KR100462928B1

KR100462928B1 - 프리스트레스트 콘크리트의 통전방법

Info

Publication number: KR100462928B1
Application number: KR10-2001-7002631A
Authority: KR
Inventors: 아시다마사노부; 이시바시코우이찌
Original assignee: 덴끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-11-17
Publication date: 2004-12-23
Also published as: CA2342620A1; EP1111159B1; CA2342620C; EP1111159A4; EP1111159A1; ATE307943T1; US6524465B1; DE69832103D1; WO2000014361A1; KR20010074880A; DE69832103T2

Abstract

프리스트레스트 콘크리트내부에 설치되어 있는 강재를 음극으로 하고, 상기 콘크리트의 표면부분, 및 /또는, 상기 콘크리트 내부의 일부에 양극을 설치하고, 상기 양 전극사이에 수소발생전위 이상의 전압을 인가하여 직류전류를 통전하는 방법에 있어서, 상기 콘크리트 내부에 설치되어 있는 PC 강재에 작용하고 있는 유효인장력이 PC 강재의 인장강도의 80% 이하인 콘크리트의 통전방법, 및 프리스트레스트 콘크리트 내부에 설치되어 있는 강재를 음극으로 하고, 상기 콘크리트의 표면부분, 및 /또는, 상기 콘크리트 내부의 일부에 양극을 설치하고, 상기 양 전극사이에 수소발생전위 이상의 전압을 인가하여 직류전류를 통전하는 방법에 있어서, 통전처리 중에 전압이 수소발생전위 미만으로 되는 기간을 1회 이상 두고, 그 후, 재차 수소발생전위 이상으로 되는 전압으로 통전처리를 시작하는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 통전방법이다.

Description

프리스트레스트 콘크리트의 통전방법{METHOD OF SUPPLYING ELECTRIC CURRENT TO PRESTRESSED CONCRETE}

프리스트레스트 콘크리트구조물 등을 비롯한 콘크리트구조물은, 높은 압축강도를 갖는 콘크리트와 높은 인장강도를 갖는 강재를 조합함으로써, 역학적으로 압축강도와 인장강도의 밸런스가 잡힌 구조체로 되고, 그럼으로써 여러 중요한 구조물에 널리 사용되고, 특히, 도로, 철도, 및 창고 등의 교량이나 장대(長大)구조물에 많이 사용되고 있다.

또한, 콘크리트는, 일반적으로는, 물, 불, 및 일광 등의 환경에 대한 저항성이 강하다. 또한, 콘크리트의 알칼리도가 pH 치로 11∼l3의 강알칼리성이기 때문에, 그 내부에 있는 강재는, 강재표면에 부동태피막을 형성하여 부식으로부터 보호되고, 그 때문에, 프리스트레스트 콘크리트 등의 콘크리트구조물은 내구성이 있는 영구구조물이라고 생각되어 왔다.

그러나, 이 영구구조물이라고 생각되어 온 콘크리트구조물도, 여러가지 원인에 의해 그 내구성이 저하하여, 구조물로서의 수명에 의문이 던져지게 되어 왔다.

콘크리트구조물이 열화하는 원인의 하나로서, 콘크리트의 중성화, 염해라고 불리는 현상 등을 들 수 있다.

중성화란, 시멘트의 수화(水和)반응에 의해서 생성된 수산화칼슘이 대기중의 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘으로 되는 현상으로서, 탄산화에 의해, 콘크리트의 알칼리도가 통상의 pH l1∼13보다 저하한다. 그리고, pH 가 10정도로까지 저하하면 강재의 부동태피막이 파괴되어, 강재의 부식이 시작되고, 콘크리트구조물로서의 강도밸런스가 무너져, 그 내구성이 크게 저하하게 된다.

이와 같은 콘크리트구조물의 열화는, 콘크리트내부의 강재의 발녹(發綠), 또는, 강재의 파단이라는 현상을 야기하여, 구조적으로도, 외견상으로도, 큰 과제로 되어있다.

또한, 해안부 등에 있는 콘크리트구조물로서는, 해수의 물방울이 튀어, 콘크리트표면에 부착한다. 또한, 해수중에 포함되어 있는 염분이, 콘크리트중의 공극을 통하여, 콘크리트내부에 침투하여, 강재의 위치에 도달하면, 염소이온에 의해, 강재의 부동태피막이 파괴되어, 부식이 발생한다.

또한, 콘크리트재료로서 사용되는 골재에 해사(海砂)가 이용되는 경우, 그 염분제거가 불충분하면, 콘크리트가 만들어질 때부터, 다량의 염화물을 함유함으로써, 그 결과 강재의 부동태피막 형성이 불충분하게 되어, 부식이 발생한다.

이상과 같은 원인으로, 콘크리트에 균열이 발생하거나, 강재에 부식이 발생하여, 콘크리트구조물로서의 내구성이 크게 저하한다.

