KR100625953B1

KR100625953B1 - 주입용 부식 억제제를 갖춘 보강 콘크리트의 음극 보호방법

Info

Publication number: KR100625953B1
Application number: KR1020037005460A
Authority: KR
Inventors: 야 리우블린스키 에핌
Original assignee: 씨오알/에스씨아이 엘엘씨
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2006-09-20
Also published as: CA2428016C; SK5702003A3; EA200300489A1; US6387244B1; CN1483092A; IL155558A0; MY127101A; EA004161B1; WO2002033147A8; EP1337689B1; CZ20031375A3; JO2220B1; KR20040016446A; CN1243850C; EP1337689A1; AU2002214600A1; EP1337689A4; ATE424470T1; DE60137866D1; CA2428016A1

Abstract

구조물용 억제제(8)의 수용액이 공급된 철근 구조물(1)은 외부 음극 전류가 인가될 때 악화가 추가적으로 방지된다. 바람직하게는 구조물(1)은 억제 용액(8)에서 연속적으로 침지된다. 전류 흐름이 제 1 외부 전류의 초기 레벨의 적어도 1/2 레벨에서 상대적으로 일정하게 될 때까지 제 1외부 전류의 흐름을 유지한다. 선택된 전압을 유지하는 동안 전류 흐름의 측정에 의해 이온의 농도가 감지된다. 억제 용액(8)은 콘크리트로 그리고 철근을 향하여 구동되도록 전기삼투압 전류와 관련하여 사용될 수 있다. 이는 음극 외부 전류를 인가하기 전에 수행되거나 2차 전극(6, 7)을 제공함으로써 동시에 수행된다. 전류 밀도에 의해 측정된 전류 사용이 비경제적인 것으로 간주될 때 동력 스테이션에서 프로그램 제어기 수단은 하나의 전달 모드로부터 다른 모드로 스위칭한다.

Description

주입용 부식 억제제를 갖춘 보강 콘크리트의 음극 보호방법{CATHODIC PROTECTION OF REINFORCED CONCRETE WITH IMPREGNATED CORROSION INHIBITOR}

본 출원은 2000년 10월 18일자로 출원된 가출원 번호 60/241,225호를 우선권으로 주장한다.

콘크리트 구조물 내부에 있는 철근의 부식을 방지하는 간헐적이거나 연속적인 방법을 설명한다. 이러한 방법을 실행하는데 필요한 장비는 건설할 때 그 안에 포함되거나 기존 구조물에 대해 개장될 수 있다. 음극 보호 시스템(Cathodic protection system)은 본 기술분야에서 일반적으로 사용되며, 주입용 부식 억제제가 대기 노출에 의한 부식 손상을 늦추는데 효과적인 것으로 알려져 있으나 이들 두 기술의 조합에 의한 유용한 효과는 알려져 있지 않다.

본 발명은 종래의 보강 콘크리트 구조물에 있어서 "리바아(rebars)"로서 공지되어 있는 보강 콘크리트 부재의 음극 보호장치에 부식 억제제를 결합시키기 위한 시스템에 관한 것이다. 그러한 리바아는 혼합된 1% 미만의 탄소, 그리고 2% 미만의 합금 원소를 함유하는 연강["블랙 스틸(black steel)으로도 불림]으로 제조된다. 특히, 본 발명은 보강용 및/또는 예비 압축용 콘크리트 구조물, 즉 다리, 발전소를 포함한 빌딩, 도크와 같은 해양 구조물, 및 아직 건설되지 않은 도로에 새로이 매설되는 리바아에 즉각적으로 사용될 수 있는 음극 보호장치에 바람직한 부식 억제제를 제공하는 여러 방법, 및 대기 오염물과 콘크리드의 반응으로 형성된 염분을 함유하는 양생중인 보강 콘크리트에 사용될 수 있는 시스템에 관해 설명하고 있다.

