도 3은 도 1에 도시된 300 단계를 구체화한 순서도이다.FIG. 3 is a flowchart embodying step 300 shown in FIG. 1 .

일반적으로 철근 부식에 의한 콘크리트 열화 과정은 두 가지 단계로 나누어 생각할 수 있다. 첫번째 단계는 초기 단계로 부식 인자의 침투로 철근 부식이 시작되는 시기이며, 두번째 단계는 철근 부식이 시작된 후 철근 콘크리트 구조물이 균열되고 접합부의 성능이 저하되는 단계이다. 도 1에 도시된 300 단계는 상술한 첫번째 단계를 중점적으로 고려하여 실시되었다. In general, the concrete deterioration process by corrosion of reinforcing bars can be considered in two stages. The first stage is the initial stage, when reinforcement corrosion begins due to penetration of corrosive factors, and the second stage is the stage in which the reinforced concrete structure cracks and the performance of the joint deteriorates after the reinforcement corrosion begins. Step 300 shown in FIG. 1 was performed focusing on the first step described above.

도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 300 단계는 철근 부식에 영향을 미치는 부식 인자의 침투 경향을 수치 해석을 통해 파악하는 단계이다. 좀 더 구체적으로는, 도 1에 도시된 300 단계는 관련 평형방정식을 반영하여 캘러킨 방식을 활용한 유한 요소 해석을 실시하여 고압의 침지 환경에서 철근 부식의 영향을 미치는 부식 인자(수분, 산소, 염화물)의 침투 경향을 분석한다. Referring to FIG. 3, step 300 shown in FIG. 1 is a step of figuring out the penetrating tendency of corrosion factors affecting corrosion of reinforcing bars through numerical analysis. More specifically, in step 300 shown in FIG. 1, finite element analysis using the Calakin method is performed by reflecting the related equilibrium equation to determine the corrosion factors (moisture, oxygen, chloride) to analyze the infiltration tendency.

일반적으로 알려진 바와 같이, 상기 첫번째 단계의 시간을 결정하는 주요 요인은 철근에 도달하는 수분, 산소 및 염화물 이온의 침투와 이로 인해 변하는 철근 주변의 상태이다. 철근 주변 상태를 결정하는 기준은 일반적으로 기공 용액의 pH 값으로 파악한다. As is generally known, the main factor determining the time of the first step is the permeation of moisture, oxygen and chloride ions reaching the reinforcing bar and the resulting change in the surrounding conditions of the reinforcing bar. The criterion for determining the condition around the rebar is generally identified as the pH value of the pore solution.

도 3에 도시된 300 단계에서의 부식 인자(수분, 산소, 염화물) 별로 적용된 침투 방정식은 다음과 같다.The permeation equation applied for each corrosion factor (moisture, oxygen, chloride) in step 300 shown in FIG. 3 is as follows.

Ⅰ. 철근 부식 인자 콘크리트 침투 방정식I. Reinforcement corrosion factor concrete penetration equation

(1) 수압을 받는 콘크리트의 수분 침투(1) Moisture penetration in concrete subjected to water pressure

압력이 작용하는 환경에서 콘크리트로 침투하는 수분 침투는, 압력의 정도에 따라 고려가 되어야 한다. 일반적으로, 콘크리트로 침투하는 수분의 경우, 저압과 고압의 차이에 따라 다르게 파악할 수 있다. 저압의 수압 환경의 경우, 다르시(Darcy)의 법칙을 통해 시간에 따른 침투 깊이를 파악할 수 있다. 반면에 고압의 경우, 압력으로 인해 발생하는 콘크리트와 내부 수분의 변형을 동시에 고려한 침투 확산류 해석을 통해 파악할 수 있다. Moisture penetration into concrete in a pressurized environment must be considered, depending on the degree of pressure. In general, in the case of moisture penetrating into concrete, it can be identified differently according to the difference between low pressure and high pressure. In the case of a low-pressure water pressure environment, Darcy's law can be used to determine the depth of penetration over time. On the other hand, in the case of high pressure, it can be identified through permeation and diffusion flow analysis that simultaneously considers the deformation of concrete and internal moisture caused by the pressure.

저압의 수압이 작용하는 경우(0.15Mpa, 1.5atm 이하), 다르시(Darcy)의 법칙을 적용한다. 콘크리트 표면에 수압이 작용하여 시간에 따른 침투 깊이를 파악한다. 침투 속도는 일정하다고 본다. 관련 식은 아래의 <수학식 1>과 같다.When low-pressure water pressure is applied (below 0.15Mpa, 1.5atm), Darcy's law is applied. The water pressure acts on the concrete surface to determine the penetration depth over time. The penetration rate is assumed to be constant. The related expression is as shown in Equation 1 below.

Figure 112020138197230-pat00004
Figure 112020138197230-pat00004

여기서,

Figure 112020138197230-pat00005
는 콘크리트에 작용하는 수압이며,
Figure 112020138197230-pat00006
은 수분의 평균 침투 깊이,
Figure 112020138197230-pat00007
는 시간,
Figure 112020138197230-pat00008
는 투수 계수,
Figure 112020138197230-pat00009
는 대상 콘크리트의 특성으로 인해 결정되는 계수이다. 위 <수학식 1>에 의해, 시간에 따른 수분의 침투 깊이를 파악할 수 있으며, 이때 침투 깊이까지의 공극 속 용액의 포화도는 100%로 가정한다. 다만, 위 <수학식 1>은 0.15MPa 이하의 압력에 대해 적용 가능한 방식으로서, 수중 구조물이 설치되는 비교적 높은 압력이 작용하는 환경에서는 실질적인 적용이 어렵다.here,
Figure 112020138197230-pat00005
is the water pressure acting on the concrete,
Figure 112020138197230-pat00006
is the average depth of penetration of silver water,
Figure 112020138197230-pat00007
time,
Figure 112020138197230-pat00008
is the pitching coefficient,
Figure 112020138197230-pat00009
is a coefficient determined due to the characteristics of the target concrete. According to the above <Equation 1>, it is possible to determine the penetration depth of moisture over time, and at this time, it is assumed that the saturation of the solution in the pores up to the penetration depth is 100%. However, the above <Equation 1> is a method applicable to a pressure of 0.15 MPa or less, and is difficult to apply in practice in an environment where a relatively high pressure acts in which an underwater structure is installed.

한편, 고압의 수압이 작용하는 경우(0.15MPa, 1.5atm 이상), 수분의 침투 과정에서 물과 콘크리트가 압력에 의해 물리적 탄성 변형을 일으키는 점을 다르시의 법칙에 추가하여 얻을 수 있는 침투 확산류 방정식을 적용한다. 단면이

Figure 112020138197230-pat00010
인 콘크리트의 한면에 압력
Figure 112020138197230-pat00011
를 가하고 나머지 면을 수밀하게 유지한 상태에서 수압을 가한 면에서 일정 간격
Figure 112020138197230-pat00012
에서 미소 거리
Figure 112020138197230-pat00013
라 하였을 때,
Figure 112020138197230-pat00014
를 경계로 존재하는 단면 a 및 b에 유입된 수량(Qa, Qb)은 다음의 <수학식 2> 및 <수학식 3>과 같다.On the other hand, when high-pressure water pressure is applied (over 0.15 MPa, 1.5 atm), the penetration diffusion equation obtained by adding the point that water and concrete cause physical elastic deformation by pressure during the water penetration process to Darcy's law apply cross section
Figure 112020138197230-pat00010
pressure on one side of the concrete
Figure 112020138197230-pat00011
is applied and the water pressure is applied at a certain interval while the rest of the surface is kept watertight.
Figure 112020138197230-pat00012
smile on the street
Figure 112020138197230-pat00013
When said
Figure 112020138197230-pat00014
The water flows (Q a , Q b ) flowing into cross sections a and b existing on the boundary of Equation 2 and Equation 3 are as follows.

Figure 112020138197230-pat00015
Figure 112020138197230-pat00015

Figure 112020138197230-pat00016
Figure 112020138197230-pat00016

여기서, 미소 거리

Figure 112020138197230-pat00017
에 존재하는 유량(
Figure 112020138197230-pat00018
)은 다음의 <수학식 4>와 같다.here, smile
Figure 112020138197230-pat00017
The flow rate present in (
Figure 112020138197230-pat00018
) is equal to the following <Equation 4>.

Figure 112020138197230-pat00019
Figure 112020138197230-pat00019

유량

Figure 112020138197230-pat00020
)를 고려하여, a, b 사이의 압력 변화
Figure 112020138197230-pat00021
는 아래의 <수학식 5>와 같다.flux
Figure 112020138197230-pat00020
), the pressure change between a and b
Figure 112020138197230-pat00021
Is equal to the following <Equation 5>.

Figure 112020138197230-pat00022
Figure 112020138197230-pat00022

여기서,

Figure 112020138197230-pat00023
는 물과 콘크리트를 하나의 물질로 가정한 경우의 체적 탄성 계수이다.
Figure 112020138197230-pat00024
는 아래의 <수학식 6>으로 표현이 가능하다.here,
Figure 112020138197230-pat00023
is the bulk modulus of elasticity when water and concrete are assumed to be one material.
Figure 112020138197230-pat00024
can be expressed by Equation 6 below.

Figure 112020138197230-pat00025
Figure 112020138197230-pat00025

여기서,

Figure 112020138197230-pat00026
는 콘크리트의 체적 탄성 계수이며,
Figure 112020138197230-pat00027
는 물의 체적 탄성 계수이다.
Figure 112020138197230-pat00028
는 물 대비 콘크리트의 체적 비율이다.앞서 설명한 다르시의 법칙을 살펴보면, 아래의 <수학식 7>과 같은데,here,
Figure 112020138197230-pat00026
is the bulk modulus of elasticity of concrete,
Figure 112020138197230-pat00027
is the bulk modulus of elasticity of water.
Figure 112020138197230-pat00028
is the volume ratio of concrete to water. Looking at Darcy's law described above, it is the same as the following <Equation 7>,

Figure 112020138197230-pat00029
Figure 112020138197230-pat00029

상기 <수학식 7>을 <수학식 5>에 대입하면, 아래의 <수학식 8>이 도출된다When <Equation 7> is substituted into <Equation 5>, the following <Equation 8> is derived

Figure 112020138197230-pat00030
Figure 112020138197230-pat00030

위 <수학식 8>은 일차원상에서의 압력에 관한 기초 방정식이며, 이를 침투 확산 방정식이라 한다. 일반적인 농도 차에 의한 확산 방정식과 경우와 유사한 형태의 미분 방정식이기 때문에,

Figure 112020138197230-pat00031
을 콘크리트의 침투 확산 계수로 정한다. 위 <수학식 8>은 특정 초기 조건(
Figure 112020138197230-pat00032
) 및 경계 조건(
Figure 112020138197230-pat00033
,
Figure 112020138197230-pat00034
)에서 아래의 <수학식 9>와 같이, 역 오차 함수 형태의 방정식으로 변환할 수 있다. The above <Equation 8> is a basic equation for pressure in one dimension, which is referred to as a permeation diffusion equation. Since it is a differential equation in a form similar to the case of the diffusion equation due to the general concentration difference,
Figure 112020138197230-pat00031
is determined as the penetration diffusion coefficient of concrete. The above <Equation 8> is a specific initial condition (
Figure 112020138197230-pat00032
) and boundary conditions (
Figure 112020138197230-pat00033
,
Figure 112020138197230-pat00034
) can be converted into an equation in the form of an inverse error function, as shown in Equation 9 below.

Figure 112020138197230-pat00035
Figure 112020138197230-pat00035

위 <수학식 8>은 표면에 압력

Figure 112020138197230-pat00036
를 가하였을 때, 일정 시간
Figure 112020138197230-pat00037
가 지난 후 물의 침투 깊이를
Figure 112020138197230-pat00038
라 하였을 때, 침투 깊이에서의 압력(
Figure 112020138197230-pat00039
)를 해로 가지는 방정식이다. 콘크리트의 특성에 따라 시간 경과에 따른 침투되는 물의 깊이가 달라지며, 침투 지점에서의 압력 값(
Figure 112020138197230-pat00040
)을 통해 침투 확산 계수(
Figure 112020138197230-pat00041
)를 구할 수 있다.The above <Equation 8> is the pressure on the surface
Figure 112020138197230-pat00036
When applied, a certain time
Figure 112020138197230-pat00037
After , the water penetration depth
Figure 112020138197230-pat00038
When , the pressure at the penetration depth (
Figure 112020138197230-pat00039
) as a solution. Depending on the characteristics of concrete, the depth of water penetration over time varies, and the pressure value at the penetration point (
Figure 112020138197230-pat00040
) via the permeation diffusion coefficient (
Figure 112020138197230-pat00041
) can be obtained.

침투 지점에서의 압력 값(

Figure 112020138197230-pat00042
)은 일반적으로 다르시의 법칙을 활용하는 저압 환경에서의 침투 방정식 적용이 가능한 최대 압력 값(
Figure 112020138197230-pat00043
을 실험을 통해 파악하고, 압력의 감소가 미미하여 압력 구배가 거의 일정 해지는 시점의 압력을
Figure 112020138197230-pat00044
로 정하여 결정한다(
Figure 112020138197230-pat00045
). 저압 환경의 경우, 수분 침투량의 차이가 미미하기 때문에,
Figure 112020138197230-pat00046
는 대상 콘크리트의 압력 별 수분 침투에 따른 물-공극 공간 비율(Water-to-pore space ratio)의 차이가 거의 없는 최대 압력 값을 실험을 통해 파악하여 결정한다.
Figure 112020138197230-pat00047
Figure 112020138197230-pat00048
를 구하면
Figure 112020138197230-pat00049
를 구할 수 있으며, 시간에 따른 침투 깊이를 실험을 통해 파악하여 침투 확산 계수(
Figure 112020138197230-pat00050
)를 구할 수 있다. 관련 선행연구에서는 공극 속에 침투한 물과 콘크리트 속 미세 입자의 용해로 인한 탄성 계수 값의 변화로 인해 이론 값과 미세한 차이가 있을 수 있다고 밝혔으며 이를 고려한 보정 값을 추가로 반영하여 침투 확산 계수를 아래의 <수학식 10>과 같이 최종적으로 제안하고 있다.The pressure value at the penetration point (
Figure 112020138197230-pat00042
) is the maximum pressure value that can be applied to the seepage equation in a low pressure environment using Darcy's law (
Figure 112020138197230-pat00043
is identified through experimentation, and the pressure at the point where the pressure gradient becomes almost constant due to the insignificant decrease in pressure
Figure 112020138197230-pat00044
Determined by (
Figure 112020138197230-pat00045
). In the case of a low pressure environment, since the difference in water permeation is insignificant,
Figure 112020138197230-pat00046
The maximum pressure value with little difference in water-to-pore space ratio according to water penetration by pressure of the target concrete is determined through experimentation.
Figure 112020138197230-pat00047
Wow
Figure 112020138197230-pat00048
If you get
Figure 112020138197230-pat00049
can be obtained, and the permeation diffusion coefficient (
Figure 112020138197230-pat00050
) can be obtained. Related previous studies revealed that there may be slight differences from the theoretical value due to changes in the elastic modulus value due to the dissolution of water penetrating into the pores and fine particles in the concrete. As shown in Equation 10, it is finally proposed.