이러한 열화한 콘크리트구조물의 보수방법은, 강재의 발녹에 관해서는 그 주위의 콘크리트를, 또한, 콘크리트의 균열이나 결핍부분에 관해서는 그 부분의 콘크리트를「치즐링(chiselling)」한 후, 새로운 콘크리트나 모르타르(mortar)를 충전한다, 소위, 단면수복(斷面修復)이 주체였다.

이 단면수복은, 강재의 발녹이나 콘크리트의 균열·결핍이라는 눈에 보이는 열화현상에 관해서만, 보수를 행하는 것으로, 보수시에 열화현상이 확인되지 않은 부분, 즉, 잠재적으로는 콘크리트의 열화가 진행하고 있지만, 표면적으로는 그 열화가 현재화하지 않고 있는 위험부분에 관해서는, 전혀 조치를 취할 수 없었다.

또한, 중성화나 염해에 대한 철근콘크리트구조물에 있어서의 근본원인의 제거로서, 전기화학적인 방법을 응용한 보수공법이 개시되어 있다 (일본 공개특허공보 평1-176287호, 일본 공개특허공보 평2-302384호).

이들의 하나의 방법은, 중성화한 콘크리트부분에 있는 강재와 콘크리트표면, 또는, 알칼리도가 pH 치로 ll 이상의 알칼리성 분위기중에 있는 콘크리트부분에 있는 전극과의 사이에 직류전류를 연속하여 흐르게 함으로써, 알칼리성 분위기중에 있는 알칼리성물질, 예컨대, 나트륨 또는 칼륨의 수산화물이 이동하여, 중성화에 의하여 열화한 콘크리트부분이 pH l0 이상으로 되어, 재알칼리화하는 것이다.

또한, 다른 하나의 방법은, 염분을 함유하는 콘크리트에 대하여, 콘크리트 내주에 있는 강재와 콘크리트표면에 있는 전극과의 사이에 직류전류를 연속하여 흐르게 함으로써, 콘크리트중의 염분을 콘크리트표면외로 취출하는 방법이다.

그러나, 이들의 방법에서는, 사용하는 전압이 수소발생전위보다도 높기 때문에, 콘크리트중에 존재하는 간극수(間隙水)의 전기분해가 일어나, 음극인 강재의 표면에 수소가스가 연속하여 발생한다고 하는 부작용이 존재하고 있다.

일반적으로, 고장력강이고, 또한, 콘크리트내에서 큰 힘으로 긴장되어 있는 PC 강재는, 그 금속조직중에 수소가스가 흡장(吸藏)되면 금속조직의 취화(脆化)가 일어나, 수소취화에 의한 파단현상을 야기한다. 그 결과, 프리스트레스트 콘크리트구조물로서 역학적으로 성립하지 않게 되어, 최종적으로 구조물의 파괴라는 사태가 발생한다. 실제로, 과거에는, PC 강재의 수소취성에 의한 것으로 생각되는 프리스트레스트 콘크리트구조물의 붕괴현상이 있다.

따라서, 전기화학적인 방법을 응용한 보수공법이 콘크리트구조물의 보수에 알맞지만, 프리스트레스트 콘크리트구조물로의 적용에 관해서는, 수소취화라는 부작용 때문에, 현재까지 적용에는 신중하였다.

또한, 음극에서의 수소가스의 발생을 회피하기 위해서, 프리스트레스트 콘크리트에 인가하는 전압을 수소발생전위이하, 즉, 약 1.0 V 이하로 억제하여 직류전류를 통전하는 방법도 시도되고 있지만, 이방법으로 보수하는 경우, 콘크리트의 개질을 할 수 없고, 강재의 부식을 막는 것에 지나지 않기 때문에, 프리스트레스트 콘크리트구조물에 영구적으로 통전처리를 하지 않으면 안되고, 통전장치의 유지와 내구성에 문제가 있어, 실현성에 난점이 있다.

