KR0165720B1 - 유전양극용 알루미늄 합금 및 이를 이용한 철근콘크리트 구조물의 음극 보호방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근 콘크리트 구조물 내의 철근의 부식을 방지할 수 있는 유전양극용 알루알루미늄 합금 및 이 합금을 이용하는 철근 콘크리트 구조물의 음극 보호방법에 관한 것으로, 가장 바람직한 유전 양극용 합금으로 아연(Zn) 10∼50중량%, 인듐(In) 0.03∼0.6중량%및 지르코늄(Zr) 0.0005∼0.05중량%를 함유하는 알루미늄 합금을 들수 있으며, 두 번째로는 바람직한 본 발명 합금은 아연(Zn) 10∼50중량%, 인듐(In) 0.03∼0.6중량%및 규소(Si) 0.05∼0.3중량%를 함유하는 알루미늄 합금을 들수 있으며, 세 번째로는 바람직한 합금으로 아연(Zn) 10∼50중량%, 인듐(In) 0.03∼0.6중량%및 세슘(Ce) 0.02∼0.2중량%의 알루미늄 합금을 들수 있으며, 네 번째로 바람직한 합금으로는 아연(Zn) 10∼50중량%, 인듐(In) 0.03∼0.6중량%및 티타늄(Ti) 0.005∼0.1중량%와 붕소(B) 0.001∼0.02중량%을 함유하는 알루미늄 합금을 들수있다.

또한 본 발명은 상기 알루미늄 합금을 유전양극으로 이용하여 시멘트물질, 철근으로 구성된 콘크리트 구조물에 음극인 철근과 분리, 함입시켜 콘크리트에 내장된 음극의 철근과 유전양극 사이에 전기를 통전하여 철근의 부식을 방지하는 철근콘크리트 구조물의 음극보호를 효과적으로 수행할 수 있다.

Description

유전양극용(流電陽極用) 알루미늄 합금 및 이를 이용한 철근 콘크리트 구조물의 음극 보호방법

본 발명은 철근 콘크리트 구조물 내의 철근부식을 방지할 수 있는 유전 양극용 알루미늄 합금 및 이 합금을 이용한 철근콘크리트 구조물의 음극 보호방법에 관한 것이다.

철근 구조물속에 있는 철근은 콘크리트가 강알카리성이기 때문에 통상적으로는 부식이 되지 않는다. 그러나 철근콘크리트 구조물이 바다근처에 설치되어 있거나, 동결방지를 위하여 염화물을 콘크리트 위에 산포한 경우 염수가 침투하여 부식이 일어나게 된다.

일반적으로 콘크리트 속에 있는 철근의 음극보호는 인가전류(impressed current)에 의한 유전 방식(流電防蝕) 방법이 사용된다. 인가전류는 주기적으로 보수하여야 하며, 유전 양극(陽極)은 콘크리트 속에 있는 음극의 철근과는 완전히 분리되어 있어야 하고, 그러하지 아니하면 전류의 단락이 발생하게 된다.

종래에 철근콘크리트 구조물내의 철근을 비교적 장기간 저렴한 비용으로 안전하게 부식을 방지할 수 있는 유전 양극법으로는 아연합금의 사용이 시도되어 왔으나, 아연합금에 의한 유전 양극은 너무 높은 전위(high positive potential)를 가지게 되어 바람직하지 않다. 유전 양극의 중요한 특성은 낮은 전위(high negative potential) 를 가져야 한다는 것이다.

따라서 순수한 아연, 알루미늄∼아연합금등이 콘크리트속에 있는 음극의 철근보호를 위해 유전 양극으로 사용되어 왔다. 이들 합금은 콘크리트가 응결되는 동안 소위 패시브에이션(passivation)이라고 불리우는 현상을 나타낸다.

패시브에이션은 대기중에서 이산화탄소와 반응하여 콘크리트의 알카리 수치가 정상보다 높고, 콘크리트 표면의 pH값이 떨어질 때 일어나는 것으로 탄산염화 작용이라고 불리어진다.

한편, 패시크에이션은 양극(陽極)의 합금이 출력하는 전류가 음극인 철근을 더 이상 보호할 수 없을 정도에 이르기까지 감소되며 이들 합금은 매우 습한 지역에서만 사용할 수 있다.