Figure 112020138197230-pat00051
Figure 112020138197230-pat00051

Figure 112020138197230-pat00052
: 초기 침투 확산 계수,
Figure 112020138197230-pat00053
or
Figure 112020138197230-pat00054
Figure 112020138197230-pat00052
: Initial penetration diffusion coefficient,
Figure 112020138197230-pat00053
or
Figure 112020138197230-pat00054

Figure 112020138197230-pat00055
: 초기 침투 확산 계수,
Figure 112020138197230-pat00056
Figure 112020138197230-pat00055
: Initial penetration diffusion coefficient,
Figure 112020138197230-pat00056

Figure 112020138197230-pat00057
: 수분 침투 시간,
Figure 112020138197230-pat00058
Figure 112020138197230-pat00057
: Moisture penetration time,
Figure 112020138197230-pat00058

Figure 112020138197230-pat00059
: 침투 시간에 따른 보정 계수(
Figure 112020138197230-pat00060
),
Figure 112020138197230-pat00061
or
Figure 112020138197230-pat00062
Figure 112020138197230-pat00059
: Correction coefficient according to penetration time (
Figure 112020138197230-pat00060
),
Figure 112020138197230-pat00061
or
Figure 112020138197230-pat00062

Figure 112020138197230-pat00063
: 수압에 의한 계수(
Figure 112020138197230-pat00064
Figure 112020138197230-pat00063
: Coefficient by water pressure (
Figure 112020138197230-pat00064

본 이론을 적용한 선행연구의 경우, W/C 0.55%, 0.7%의 일반 콘크리트 시편을 대상으로 압력에 따른 Water-to-pore space ratio값을 파악하여,

Figure 112020138197230-pat00065
를 0.15MPa으로 정하고 48시간을 기준으로 정하고, 수분의 침투 깊이를 파악하여 특정 압력 값에서의
Figure 112020138197230-pat00066
를 파악하였다. 본 발명의 실시 형태에서 또한 측정 시간을 48시간으로 정하고 그에 따른 측정 깊이를 파악하여 침투 확산 계수를 파악한다. 아래의 <표 1>은
Figure 112020138197230-pat00067
일 때 계수(
Figure 112020138197230-pat00068
) 정보를 나타낸다.In the case of previous studies applying this theory, the water-to-pore space ratio value according to the pressure was identified for general concrete specimens with W/C 0.55% and 0.7%,
Figure 112020138197230-pat00065
is set at 0.15MPa and set on the basis of 48 hours, and the depth of penetration of moisture is determined at a specific pressure value
Figure 112020138197230-pat00066
figured out. In the embodiment of the present invention, the measurement time is also set to 48 hours, and the measurement depth is determined accordingly to determine the permeation diffusion coefficient. <Table 1> below
Figure 112020138197230-pat00067
When the coefficient (
Figure 112020138197230-pat00068
) indicates information.

Figure 112020138197230-pat00069
Figure 112020138197230-pat00069

(2) 수압을 받는 콘크리트의 염화물 침투(2) Chloride penetration of concrete subjected to hydraulic pressure

압력이 작용하는 환경에서 물에 용해된 염화물은 물과 함께 이동한다. 따라서 기본적으로 수압을 받는 상황에서의 콘크리트 염화물 침투는 수분 침투와 같다고 가정한다. 하지만 물이 침투하는 과정에서 공극면의 콘크리트와 수분에 용해된 일부 염화물의 물리적, 화학적 반응으로 인해 수분 속 염화물의 농도가 감소한다. 콘크리트와 결합한 염화 이온을 제외한 물 속의 자유 염화물이 실질적으로 철근 부식에 영향을 미친다. 콘크리트와 염화물의 결합력은 콘크리트 철근 부식에 중요한 영향을 미친다. 콘크리트와 염화물의 결합력은 주로 시멘트의 양과 유형에 따라 달라진다. 그 중에서 콘크리트 속에 있는 알루민산 삼칼슘(Tricalcium - aluminate, C3A)의 결합이 다른 성분의 결합보다 높아 상기 C3A를 주로 고려한다. 콘크리트와 염화물의 결합 정도는 등온 흡착식으로 표현하며, 결합 염화물과 자유 염화물의 농도의 관계로 표현한다. 본 발명의 실시 형태에서는 프로인드리히(Freundlich) 등온 흡착식을 활용하였다. Freundlich 등온 흡착식을 아래 <수학식 11>에 나타내었다.In a pressurized environment, chlorides dissolved in water migrate with the water. Therefore, it is basically assumed that chloride permeation in concrete under water pressure is equal to water permeation. However, in the process of water infiltration, the concentration of chloride in the moisture decreases due to physical and chemical reactions of some chloride dissolved in the concrete and moisture in the pore surface. Free chloride in water, except for chloride ions bound to concrete, has a substantial effect on steel corrosion. The bonding strength of concrete and chloride has a significant effect on the corrosion of concrete reinforcement. The bonding strength of concrete and chlorides depends mainly on the amount and type of cement. Among them, the bond of tricalcium-aluminate (C3A) in concrete is higher than that of other components, so the C3A is mainly considered. The degree of bonding between concrete and chloride is expressed by isothermal adsorption, and is expressed as the relationship between the concentrations of bound chloride and free chloride. In an embodiment of the present invention, a Freundlich isothermal adsorption method was utilized. The Freundlich isothermal adsorption equation is shown in Equation 11 below.

Figure 112020138197230-pat00070
Figure 112020138197230-pat00070

여기서, 상수

Figure 112020138197230-pat00071
Figure 112020138197230-pat00072
Figure 112020138197230-pat00073
농도에 큰 영향을 받으며, 아래의 <수학식 12> 및 <수학식 13>과 같이 나타낸다.where constant
Figure 112020138197230-pat00071
Wow
Figure 112020138197230-pat00072
Is
Figure 112020138197230-pat00073
It is greatly influenced by the concentration, and is represented as in <Equation 12> and <Equation 13> below.

Figure 112020138197230-pat00074
Figure 112020138197230-pat00074

Figure 112020138197230-pat00075
Figure 112020138197230-pat00075

Figure 112020138197230-pat00076
: 단위 시멘트 량,
Figure 112020138197230-pat00077
Figure 112020138197230-pat00076
: Unit cement amount,
Figure 112020138197230-pat00077

Figure 112020138197230-pat00078
: 시멘트 속 Tricalcium - aluminate 구성비,
Figure 112020138197230-pat00079
Figure 112020138197230-pat00078
: Composition ratio of Tricalcium - aluminate in cement,
Figure 112020138197230-pat00079

위 <수학식 11>의 경우 물 속의 염화물 농도가 0.355

Figure 112020138197230-pat00080
이상일 때 적용하는 것으로 정한다. 일부 연구에서 결합된 염화물이 콘크리트 탄산화로 인해 물 속으로 다시 방출된다는 연구 결과가 있으나, 침지 환경에서는 콘크리트 탄산화가 거의 않으므로 생략한다. 이러한 과정으로 결정된 물 속 염화물 농도를 통해 철근의 부식 환경을 파악할 수 있다. In the case of the above <Equation 11>, the chloride concentration in the water is 0.355
Figure 112020138197230-pat00080
It is decided to apply when it is abnormal. Some studies have reported that the combined chloride is released back into the water due to concrete carbonation, but it is omitted because concrete carbonation is almost non-existent in the immersion environment. The corrosion environment of the rebar can be identified through the chloride concentration in the water determined by this process.

일반적으로 콘크리트 공극 속의 수분은 기포 수산화칼슘 용액과 약간의 수산화 나트륨과 수산화 칼륨을 함유한 용액으로서 존재하며, 이로 인해 철근 주변에 약 PH 12.5의 강알칼리 환경이 조성되어 있다. 알칼리성 환경에서는 철근 주변에 부동태 피막이 형성되어 있는데 염화물 이동은 부동태 피막에 흡착하여 피막을 국부적으로 파괴하여 철근 부식을 일으키는 원인이 된다. 알칼리성 환경 중에서 철근의 부동태 피막이 파괴되는지 여부는

Figure 112020138197230-pat00081
의 농도 비가 중요하다. 일반적으로 염화물이 없는 콘크리트 속의 안전한 부동태가 달성된 pH 값은 11.5이상이다. 하지만 용액 속에 염화물이 존재하게 되면 철근 부식이 발생하는 한계 pH값이 결정되며 용액 속의 염화물 농도의 증가와 함께 증대된다. 한계 pH값과 염화물 농도의 관계는 아래의 <수학식 14>와 같다.In general, moisture in the pores of concrete exists as a solution containing a foamed calcium hydroxide solution and a small amount of sodium hydroxide and potassium hydroxide, which creates a strong alkaline environment of about PH 12.5 around the rebar. In an alkaline environment, a passivation film is formed around the reinforcing bar, and the migration of chlorides adsorbs on the passivation film and locally destroys the film, causing corrosion of the reinforcing bar. Whether the passivation film of rebar is destroyed in an alkaline environment
Figure 112020138197230-pat00081
The concentration ratio of is important. In general, the pH value above 11.5 at which safe passivation in chloride-free concrete is achieved. However, when chloride is present in the solution, the limit pH value at which steel corrosion occurs is determined and increases with the increase of the chloride concentration in the solution. The relationship between the limiting pH value and the chloride concentration is shown in Equation 14 below.

Figure 112020138197230-pat00082
Figure 112020138197230-pat00082

Figure 112020138197230-pat00083
: 한계 염화물 농도
Figure 112020138197230-pat00084
:
Figure 112020138197230-pat00085
이온 농도
Figure 112020138197230-pat00083
: limit chloride concentration
Figure 112020138197230-pat00084
:
Figure 112020138197230-pat00085
ion concentration

Figure 112020138197230-pat00086
: 정수
Figure 112020138197230-pat00086
: essence

위 <수학식 14>를 반영하여 철근 부식에 영향을 주는 염화물 농도 값을 구할 수 있다. 일반적으로 포틀랜드 시멘트에 형성된 공극 속 용액의 경우 0.02

Figure 112020138197230-pat00087
이하의
Figure 112020138197230-pat00088
이온 농도에서 강은 부동태 영역이 있지만, 이상의 염화물 농도에서는 농도의 증가와 함께 부식이 발생하게 된다. 본 발명의 실시 형태에서는 철근 부식을 일으키지 않는 염화물의 이온의 허용 농도는 0.02M(700ppm)으로 정한다.By reflecting the above <Equation 14>, the chloride concentration value that affects the corrosion of the reinforcing bar can be obtained. Typically 0.02 for solutions in pores formed in Portland cement.
Figure 112020138197230-pat00087
below
Figure 112020138197230-pat00088
At the ion concentration, steel has a passivation region, but at a higher chloride concentration, corrosion occurs with an increase in concentration. In the embodiment of the present invention, the permissible concentration of chloride ions that do not cause corrosion of reinforcing bars is set at 0.02M (700 ppm).

(3) 산소 확산 침투(3) Oxygen diffusion penetration

철근 부식에 직접적인 영향을 주는 산소 확산의 경우, 다양한 매커니즘으로 콘크리트 내부로 침투할 수 있으나, 본 발명의 실시 형태에서는 고압의 침지 환경에 노출된 콘크리트의 확산에 관한 내용으로 산소는 물속에 용해된 용존 산소를 기준으로 해석을 실시한다. 그러나 염화물이 용해된 물이 최초로 철근에 도달하여 완전히 철근 전체에 침투 하는 동안은 공극 속에 존재하는 기체의 산소의 영향을 받아 산소의 분자량이 많아, 다음의 <표 2>와 같이, 3단계로 구분하여 부식에 필요한 산소량을 결정한다. 다음의 <표 2>는 물 침투에 따른 철근 주변의 공극 속의

Figure 112020138197230-pat00089
Figure 112020138197230-pat00090
의 분자량을 나타낸다.In the case of oxygen diffusion, which has a direct effect on reinforcing steel corrosion, it can permeate into the concrete through various mechanisms. Analysis is performed based on oxygen. However, while the chloride-dissolved water reaches the reinforcing bar for the first time and completely penetrates the entire reinforcing bar, the molecular weight of oxygen is high due to the influence of oxygen in the gas present in the void, and is divided into three stages as shown in <Table 2> below. to determine the amount of oxygen required for corrosion. The following <Table 2> shows the voids around the reinforcing bars according to water penetration.
Figure 112020138197230-pat00089
Wow
Figure 112020138197230-pat00090
represents the molecular weight of

Figure 112020138197230-pat00091
Figure 112020138197230-pat00091

도 1에 도시된 300 단계가 적용되는 시간은, 수압을 받는 콘크리트의 물의 침투 방정식을 통해 철근이 위치하는 깊이에서 시간당 물의 침투 깊이를 계산해 전체 철근 높이만큼 침투하는 시간으로 정한다. 도 1에 도시된 300 단계에서 압력에 따른 공극 속 기체의 용해도는 생략한다. 이후는 500 단계로 적용하여 해석을 실시한다.The time for which step 300 shown in FIG. 1 is applied is determined by calculating the penetration depth of water per hour at the depth where the reinforcing bar is located through the water penetration equation of the concrete subjected to water pressure, and permeating as much as the total height of the reinforcing bar. In step 300 shown in FIG. 1, the solubility of the gas in the pores according to the pressure is omitted. After that, the analysis is performed by applying in step 500.

Ⅱ. 유한 요소 기반 철근 부식 인자 침투 해석II. Finite element-based rebar corrosion factor penetration analysis

위 Ⅰ.에서 정리한 부식 인자 별 침투 방정식을 적용하여 유한 요소 기반 해석 모델을 작성하고 해석을 실시하여 부식 인자의 콘크리트 경향을 산정한다. 본 발명 실시 형태에서는 고압의 환경에서의 수분 침투를 유한 요소 기반 수치해석을 통해 파악하고 침지 환경을 고려하여 물 속에 용해되어 있는 산소와 염화물 값을 토대로 전체 부식 인자의 분자량을 결정한다.By applying the penetration equation for each corrosion factor organized in I. above, a finite element-based analysis model is created and the analysis is performed to calculate the concrete tendency of the corrosion factor. In an embodiment of the present invention, water penetration in a high-pressure environment is identified through finite element-based numerical analysis, and the molecular weight of the total corrosion factor is determined based on the oxygen and chloride values dissolved in the water in consideration of the immersion environment.

(1) 고압의 침지 환경에서의 수분 침투 해석(1) Analysis of water penetration in a high-pressure immersion environment

본 발명의 실시 형태에서는 310 단계에서 파악한 침투 확산류 방정식을 통해 파악한 침투 확산 계수를 활용하여 3차원 평형 방정식을 작성할 수 있다. 위 <수학식 8>을 반영하여 3차원 형태의 평형 방정식은 아래의 <수학식 15>와 같이 표현할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a three-dimensional equilibrium equation may be created using the permeation diffusion coefficient determined through the permeation diffusion equation determined in step 310. Reflecting the above <Equation 8>, the equilibrium equation in a three-dimensional form can be expressed as the following <Equation 15>.