발명의 개시

본 발명자 등은, 이러한 상황을 감안하여, 상기 과제를 해소하기 위해 여러가지 검토한 결과, 통전중에 PC 강재에 흡장되는 수소가 통전정지와 동시에 빠르게 확산하는 것을 발견하고, 결과로서, PC 강재의 파단이라는 최악의 사태를 초래하는 일없이, 전기화학적인 방법을 프리스트레스트 콘크리트구조물에도 적용할 수 있는 지견을 얻어 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명은, (1) 프리스트레스트 콘크리트내부에 설치되어 있는 강재를 음극으로 하여, 상기 콘크리트의 표면부분, 및/또는, 상기 콘크리트내부의 일부에 양극을 설치하여, 상기 양전극사이에 수소발생전위 이상의 전압을 인가하여 직류전류를 통전하는 방법에 있어서, 상기 콘크리트에 설치되어 있는 PC 강재에 작용하고 있는 유효인장력이 PC 강재의 인장강도의 80% 이하 인 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트의 통전방법, (2) (1)의 통전방법에 있어서, 프리스트레스트 콘크리트의 단면외에 긴장재를 설치하고, 상기 콘크리트 단면내에 설치되어 있는 PC 강재에 작용하고 있는 응력의 일부, 또는 전부를 상기 긴장재에 부담시킴으로써, 유효인장력을 PC 강재의 인장장력의 80% 이하로 저감하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트의 통전방법, (3) (l) 의 통전방법에 있어서, 프리스트레스트 콘크리트에 새로운 지지점을 배치함으로써, 유효인장력을 PC 강재의 인장장력의 80% 이하로 저감하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트의 통전방법, (4) 프리스트레스트 콘크리트내부에 설치되어 있는 강재를 음극으로 하고, 상기 콘크리트의 표면부분, 및 /또는, 상기 콘크리트내부의 일부에 양극을 설치하고, 상기 양전극사이에 수소발생전위 이상의 전압을 인가하여 직류전류를 통전하는 방법에 있어서, 통전처리중에 전압이 수소발생전위 미만으로 되는 기간을 1회 이상 두고, 그 후, 재차 수소발생전위 이상으로 되는 전압으로 통전처리를 시작하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트의 통전방법, (5) (4)의 통전방법에 있어서, 통전처리중에 형성하는 전압이 수소발생전위 미만으로 되는 기간이 1회에 대하여 1일 이상인 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트의 통전방법, (6) (1)∼(5)의 어느 것인가의 통전방법에 있어서, 콘크리트의 표면적 lm²당, 0.1∼l0A의 전류밀도의 직류전류를 통전하고, 또한, 통전기간이 통산으로 6개월 이하 인 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트의 통전방법이다.

본 발명에 의하면, 특히 부식이 생기고 있는 PC 강재를 갖는 프리스트레스트 콘크리트구조물에 대하여 전기화학적인 처리를 실시하는 경우, 음극부근에서 발생하는 수소가스의 영향을 받지 않고서 처리가 가능하게 된다. 또한, 전기화학적인 처리의 효과도 충분히 발휘된다. 따라서, 중성화한 프리스트레스트 콘크리트구조물이나 염소이온을 함유하는 프리스트레스트 콘크리트구조물, 또는, 알칼리골재반응을 일으킬 가능성이 있는 골재를 함유하고 있는 프리스트레스트 콘크리트구조물 등의 열화재생이나 보수에 관한 분야에서의 이용을 생각할 수 있고, 이들의 분야에서 대단히 도움이 될 것으로 생각된다. 또한, 프리스트레스트 콘크리트구조물에 여러가지의 물질을 전기화학적으로 도입하거나, 전기유도 등에 의해, 프리스트레스트 콘크리트구조물에 충전하여, 프리스트레스트 콘크리트구조물을 강화하는 것도 가능하다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

일반적으로, 경화한 콘크리트내부에는, 수산화칼슘 수용액인 간극수가 충분히 존재하고 있다. 그 때문에, 콘크리트에 전압을 걸면, 이 간극수가 전해질의 역할을 하여, 콘크리트자신이 가지는 저항과 가한 전압에 따른 전류가 흐른다. 일반적으로, 중성화 한 프리스트레스트 콘크리트구조물이나 염해를 받은 프리스트레스트 콘크리트구조물 등을 재생하는 데 필요한 직류전류를 인가하기 위해서는, 콘크리트에 거는 전압이 적어도 5 V 이상, 바람직하게는 10 V 이상 필요하다.

또한, 통전중에 음극으로 되는 PC 강재의 표면에서 생기는 물의 전기분해의 반응은, 식(1)에 나타내여진다.

2H₂O + 2e^-→ H₂+ 2OH^-식(l)

그리고, 식(l)의 수소발생전위는, 네른스트(Nernst)식에 의해, 다음식으로 추정할 수 있다.

E = E°+ (RT/nF)ln(a_o/a_R) = E°- 0.05916 ×pH = -0.316 - 0.05916 ×pH [V]

따라서, 콘크리트중의 pH치가 pH = 10.0∼13.6정도의 경우는, E = -0.908∼-1.121 V 로 되고, 수소발생전위는 절대치로 약 0.9∼l.1 V 로 된다.

따라서, 5 V 이상이라는 통전처리에 요하는 전압은 절대치에서 수소발생으로 되어, 음극부근에서의 수소가스의 발생을 면할 수 없다.

본 발명은, 이러한 절대치가 수소발생영역의 전압을 인가한 경우에, 프리스트레스트 콘크리트의 PC 강재에 대한 수소가스의 영향을 자세하게 검토하여, 조사한 결과, 프리스트레스트 콘크리트에 설치되어 있는 PC 강재에 작용하고 있는 유효 인장력이 PC 강재의 인장강도의 80% 이하이면, 수소가스에 의한 수소취화가 전혀 없고, 재생처리가 가능한 것, 또는, 약간의 수소취화가 있더라도 극히 일시적인 것으로 되어, 지극히 빠르게 회복하는 것, 및, 통전처리중에 전압이 수소발생전위 미만으로 되는 기간을 1회 이상 두고, 그 후, 재차 수소발생전위 이상으로 되는 전압으로 통전처리를 시작함으로써, PC 강재의 흡장수소량이 확산에 의해 감소하여, 안전하게 통전처리를 할 수 있는 것을 발견하여, 완성한 것이다.