본 발명 유전 양극용 알루미늄 합금은 상술한 패시브에이션 현상이 발현되지 않고 만족할만한 음극보호전류를 유지한다. 따라서 본 발명은 철근 콘크리트 구조물내에서 철근의 부식을 방지할수 있는 유전 양극용 합금 즉, 충분히 낮은 양극의 전위를 가지며 충분한 전기량을 발생하는 유전 양극용 합금을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 가장 바람직한 유전양극용 합금으로 10∼50중량%의 아연, 0.03∼0.6중량% 인듐과 0.0005∼0.05중량% 지르코늄을 함유하고 그 나머지는 불가피한 불순물을 함유하는 상업용 알루미늄으로 이루어지는 합금을 들수 있고, 두 번째로 바람직한 본 발명 합금으로는 10∼50중량%의 아연, 0.03∼0.6중량%의 인듐과 0.05∼0.3중량%의 규소를 함유하고 나머지 잔량(balance)은 불가피한 불순물을 함유하는 상업용 알루미늄으로 이루어지는 합금을 들수 있다. 세 번째로 바람직한 본 발명의 유전 양극용 합금으로 10∼50중량%의 아연, 0.03∼0.6중량%의 인듐과 0.02∼0.2중량%의 세슘을 함유하고 그 나머지 잔량(balance)은 불가피한 불순물을 함유하는 알루미늄으로 이루어지는 합금을 들수 있다. 네 번째로 바람직한 본 발명의 합금은 10∼50중량%의 아연, 0.03∼0.6중량%의 인듐, 0.005∼0.1중량%의 티타늄 및 0.001∼0.02중량%의 붕소를 함유하고 나머지 잔량(balance)은 불가피한 불순물을 함유하는 알루미늄으로 이루어지는 합금을 들 수 있다.

또한 본 발명은 시멘트 물질, 철근 및 상기 유전 양극용 알루미늄 합금으로 구성된 철근 콘크리트 구조물에 관한 것이다.

본 발명은 시멘트와 철근으로 구서오디는 철근 콘크리트 구조물을 제공한 다음 철근 콘크리트구조물내에 음극의 철근을 보호하기 위해 알루미늄, 아연과 인듐을 함유하는 합금으로 제조된 음극보호용 유전양극을 함입시켜 구성됨을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물에 관한 것이다. 또한, 합금은 지르코늄, 세슘, 규소, 티타늄, 붕소중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 시멘트물질과 철근으로 구성되는 철근콘크리트 구조물에 유전양극용 알루미늄 합금으로 된 양극을 함입시키고 콘크리트내에 내장된 음극의 철근과 연결시켜 통전으로 인한 철근 콘크리트 구조물의 음극보호방법에 관한 것이다.

유전양극은 알루미늄, 아연 및 인듐을 함유하는 합금을 포함하고, 지르코늄, 규소, 세슘, 티타늄 및 붕소중 1종 이상을 함유한다.

본 발명의 유전양그용 합금레 있어서, 아연과 인듐은 합금의 자기 용해를 억제 함으로써 발생 전기량을 증가시키는 역할을 한다.

아연의 함량이 미만이거나 함유된 인듐의 양이 0.03중량% 미만인 경우에는 상술한 작용은 효과적으로 발휘할 수 없다. 또한 아연의 함량이 50중량%를 초과하거나 합금에 함유된 인듐의 양이 0.6중량%를 초과할 경우에는 양극의 전위가 너무 높아지는(너무 높게 양극화되는) 경향이 있다.

또한 합금에 함유된 아연의 양은 10∼50중량%이고, 바람직하게는 10∼30중량%이다. 또한 합금에 함유된 인듐의 양은 0.03∼0.6중량%이며 바람직하게는 0.05∼0.5중량%이다.

첫 번째로 바람직한 본 발명에 따른 합금에 있어서, 지르코늄은 아연 및 인듐과 동일한 작용을 한다. 지르코늄의 양이 0.0005중량% 미만이면 이 합금의 자기 용해 억제작용이 충분히 이루어지지 않으며, 0.05중량%를 초과하면 합금의 결정 입게에 큰 입자가 분포되어 발생하는 전기량을 감소시킨다. 따라서 가장 바람직한 합금중의 지르코늄 함량은 0.001∼0.01중량%이다.