Figure 112020138197230-pat00092
Figure 112020138197230-pat00092

Figure 112020138197230-pat00093
: 초기 침투 확산 계수,
Figure 112020138197230-pat00094
or
Figure 112020138197230-pat00095
Figure 112020138197230-pat00096
: 작용 압력,
Figure 112020138197230-pat00097
은 라플라시안(Laplacian) 연산자로서 3차원 미분 방정식에 활용된다. 시간 t에서의 콘크리트 안의 압력을(
Figure 112020138197230-pat00098
) 유한 요소 해석을 위한 형상 함수(
Figure 112020138197230-pat00099
)와 시간 t에서의 유한 요소의 각 노드에서의 압력(
Figure 112020138197230-pat00100
)의 곱으로 나타낼 수 있다.
Figure 112020138197230-pat00093
: Initial penetration diffusion coefficient,
Figure 112020138197230-pat00094
or
Figure 112020138197230-pat00095
Figure 112020138197230-pat00096
: working pressure,
Figure 112020138197230-pat00097
is a Laplacian operator and is used in three-dimensional differential equations. The pressure in the concrete at time t (
Figure 112020138197230-pat00098
) shape function for finite element analysis (
Figure 112020138197230-pat00099
) and the pressure at each node of the finite element at time t (
Figure 112020138197230-pat00100
) can be expressed as a product of

그리고 <수학식 15>에 갤러킨 방식을 적용하면, 아래의 <수학식 16>과 같은 유한 요소 방정식을 구할 수 있다.In addition, if Galerkin's method is applied to <Equation 15>, a finite element equation such as <Equation 16> below can be obtained.

Figure 112020138197230-pat00101
Figure 112020138197230-pat00101

Figure 112020138197230-pat00102
:
Figure 112020138197230-pat00103
Figure 112020138197230-pat00102
:
Figure 112020138197230-pat00103

Figure 112020138197230-pat00104
:
Figure 112020138197230-pat00105
Figure 112020138197230-pat00104
:
Figure 112020138197230-pat00105

Figure 112020138197230-pat00106
:
Figure 112020138197230-pat00107
Figure 112020138197230-pat00106
:
Figure 112020138197230-pat00107

<수학식 16>의 수치 방정식

Figure 112020138197230-pat00108
에서 콘크리트 표면에 작용하는 경계 조건을 아래의 <수학식 17>과 같이 표현할 수 있다.Numerical equation of <Equation 16>
Figure 112020138197230-pat00108
The boundary condition acting on the concrete surface in can be expressed as in Equation 17 below.

Figure 112020138197230-pat00109
Figure 112020138197230-pat00109

Figure 112020138197230-pat00110
: 압력 전달에 대한 표면 계수,
Figure 112020138197230-pat00110
: Surface coefficient for pressure transfer,

Figure 112020138197230-pat00111
Figure 112020138197230-pat00112
: 외부 환경에서의 수압
Figure 112020138197230-pat00111
Figure 112020138197230-pat00112
: Water pressure in the external environment

Figure 112020138197230-pat00113
: 콘크리트 표면에서의 수압
Figure 112020138197230-pat00113
: water pressure on the concrete surface

<수학식 17>을 <수학식 16>에 대입하면, 최종적으로 다음의 <수학식 18>과 같은

Figure 112020138197230-pat00114
값과 다음의 <수학식 19>와 같은
Figure 112020138197230-pat00115
값을 얻을 수 있다.When <Equation 17> is substituted into <Equation 16>, the following <Equation 18> is finally obtained.
Figure 112020138197230-pat00114
value and the following <Equation 19>
Figure 112020138197230-pat00115
value can be obtained.

Figure 112020138197230-pat00116
Figure 112020138197230-pat00116

Figure 112020138197230-pat00117
Figure 112020138197230-pat00117

<수학식 18> 및 <수학식 19>를 반영한 각 요소에 적용되는 <수학식 16>을 구축한 후, 전체 구조물에 적용되는 일반적인 유한 요소식을 아래의 <수학식 20>과 같이 조합할 수 있다.After constructing <Equation 16> applied to each element reflecting <Equation 18> and <Equation 19>, a general finite element equation applied to the entire structure can be combined as shown in <Equation 20> below. there is.

Figure 112020138197230-pat00118
Figure 112020138197230-pat00118

Figure 112020138197230-pat00119
:
Figure 112020138197230-pat00120
,
Figure 112020138197230-pat00121
:
Figure 112020138197230-pat00122
,
Figure 112020138197230-pat00123
:
Figure 112020138197230-pat00124
,
Figure 112020138197230-pat00125
:
Figure 112020138197230-pat00126
Figure 112020138197230-pat00119
:
Figure 112020138197230-pat00120
,
Figure 112020138197230-pat00121
:
Figure 112020138197230-pat00122
,
Figure 112020138197230-pat00123
:
Figure 112020138197230-pat00124
,
Figure 112020138197230-pat00125
:
Figure 112020138197230-pat00126

본 발명의 실시 형태는 <수학식 20>의 유한 요소 식을 활용하여 시간에 따른 압력 분포와 수분 침투 깊이를 파악할 수 있다. 편의에 따라서 1차원 해석을 할 경우, <수학식 9>의 식을 활용하여 침투 깊이를 계산할 수도 있다. 본 발명의 실시 형태에서는 해석을 통해 시간에 따른 침투 깊이를 파악한 후, 침투 깊이에서 공극 속에 물이 모두 침투되었다 가정하고 공극 포화도를 100%로 설정한다. 이러한 해석은 유체의 흐름에 따른 난류가 아닌 층류 흐름으로 가정하여 진행한다.In an embodiment of the present invention, the pressure distribution and the depth of moisture penetration over time may be determined by utilizing the finite element equation of Equation 20. In the case of a one-dimensional analysis according to convenience, the penetration depth may be calculated using the equation of Equation 9. In the embodiment of the present invention, after determining the penetration depth over time through analysis, it is assumed that all water has penetrated into the pores at the penetration depth, and the pore saturation is set to 100%. This analysis proceeds by assuming laminar flow rather than turbulent flow according to the flow of the fluid.

(2) 산소와 염화물 침투(2) Oxygen and chloride permeation

산소 침투의 경우 310 단계에서 설명한 바와 같이, 물의 침투를 총 3단계(3 step)로 나누어 각 단계에 맞게 산소 침투 및 분자량을 결정한다. 각 단계에 맞게 분자량을 설정한 뒤 철근 부식에 적합한 조건을 설정하여 부식 전위, 전류 밀도를 산정한다. 본 발명의 실시 형태의 대상 환경인 고압의 침지 환경은 물속의 용존 산소가 적어 부식률이 낮을 것으로 판단되나 구조물의 장기 수명을 예측하는 측면에서 의의가 있다.In the case of oxygen permeation, as described in step 310, water permeation is divided into a total of three steps (3 steps), and oxygen permeation and molecular weight are determined for each step. After setting the molecular weight according to each step, set the conditions suitable for corrosion of the reinforcing bars to calculate the corrosion potential and current density. Although the high-pressure immersion environment, which is the target environment of the embodiment of the present invention, is judged to have a low corrosion rate due to low dissolved oxygen in water, it is meaningful in terms of predicting the long-term life of a structure.

염화물 침투의 경우 본 발명의 실시 형태에서는 고압에 의해 침투된 물의 깊이와 침투 깊이가 같다고 두어 해석을 실시하며, <수학식 11>에서 설정한 자유 염화물 량을 선정하여 해석을 실시한다.In the case of chloride penetration, in the embodiment of the present invention, the analysis is performed by assuming that the depth of water penetrated by high pressure and the penetration depth are the same, and the analysis is performed by selecting the amount of free chloride set in Equation 11.

(3) 시간 영역에서의 직접 적분(3) Direct integration in the time domain

위 <수학식 20>은 시간에 대한 함수로서 수분 침투와 함께 시간에 따라 전달되는 콘크리트의 내부 압력은 수치적인 단계 절차를 활용하여 <수학식 20>을 적분하면 구할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에서는 시간 간격(Time step=

Figure 112020138197230-pat00127
)에 관계없이 안정적으로 활용할 수 있는 뉴마크 베타법(Newmark-
Figure 112020138197230-pat00128
method)를 활용하여 시간에 따른 압력 분포를 계산하였다(330). Newmark-
Figure 112020138197230-pat00129
method를 활용한 직접 적분 방식은 다음과 같다.The above <Equation 20> is a function of time, and the internal pressure of concrete transmitted over time together with moisture penetration can be obtained by integrating <Equation 20> using a numerical step procedure. In the embodiment of the present invention, the time interval (Time step =
Figure 112020138197230-pat00127
), the Newmark beta method (Newmark-
Figure 112020138197230-pat00128
method) was used to calculate the pressure distribution over time (330). Newmark-
Figure 112020138197230-pat00129
The direct integration method using method is as follows.

초기 계산 설정 단계: Initial calculation setup steps :

1. 압력의 초기 분포, 압력 전달의 속도, 가속도를 설정한다.1. Set the initial distribution of pressure, the rate of pressure transfer, and the acceleration.

2. 적분 상수(

Figure 112020138197230-pat00130
)를 계산2. Integral constant (
Figure 112020138197230-pat00130
) to calculate

Figure 112020138197230-pat00131
,
Figure 112020138197230-pat00132
,
Figure 112020138197230-pat00133
,
Figure 112020138197230-pat00134
,
Figure 112020138197230-pat00135
-1,
Figure 112020138197230-pat00131
,
Figure 112020138197230-pat00132
,
Figure 112020138197230-pat00133
,
Figure 112020138197230-pat00134
,
Figure 112020138197230-pat00135
-One,

Figure 112020138197230-pat00136
,
Figure 112020138197230-pat00137
,
Figure 112020138197230-pat00138
Figure 112020138197230-pat00136
,
Figure 112020138197230-pat00137
,
Figure 112020138197230-pat00138

여기서

Figure 112020138197230-pat00139
Figure 112020138197230-pat00140
는 적분 정확도와 안정성을 결정하는 매개 변수이다. 시간에 따른 압력 전달 해석을 위해
Figure 112020138197230-pat00141
,
Figure 112020138197230-pat00142
를 정하였다.here
Figure 112020138197230-pat00139
Wow
Figure 112020138197230-pat00140
is a parameter that determines integration accuracy and stability. For analysis of pressure transmission over time
Figure 112020138197230-pat00141
,
Figure 112020138197230-pat00142
was determined.

3. 시간 간격에 따른 물리량 해석을 위한 강성 매트릭스를 아래의 <수학식 21>과 같이 구성한다.3. A stiffness matrix for physical quantity analysis according to time interval is configured as shown in Equation 21 below.

Figure 112020138197230-pat00143
Figure 112020138197230-pat00143

각각의 시간 간격을 고려한 적분 실시 단계:Integral implementation steps taking into account each time interval:

1. 아래의 <수학식 22>과 같이, 시간

Figure 112020138197230-pat00144
에서 유효 압력 전달량을 계산한다.1. As shown in Equation 22 below, time
Figure 112020138197230-pat00144
Calculate the effective pressure transfer from

Figure 112020138197230-pat00145
Figure 112020138197230-pat00145

2. <수학식 21> 및 <수학식 22>를 활용하여, 아래의 <수학식 23>과 같이 시간

Figure 112020138197230-pat00146
에서 압력을 산정한다.2. Using <Equation 21> and <Equation 22>, as shown in <Equation 23> below, time
Figure 112020138197230-pat00146
Calculate the pressure at

Figure 112020138197230-pat00147
Figure 112020138197230-pat00147

3. 아래의 <수학식 24> 및 <수학식 25>와 같이 시간

Figure 112020138197230-pat00148
에서 압력 변화의 가속도와 속도를 계산한다.3. Time as shown in <Equation 24> and <Equation 25> below
Figure 112020138197230-pat00148
Calculate the acceleration and rate of pressure change in

Figure 112020138197230-pat00149
Figure 112020138197230-pat00149

Figure 112020138197230-pat00150
Figure 112020138197230-pat00150

4. 위 방식을 반복한다. 4. Repeat the above method.

위 1.-4.방식을 활용하여 시간 간격당 대상 물리량의 변화를 산정하여 시간당 대상 부식 인자의 분포를 파악할 수 있다. 도 4에 시간에 따른 수분의 침투 깊이에 대한 해석 결과를 나타내었다. Using the method 1.-4. above, it is possible to determine the distribution of the target corrosion factor per hour by calculating the change in the target physical quantity per time interval. 4 shows the analysis results for the penetration depth of water over time.

다시 도 1을 참조하면, 유한 요소 기반 수치해석을 통한 철근 부식률 및 녹 생성량 분석 단계(500)는 앞서 300 단계에서 파악한 시간에 따른 부식 인자 침투 경향 및 분포를 기초로 철근 부식률과 녹 생성량을 파악하는 단계이다. 구체적으로 도 5에 철근 부식률과 녹 생성량을 분석하는 과정이 개략적으로 도시되어 있다. 이하 상세히 설명하도록 한다.Referring back to FIG. 1, in step 500 of analyzing the corrosion rate and amount of rust through finite element-based numerical analysis, the corrosion rate and amount of rust are calculated based on the penetration tendency and distribution of corrosion factors over time identified in step 300. This is the step of figuring it out. In detail, FIG. 5 schematically illustrates the process of analyzing the corrosion rate of reinforcing steel and the amount of rust produced. It will be described in detail below.

I. 철근 부식 관련 방정식I. Rebar corrosion related equations

(1) 콘크리트 전기 저항 산정(1) Calculation of electrical resistance of concrete

콘크리트 내부에 침투한 염화물을 포함한 물은 전도성 용액이기 때문에, 전해질의 전기적 이동의 원동력인 전위가 가해지면 공극 속 용액에서 전하를 지닌 이온이 이동하여 콘크리트를 통해 전자가 이동할 수 있다. 전위를 통해 형성된 전기장 영역에서 콘크리트 공극 속 용액의 이온의 이동 속도는 콘크리트의 전기 저항에 반비례한다.Since the water containing chloride that has penetrated into the concrete is a conductive solution, when an electric potential, which is the driving force for the electrical movement of the electrolyte, is applied, charged ions move in the solution in the pores, allowing electrons to move through the concrete. In the electric field region formed through the potential, the movement speed of ions in the solution in the pores of the concrete is inversely proportional to the electrical resistance of the concrete.