PC 강재에 흡장되어, 시간과 동시에 확산하는 수소(이후, 확산성수소라고 부른다)에 의한 PC 강재의 수소취화상황를 조사하기 위해서 실시한 시험방법은, 금속제 반력(反力)테두리로써 PC 강재를 긴장한 후, PC 강재의 주변에 콘크리트를 타설(打設)하여, 이 콘크리트를 양생(養生)하고 나서, 콘크리트의 표면적당 0.1∼l0A/m²의 전류밀도로 직류전류를 통전하였다. 통전종료 후, PC 강재를 취출하여, 즉시 열분석법에 의한 흡장수소량 측정과 저 변형속도 인장시험(S1ow Strain Rate Technique= SSRT 시험)을 하였다. 이 SSRT 시험은, 수소가스의 영향이 PC 강재의 파단까지의 신장율, 특히, PC 강재의 단면수축률에 명확하게 나타나는 시험방법이다.

그 결과, ① PC 강재의 유효인장력이 인장강도의 80% 이하에서는 단면수축률로의 영향이 전혀 없거나, 또는, 그 영향이 극히 단시간의 것이어서, 빠르게 단면수축률이 회복하는 것, 즉 PC 강재가 회복하는 것, ② PC 강재에 흡장되는 확산성수소량은, 전류밀도와 통전시간과의 곱한값에 관계하고 있는 것, ③ 확산성수소가흡장되어 있음에도 불과하고, SSRT 시험으로 수소가스의 영향이 전혀 나타나지 않은 확산성수소량(이후, 한계 확산성수소량이라고 부른다)이 있는 것, ④ 통전정지후 시간의 경과와 같이, 확산성수소는 PC 강재로부터 빠르게 소실하는 것, 등이 판명되었다.

즉, 프리스트레스트 콘크리트구조물에 전기화학적인 방법을 응용한 통전처리를 행하는 경우,

1) PC 강재의 유효인장력이 인장강도의 80% 이하에서는 수소의 영향을 고려할 필요성이 없는 것,

2) 만일 수소의 영향을 고려하지 않으면 안되는 경우에도, PC 강재에 흡장되는 수소량이 한계 확산성수소량에 도달하기 전에, 통전처리에 이용하는 전압을 일시적으로 수소발생전위미만으로 하여, 이 기간중에 확산성수소를 빠르게 방출시키고, 확산성수소 소멸 후, 재차 수소발생전위 이상의 전압으로 통전처리를 개시하면, 수소가스에 의한 PC 강재로의 영향이 회피되는 것, 을 판명하였다.

즉, l) 의 경우에서는, PC 강재의 유효인장력이 인장강도의 80% 를 넘는 경우, ① 프리스트레스트 콘크리트구조물을 아웃케이블 등으로 보강한다. 즉, 프리스트레스트 콘크리트의 단면외에 긴장재를 설치하고, 상기 콘크리트 단면내에 설치되어 있는 PC 강재에 작용하고 있는 응력의 일부, 또는 전부를 상기 긴장재에 부담시킨다. 또는, ② 프리스트레스트 콘크리트구조물에 새로운 지지점 등을 배치한다. ①, ② 에 의해 응력을 완화하거나 하여, 유효인장력을 80% 이하로 저감시킴으로써통전처리가 가능해진다. 또한, 유효인장력을 80% 이하로 저감시킬 수 없는 경우이어도, 2) 의 방법에서는, 수소발생전위 이상에서의 통전기간, 수소발생전위 미만에서의 기간, 수소발생전위 이상에서의 통전기간을 반복함으로써, 통전처리가 가능하게 된다. 또한, 유효인장력이 80% 이하의 경우, 보다 장기간에 거쳐 전기화학적인 통전처리를 안전하게 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 한계 확산성수소량은「유효인장력 ÷ 인장강도」에 의해서 결정할 수 있으므로, PC 강재가 부식에 의해 단면결손하고 있는 경우에도, 이 비율을 추정하면, 한계 확산성수소량을 결정할 수 있다.

또, 수소발생전위 미만에서의 기간에 있어서, 가장 바람직한 것은, 통전처리를 정지하는 것, 즉, 전압을 제로로 하는 것이므로, 본발명의 이후의 설명에 있어서, 전압을 수소발생전위 미만으로 하는 기간을「정지」기간이라 칭한다. 따라서, 통전처리기간, 정지기간, 통전처리기간의 반복이 가장 바람직하다.

통상, PC 강재에 흡장되는 수소량이 한계 확산성수소량에 도달하기까지의 기간은, 전류밀도와 PC 강재의 부식의 정도에 의하지만, 대략 4주간∼10주간 정도이다. 따라서, 최대 10주간이내의 통전처리를 행한 후, 정지기간을 두어, PC 강재에 흡장된 수소를 방출하고, 확산성수소가 소멸한 후, 재차 수소발생전위 이상으로의 통전처리를 개시할 수 있다. 또한, 통전처리 재개 후, PC 강재에 흡장되는 수소량이 한계 확산성수소량에 도달하기 전에, 정지기간을 두어, 수소의 방출을 행하는 것이다.