두 번째로 바람직한 본 발명 유전 양극용 합금에 있어서, 규소는 아연 및 인듐과 동일한 작용을 한다. 합금에 함유된 규소의 함량이 0.05중량%미만인 경우 자기용해를 억제하는 작용이 효과적으로 이루어지지 않으며, 0.3중량%를 초과하면 합금으로 제조된 양극의 전위가 너무 높아지는 (너무 높게 양극화 되는)경향이 있다.

세 번째로 바람직한 본 발명에 있어서, 세슘은 합금에 작은 구멍이 형성되는 형태로 부식되는 것을 방지함으로써 발생된 전기량을 증가시키는 역할을 한다. 합금에 함유된 세슘의 양이 0.02중량% 미만인 경우, 이 작용은 충분히 발현되지 않으며 0.2중량%를 초과하는 경우 양극의 전위가 너무 높아지는(너무 높게 양극화되는)경향이 있다. 따라서 바람직한 합금중 세슘의 함량은 0.05∼0.15중량%이다.

네 번째로 바람직한 본 발명에 따른 합금에 있어서, 티타늄과 붕소는 합금의 결정조직을 조대한 기등형태 대신 미세한 입자모양 결정을 만드므로 홈부의 부식을 방지하여 발생전기량을 증가시키는 역할을 한다. 티타늄의 함량이 0.005중량% 미만이거나 붕소의 함량이 0.001중량% 미만인 경우 이 작용은 충분히 발휘되지 않고 티타늄의 함량이 0.1중량%를 초과하거나 붕소의 함량이 0.02중량%를 초과할 경우에는 발생된 전기량이 감소된다. 따라서 바람직한 합금중 티타늄의 함량은 0.01∼0.08중량%이고, 붕소의 함량은 0.005∼0.01중량%이다.

또한 본 발명에서 콘크리트 구조물에 유전 양극용 합금을 합입시키는 방법으로는 열분사(thermal spray) 방식 뿐만 아니라 시이트 또는 스트립 형태로 적용할수고 있다.

열분사 방식은 합금을 주조하고 와이어 형태로 압출한 후 열분사 장치에 적합한 크기로 와이어를 절단한 다음 마이크분사 또는 용융분사 방식으로 콘크리트 구조물의 표면에 분사한다. 분사된 유전양극용 합금은 콘크리트와 결합되어 구조물의 일부를 형성하며 전기적인 연결은 콘크리트내에 내장된 펄근과 양극사이에서 이루어진다. 또 시이트, 판, 스트립 형상의 유전 양극용 합금의 경우 합금을 구조물에 내장하거나 기계적으로 구조물에 고정시킨 다음 그 위에 시멘트 물질로 2차 피복한다.

상술한 설명은 본 발명의 범주를 한정하는 것이 아니나 본 발명에서 전류는 양극으로부터 콘크리트 구조물중에 합입된 철근으로 충분한 양의 전기가 통전되어 철근의 전기화학적인 성극작용을 일으키고 순차적으로 습기와 염기에 의한 부식을 방지함으로써 철근의 부식 방지가 이루어진다.

또한 본 발명은 시멘트 물질, 철금 및 알루미늄, 아연과 인듐을 함유하는 합금을 포함하는 유전양극으로 구성되는 철근콘크리트 구조물에 관한 것으로 철근은 시멘트 구조물에 합입되어 보강작용을 하는 것이라면 어떠한 형태의 것도 사용 가능하며 어떠한 종류의 것도 사용 가능하다. 예를들어 철근은 창살(격자)형 철근, 판형 및 봉형의 것도 포함될수 있다. 금속은 콘크리트 철근용으로 사용되는 어떠한 금속도 가능하지만 일반적으로 철이 사용된다.

시멘트 물질이라 함은 시멘트 조성을 언급하는 것으로, 일반적으로 시멘트는 물질의 결합제로서 작용하는 물질이거나 물과 작용하여 경화되거아 고화되는 물질이다. 시멘트 물질을 한정하는 것은 아니지만 시멘트, 수경시멘트, 포오틀랜드 시멘트, 가스함유 시멘트, 콘크리트, 몰탈, 석고 등을 포함한다. 다음의 실시예는 본 발명의 다수의 예를 설명하는 것이다.

[실시예 1∼11 및 비교예 1∼10]

표 1에 기재된 21종의 알루미늄 합금을 대기에서 용해하고 주조하여 25mm, 길이 250mm의 환봉형상의 주괴를 얻었다. 이들 주괴를 시료를 하여 유전 양극으로 사용하고 성능시험을 병행하였다. [부식엔지니어링 일본 협회 발행; 유전 양극시험방법 및 이의 해설 Vol 31(1982년판612∼613쪽)] 에 따라 다음과 같이 병행하였다.