황 산화물, 질소 산화물, 황화 수소, 염화물 및 탄화물, 그리고 염화나트륨과 염화 칼륨과 같은 도로 관리용 염분들에 의해 오염된 철근 콘크리트의 부식을 제어하기 위한 시스템이 제공되는데, 이들 물질들은 모두 콘크리트 구조물에 스며들어 철근 리바아를 침식하게 된다. 본 발명은 전기 구동력을 이용하여 콘크리트 구조물의 표면에 반응 억제제를 주입하고, 그 후에 희생 양극 또는 외부 전류에 의한 구조물의 음극 보호 방법에 관한 것이다. 훨씬 더 양호한 보호를 위해, 심각하게 오염된 구조물은 콘크리트 내부의 유해 양이온을 제거하는 전기삼투압 처리에 의해 세척되었다. 전기삼투압 처리에 이은 부식 억제제의 주입과 필요시 외부 음극 전류의 공급에 의해 현저하게 가늘어진 철근을 에워싸고 있는 환경의 부식도 측면에서 이들 공정을 일괄 처리하는 것이 분리해서 처리하는 것 보다 더욱 경제적이다는 것을 알아냈다.

사용되는 억제제는 콘크리트 내부의 부식을 억제하는데 효과적인 것으로 알려진 화합물 중의 어느 하나일 수 있다. 그러한 화합물은 화학 기술 백과사전(미국 뉴욕 소재의 존 윌리 앤드 손스, 인코포레이티드사에서 커크-오쓰머가 편집한 5판, 1993)의 "시멘트"편, 제 5권 564 내지 598페이지; 콘크리트 실용서인 에이씨아이 매뉴얼(1995), 제 1부(미국 미시간 48219 디트로이트 소재의 어메리칸 콘크리트 인스티튜트); 폴리머 사이언스 앤드 테크놀로지 백과사전 제 10권 597 내지 615 페이지(미국 뉴욕 소재의 존 윌리 앤드 손스, 1969); 그리고 기타 다른 문헌에 기술되어 있다. 통용되는 것은 최소량의 소디움 아질산염을 함유할 수 있는 칼슘 아질산염과 같은 무기질 아질산염; 선택적으로 트리에탄올아민 또는 소디움 벤조에이트를 함유하는 칼슘 포름산염 및 소디움 아질산염; 무기질 아질산염 및 인산 에스테르 및/또는 붕산 에스테르; 유상(oil phaes)이 불포화 지방산 에스테르, 에톡시레이트 노닐 페놀 및 일, 이 또는 삼수소화 알콜을 함유한 지방성 카르복실산 에스테르를 함유하며, 수상(water phase)이 불포화 지방산, 양성 화합물, 글리콜 및 알칼리 금속염을 함유하는 오일-인-워터 에멀젼(oil-in-water emulsion); 제 1 아민 관능기(primary amine functionality)를 갖는 올리고머 폴리아미드이고 폴리아킬렌폴리아민과 숏-체인 알칸디오익산의 반응 생성물 또는 이들의 반응 유도물인 아미도아민 등등이다. 가장 바람직한 반응 억제제는 수성 용액에서 이온화될 수 있어야 하나, 이온화될 수 없는 유기질 화합물도 반응 억제제를 콘크리트 내부로 운반하게 될 전해액과 조합되어 사용될 수 있다.

조건이 상이한 공정을 조합함에 있어서 그 효과를 비교하기 위한 기준을 제시하기 위해, 부식에 저항하는 공정 효율이 공통 변수로서 사용된다. 이러한 "효율"은 어떤 종류의 보호 장치가 없을 때 0이 되며, 이는 비보호에 따라 손실될 금속의 양으로 나눈 보호로 인해 손실되지 않은 금속의 양, 또는 (비보호에 따른 부식율)로 나눈 [(비보호에 따른 부식율) - (보호에 따른 부식율)]로 정의된다.

다음은 본 명세서에 사용된 용어에 대한 정의이다.

"E_c"은 리바아의 부식 전위를 의미한다. E_c는 콘크리트 샘플의 주위면과 접촉하게 놓인 기준 전극으로 측정된다. 이는 표준 수소 전극에 대해 음(negative)으로 표현된다.

"E_p"는 음극 보호용 유효 외부 전류가 공급될 전위를 의미한다.

"CD"는 전류 밀도 = 전류를 콘크리트와 접촉하는 리바아의 표면적으로 나눈 값이다.

"CP"는 상이할 때 별도로 확인되는 음극 보호용 외부 전류이다.

"EP-1" 및 "EP-2"는 전기삼투압 처리를 위해 별도의 회로 내에 제공되는 직류 전류이며, EP-1은 콘크리트로부터 오염 양이온을 제거하고 EP-2는 억제 음이온을 보강 부재로 공급한다.

"EL"은 샘플이 침지되는 전해액, 즉 특정 전해액을 의미하며, 전해액이 사용된 일련번호가 각각의 샘플에 기재된다. EL-1은 침식성 염류 용액을 의미하며 EL-2는 공지의 부식 억제제 용액을 의미한다.