또한, 정지기간까지의 통전기간은, 최대 l0주간 정도이지만, 통전기간이 짧으면 짧을수록, PC 강재로의 흡장수소량이 적고, 안전하기 때문에, 기간이 짧을수록 양호하고, 8주간 이내가 바람직하나, 보다 바람직하게는 6주간 이내이다.

또한, 본 발명에서 이용하는 용어에 대해서는, 다음과 같이 정의한다.

①「강재」는, 콘크리트구조물에 이용되고 있는 PC 강재, 철근, 철골 등의 것이고, 콘크리트 내외에 있는 것.

②「프리스트레스」는, 하중작용에 의한 인장응력을 부정하거나, 또는, 저감할 목적으로, 사전에, 또는, 사후에, 계획적으로 콘크리트에 부하하는 압축응력.

③「프리스트레스트 콘크리트」는, 긴장재에 의해서 프리스트레스가 주어져 있는 콘크리트의 것이고, 일반적으로는, PC 강재, 철근, 및 철골 등의 구조재를 포함하고 있다.

④「PC 강재」는, 프리스트레스를 부하하기 위해서 이용하는 긴장재의 고강도강재.

⑤「유효인장력」은, 콘크리트에 프리스트레스를 준 후, 콘크리트의 크립 및 건조수축, PC 강재의 이완이 종료하였을 때에, 긴장재에 작용하고 있는 인장력.

⑥「인장강도」는, PC 강재의 PC 강봉, 세경이형(細徑異形) PC 강봉의 경우는, 인장강도, PC 강선, PC 강에 의한 선, PC 경강선(硬鋼線)의 경우는, 인장하중.

통전처리기간의 도중에 정지기간을 두는 이유는, 통전에 의해 PC 강재에 흡장된 확산성수소를 정지기간 중에 빠르게 방출시켜, 소멸시키는 것이다.

따라서, 이 정지기간은, 확산성수소의 방출이 충분히 가능한 기간일 필요성이 있다. 열분석법에 의한 PC 강재의 흡장수소량의 측정결과로부터, 이 정지기간은1일 이상이면 되고, 보다 바람직하게는 3일간 이상이다. 1일 미만에서는, 확산성수소가 약간 PC 강재에 잔존하는 경우가 있으므로, 보다 신중한 검토가 필요하게 된다. 통전기간, 정지기간, 통전기간을 반복하는 경우에서도, 정지기간 1회 당 1일 이상이면 된다.

본 발명에서는, 사용하는 전류밀도는, 콘크리트로부터 염화물이온을 제거하거나, 알칼리성의 전해질용액을 콘크리트중에 침투할 수 있는 정도의 크기가 필요하고, 또한, 콘크리트자신을 대상으로 하고있기 때문에, 그 값은, 콘크리트표면적당의 전류량이 필요하게 된다. 통상은 콘크리트의 표면적당 0.lA/m²이상이고, 보다 바람직하게는, 0.5A/m²이상, 또한 더욱 바람직하게는, 0.75A/m²이상이다.

또한, 본 발명에서는, 전류를 계속하여 흐르게 하는 기간은, 통산 최대 6개월 이내로 한정된 기간이지만, 전류를 계속하는 흐르게 하는 기간이 한정되어 있다고 말 할 수 있어도, 함부로 과대한 전류밀도로 하는 것은 위험하고, 필연적으로 상한이 결정된다. 상한으로서는, 콘크리트 표면적당 10A/m²이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 7.5A/m²이하이고, 또한 더욱 바람직하게는 5.0A/m²이하이다.

본 발명에 이용하는 양극전극에 대해서 설명한다.

콘크리트의 표면부, 및 /또는, 콘크리트내부의 일부에 설치되는 전극은, 일반적으로는, 정(+)측이 되기 때문에, 전기적인 부식작용이 작용한다. 본 발명에서는, 전류를 흐르게 하는 기간이 1일부터 6개월이내로 비교적 단기간 이기때문에, 보통의 철근이나 철망 등도 사용 가능하지만, 자원의 유효와 재이용을 생각하면, 전기적인 부식에 대한 저항성이 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, ① 티타늄, 티타늄합금, 백금, 및 /또는, 그것들로 도금된 금속, ② 탄소섬유, 탄소봉 등의 탄소, ③ 체적전기저항율이 10³Ω·cm 이하의 도전성을 갖는 유기고분자 이다. 티타늄이나 백금은, 전기적인 부식에 대하여 안정적이고, 탄소나 유기고분자도 대략 안정적이다.

또한, 통상의 콘크리트의 체적전기저항율은, l0³∼10⁴Ω·cm 정도이기 때문에, 도전성을 갖는 유기고분자로서는, 그 값 이하, 즉, l0³Ω·cm 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 l0²Ω·cm 이하, 또한 더욱 바람직하게는 l0Ω·cm 이하이다.