콘크리트 저항은 콘크리트 내부의 이온 이동과 밀접한 연관이 있고, 콘크리트 저항 추정을 위해 필요한 시간이 확산 추정을 위해 필요한 시간보다 짧기 때문에, 콘크리트 저항성과 이론적 확산의 직접적인 관계를 파악하기 위한 많은 연구가 있었다. 덧붙여서, 전기 저항은 콘크리트의 철근 부식 속도와 밀접한 관련이 있으며, 특히 양극과 음극이 서로 상당히 멀리 떨어져있는 (수 센티미터에서 수 미터에 이르는) 매크로 셀 부식의 경우 더욱 관련이 있다. 관련 연구에 따르면 콘크리트 저항은 콘크리트 혼합 비율, 이온 확산도, 수분 함량, 콘크리트 온도, 공극 용액의 이온 농도(염화물 이온 농도)에 따라 달라진다. 철근 부식 분석을 위하여 이온 확산, 콘크리트 수분량, 염화물 이온 농도, 온도 관련 방정식이 다양한 연구를 통해 공식화되었다.Since concrete resistivity is closely related to the movement of ions in concrete, and the time required for estimating concrete resistivity is shorter than that required for diffusion estimation, many studies have been conducted to determine the direct relationship between concrete resistivity and theoretical diffusion. In addition, electrical resistance is closely related to the corrosion rate of steel reinforcement in concrete, especially in the case of macrocell corrosion where the anode and cathode are quite far apart from each other (several centimeters to several meters). According to related studies, concrete resistance depends on the concrete mixing ratio, ionic diffusivity, water content, concrete temperature, and ionic concentration (chloride ion concentration) of the pore solution. For reinforcing steel corrosion analysis, equations related to ion diffusion, concrete moisture content, chloride ion concentration, and temperature were formulated through various studies.

콘크리트는 전도성 용액을 포함하는 다공성 물질이기 때문에, 전기적 추진력으로 인한 공극 속 전하를 띈 이온의 이동으로 인해 콘크리트를 통해 용액 속 전자가 이동할 수 있다. 전위를 통해 형성된 전기장 영역에서 콘크리트 내부의 이온 이동 속도는 콘크리트의 전기저항에 반비례한다. 콘크리트 전기저항은 아래의 <수학식 26>과 같다.Since concrete is a porous material containing a conductive solution, electrons in the solution can move through the concrete due to the movement of charged ions in the pores due to the electrical driving force. In the electric field region formed through potential, the speed of ion movement inside concrete is inversely proportional to the electrical resistance of concrete. The electrical resistance of concrete is as shown in Equation 26 below.

Figure 112020138197230-pat00151
Figure 112020138197230-pat00151

Figure 112020138197230-pat00152
: 콘크리트 전기 저항(
Figure 112020138197230-pat00153
)
Figure 112020138197230-pat00152
: Concrete electrical resistance (
Figure 112020138197230-pat00153
)

Figure 112020138197230-pat00154
: 염화물 침투 관련 보정계수
Figure 112020138197230-pat00154
: Correction factor related to chloride permeation

Figure 112020138197230-pat00155
: 각 영향 인자에 대한 보정 계수(
Figure 112020138197230-pat00156
: 확산성,
Figure 112020138197230-pat00157
: 공극률, ,
Figure 112020138197230-pat00158
: 염화물 농도, ,
Figure 112020138197230-pat00159
: 온도)
Figure 112020138197230-pat00155
: Correction coefficient for each influencing factor (
Figure 112020138197230-pat00156
: diffusive,
Figure 112020138197230-pat00157
: porosity, ,
Figure 112020138197230-pat00158
: Chloride concentration, ,
Figure 112020138197230-pat00159
: Temperature)

Figure 112020138197230-pat00160
와 관련한 식을 아래의 <수학식 27> 및 <수학식 28>에 나타내었다.
Figure 112020138197230-pat00160
Expressions related to are shown in <Equation 27> and <Equation 28> below.

Figure 112020138197230-pat00161
Figure 112020138197230-pat00161

Figure 112020138197230-pat00162
Figure 112020138197230-pat00162

여기서,

Figure 112020138197230-pat00163
는 물 바인더 비,
Figure 112020138197230-pat00164
는 시간이다. 콘크리트 전기 저항에 영향을 미치는 공극 속 염화물의 확산은 염화물에 노출된 시간에 크게 의존하며 콘크리트 혼합 비율에 의해 결정되는 지수를 활용한 거듭 제곱 법에 의해 표현된다.
Figure 112020138197230-pat00165
은 콘크리트에 첨가된 미네랄 혼합물과 관련한 상수 값으로서 아래의 <수학식 29>와 같다.here,
Figure 112020138197230-pat00163
is the water binder ratio,
Figure 112020138197230-pat00164
is the time Diffusion of chlorides in the voids, which affect the electrical resistance of concrete, is highly dependent on the time exposed to chlorides and is expressed by a power method using an exponent determined by the concrete mixing ratio.
Figure 112020138197230-pat00165
is a constant value related to the mineral mixture added to concrete and is expressed in Equation 29 below.

Figure 112020138197230-pat00166
Figure 112020138197230-pat00166

Figure 112020138197230-pat00167
: 대상 콘크리트 내부 플라이애쉬 치환율(%)
Figure 112020138197230-pat00167
: Fly ash replacement rate inside target concrete (%)

Figure 112020138197230-pat00168
: 대상 콘크리트 내부 슬래그 치환율(%)
Figure 112020138197230-pat00168
: Target concrete internal slag replacement rate (%)

Figure 112020138197230-pat00169
와 관련한 식을 아래의 <수학식 30> 내지 <수학식 33>에 나타내었다. 일반적으로 콘크리트 전기 저항과 염화물 이온의 겉보기 확산도는 다음과 같은 선형관계가 있다. 선형 관계의 기울기 범위는 약
Figure 112020138197230-pat00170
의 범위를 가지며 본 발명의 실시 형태에서는
Figure 112020138197230-pat00171
를 선택하여 해석을 진행하였다. 아래의 <수학식 30>에 염화물 확산과 관련한 콘크리트 전기 저항 보정 계수 관련식을 나타내었다.
Figure 112020138197230-pat00169
Expressions related to are shown in <Equation 30> to <Equation 33> below. In general, the electrical resistance of concrete and the apparent diffusivity of chloride ions have the following linear relationship. The slope range for a linear relationship is about
Figure 112020138197230-pat00170
Has a range of, and in the embodiment of the present invention
Figure 112020138197230-pat00171
was selected to proceed with the analysis. In <Equation 30> below, an expression related to a concrete electrical resistance correction factor related to chloride diffusion is shown.

Figure 112020138197230-pat00172
Figure 112020138197230-pat00172

콘크리트의 공극 구조가 암석의 기공 구조와 유사하다고 가정하면, 아키(Archie)의 법칙을 사용하여 콘크리트의 전기 저항이 공극의 포화도에 의존하는 다음 관계식을 고려할 수 있다. 아래의 <수학식 31>에 공극의 포화도와 관련한 콘크리트 전기 저항 보정 계수 관련 식을 나타내었다. Assuming that the pore structure of concrete is similar to that of rock, Archie's law can be used to consider the following relationship in which the electrical resistance of concrete depends on the degree of pore saturation. In <Equation 31> below, an expression related to a concrete electrical resistance correction factor related to saturation of pores is shown.

Figure 112020138197230-pat00173
Figure 112020138197230-pat00173

도 6에 위 <수학식 31>과 실험을 통해 얻은

Figure 112020138197230-pat00174
의 저항으로 정규화된 상대 저항 값을 나타내었다. 모델 방정식은 수분 함량의 콘크리트 전기 저항의 영향을 상당히 합리적으로 재현한다.또한, 콘크리트 전기 저항은 기공 용액의 염화물 이온 농도에 크게 영향을 받는다. 콘크리트 전기 저항은 공극 속 염화물 이온 농도가 증가함에 따라 감소한다. 아래의 <수학식 32>에 염화물 이온 농도와 관련한 콘크리트 전기 저항 보정 계수 관련 식을 나타내었다. 도 7에 <수학식 32>와 실험을 통해 얻은
Figure 112020138197230-pat00175
의 저항으로 정규화 된 상대 저항 값을 나타내었다. <수학식 32>는 실제 범위의 염화물 이온 농도에 대한 저항 감소 추세를 효과적으로 보여준다.6 obtained through the above <Equation 31> and the experiment
Figure 112020138197230-pat00174
Relative resistance values normalized to the resistance of The model equation reproduces the influence of the water content on the electrical resistance of concrete quite reasonably. In addition, the electrical resistance of concrete is strongly influenced by the chloride ion concentration of the pore solution. The electrical resistance of concrete decreases as the chloride ion concentration in the pores increases. In <Equation 32> below, an expression related to a concrete electrical resistance correction factor related to a chloride ion concentration is shown. 7 obtained through <Equation 32> and the experiment
Figure 112020138197230-pat00175
Relative resistance values normalized to the resistance of Equation 32 effectively shows the trend of decreasing resistance for a real range of chloride ion concentrations.

Figure 112020138197230-pat00176
Figure 112020138197230-pat00176

콘크리트 전기 저항에 대한 온도와의 관계식은 아레니우스(Arrhenius) 방정식의 역수 형식이 사용된다. 아래의 <수학식 33>에 온도와 관련한 콘크리트 전기 저항 보정 계수 관련 식을 나타내었다.The reciprocal form of the Arrhenius equation is used for the relationship between concrete electrical resistance and temperature. In <Equation 33> below, an expression related to a concrete electrical resistance correction factor related to temperature is shown.

Figure 112020138197230-pat00177
Figure 112020138197230-pat00177

Figure 112020138197230-pat00178
: 이온 이동을 위한 활성화 에너지 (25350
Figure 112020138197230-pat00179
) [18]도 8에 <수학식 33>과 실험을 통해 얻은 콘크리트 상대 저항 값을 나타내었다. 실험은 10~25
Figure 112020138197230-pat00180
의 영역에서 진행되었지만, 다양한 온도에서 적용이 가능하다. <수학식 33>은 실제 범위의 온도에 대한 저항 감소 추세를 효과적으로 보여준다.
Figure 112020138197230-pat00178
: Activation energy for ion movement (25350
Figure 112020138197230-pat00179
) [18] Figure 8 shows the concrete relative resistance value obtained through <Equation 33> and the experiment. Experiments 10 to 25
Figure 112020138197230-pat00180
However, it can be applied at various temperatures. <Equation 33> effectively shows the trend of decreasing resistance for a real range of temperatures.

(2) 전극 전위 산정(2) Calculation of electrode potential

콘크리트 내부 철근의 부식은 두 가지 전극의 반응으로 구성되는 전기 화학 반응이다. 첫번째는 철근의 철(

Figure 112020138197230-pat00181
이 철 이온(
Figure 112020138197230-pat00182
)으로 이온화되어 철근에 음전하가 생기는 양극 반응이고, 두번째는 같은 환경에서 철근에 존재하는 음전하와 산소의 그리고 물이 반응하여 수산화 이온(
Figure 112020138197230-pat00183
)을 형성하는 음극 반응이다. 부식 발생으로 인해 전자는 강철 내부를 통해 양극에서 음극으로 이동하며 이온화된 철 이온은 기공 용액을 통해 양극에서 음극으로 이동한다. 금속 내부의 전극 전위(
Figure 112020138197230-pat00184
)와 금속 표면의 인접한 공극 속 용액의 전위(
Figure 112020138197230-pat00185
)는 매우 가깝게 위치하지만 하전된 입자와 물의 쌍극자로 배열된 전기 이중층이 사이에 존재하여 각 지점의 전위 값이 다르다. 일반적으로 양극과 음극에서의
Figure 112020138197230-pat00186
Figure 112020138197230-pat00187
의 차이(
Figure 112020138197230-pat00188
)를 전극 전위(
Figure 112020138197230-pat00189
)라고 한다. 부식 반응으로 인한 전자와 양이온의 이동으로부터 다음의 <수학식 34> 및 <수학식 35>를 알 수 있다.Corrosion of rebar inside concrete is an electrochemical reaction consisting of a reaction of two electrodes. The first is the iron of the rebar (
Figure 112020138197230-pat00181
This iron ion (
Figure 112020138197230-pat00182
) is ionized to create a negative charge on the reinforcing bar, and the second is the reaction of the negative charge present in the reinforcing bar with oxygen and water in the same environment to form hydroxide ions (
Figure 112020138197230-pat00183
) is a cathodic reaction that forms Due to corrosion, electrons move from anode to cathode through the steel interior, and ionized iron ions move from anode to cathode through the pore solution. Electrode potential inside the metal (
Figure 112020138197230-pat00184
) and the potential of the solution in the adjacent pores of the metal surface (
Figure 112020138197230-pat00185
) are located very close together, but the electric double layer arranged with the charged particles and water dipoles exists between them, so the potential value at each point is different. usually at the anode and cathode
Figure 112020138197230-pat00186
Wow
Figure 112020138197230-pat00187
difference of (
Figure 112020138197230-pat00188
) to the electrode potential (
Figure 112020138197230-pat00189
) is called From the movement of electrons and cations due to the corrosion reaction, the following <Equation 34> and <Equation 35> can be found.

Figure 112020138197230-pat00190
Figure 112020138197230-pat00190

Figure 112020138197230-pat00191
Figure 112020138197230-pat00191

Figure 112020138197230-pat00192
Figure 112020138197230-pat00193
: 양극 및 음극에서의 발생 전위
Figure 112020138197230-pat00192
Figure 112020138197230-pat00193
: Potential generated at positive and negative electrodes

Figure 112020138197230-pat00194
,
Figure 112020138197230-pat00195
: 양극 및 음극에서의 전극 전위
Figure 112020138197230-pat00194
,
Figure 112020138197230-pat00195
: Electrode potential at the anode and cathode

국소 양극과 음극 사이의 전극 전위차는 공극 속 전해질의 저항 (즉, 콘크리트의 철근 부식에 대한 콘크리트의 저항)과 각 전극 사이의 거리에 따라 달라진다. 전극 전위의 절대 값은 불확실하기 때문에 일반적으로 기준 전극 전위를 영점으로 정의하여 측정한 표준 전극 전위를 활용한다. 기준 반쪽 전지에서의 전극(기준 전극)의 전위 값은 사용 환경에 관계없이 비교적 일정한 전위 값을 갖는다. 기준 전극은 주로 표준 수소 전극(SHE), 구리 황산염 전극(CSE) 및 포화 칼로멜 전극(SCE)을 활용한다. 하지만 대부분의 환경은 표준 전극 전위를 측정하는 환경이 아니기 때문에 열역학 특성을 반영한 깁스(Gibbs) 자유 에너지 변화를 고려하여 특정 환경을 고려한 전위 값을 정한다. 일정한 압력과 온도 환경에서 Gibbs 자유 에너지 변화량(

Figure 112020138197230-pat00196
)은 아래의 <수학식 36>으로 정의할 수 있다.The electrode potential difference between the local anode and cathode depends on the resistance of the electrolyte in the pores (i.e., the resistance of the concrete to the corrosion of the reinforcing steel) and the distance between each electrode. Since the absolute value of the electrode potential is uncertain, the standard electrode potential measured by defining the reference electrode potential as the zero point is generally used. The potential value of the electrode (reference electrode) in the reference half-cell has a relatively constant potential value regardless of the use environment. Reference electrodes mainly utilize standard hydrogen electrode (SHE), copper sulfate electrode (CSE) and saturated calomel electrode (SCE). However, since most environments are not environments for measuring a standard electrode potential, a potential value considering a specific environment is determined by considering a change in Gibbs free energy reflecting thermodynamic characteristics. Change in Gibbs free energy in a constant pressure and temperature environment (
Figure 112020138197230-pat00196
) can be defined by the following <Equation 36>.