시료의 표면을 #240의 사포(sand paper)와 거칠기가 동일할 정도로 연마하고 측면 20㎠부분을 제외하고는 절연용 비닐테이프로 피복한 다음 KC1 32.0g/1, NaOH 24.5g/1, KOH 10.0g/1 및 Ca(OH)₂0.1g/1의 조성을 갖는 수용액을 콘크리트 시험액으로 하여 1리터의 비이커 내에 채웠다. 그 다음에 합금의 각각 시료를 양극으로서비이커의 중앙에 위치시키고 스테인레스 스티일재로 제조된 원통을 음극으로 하여 비이커의 측벽을 따라 배치하였다(양극과 음극의 거리는 30mm). 음극과 양극과의 사이에 직류안전화 전원을 끼워서 연결하고 양극전류밀도 0.1mA/cm²의 정전류 조건으로 하여 240시간 동안 통전한다. 발생된 전기량은 시료의 감소중량을 근걸 계산하며 얻었으며, 양극 전위는 통전 종료직전에 은∼염화은으로 제조된 전극을 참조전극으로 하여 양극전위를 측정함으로서 얻었다.

각각의 시료조성과 시험결과를 표 1에 기재하였다.

[실시예 12∼44 및 비교예 11∼40]

63종의 합금을 대기에서 용해하고 주조한 다음 유전 양극의 성능을 실시예 1과 동일한 방법으로 행하였다. 시료 각각의 조성과 시험결과를 표 2∼4에 기재하였다.

본 발명의 유전양극용 알루미늄 합금은 발생전기량이 1500A·hr/kg 이상으로 충분하고 또 양극의 전위가 -1000mV 이하의 낮은 전위를 가지므로 본 발명 유전양극용 알루미윰 합금은 철근콘크리트 구조물 내의 철근 부식 방지에 적합한 것임을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 아연(Zn), 인듐(In) 및 알루미늄으로 이루어지는 유전양극용 알루미늄 합금에 있어서, 0.0005∼0.05중량%의 지르코늄(Zr)과 0.05∼0.03중량%의 규소(Si), 0.02∼0.2중량%의 세슘(Ce), 0.0005∼0.1중량%의 티타늄(Ti) 및 0.001∼0.02중량%의 붕소(B)중에서 선택된 적어도 1종 이상의 성분을 부가적으로 함유하고 나머지 잔부가 알루미늄(Al)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전양극용 알루미늄 합금.
2. 유전양극용 알루미늄 합금, 시멘트물질 및 철근으로 구성된 철근 콘크리트 구조물에 있어서, 아연 10∼50중량 및 인듐 0.03∼0.6중량%와 지르코늄 0.0005∼0.05중량%, 규소 0.05∼0.03중량%, 세슘 0.02∼0.2중량%, 티타늄 0.005∼0.1중량% 및 붕소 0.001∼0.02중량% 중 선택된 적어도 1종 이상의 성분을 부가적으로 함유하고 나머지 잔부가 알루미늄으로 구성된 유전양극용 알루미늄 합금을 유전 양극으로 하여 철근과 전기적으로 연결시킴을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물.
3. 시멘트물질, 철근 및 음극보호용 양극(陽極)으로 구성된 철근콘크리트 구조물에 있어서, 구조물내에 청구항 1의 유전양극용 알루미늄 합금을 철근과 부리하여 함입시켜 콘크리트에 내장된 음극의 철근과 유전 양극 사이에 충분한 양의 전기를 통전케 함으로서 철근의 부식을 방지함을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 음극보호방법.
4. 제3항에 있어서, 양극은 유전양극이고, 유전 양극이 음극인 철근과 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 음극보호방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 유전 양극은 아연 및 인듐 이외에 지르코늄, 규소, 세슘, 티타늄 및 붕소중 적어도 1종 이상을 부가적으로 함유하고나머지 잔량이 알루미늄으로 구성된 합금을 사용함을 특징으로 하는 철근콘크리트 구조물의 음극보호방법.
6. 제3항에 있어서, 유전 양극용 알루미늄 합금은 10∼50중량%의 아연과 0.03∼0.06중량%의 인듐을 함유함을 특징으로 하는 철근 콘크리트 구조물의 음극보호방법.