또한, 본 발명에서는 콘크리트에 통전할 때에, 전해질용액을 이용하여도 되고, 그 용액으로서는, 리튬화합물의 수용액, 및, 리튬화합물과 다른 전해질재료로 이루어지는 수용액, 알칼리금속이나 알칼리 토류(土類)금속 등의 수산화물이나 탄산염 등의 수용액, 탄산구아니딘, 하이드록실아민, 클롤아민, 및 수산화테트라알킬암모늄 등의 아민류의 수용액이 예시되고, 또한, 이들을 혼합한 수용액이나 붕산 등의 완충제를 포함하는 수용액 등이 있다.

리튬화합물의 수용액이란, 리튬화합물중, 수용성의 것이고, 구체적으로는, 아세트산리튬, 수소화리튬알루미늄, 수소화붕소리튬, 취화(臭化)리튬, 수산화리튬, 옥화리튬, 유산리튬, 질산리튬, 수산리튬, 과염소산리튬, 인산리튬, 피루브산리튬, 황산리튬, 4붕산리튬, 아질산리튬, 탄산리튬, 염화리튬, 시트르산리튬, 플루오르화리튬, 및, 수소화리튬 등을 들 수 있다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 자세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다.

실시예 1

PC 강재의 수소취화상황을 조사하기 위해서, 금속제 반력테두리에 PC 강재를 긴장한 상태로 설치하여, PC 강재의 주변에 콘크리트를 타설하여, 경화체를 제작하였다. 이 콘크리트경화체를 충분하게 양생한 후, 직류전류를 통전하였다. 직류전류 정지 후, 콘크리트경화체로부터, PC 강재를 취출하여, 저 변형속도 인장시험(SSRT 시험)을 하였다. 이 시험에서는, PC 강재에 발생한 수소취화의 유무는, 제조시의 PC 강재의 단면수축률(RAo)과 파단후의 PC 강재의 단면수축률(RA)과의 차를 산출하여, 그 차가, 20 을 넘는 경우는「수소취화이고」, 10 을 넘어 20 이하의 경우는「수소취화는 불확정하다」, 10 이하의 경우는「수소취화 없음」이라고 한다.

한편, 파단 후의 PC 강재의 단면수축률(RA)은, 다음식에 의해 구한다.

[시험조건 1]로 실시한 시험결과를 PC 강재 C 종 l 호에 대해서는 표 1 에, B 종 1 호에 대해서는 표 2 에 각각 나타낸다.

한편, SSRT 시험은, 직류전류를 소정의 기간 연속하여 통전한 후, 통전완료 당일과 통전완료 1개월 후의 2회 실시하여, 통전정지 후의 PC 강재의 회복상황도조사하였다.

[시험조건 1]

·SSRT 시험의 인장변형속도= 1.6×10^-5/sec

·인장시험기: 시마즈 세이사쿠쇼제 UH-2000 kNA

·PC 강재: 「JIS G 3109(l994)PC 강봉」기재의 C 종 1 호(기호 SBPRl080/

1230)와 B 종 l 호(기호 SBPR 930/1080), 통칭13 mm.

인장강도 = 1230 N/mm²(C 종 1 호)

인장강도 = l080 N/mm²(B 종 1 호)

·통전처리: 콘크리트표면적당의 전류밀도= 1A/m²

·통전기간 = 1∼180일

·유효인장력: 50∼90%

·전해질용액: 포화수산화칼슘 수용액

표 1

표 2

실시예 2

실시예 1 과 같은 금속제 반력테두리를 이용하여, [시험조건 2]로, 통전처리를 한 후, SSRT 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 3 에 나타낸다.

한편, SSRT 시험은, 실시예 1 과 같이, 직류전류를 소정의 기간 연속하여 통전한 후, 통전완료 당일, 및, 통전완료 l 개월 후의 2회 실시하여, 통전완료 후의 PC 강재의 회복상황도 조사하였다.

[시험조건 2]

·SSRT 시험의 인장변형속도 = 1.6 × 10^-5/sec

·PC 강재:「JIS G 3536(1994) PC 강선 및 PC 강에 의한 선」기재의 이형 PC 강선(기호 SWPDlL),통칭 9 mm.

인장강도(인장하중)= 90.2 kN.

·통전처리: 콘크리트표면적당의 전류밀도 = 2A/m²

·통전기간 = 14∼56일

·유효인장력: 60∼85%

·전해질용액: 포화수산화칼슘 수용액

표 3

실시예 3

실시예 1 과 같은 금속제 반력테두리를 이용하여, [시험조건 3]으로, 통전처리를 한 후, 저변형속도 인장시험(SSRT 시험)을 실시하였다. 그 결과를 표 4 에 나타낸다.

한편, SSRT 시험은, 실시예 1 과 같이, 직류전류를 소정의 기간 연속하여 통전한 후, 통전완료 당일, 및, 통전완료 1개월 후의 2회 실시하여, 통전완료 후의 PC 강재의 회복상황도 조사하였다.

[시험조건 3]

·SSRT 시험의 인장변형속도 = 1.6 × 10^-5/sec

·PC 강재:「JIS G 3109(1994) PC 강봉」기재의 C 종 l 호(기호 SBPR l080/1230), 통칭13 mm. 인장강도 = 1230 N/mm².