Figure 112020138197230-pat00197
Figure 112020138197230-pat00197

Figure 112020138197230-pat00198
Figure 112020138197230-pat00199
: 생성 물질과 반응 물질의 활동도 적
Figure 112020138197230-pat00198
Figure 112020138197230-pat00199
: Activity of products and reactants

Figure 112020138197230-pat00200
: 기체 상수(8.3114
Figure 112020138197230-pat00201
)
Figure 112020138197230-pat00200
: gas constant (8.3114
Figure 112020138197230-pat00201
)

Figure 112020138197230-pat00202
: 절대 온도
Figure 112020138197230-pat00202
: absolute temperature

위 <수학식 36>을 전기 화학적인 방식으로 표현하면, <수학식 37> 및 <수학식 38>과 같다.When the above <Equation 36> is expressed in an electrochemical manner, it is equivalent to <Equation 37> and <Equation 38>.

Figure 112020138197230-pat00203
Figure 112020138197230-pat00203

Figure 112020138197230-pat00204
Figure 112020138197230-pat00204

Figure 112020138197230-pat00205
: 특정 환경을 고려한 전극 전위 (
Figure 112020138197230-pat00206
)
Figure 112020138197230-pat00205
: Electrode potential considering a specific environment (
Figure 112020138197230-pat00206
)

Figure 112020138197230-pat00207
: 표준 전극 전위 (
Figure 112020138197230-pat00208
)
Figure 112020138197230-pat00207
: standard electrode potential (
Figure 112020138197230-pat00208
)

위 <수학식 37> 및 <수학식 38>을 네른스트 방정식이라 부르며, 이를 이용하면 현재 파악하고자하는 철근 주변 환경을 고려한 각각의 반쪽 전지의 전극 전위를 계산할 수 있다. 콘크리트 내부 철근 주변의 환경을 고려한 각각의 반쪽 전지의 전극 전위는 아래의 <수학식 39> 및 <수학식 40>과 같다.The above <Equation 37> and <Equation 38> are called Nernst equations, and by using them, the electrode potential of each half-cell can be calculated considering the surrounding environment of the reinforcing bar to be currently identified. The electrode potential of each half-cell considering the environment around the reinforcing bar inside the concrete is as shown in <Equation 39> and <Equation 40> below.

Figure 112020138197230-pat00209
Figure 112020138197230-pat00209

Figure 112020138197230-pat00210
Figure 112020138197230-pat00210

Figure 112020138197230-pat00211
: 양극 반응인 철의 산화 반응에서의 전극 전위(철 이온 형성)
Figure 112020138197230-pat00211
: Electrode potential in the anodic reaction of iron oxidation (iron ion formation)

Figure 112020138197230-pat00212
: 음극 반응인 산소의 환원 반응에서의 전극 전위(수산화 이온 형성)
Figure 112020138197230-pat00212
: Electrode potential in the reduction reaction of oxygen, which is a cathode reaction (hydroxide ion formation)

Figure 112020138197230-pat00213
,
Figure 112020138197230-pat00214
: 철과 산소의 표준 전극 전위
Figure 112020138197230-pat00213
,
Figure 112020138197230-pat00214
: Standard electrode potential for iron and oxygen

Figure 112020138197230-pat00215
,
Figure 112020138197230-pat00216
: 철과 수산화 이온의 활동도(농도)
Figure 112020138197230-pat00215
,
Figure 112020138197230-pat00216
: Activity (concentration) of iron and hydroxide ions

Figure 112020138197230-pat00217
: 산소의 퓨개시티(산소 농도 분압으로 간략화)
Figure 112020138197230-pat00217
: Fugacity of Oxygen (Simplified as Oxygen Concentration Partial Pressure)

Figure 112020138197230-pat00218
: 패러데이 상수(
Figure 112020138197230-pat00219
)
Figure 112020138197230-pat00218
: Faraday constant (
Figure 112020138197230-pat00219
)

위 결과 값은 이온의 농도에 따라 두 전극에 발생하는 평형 상태에서의 전위이다. 평형 상태는 반쪽 전지에서의 산화 환원의 속도가 같아 반응이 일어나지 않는 상태를 뜻한다. The resultant value above is the potential in the equilibrium state generated at the two electrodes according to the concentration of the ion. The equilibrium state refers to a state in which the oxidation-reduction rate in the half-cell is the same and no reaction occurs.

(3) 분극과 전류 밀도를 통한 부식률 산정(3) Calculation of corrosion rate through polarization and current density

부식 속도 산정: 콘크리트 철근 부식 속도는 철근 콘크리트 구조물의 수명을 결정하는 중요한 요소이다. 부식 속도는 금속 표면 혹은 전극에서 일어나는 전기 화학 반응에 의하여 결정된다. 그러므로 전기화학 반응의 속도론을 지배하는 근본 원리를 이해하는 것은 부식 정도를 파악하는데 있어 매우 중요하다. Calculation of corrosion rate : The corrosion rate of concrete reinforcement is an important factor in determining the life of a reinforced concrete structure. The corrosion rate is determined by the electrochemical reaction that occurs on the metal surface or electrode. Therefore, understanding the fundamental principles governing the kinetics of electrochemical reactions is very important in determining the degree of corrosion.

금속 혹은 전극 표면에서 발생하는 부식 반응은 전자의 생산과 소모를 수반하기 ‹š문에 전극으로부터 나가거나 들어오는 전자의 흐름 즉 전류를 측정하여 부식 속도를 정량적으로 측정할 수 있다. 특정 금속(

Figure 112020138197230-pat00220
)이 면적
Figure 112020138197230-pat00221
(
Figure 112020138197230-pat00222
)인 전극에서 t초 동안 산화 반응을 통해 m
Figure 112020138197230-pat00223
Figure 112020138197230-pat00224
와 z개의 전자가 생산되었다고 가정하자(
Figure 112020138197230-pat00225
계 반응). 여기서 발생하는 부식 속도 관련 식은 아래의 <수학식 41>과 같다.Since the corrosion reaction occurring on the surface of a metal or electrode involves the production and consumption of electrons, the corrosion rate can be quantitatively measured by measuring the current, that is, the flow of electrons going out or coming in from the electrode. certain metals (
Figure 112020138197230-pat00220
) is the area
Figure 112020138197230-pat00221
(
Figure 112020138197230-pat00222
) through the oxidation reaction for t seconds at the electrode m
Figure 112020138197230-pat00223
of
Figure 112020138197230-pat00224
Assume that and z electrons are produced (
Figure 112020138197230-pat00225
system reaction). The equation related to the corrosion rate generated here is as shown in Equation 41 below.

Figure 112020138197230-pat00226
Figure 112020138197230-pat00226

Figure 112020138197230-pat00227
: 패러데이 상수(
Figure 112020138197230-pat00228
)
Figure 112020138197230-pat00227
: Faraday constant (
Figure 112020138197230-pat00228
)

Figure 112020138197230-pat00229
: 시간당 면적에서 생성된 이온 수(
Figure 112020138197230-pat00230
)
Figure 112020138197230-pat00229
: The number of ions generated in the area per hour (
Figure 112020138197230-pat00230
)

Figure 112020138197230-pat00231
: 산화 반응을 통한 전류 밀도(
Figure 112020138197230-pat00232
)
Figure 112020138197230-pat00231
: Current density through oxidation reaction (
Figure 112020138197230-pat00232
)

위 <수학식 41>을 페러데이 법칙이라 하며, 이 법칙에 따르면

Figure 112020138197230-pat00233
의 전하량에 의하여 전극의 전류밀도와 반응 속도를 서로 전환할 수 있다. 부식 반응에 생성되는 전류 밀도를 계산함으로서 부식 속도 값을 파악할 수 있다. 일반적으로
Figure 112020138197230-pat00234
계가 동적 평형 상태일 때, 산화 환원 반응 속도가 동일하며 이때, 전극 전위는 <수학식 38>의 네른스트 방정식을 활용하여 구한 평형 전극 전위(
Figure 112020138197230-pat00235
)이다. 평형 전극에서 산화 반응 전류 밀도(
Figure 112020138197230-pat00236
)와 환원 반응 전류 밀도(
Figure 112020138197230-pat00237
)는 동일하며 이를 교환 전류 밀도(
Figure 112020138197230-pat00238
)라고 부른다. 반응 속도론에 따르면 교환전류밀도는 아래의 <수학식 42>와 같다.The above <Equation 41> is called Faraday's law, and according to this law
Figure 112020138197230-pat00233
The current density and reaction rate of the electrode can be converted to each other by the amount of charge. By calculating the current density produced by the corrosion reaction, the value of the corrosion rate can be determined. Generally
Figure 112020138197230-pat00234
When the system is in dynamic equilibrium, the redox reaction rates are the same, and at this time, the electrode potential is the equilibrium electrode potential (calculated by using the Nernst equation of Equation 38) (
Figure 112020138197230-pat00235
)to be. Oxidation current density at the balanced electrode (
Figure 112020138197230-pat00236
) and reduction reaction current density (
Figure 112020138197230-pat00237
) is equal to the exchange current density (
Figure 112020138197230-pat00238
) is called. According to the reaction kinetics, the exchange current density is as shown in Equation 42 below.

Figure 112020138197230-pat00239
Figure 112020138197230-pat00239

Figure 112020138197230-pat00240
: 화학종에 따른 상수
Figure 112020138197230-pat00240
: constant according to chemical species

Figure 112020138197230-pat00241
: 전기 화학적 활성화 에너지
Figure 112020138197230-pat00241
: Electrochemical activation energy

활성화 분극: 평형 전극 전위에서는 산화 환원 반응이 동일하기 때문에 전극 외부 도선을 토해 흐르는 전류밀도(

Figure 112020138197230-pat00242
)는 아래의 <수학식 43>과 같이 0이다. Activation polarization : Since the oxidation-reduction reaction is the same at the equilibrium electrode potential, the current density flowing through the wire outside the electrode (
Figure 112020138197230-pat00242
) is 0 as shown in Equation 43 below.

Figure 112020138197230-pat00243
Figure 112020138197230-pat00243

평형 전극 전위에서 전기 화학반응으로 인해 전위 값이 높아지게 되면 평형 전극 전위와의 전위차가 추진력이 되어 활성화 에너지를 벗어나 산화 반응이 발생하게 된다. 반면에 전위 값을 낮추게 되면 반대로 환원 반응이 발생하게 된다. 전기 화학 반응으로 인해 평형 전극 전위(

Figure 112020138197230-pat00244
)로부터
Figure 112020138197230-pat00245
로 전위가 상승하면
Figure 112020138197230-pat00246
는 상승하고
Figure 112020138197230-pat00247
는 감소한다. 이때 발생하는
Figure 112020138197230-pat00248
Figure 112020138197230-pat00249
의 함수이며 아래의 <수학식 44>와 같이 표현 가능하다.When the potential value increases due to the electrochemical reaction at the equilibrium electrode potential, the potential difference with the equilibrium electrode potential becomes a driving force, and an oxidation reaction occurs beyond the activation energy. On the other hand, when the potential value is lowered, a reduction reaction occurs on the contrary. Due to the electrochemical reaction, the equilibrium electrode potential (
Figure 112020138197230-pat00244
)from
Figure 112020138197230-pat00245
If the potential rises to
Figure 112020138197230-pat00246
is rising
Figure 112020138197230-pat00247
decreases. occurring at this time
Figure 112020138197230-pat00248
Is
Figure 112020138197230-pat00249
It is a function of and can be expressed as in Equation 44 below.

Figure 112020138197230-pat00250
Figure 112020138197230-pat00250

이와 같이 특정한 전기 화학반응을 통해 평형 전극 전위가 변하는 것을 분극(Polarization)이라고 하며, 전위 변화량을(

Figure 112020138197230-pat00251
) 과전압(overvoltage)이라고 부른다.
Figure 112020138197230-pat00252
이면 애노드 과전압(
Figure 112020138197230-pat00253
)이라 부르며,
Figure 112020138197230-pat00254
이면 캐소드 과전압(
Figure 112020138197230-pat00255
)이라 부른다. 분극에 의한 반쪽 전지의 반응 속도는 전하 전달 과정의 활성화 에너지의 크기에 의하여 결정되며, 이를 활성화 분극(activation polarization)이라 한다. 산화 분극의 경우, 전극 전위를
Figure 112020138197230-pat00256
로부터
Figure 112020138197230-pat00257
로 올리면 금속 상의 금속 M 1
Figure 112020138197230-pat00258
에 대하여 전기화학적 자유에너지가
Figure 112020138197230-pat00259
만큼 증가한다. 산화 분극에서의 산화 반응의 활성화 에너지와 환원 반응의 활성화 에너지는 아래의 <수학식 45> 및 <수학식 46>과 같다.This change in the equilibrium electrode potential through a specific electrochemical reaction is called polarization, and the amount of potential change is (
Figure 112020138197230-pat00251
) is called overvoltage.
Figure 112020138197230-pat00252
If the anode overvoltage (
Figure 112020138197230-pat00253
) is called,
Figure 112020138197230-pat00254
If the cathode overvoltage (
Figure 112020138197230-pat00255
) is called The reaction rate of the half-cell by polarization is determined by the magnitude of the activation energy of the charge transfer process, and this is called activation polarization. For oxidative polarization, the electrode potential is
Figure 112020138197230-pat00256
from
Figure 112020138197230-pat00257
Raised by , metal on metal M 1
Figure 112020138197230-pat00258
The electrochemical free energy for
Figure 112020138197230-pat00259
increase as much as The activation energy of the oxidation reaction and the activation energy of the reduction reaction in the oxidation polarization are as follows <Equation 45> and <Equation 46>.

Figure 112020138197230-pat00260
Figure 112020138197230-pat00260

Figure 112020138197230-pat00261
Figure 112020138197230-pat00261

각 활성화 에너지에 대한 전류 밀도는 아래의 <수학식 47> 및 <수학식 48>과 같다.Current densities for each activation energy are shown in <Equation 47> and <Equation 48> below.

Figure 112020138197230-pat00262
Figure 112020138197230-pat00262

Figure 112020138197230-pat00263
Figure 112020138197230-pat00263

산화 분극으로 인해 외부 도선을 통해 측정되는 전류는 위 <수학식 47> 및 <수학식 48>을 활용하여 아래의 <수학식 49>로 나타낼 수 있으며 이를 볼머-버틀러(Volmer-Butler) 식이라고 한다. The current measured through the external wire due to the oxidation polarization can be expressed as the following <Equation 49> using the above <Equation 47> and <Equation 48>, which is called the Volmer-Butler equation. .

Figure 112020138197230-pat00264
Figure 112020138197230-pat00264

위 <수학식 49>에서,

Figure 112020138197230-pat00265
이라 가정하면 아래의 <수학식 50>으로 수식을 간략화할 수 있다.In the above <Equation 49>,
Figure 112020138197230-pat00265
Assuming that , the equation can be simplified to Equation 50 below.