·통전처리: 콘크리트 표면적당의 전류밀도 = 0.1∼10 A/m²

·통전기간 = 56 일

·전해질용액: 포화수산화칼슘 수용액

·유효인장력: 60∼85%

표 4

실시예 4

실시예 1 과 같은 금속제 반력테두리를 이용하여, [시험조건 4]로 실시한 시험결과를 표 5 및 표 6 에 나타낸다. 표 5 및 표 6 에 의해, 본 발명의 실시예에서는, 모두 수소취화의 영향은 인정되지 않는다.

또, SSRT 시험은, 소정의 통산기간 직류전류를 통전한 후, 통전완료 당일에 실시하였다.

[시험조건 4]

·SSRT 시험의 인장변형속도 = 1.6 × 10^-5/sec

·인장시험기: 시마즈 세이사쿠쇼제 UH-2000 kNA

·PC 강재:「JIS G 3109(l994) PC 강봉」기재의 C 종 1 호(기호 SBPRl080/1230), 통칭 11mm, 인장강도 = 1230 N/mm²

·통전처리: 콘크리트 표면적당의 전류밀도 = 0.8A/m²

·유효인장력: 인장강도의 80∼95%

·전해질용액: 포화수산화칼슘 수용액

·정지기간의 전압: 0 V

표 5

(주)통전조건의 「4주+정지2주+4주」는, 「4주간통전 후, 2주간통전정지 하고, 그 후 재차 4주간 통전하였다」라는 것을 나타낸다. 그 외의 통전조건도 동일하다.

표 6

(주) 통전조건의「4주+정지2주+4주」는, 「4주간 통전후, 2주간 통전정지하여, 그 후, 재차 4주간 통전하였다」라는 것을 나타내고, 또한「l2주」는, 「l2주간 통전하였다」라는 것을 나타낸다. 그 밖의 통전조건도 동일하다.

실시예 5

실시예 l 과 같은 금속제 반력테두리를 이용하여, [시험조건 5]로, 통전처리를 한 후, SSRT 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 7 에 나타낸다. 표 7 로부터, 본 발명의 실시예에서는, 모두 수소취화의 영향은 인정되지 않는다.

[시험조건 5]

·SSRT 시험의 인장변형속도 = l.6 × l0^-5/sec

·PC 강재: 「JIS G 3536(1994) PC 강선 및 PC 강에 의한 선」기재의 이형 PC 강선(기호 SWPDlL), 통칭 8mm. 인장하중 = 74.0 kN.

·통전처리: 콘크리트 표면적당의 전류밀도 = 0.5A/m²

·유효인장력: 80%

·전해질용액: 수산화리튬(1 mol/리터) 과 붕산(0.3 mol/리터)의 혼합용액

·정지기간의 전압: 절대치로 0.1 V

표 7

(주) 통전조건의「4주+정지1주+4주」는, 「4주간 통전후, l주간 통전정지하여, 그 후, 재차 4주간 통전하였다」라는 것을 나타내고, 또한「18주」는,「18주간 통전하였다」라는 것을 나타낸다. 그 밖의 통전조건도 동일하다.

실시예 6

수소취화상황과 탈염율을 조사하기 위해서, 실시예 1 과 같은 금속제 반력테두리에 PC 강재를 긴장한 상태로 설치하고, PC 강재의 주변에 염분을 포함하는 콘크리트를 타설하여, 경화체를 제작하였다. 이 콘크리트경화체를 충분하게 양생한 후, [시험조건 6]에 따라서, 직류전류를 통전하였다. 통전완료 후, PC 강재를 취출, SSRT 시험을 함과 동시에, PC 강재 근방에 위치하는 콘크리트중의 염분을 측정하여, 탈염율을 구하였다. 그 결과를 표 8 에 나타낸다. 표 8 로부터, 본 발명의 실시예는, 모두 수소취화의 영향은 인정되지 않고, 또한, 콘크리트중의 염분을 저감한다고 하는 전기화학적수법의 목적은 달성하고 있다.

[시험조건 6]

· SSRT 시험의 인장변형속도 = 1.6 × l0^-5/sec

·PC 강재: 「JIS G 3109(1994) PC 강봉」기재의 C 종 1 호(기호 SBPR l080/1230), 통칭13mm. 인장강도 = 1230 N/mm².

·통전처리: 콘크리트 표면적당의 전류밀도 = 0.1∼l0A/m²

·유효인장력: 80%

·정지기간의 전압: 0 V

표 8

(주) 통전조건의「6주+정지l주+6주」은, 「6주간 통전후, 1주간 통전정지하여, 그 후, 재차 6주간 통전하였다」라는 것을 나타내고, 그 밖의 통전조건도 동일하다.