Figure 112020138197230-pat00266
Figure 112020138197230-pat00266

위 <수학식 50>으로부터 산화 분극으로 인한 애노드 과전압과 전류 밀도 관계를 아래의 <수학식 51>과 같이 나타낼 수 있다. From the above <Equation 50>, the relationship between the anode overvoltage and the current density due to the oxidation polarization can be expressed as the following <Equation 51>.

Figure 112020138197230-pat00267
Figure 112020138197230-pat00267

위 식을 타펠(Tafel)의 방정식이라 하며,

Figure 112020138197230-pat00268
를 산화 분극에 대한 타펠(Tafel)의 상수라 한다. 위 과정을 캐소드 과전압이 발생하는 환원 분극에 동일하게 적용할 수 있으며 환원 분극에 따라 발생하는 캐소드 과전압과 전류 밀도의 관계식은 아래의 <수학식 52> 및 <수학식 53>와 같다.The above equation is called Tafel's equation,
Figure 112020138197230-pat00268
is called Tafel's constant for the oxidative polarization. The above process can be equally applied to the reduction polarization where the cathode overvoltage occurs, and the relational expression between the cathode overvoltage and the current density generated according to the reduction polarization is shown in Equation 52 and Equation 53 below.

Figure 112020138197230-pat00269
Figure 112020138197230-pat00269

Figure 112020138197230-pat00270
Figure 112020138197230-pat00270

위 <수학식 52> 및 <수학식 53>은 활성화 분극으로 인해 발생하는 과전압과 전류 밀도에 대한 관계를 보여주고 있다. 본 발명의 실시 형태에서는 위 <수학식 51>과 <수학식 53>을 활용하여 활성화 분극으로 인한 전위차와 그에 따른 전류 밀도를 계산하여 부식 정도를 예측한다.The above <Equation 52> and <Equation 53> show the relationship between the overvoltage and the current density caused by the activation polarization. In the embodiment of the present invention, the degree of corrosion is predicted by calculating the potential difference due to the activation polarization and the current density corresponding thereto, using Equation 51 and Equation 53 above.

농도 분극: 볼머-버틀러(Volmer-Butler) 식에서 전극에 근접한 용액의 농도는 균일하다고 가정한다. 하지만 환원 반응(

Figure 112020138197230-pat00271
)이 활발하게 이뤄지면 전극에 근접한 용액에서 반응 금속 이온의 농도(
Figure 112020138197230-pat00272
)가 용액의 농도(
Figure 112020138197230-pat00273
)보다 감소하는 층이 형성되는데 이를 네른스트 층이라고 부른다. 아래의 <수학식 54>는 용액 속의 농도 (
Figure 112020138197230-pat00274
)를 고려한 평형 전위이다. Concentration polarization : In the Volmer-Butler equation, the concentration of the solution in the vicinity of the electrode is assumed to be uniform. However, the reduction reaction (
Figure 112020138197230-pat00271
) is active, the concentration of reactive metal ions in the solution close to the electrode (
Figure 112020138197230-pat00272
) is the concentration of the solution (
Figure 112020138197230-pat00273
) is formed, which is called the Nernst layer. <Equation 54> below is the concentration in the solution (
Figure 112020138197230-pat00274
) is the equilibrium potential considering

Figure 112020138197230-pat00275
Figure 112020138197230-pat00275

환원 반응으로 인해 감소된 전극 표면 주위 용액의 농도(

Figure 112020138197230-pat00276
)를 고려한 평형 전위는 아래의 <수학식 55>와 같다.Concentration of the solution around the electrode surface reduced due to the reduction reaction (
Figure 112020138197230-pat00276
) The equilibrium potential considering ) is as shown in Equation 55 below.

Figure 112020138197230-pat00277
Figure 112020138197230-pat00277

농도 차이로 발생하는 전압차를 농도 과전압이라 부르며, 아래의 <수학식 56>과 같다.A voltage difference caused by a difference in concentration is called a concentration overvoltage, and is expressed in Equation 56 below.

Figure 112020138197230-pat00278
Figure 112020138197230-pat00278

피크(Fick)의 확산 법칙에 근거하여 네른스트 층에서

Figure 112020138197230-pat00279
의 확산속도는 환원 반응 속도와 동일하므로, 아래의 <수학식 57>과 같이 나타낼 수 있다.Based on Fick's law of diffusion, in the Nernst layer
Figure 112020138197230-pat00279
Since the diffusion rate of is the same as the reduction reaction rate, it can be expressed as in Equation 57 below.

Figure 112020138197230-pat00280
Figure 112020138197230-pat00280

Figure 112020138197230-pat00281
:
Figure 112020138197230-pat00282
의 확산계수
Figure 112020138197230-pat00281
:
Figure 112020138197230-pat00282
Diffusion coefficient of

Figure 112020138197230-pat00283
: 네른스트 층의 두께(0.1
Figure 112020138197230-pat00284
)
Figure 112020138197230-pat00283
: Thickness of the Nernst layer (0.1
Figure 112020138197230-pat00284
)

따라서 네른스트 층을 경계로 농도 감소로 발생하는 전류 밀도는 아래의 <수학식 58>과 같다.Therefore, the current density generated by the decrease in concentration across the Nernst layer is expressed by Equation 58 below.

Figure 112020138197230-pat00285
Figure 112020138197230-pat00285

환원 반응 속도가 더욱 증가하여

Figure 112020138197230-pat00286
가 0이 되면
Figure 112020138197230-pat00287
는 한계전류밀도(limiting current density,
Figure 112020138197230-pat00288
)D에 도달한다. 용액 속의 농도에 영향을 받는 한계 전류 밀도는 아래의 <수학식 59>와 같다.The reduction reaction rate is further increased
Figure 112020138197230-pat00286
becomes 0
Figure 112020138197230-pat00287
is the limiting current density,
Figure 112020138197230-pat00288
)D is reached. The limiting current density affected by the concentration in the solution is as shown in Equation 59 below.

Figure 112020138197230-pat00289
Figure 112020138197230-pat00289

위 <수학식 59>를 <수학식 58>에 대입하면, 아래의 <수학식 60>과 같이 표현할 수 있으며, 아래의 <수학식 60>을 위 <수학식 56>에 대입하면 최종적으로 농도 과전압을 아래의 <수학식 61>과 같이 표현할 수 있다.Substituting the above <Equation 59> into <Equation 58> can be expressed as <Equation 60> below, and substituting <Equation 60> below into <Equation 56> finally gives the concentration overvoltage Can be expressed as in Equation 61 below.

Figure 112020138197230-pat00290
Figure 112020138197230-pat00290

Figure 112020138197230-pat00291
Figure 112020138197230-pat00291

농도 분극은 전류 밀도가 증가함에 따라 0에 수렴하다가,

Figure 112020138197230-pat00292
에 다가갔을 때 음의 값으로 크게 증가한다. 한계전류밀도는 용액의 유속을 증가시켜 네른스트 층의 두께를 줄이거나, 용액의 온도를 높여 확산 계수를 증가시키거나 농도를 증가시키면 증가한다. 다른 반쪽 전지인 산화 반응에서는 농도 분극을 무시할 수 있는데 이는 반응 물질인 금속이 무제한으로 공급되기 때문이다.The concentration polarization converges to zero as the current density increases, then
Figure 112020138197230-pat00292
increases significantly to a negative value when approaching . The limiting current density increases when the thickness of the Nernst layer is reduced by increasing the flow rate of the solution, or when the diffusion coefficient is increased or the concentration is increased by increasing the temperature of the solution. In the other half-cell, the oxidation reaction, the concentration polarization is negligible because the reactant, metal, is supplied indefinitely.

분극과 전류 밀도를 통한 부식률 산정 : 앞서 살펴본 평형 전위와 분극 그리고 전류 밀도의 관계를 반영하여 철근 부식으로 인한 부식 전위 값을 산정할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에서는 네른스트 방정식을 반영한 위 <수학식 28> 및 <수학식 29>를 활용하여 반쪽 전지의 평형 전위를 구하고 위 <수학식 40> 내지 <수학식 42>을 활용한 활성화 분극과 위 <수학식 50>을 활용한 농도 분극을 고려하여 철근 부식으로 인해 발생하는 부식 전위와 그에 따른 부식 전류 밀도를 산정한다. 철근 부식 반응으로 인한 산화 극(

Figure 112020138197230-pat00293
)에서의 전위는 아래의 <수학식 62>와 같으며 환원 극(
Figure 112020138197230-pat00294
)에서의 전위는 아래의 <수학식 63>과 같다. 아래 식을 통해 파악한 전위 값과 전류 밀도 값을 토해 부식 속도를 산정할 수 있다. Calculation of corrosion rate through polarization and current density : Corrosion potential value due to corrosion of reinforcing steel can be calculated by reflecting the relationship between equilibrium potential, polarization and current density discussed above. In an embodiment of the present invention, the equilibrium potential of the half-cell is obtained using the above <Equation 28> and <Equation 29> reflecting the Nernst equation, and the activation polarization using the above <Equation 40> to <Equation 42> In consideration of the concentration polarization using the above <Equation 50>, the corrosion potential generated by corrosion of the reinforcing bar and the corresponding corrosion current density are calculated. Oxidation pole (
Figure 112020138197230-pat00293
The potential at ) is as shown in Equation 62 below, and the reducing pole (
Figure 112020138197230-pat00294
The potential at ) is as shown in Equation 63 below. The corrosion rate can be calculated using the potential value and current density value obtained through the equation below.

Figure 112020138197230-pat00295
Figure 112020138197230-pat00295

Figure 112020138197230-pat00296
Figure 112020138197230-pat00296

Figure 112020138197230-pat00297
: 산화 극에서의 전위(
Figure 112020138197230-pat00298
)
Figure 112020138197230-pat00297
: Potential at the oxidation pole (
Figure 112020138197230-pat00298
)

Figure 112020138197230-pat00299
: 철근 부식 환경을 고려한 산화 극의 평형 전극 전위(
Figure 112020138197230-pat00300
)
Figure 112020138197230-pat00299
: Equilibrium electrode potential of the anode considering the corrosive environment of the steel bar (
Figure 112020138197230-pat00300
)

Figure 112020138197230-pat00301
: 산화 반응을 반영한 활성화 분극(
Figure 112020138197230-pat00302
)
Figure 112020138197230-pat00301
: Activation polarization reflecting the oxidation reaction (
Figure 112020138197230-pat00302
)

Figure 112020138197230-pat00303
: 산화 반응을 반영한 Tafel의 상수(
Figure 112020138197230-pat00304
)
Figure 112020138197230-pat00303
: Tafel's constant reflecting the oxidation reaction (
Figure 112020138197230-pat00304
)

Figure 112020138197230-pat00305
: 산화 극에서의 교환 전류 밀도(
Figure 112020138197230-pat00306
)
Figure 112020138197230-pat00305
: Exchange current density at the oxidizing pole (
Figure 112020138197230-pat00306
)

Figure 112020138197230-pat00307
: 산화 반응으로 인한 전류 밀도(
Figure 112020138197230-pat00308
)
Figure 112020138197230-pat00307
: Current density due to oxidation reaction (
Figure 112020138197230-pat00308
)

Figure 112020138197230-pat00309
: 환원 극에서의 전위(
Figure 112020138197230-pat00310
)
Figure 112020138197230-pat00309
: Potential at the reducing pole (
Figure 112020138197230-pat00310
)

Figure 112020138197230-pat00311
: 철근 부식 환경을 고려한 환원 극의 평형 전극 전위(
Figure 112020138197230-pat00312
)
Figure 112020138197230-pat00311
: Balanced electrode potential of the reducing pole considering the corrosive environment of the reinforcing bar (
Figure 112020138197230-pat00312
)

Figure 112020138197230-pat00313
: 환원 반응을 반영한 활성화 분극과 농도 분극의 합(
Figure 112020138197230-pat00314
)
Figure 112020138197230-pat00313
: Sum of activation polarization and concentration polarization reflecting the reduction reaction (
Figure 112020138197230-pat00314
)

Figure 112020138197230-pat00315
: 환원 반응을 반영한 Tafel의 상수(
Figure 112020138197230-pat00316
)
Figure 112020138197230-pat00315
: Tafel's constant reflecting the reduction reaction (
Figure 112020138197230-pat00316
)

Figure 112020138197230-pat00317
: 환원 극에서의 교환 전류 밀도(
Figure 112020138197230-pat00318
)
Figure 112020138197230-pat00317
: Exchange current density at the reducing pole (
Figure 112020138197230-pat00318
)

Figure 112020138197230-pat00319
: 한계 전류 밀도(
Figure 112020138197230-pat00320
)
Figure 112020138197230-pat00319
: Limiting current density (
Figure 112020138197230-pat00320
)

Figure 112020138197230-pat00321
: 환원 반응으로 인한 전류 밀도(
Figure 112020138197230-pat00322
)
Figure 112020138197230-pat00321
: Current density due to reduction reaction (
Figure 112020138197230-pat00322
)

위 값은 철근 주변의 pH, 산소의 퓨가시티 및 철의 이온 활성에 따라 달라지지만 부식 분석의 단순화를 위해 부식 과정 동안 일정하게 유지된다고 가정한다. 부식으로 인한 강철 표면의 특정 지점에서의 전위 값(

Figure 112020138197230-pat00323
)을 알고 있는 경우 해당 지점에서 양극 및 음극 반응에 대한 부식 전류 밀도는 위 <수학식 51> 및 <수학식 52>에서의
Figure 112020138197230-pat00324
,
Figure 112020138197230-pat00325
Figure 112020138197230-pat00326
로 대체하여 계산할 수 있다. 양극 전류 밀도는 위 <수학식 51>을 통해 바로 구할 수 있지만 음극 전류 밀도의 경우, 한계 전류 밀도로 인해
Figure 112020138197230-pat00327
Figure 112020138197230-pat00328
사이에 비선형 관계가 형성되기 때문에 치환법에 의한 수치해석을 실시하여 찾아내어야 한다.The above values depend on the pH around the reinforcing steel, the fugacity of oxygen and the ionic activity of the iron, but for simplicity in the corrosion analysis, it is assumed to remain constant during the corrosion process. Potential value at a specific point on the steel surface due to corrosion (
Figure 112020138197230-pat00323
) is known, the corrosion current density for the anodic and cathodic reactions at that point is
Figure 112020138197230-pat00324
,
Figure 112020138197230-pat00325
cast
Figure 112020138197230-pat00326
can be calculated by substituting The anode current density can be obtained directly through Equation 51 above, but in the case of the cathode current density, due to the limiting current density
Figure 112020138197230-pat00327
Wow
Figure 112020138197230-pat00328
Since a non-linear relationship is formed between them, it must be found by performing numerical analysis by the substitution method.

철근 표면의 경계조건 형성을 통한 매크로셀 전류 산정 : 매크로셀 전류는 측정하는 전극에서 흐르는 순 전류(net current) 즉, 전극에서 전하의 겉보기 이동 속도로 정의 된다. 위 <수학식 51> 및 <수학식 52>에서 얻은 양극 및 음극 전류 밀도를 통해 얻을 수 있는 매크로셀 전류 밀도(

Figure 112020138197230-pat00329
)는 아래의 <수학식 64>와 같이 결정될 수 있다(전류 밀도에 대한 부호 규칙은
Figure 112020138197230-pat00330
를 양수로,
Figure 112020138197230-pat00331
를 음수로 정한다). Calculation of the macrocell current through the formation of boundary conditions on the surface of the rebar : The macrocell current is defined as the net current flowing from the electrode to be measured, that is, the apparent movement speed of charge at the electrode. The macrocell current density obtained through the anode and cathode current densities obtained from <Equation 51> and <Equation 52> above (
Figure 112020138197230-pat00329
) can be determined as shown in Equation 64 below (the sign rule for the current density is
Figure 112020138197230-pat00330
as a positive number,
Figure 112020138197230-pat00331
is set as a negative number).

Figure 112020138197230-pat00332
Figure 112020138197230-pat00332

옴의 법칙에 따르면 철근 표면에서 전위의 기울기는 아래의 <수학식 65>와 같이 매크로셀 전류에 비례한다. According to Ohm's law, the gradient of the potential on the surface of the reinforcing bar is proportional to the macrocell current as shown in Equation 65 below.

Figure 112020138197230-pat00333
Figure 112020138197230-pat00333

Figure 112020138197230-pat00334
: 철근 표면과 수직인 방향
Figure 112020138197230-pat00334
: direction perpendicular to the rebar surface

Figure 112020138197230-pat00335
: 콘크리트 비저항(
Figure 112020138197230-pat00336
)
Figure 112020138197230-pat00335
: Concrete resistivity (
Figure 112020138197230-pat00336
)

Figure 112020138197230-pat00337
: 매크로 셀 전위
Figure 112020138197230-pat00337
: macro cell potential

위 <수학식 65>는 철근 표면에서 부식 전위를 및 부식 전류 밀도를 최종적으로 구하는 부식 해석 관련 평형방정식의 경계조건 역할을 한다. The above <Equation 65> serves as a boundary condition for the equilibrium equation related to corrosion analysis that finally obtains the corrosion potential and the corrosion current density on the surface of the reinforcing bar.

(4) 유한요소 기반 철근 부식 수치 해석(4) Finite element-based rebar corrosion numerical analysis

유한요소 기반 해석 모델을 작성하고 해석을 실시하여 철근 부식에 따른 부식 전위, 전류 밀도를 파악하고 철근 표면에 형성되는 녹 생성량을 파악한다. Create a finite element-based analysis model and conduct analysis to determine the corrosion potential and current density according to the corrosion of the reinforcing bar and to determine the amount of rust formed on the surface of the reinforcing bar.

(5) 해석을 통한 부식 전위 및 부식 전류밀도 산정(5) Calculation of corrosion potential and corrosion current density through analysis

철근 부식률을 결정하기 위해서는 철근 표면의 부식 전위 분포를 계산할 필요가 있다. 위 <수학식 15>에서 파악한 콘크리트의 전기 저항이 등방성이라고 가정하면 부식 전극의 전위 분포는 아래의 <수학식 66>과 같이 라플라스 방정식에 의해 결정된다.In order to determine the corrosion rate of reinforcing steel, it is necessary to calculate the corrosion potential distribution on the surface of the reinforcing steel. Assuming that the electrical resistance of the concrete identified in the above <Equation 15> is isotropic, the potential distribution of the corroded electrode is determined by the Laplace equation as shown in the following <Equation 66>.

Figure 112020138197230-pat00338
Figure 112020138197230-pat00338

시간 t에서의 부식 전위(

Figure 112020138197230-pat00339
)를 형상 함수(
Figure 112020138197230-pat00340
)와 각 유한 요소 노드에서의 전위 값(
Figure 112020138197230-pat00341
)의 곱으로 나타내고, 위 <수학식 66>에 캘러킨 방식을 적용하면 아래의 <수학식 67>과 같은 유한요소 방정식을 구할 수 있다.Corrosion potential at time t (
Figure 112020138197230-pat00339
) to the shape function (
Figure 112020138197230-pat00340
) and the potential value at each finite element node (
Figure 112020138197230-pat00341
), and applying the Calakin method to the above <Equation 66>, a finite element equation such as <Equation 67> below can be obtained.

Figure 112020138197230-pat00342
Figure 112020138197230-pat00342

Figure 112020138197230-pat00343
:
Figure 112020138197230-pat00344
Figure 112020138197230-pat00343
:
Figure 112020138197230-pat00344

Figure 112020138197230-pat00345
:
Figure 112020138197230-pat00346
Figure 112020138197230-pat00345
:
Figure 112020138197230-pat00346

위 유한요소 방정식의 구성 절차는 수분 침투 분석과 유사하게 전체 요소에 적용하여 유한요소 방정식을 구할 수 있으며 아래의 <수학식 68>과 같다.The construction procedure of the above finite element equation can be applied to all elements similarly to the water permeation analysis to obtain the finite element equation, and is shown in Equation 68 below.

Figure 112020138197230-pat00347
Figure 112020138197230-pat00347

Figure 112020138197230-pat00348
:
Figure 112020138197230-pat00349
,
Figure 112020138197230-pat00350
:
Figure 112020138197230-pat00351
,
Figure 112020138197230-pat00352
:
Figure 112020138197230-pat00353
Figure 112020138197230-pat00348
:
Figure 112020138197230-pat00349
,
Figure 112020138197230-pat00350
:
Figure 112020138197230-pat00351
,
Figure 112020138197230-pat00352
:
Figure 112020138197230-pat00353

콘크리트의 전위 분포를 구하려면 위 <수학식 53>을 경계조건으로 한 일반 유한요소 방정식의 해를 찾아야 한다. 하지만 위 <수학식 53>의 양변이 전위 분포에 의존하기 때문에 본 방정식을 명시적으로 풀 수가 없다. 또한 자연 경계 조건 만을 가지고 위 방정식에 대한 특정 해법을 구할 수 없기 때문에, 필수 경계 조건을 추가로 고려해야 한다. 이러한 이유로 본 발명의 실시 형태에서 제안하는 전위 값을 구하기 위한 해법은 아래 절차와 같으며 흐름도를 도 9에 나타내었다.In order to obtain the potential distribution of concrete, it is necessary to find the solution of the general finite element equation with the above <Equation 53> as the boundary condition. However, since both sides of Equation 53 above depend on the potential distribution, this equation cannot be solved explicitly. In addition, since a specific solution to the above equation cannot be obtained with only natural boundary conditions, essential boundary conditions must be additionally considered. For this reason, the solution for obtaining the potential value proposed in the embodiment of the present invention is as follows, and a flowchart is shown in FIG. 9.

도 9를 참조하면, 피봇(Pivot) 점을 선택하고 피봇(Pivot) 전위(

Figure 112020138197230-pat00354
)와 필수 경계 조건을 할당하고(910), 초기 전위 분포를 가정한다(920). Referring to Figure 9, select the pivot (Pivot) point and pivot (Pivot) potential (
Figure 112020138197230-pat00354
) and required boundary conditions are assigned (910), and an initial potential distribution is assumed (920).

그런 후, 위 <수학식 51> 내지 <수학식 53>을 활용하여 경계에서의 매크로셀 전류를 계산하고, 위 <수학식 54>를 활용하여 자유 경계 조건을 설정한다(930). 그리고 설정된 경계 조건으로부터 위 <수학식 63>을 풀어 전체 전위 분포를 계산한다(940). Then, the macrocell current at the boundary is calculated using Equation 51 to Equation 53 above, and a free boundary condition is set using Equation 54 above (930). Then, the entire potential distribution is calculated by solving the above <Equation 63> from the set boundary conditions (940).

수렴 테스트를 통해 얻은 표준 값(

Figure 112020138197230-pat00355
이 허용 한계 값(
Figure 112020138197230-pat00356
)보다 낮아질 때까지, 930 및 940 과정을 반복한다(950). 관련 식은 아래의 <수학식 69>와 같다.Standard values obtained through convergence tests (
Figure 112020138197230-pat00355
This tolerance value (
Figure 112020138197230-pat00356
), steps 930 and 940 are repeated (950). The related expression is shown in <Equation 69> below.

Figure 112020138197230-pat00357
Figure 112020138197230-pat00357

Figure 112020138197230-pat00358
:
Figure 112020138197230-pat00359
번째 노드에서
Figure 112020138197230-pat00360
번 iteration하였을 때 부식 전위 값
Figure 112020138197230-pat00358
:
Figure 112020138197230-pat00359
at the second node
Figure 112020138197230-pat00360
Corrosion potential value when iteration times

Figure 112020138197230-pat00361
: 전제 노드의 수
Figure 112020138197230-pat00361
: number of premise nodes

다음으로, 피봇(Pivot) 전위(

Figure 112020138197230-pat00362
)를 조정하고 전위의 일반적인 기울기 값으로부터 얻은 부식 전류와 피봇(Pivot) 점에서의 전위 값으로부터 얻은 매크로셀 전류의 차이의 절대값이 허용 값(
Figure 112020138197230-pat00363
)보다 낮을 때까지 910 내지 950과정을 반복한다(960). 관련 내용은 아래의 <수학식 70>과 같다.Next, the pivot potential (
Figure 112020138197230-pat00362
) and the absolute value of the difference between the corrosion current obtained from the general slope value of the potential and the macrocell current obtained from the potential value at the pivot point is the allowable value (
Figure 112020138197230-pat00363
) Repeat steps 910 to 950 until lower than (960). The related information is shown in Equation 70 below.

Figure 112020138197230-pat00364
Figure 112020138197230-pat00364

다음과 같은 방식으로 파악한 시간 별 부식 전류 밀도 해석 결과는 도 10과 같다. 수치해석 방법으로 얻은 양극 전류 밀도를 활용하여 부식 깊이는 다음의 <수학식 71>의 방정식으로 추정할 수 있다.The corrosion current density analysis result for each time determined in the following way is shown in FIG. 10 . Using the anode current density obtained by the numerical analysis method, the corrosion depth can be estimated by the equation of Equation 71 below.

Figure 112020138197230-pat00365
Figure 112020138197230-pat00365

Figure 112020138197230-pat00366
: 철근의 부식 깊이(
Figure 112020138197230-pat00367
)
Figure 112020138197230-pat00366
: Corrosion depth of rebar (
Figure 112020138197230-pat00367
)

Ⅱ. 부식 전류 밀도 산정을 통한 철근의 녹 생성량 산정II. Calculation of rust formation of rebar through corrosion current density calculation

철근 표면의 부식으로 인한 양극에서의 녹 생성률 (

Figure 112020138197230-pat00368
)은 페러데이 법칙에 근거한 녹 생성률과 관련이 있다. 산화 반응으로 인한 양극에서의 수산화 제2철(
Figure 112020138197230-pat00369
) 생성률(
Figure 112020138197230-pat00370
)은 아래의 <수학식 72>와 같다.The rate of rust formation at the anode due to the corrosion of the rebar surface (
Figure 112020138197230-pat00368
) is related to the rust formation rate based on Faraday's law. Ferric hydroxide at the anode due to the oxidation reaction (
Figure 112020138197230-pat00369
) generation rate (
Figure 112020138197230-pat00370
) is as shown in Equation 72 below.

Figure 112020138197230-pat00371
Figure 112020138197230-pat00371

Figure 112020138197230-pat00372
: 수산화 제2철 생성률 (
Figure 112020138197230-pat00373
)
Figure 112020138197230-pat00372
: Ferric hydroxide production rate (
Figure 112020138197230-pat00373
)

Figure 112020138197230-pat00374
: 반응 전하 량 (
Figure 112020138197230-pat00375
Figure 112020138197230-pat00376
)
Figure 112020138197230-pat00374
: Reaction charge amount (
Figure 112020138197230-pat00375
Figure 112020138197230-pat00376
)

Figure 112020138197230-pat00377
: 산화 반응으로 인한 전류 밀도(
Figure 112020138197230-pat00378
)
Figure 112020138197230-pat00377
: Current density due to oxidation reaction (
Figure 112020138197230-pat00378
)

생성된 제2 수산화 철은 추가적인 산화반응으로 인해 제3 수산화 철(

Figure 112020138197230-pat00379
) 이 되며 1몰에 해당하는 제2 수산화 철과 제3 수산화 철의 질량 비를 통해서 제3 수산화 철에 의한 녹 생성률(
Figure 112020138197230-pat00380
)을 아래의 <수학식 73>과 같이 구할 수 있다.The produced second iron hydroxide is tertiary iron hydroxide (
Figure 112020138197230-pat00379
), and the rust formation rate by iron tertiary hydroxide (through the mass ratio of iron 2 and 3 hydroxide corresponding to 1 mole)
Figure 112020138197230-pat00380
) can be obtained as shown in Equation 73 below.

Figure 112020138197230-pat00381
Figure 112020138197230-pat00381

Figure 112020138197230-pat00382
: 수산화 제2 철 생성률 (
Figure 112020138197230-pat00383
)
Figure 112020138197230-pat00382
: Ferric hydroxide production rate (
Figure 112020138197230-pat00383
)

이와 같이 부식으로 인해 철근 표면에 발생하는 전류 밀도를 산정함으로서 철근 주변에 형성되는 녹 생성률을 직관적으로 구할 수 있다.In this way, by calculating the current density generated on the surface of the reinforcing bar due to corrosion, the rate of rust formation around the reinforcing bar can be intuitively obtained.

이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The features, structures, effects, etc. described in the embodiments above are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, etc. illustrated in each embodiment can be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art in the field to which the embodiments belong. Therefore, contents related to these combinations and variations should be construed as being included in the scope of the present invention.

또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 즉, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, although the embodiment has been described above, this is only an example and does not limit the present invention, and those skilled in the art to the present invention pertain to the above to the extent that does not deviate from the essential characteristics of the present embodiment. It will be appreciated that various modifications and applications not exemplified are possible. That is, each component specifically shown in the embodiment can be implemented by modifying it. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.