실시예 7

프리스트레스트 콘크리트제의 콘크리트상판(폭1m × 길이3m)의 상면에 전기화학적인 처리를 실시하였다. 이 콘크리트상판은 탄산 가스처리에 의해, 미리 콘크리트표면부분을 중성화(중성화깊이 l0∼l5mm)하였다. 이 콘크리트상판을 부분적으로는 치즐링하여, 콘크리트내부의 PC 강재를 음극전극으로 하고, 또한, 콘크리트의 표면에 지름 4mm로 간격 10cm 의 와이어메슈를 고정한 후, 셀룰로스펄프에 탄산나트륨수용액(농도 1 mol/리터)을 함유한 것을 내뿜어, 양극전극으로 하였다.

이것에, 콘크리트의 표면적에 대하여 전류밀도 1.5A/m²의 직류전류를 5일간 통전하고, 3일간의 정지기간으로 하여, 재차 5일간 통전하였다. 통전기간은 통산으로 10일간이고, 이 기간중에 셀룰로스펄프에는 충분하게 탄산나트륨수용액을 공급하고, 이 수용액을 콘크리트 내부에 전기적으로 침투시켰다.

통전 완료후, 콘크리트 표면의 와이어메슈와 셀룰로스펄프를 제거하여, 콘크리트의 중성화깊이를 측정하였다. 그 결과, 콘크리트의 깊이 전체에 거쳐, 페놀프탈레인으로 빨갛게 변색한 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 중성하고 있던 부분의 pH치가 높게 되어, 콘크리트의 재알칼리화를 확인할 수 있었다.

또한, 그 후의 재하(載荷)시험에 의해, 콘크리트상판은 충분한 굽힘성능을 보유하고 있는 것이 확인되고, PC 강재로의 수소취화는 전혀 관찰되지 않았다.

실시예 8

높이 25cm, 폭 12.5cm, 길이 3m 의 프리스트레스트 콘크리트제의 대들보(梁)를 이용하여, 시험하였다. 이 대들보의 콘크리트에는, 혼련시에 8kg/m³의 염분을 혼입하였다.

이 콘크리트 대들보의 일부를은 치즐링하고, 콘크리트내부의 PC 강재를 음극전극으로 하여, 콘크리트의 표면에 티타늄메슈를 고정하여, 양극전극으로 하였다. 그 후, 콘크리트 대들보를 포화수산화칼슘의 수용액에 침지하였다.

다음으로, 콘크리트표면적에 대하여 전류밀도 1.0A/m²의 직류전류를 4주간 통전하고, 2주간의 정지기간으로 하여, 재차 4주간 통전하였다. 통전기간은 통산 8주간으로 하였다.

통전처리 완료후, 콘크리트 대들보의 재하시험를 한 바, 충분한 굽힘성능을 갖고 있는 것이 확인되고, PC 강재로의 수소취화는 전혀 없는 것이 판명되었다. 또한, 콘크리트중에 포함되어 있는 염분양을 분석한 결과, 염분양이 최초의 1/4이하로 감소하여, 탈염효과도 충분한 것을 확인할 수 있었다.

본발명은, 특히, 철근이나 PC 강재를 보강재로 하는 프리스트레스트 콘크리트구조물의 콘크리트의 통전방법, 그중에서도, 콘크리트의 알칼리도의 저하에 의해 중성화한 콘크리트구조물, 염소이온을 함유하는 콘크리트구조물, 및 콘크리트에 알칼리골재반응을 일으킬 가능성이 있는 골재를 함유하고 있는 콘크리트구조물 등을 재생하기 위한 통전방법에 관한 것이다.

Claims

프리스트레스트 콘크리트내부에 설치되어 있는 강재를 음극으로 하고, 상기 콘크리트의 표면부분, 및/또는, 상기 콘크리트내부의 일부에 양극을 설치하여, 상기 양전극사이에 수소발생전위 이상의 전압을 인가하여 직류전류를 통전하는 방법에 있어서, 상기 콘크리트에 설치되어 있는 PC 강재에 작용하고 있는 유효인장력이 PC 강재의 인장강도의 80% 이하 인 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트의 통전방법.
제 1 항에 있어서, 프리스트레스트 콘크리트의 단면외에 긴장재를 설치하고, 상기 콘크리트 단면내에 설치되어 있는 PC 강재에 작용하고 있는 응력의 일부, 또는 전부를 상기 긴장재에 부담시킴으로써, 유효인장력을 PC 강재의 인장장력의 80% 이하로 저감하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트의 통전방법.
제 1 항에 있어서, 프리스트레스트 콘크리트에 새로운 지지점을 배치함으로써, 유효인장력을 PC 강재의 인장장력의 80% 이하로 저감하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트의 통전방법.
제 1 항에 있어서, 통전처리중에 전압이 수소발생전위 미만으로 되는 기간을 1회 이상 두고, 그 후, 재차 수소발생전위 이상으로 되는 전압으로 통전처리를 시작하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트의 통전방법.
제 4 항에 있어서, 통전처리중에 형성하는 전압이 수소발생전위 미만으로 되는 기간이 1회에 대하여 1일 이상인 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트의 통전방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 콘크리트의 표면적 lm²당, 0.1∼l0A의 전류밀도의 직류전류를 통전하고, 또한, 통전기간이 통산으로 6개월 이하 인 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트의 통전방법.