Claims (10)

철근 콘크리트 구조물의 모델링을 결정하고, 유한 요소 해석을 위한 격자를 형성하는, 모델링 및 격자 형성 단계;
모델링된 상기 철근 콘크리트 구조물에 철근의 부식에 영향을 미치는 부식 인자 별로 침투 방정식을 적용하여 유한 요소 방식의 수치 해석을 수행함으로서 고압의 침지 환경에서 상기 부식 인자의 콘크리트 침투로 인한 침투 경향을 분석하는, 부식 인자의 침투 경향 분석 단계; 및
분석된 상기 침투 경향을 기초로 상기 철근의 부식 정도를 유한 요소 방식의 수치 해석을 통해 파악하고, 상기 철근의 부식으로 인한 녹 생성량을 산정하는, 부식률 및 녹 생성량 산정 단계;
를 포함하고,
상기 부식 인자의 침투 경향 분석 단계는,
상기 부식 인자가 산소이면, 상기 철근 콘크리트 구조물의 콘크리트 표면으로부터 상기 철근의 표면까지 침투하는데 걸리는 시간에서는 상기 철근 주변의 공극 속의
Figure 112022053562953-pat00399
의 분자량을 부식에 필요한 산소량으로 결정하고, 상기 철근 표면에 최초로 도달한 후 상기 철근 전체에 침투하기까지의 시간에서는 상기 공극 속 물과 기체의 비를 1:1로 설정한 후 상기 공극 속의
Figure 112022053562953-pat00400
Figure 112022053562953-pat00401
의 분자량을 상기 부식에 필요한 산소량으로 결정하고, 상기 철근 전체 침투 후의 시간에서는 물 속의 용존 산소량에 기초하여 상기 공극 속의
Figure 112022053562953-pat00402
Figure 112022053562953-pat00403
의 분자량을 상기 부식에 필요한 산소량으로 결정하는, 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법.
A modeling and lattice forming step of determining the modeling of the reinforced concrete structure and forming a lattice for finite element analysis;
By applying the penetration equation for each corrosion factor affecting the corrosion of the reinforced concrete structure to the modeled reinforced concrete structure and performing numerical analysis of the finite element method, the penetration tendency due to the penetration of the corrosion factor into concrete in a high-pressure immersion environment. Analyze, Penetration trend analysis step of corrosion factors; and
A corrosion rate and rust generation amount calculation step of figuring out the degree of corrosion of the reinforcing bar through numerical analysis of a finite element method based on the analyzed penetration tendency, and calculating the rust generation amount due to the corrosion of the reinforcing bar;
including,
The step of analyzing the penetration tendency of the corrosion factor,
If the corrosion factor is oxygen, in the time taken to penetrate from the concrete surface of the reinforced concrete structure to the surface of the reinforcing bars, in the voids around the reinforcing bars
Figure 112022053562953-pat00399
The molecular weight of is determined by the amount of oxygen required for corrosion, and in the time from reaching the surface of the reinforcing bar for the first time to penetrating into the entire reinforcing bar, the ratio of water and gas in the void is set to 1: 1, and then in the void
Figure 112022053562953-pat00400
Wow
Figure 112022053562953-pat00401
The molecular weight of is determined by the amount of oxygen required for the corrosion, and at the time after penetration of the entire reinforcing bar, based on the amount of dissolved oxygen in the water,
Figure 112022053562953-pat00402
Wow
Figure 112022053562953-pat00403
A method for predicting reinforcement corrosion of a reinforced concrete structure exposed to a high-pressure immersion environment, which determines the molecular weight of as the amount of oxygen required for the corrosion.
제 1 항에 있어서,
상기 부식 인자의 침투 경향 분석 단계는, 시간에 따른 상기 부식 인자의 침투 깊이와, 상기 침투 깊이로 인해 상기 대상 철근 콘크리트 구조물의 공극 속에 존재하는 상기 부식 인자의 농도를 산정하고, 어느 특정 시점에 상기 철근의 부식이 발생할지를 분석하는,
고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법.
According to claim 1,
In the step of analyzing the penetration tendency of the corrosion factor, the penetration depth of the corrosion factor over time and the concentration of the corrosion factor present in the pores of the target reinforced concrete structure due to the penetration depth are calculated, and the To analyze whether corrosion of rebar will occur,
A method for predicting steel corrosion in reinforced concrete structures exposed to high-pressure immersion environments.
철근 콘크리트 구조물의 모델링을 결정하고, 유한 요소 해석을 위한 격자를 형성하는, 모델링 및 격자 형성 단계;
모델링된 상기 철근 콘크리트 구조물에 철근의 부식에 영향을 미치는 부식 인자 별로 침투 방정식을 적용하여 유한 요소 방식의 수치 해석을 수행함으로서 고압의 침지 환경에서 상기 부식 인자의 콘크리트 침투로 인한 침투 경향을 분석하는, 부식 인자의 침투 경향 분석 단계; 및
분석된 상기 침투 경향을 기초로 상기 철근의 부식 정도를 유한 요소 방식의 수치 해석을 통해 파악하고, 상기 철근의 부식으로 인한 녹 생성량을 산정하는, 부식률 및 녹 생성량 산정 단계;
를 포함하고,
상기 부식 인자의 침투 경향 분석 단계는,
상기 부식 인자가 수분이면, 수분과 콘크리트가 압력에 의해 물리적 탄성 변형을 일으키는 점을 다르시의 법칙에 추가한 침투 확산류 방정식에 기초하여, 상기 고압의 침지 환경에서 시간에 따른 상기 철근 콘크리트 구조물로 침투하는 수분의 침투 깊이를 분석하고,
상기 침투 확산류 방정식의 변수는, 상기 철근 콘크리트 구조물의 표면에 압력이 가해지는 시간 및 상기 수분의 침투 깊이인,
고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법.
A modeling and lattice forming step of determining the modeling of the reinforced concrete structure and forming a lattice for finite element analysis;
By applying the penetration equation for each corrosion factor affecting the corrosion of the reinforced concrete structure to the modeled reinforced concrete structure and performing numerical analysis of the finite element method, the penetration tendency due to the penetration of the corrosion factor into concrete in a high-pressure immersion environment. Analyze, Penetration trend analysis step of corrosion factors; and
A corrosion rate and rust generation amount calculation step of figuring out the degree of corrosion of the reinforcing bar through numerical analysis of a finite element method based on the analyzed penetration tendency, and calculating the rust generation amount due to the corrosion of the reinforcing bar;
including,
The step of analyzing the penetration tendency of the corrosion factor,
If the corrosion factor is moisture, penetration into the reinforced concrete structure over time in the high-pressure immersion environment is based on the penetration diffusion flow equation in which moisture and concrete cause physical elastic deformation by pressure to Darcy's law. Analyze the penetration depth of moisture to
The variables of the penetration diffusion flow equation are the time at which pressure is applied to the surface of the reinforced concrete structure and the penetration depth of the moisture,
A method for predicting steel corrosion in reinforced concrete structures exposed to high-pressure immersion environments.
제 3 항에 있어서, 상기 부식 인자의 침투 경향 분석 단계는,
상기 부식 인자가 염화물이면, 프로인드리히(Freundlich) 등온 흡착식에 기초하여 수분 침투에 따른 자유 염화물 농도를 산정하고, 한계 pH와 염화물 농도 관계식에 기초하여 상기 철근의 부식에 영향을 주는 염화물 농도 값을 산정하는,
고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법.
The method of claim 3, wherein the step of analyzing the penetration tendency of the corrosion factor,
If the corrosion factor is chloride, the free chloride concentration according to water permeation is calculated based on the Freundlich isothermal adsorption equation, and the chloride concentration value affecting the corrosion of the reinforcing bar is based on the limit pH and chloride concentration relational expression to calculate,
A method for predicting steel corrosion in reinforced concrete structures exposed to high-pressure immersion environments.
삭제delete 제 3 항에 있어서, 상기 부식 인자의 침투 경향 분석 단계는,
상기 유한 요소 방정식을 뉴마크 베타법을 활용하여 직접 적분하여 시간에 따른 상기 철근 콘크리트 구조물의 내부 압력 분포를 결정하는,
고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법.
The method of claim 3, wherein the step of analyzing the penetration tendency of the corrosion factor,
Determining the internal pressure distribution of the reinforced concrete structure over time by directly integrating the finite element equation using the Newmark beta method,
A method for predicting steel corrosion in reinforced concrete structures exposed to high-pressure immersion environments.
철근 콘크리트 구조물의 모델링을 결정하고, 유한 요소 해석을 위한 격자를 형성하는, 모델링 및 격자 형성 단계;
모델링된 상기 철근 콘크리트 구조물에 철근의 부식에 영향을 미치는 부식 인자 별로 침투 방정식을 적용하여 유한 요소 방식의 수치 해석을 수행함으로서 고압의 침지 환경에서 상기 부식 인자의 콘크리트 침투로 인한 침투 경향을 분석하는, 부식 인자의 침투 경향 분석 단계; 및
분석된 상기 침투 경향을 기초로 상기 철근의 부식 정도를 유한 요소 방식의 수치 해석을 통해 파악하고, 상기 철근의 부식으로 인한 녹 생성량을 산정하는, 부식률 및 녹 생성량 산정 단계;
를 포함하고,
상기 부식률 및 녹 생성량 산정 단계는, 상기 철근의 부식률 산정 단계와 상기 철근의 녹 생성량 산정 단계를 포함하고,
상기 철근의 부식률 산정 단계는,
콘크리트의 전기 저항을 산정하는 단계;
네른스트 방정식에 기초하여 상기 철근의 평형 전극 전위를 산정하는 단계;
활성화 분극과 농도 분극에 기초하여 상기 철근의 부식으로 인해 발생하는 부식 전위와 상기 부식 전위에 따른 부식 전류 밀도를 산정하는 단계; 및
상기 부식 전위와 상기 부식 전류 밀도에 기초하여 상기 철근의 부식률을 산정하는 단계;를 포함하는,
고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법.
A modeling and lattice forming step of determining the modeling of the reinforced concrete structure and forming a lattice for finite element analysis;
By applying the penetration equation for each corrosion factor affecting the corrosion of the reinforced concrete structure to the modeled reinforced concrete structure and performing numerical analysis of the finite element method, the penetration tendency due to the penetration of the corrosion factor into concrete in a high-pressure immersion environment. Analyze, Penetration trend analysis step of corrosion factors; and
A corrosion rate and rust generation amount calculation step of figuring out the degree of corrosion of the reinforcing bar through numerical analysis of a finite element method based on the analyzed penetration tendency, and calculating the rust generation amount due to the corrosion of the reinforcing bar;
including,
The step of calculating the corrosion rate and the amount of rust production includes the step of calculating the corrosion rate of the reinforcing bar and the step of calculating the rust production amount of the reinforcing bar,
The step of calculating the corrosion rate of the reinforcing bar,
Calculating the electrical resistance of concrete;
Calculating the equilibrium electrode potential of the rebar based on the Nernst equation;
Calculating a corrosion potential generated by corrosion of the reinforcing bar and a corrosion current density according to the corrosion potential based on the activation polarization and the concentration polarization; and
Calculating the corrosion rate of the reinforcing bar based on the corrosion potential and the corrosion current density; including,
A method for predicting steel corrosion in reinforced concrete structures exposed to high-pressure immersion environments.
제 7 항에 있어서,
상기 부식 전위와 상기 부식 전류 밀도를 산정하는 단계는,
피봇(Pivot) 점을 선택하고 피봇 전위와 필수 경계 조건을 할당하는 제1 단계;
초기 전위 분포를 예측하는 제2 단계;
환원 분극에 따라 발생하는 캐소드 과전압과 전류 밀도의 관계식에 기초하여 경계에서의 매크로셀 전류를 연산하고 자유 경계 조건을 설정하는 제3 단계;
상기 자유 경계 조건으로부터 전체 전위 분포를 연산하는 제4 단계;
수렴 테스트를 통해 얻은 표준 값이 허용 한계 값보다 낮아질 때까지 상기 제1 내지 제4 단계를 반복하는 제5 단계; 및
상기 표준 값이 상기 허용 한계 값보다 낮아지면, 상기 피봇 전위를 조정하고, 상기 부식 전류와 상기 피봇 점에서의 전위 값으로부터 얻은 상기 매크로셀 전류의 차이의 절대값이 허용 값보다 낮을 때까지 상기 제1 내지 제5 단계를 반복하는 제6 단계;
를 포함하는, 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법.
According to claim 7,
Calculating the corrosion potential and the corrosion current density,
A first step of selecting a pivot point and assigning a pivot potential and essential boundary conditions;
a second step of predicting an initial potential distribution;
A third step of calculating a macrocell current at a boundary based on a relational expression between a cathode overvoltage and a current density generated according to reduction polarization and setting a free boundary condition;
a fourth step of calculating an overall potential distribution from the free boundary conditions;
a fifth step of repeating the first to fourth steps until the standard value obtained through the convergence test is lower than the tolerance limit value; and
When the standard value is lower than the allowable limit value, the pivot potential is adjusted, until the absolute value of the difference between the corrosion current and the macrocell current obtained from the potential value at the pivot point is lower than the allowable value. a sixth step of repeating steps 1 to 5;
Rebar corrosion prediction method of reinforced concrete structures exposed to a high-pressure immersion environment comprising a.
제 7 항에 있어서,
상기 철근의 녹 생성량 산정 단계는 상기 부식 전류 밀도에 기초하여 상기 철근 주변에 형성되는 녹 생성율을 산정하는,
고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법.
According to claim 7,
The step of calculating the rust generation amount of the reinforcing bar calculates the rust generation rate formed around the reinforcing bar based on the corrosion current density,
A method for predicting steel corrosion in reinforced concrete structures exposed to high-pressure immersion environments.
제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 고압의 침지 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 예측 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium recording a program for executing the method for predicting corrosion of reinforced concrete structures exposed to a high-pressure immersion environment according to any one of claims 1 to 4 and 6 to 9.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116306153B (en) * 2023-03-24 2024-02-02 同济大学 Three-dimensional point cloud-based method for calculating fatigue life of post-rust steel plate
CN116842626B (en) * 2023-09-01 2023-11-17 中南大学 Tunnel reinforcing mesh modeling method and system oriented to construction progress simulation

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006194792A (en) 2005-01-14 2006-07-27 Hiroshima Univ Method for predicting strength degradation of corrosion structure
JP2015094650A (en) 2013-11-12 2015-05-18 学校法人金沢工業大学 Method for evaluating salt content permeation amount in concrete

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3186866B2 (en) * 1992-11-20 2001-07-11 株式会社東芝 Method and apparatus for predicting deterioration / damage of structural member
KR20080003165U (en) 2007-02-03 2008-08-07 주식회사 여한테크 Prediction System of Service Lifetime due to Corrosion on Marine Structure
KR101885828B1 (en) 2016-12-27 2018-08-06 영산대학교 산학협력단 Corrosion Prediction Method Of Building Using Modeling
CN109827855B (en) 2018-08-30 2022-01-07 长沙理工大学 Method for predicting service life of reinforced concrete bridge under seasonal corrosion and fatigue coupling action
KR102187176B1 (en) 2019-01-28 2020-12-04 강원대학교산학협력단 Method For Providing Reinforced Concrete Service Life Considering Climate Change and Crack Effect And Recording Medium Thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006194792A (en) 2005-01-14 2006-07-27 Hiroshima Univ Method for predicting strength degradation of corrosion structure
JP2015094650A (en) 2013-11-12 2015-05-18 学校法人金沢工業大学 Method for evaluating salt content permeation amount in concrete

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
‘유한요소법을 이용한 3차원 염해 침투 예측 모델의 개발’, 최원 등, 한국농공학회논문집, 57(5), 2015, 43-49*
‘콘크리트 구조물의 염화물이온 침투거동 해석’, 김은겸 등, 콘크리트학회지, 9(6), 1997, 233-241*

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