제 1 음극 외부 전류(CP-1)가 철근 콘크리트의 외면에 인접되게 배열된 제 1 양극과 철근 콘크리트 구조물의 철근 사이에 인가될 때 열화를 방지하는 것을 알아냈으며, 이때 전위는 측정된 부식 전위(E_C) 보다 수치적으로 50 내지 약 350 ㎷ 높은 범위이고, 철근은 제 1 음극으로서의 역할을 하고, 철근 콘크리트 구조물에 부식 억제제 용액이 실질적으로 스며들게 하고, 바람직하게는 구조물이 부식 억제제에 연속적으로 침지되어 있으며, 제 1 외부 전류의 흐름은 최초 제 1 외부 전류의 레벨에 적어도 1/2 레벨로 상대적으로 일정해질 때까지 유지된다. 리바아의 부식 전위를 나타내는데 기준 전극이 사용된다. 이온의 농도는 선택된 전압이 유지되는 동안에 전류 흐름을 측정함으로써 감지된다.

콘크리트 구조물의 열화(deterioration)를 방지하는 우수한 방법이 제 2 음극과 제 2 양극에도 제공되며, 이들 두 개의 전극은 인접해 있지만 콘크리트 구조물에 대해 외측에 놓임으로써 직류의 제 1 전기삼투압 전류 및 외부 음극 전류가 동시에 인가될 수 있게 하며, 직류의 제 1 전기삼투압 전류가 인간에게 무해하게 선택된 전압으로 제 2 전극들 사이에서 부식 억제제의 양이온과 음이온을 콘크리트 내측으로 이동시키기에 충분한 레벨로 인가될 수 있게 하며, 제 1 삼투압 전류의 흐름이 적어도 1/2 정도로 감소될 때 직류 외부 음극 전류가 인가될 수 있게 한다. 바람직하게, 제 1 삼투압 전류가 (적어도 1/2 정도로 감소될 때)턴 오프되면 직류의 외부 음극 전류가 인가된다.

심각하게 오염된 구조물을 위해, 직류의 제 1 전기삼투압 전류를 인가하기 이전에, 제 2 전극들 사이에 직류의 제 2 전기삼투압 전류가 인간에게 무해하게 제 3 전압으로 콘크리트 내의 오염 음이온를 제거하기에 충분한 레벨로 인가되며, 제 2 전기삼투압 전류는 삼투압 전류의 흐름이 적어도 1/2 정도로 감소될 때까지 필연적으로 일정한 전압으로 유지된다.

그러므로, 본 발명의 일반적인 목적은 부식 억제제를 주입하기 위한 주입 시스템과 조합되어 연속적으로 또는 불연속적으로 사용될 수 있는 음극 보호 시스템 을 제공하는 것이며, 훨씬 더 양호한 부식 방지를 위해 전술한 시스템은 전기삼투압 처리에 의해 보호되거나 경제적인 이유라면 제 2 전극 세트만으로 불연속적으로 사용될 수 있다.

외부 전류가 인가될 때, 전류 밀도가 경제적인 측면에서 너무 높은 가에 대한 결정은 제어 시스템의 제 2 전극들 사이의 전기 접속을 가능하게 한다. 측정된 전류 밀도에 대응하는 억제제의 농도가 충분히 낮음을 감지수단이 감지하면, 보조 양극이 단락된다. 음극 보호를 위해 희생 양극이 사용되면, 리바아를 갖춘 갈바닉 회로(galvanic circuit)가 복구된다. 바람직하다면, 양극과 리바아를 갖춘 갈바닉 회로가 콘크리트에 억제제가 주입되는 동안 희생적 또는 불활성으로 유지될 수 있다.

콘크리트 구조물이 심각하게 오염되면 억제제를 주입하기 이전에 전기삼투압 처리가 시작된다. 전기삼투압용 회로는 염분의 농도가 외부 음극 전류가 공급되어, 전류 밀도가 100 ㎃/㎡ 보다 높게 상승될 때까지 리바아의 부식 전위 보다 낮은 일정한 레벨, 통상적으로 약 150 내지 300 ㎷ 낮은 범위로 유지되는 충분히 낮은 레벨로 떨어졌음을 감지할 때 턴 오프된다. 그 후 외부 전류는 턴 오프된다. 시스템의 제어는 전원과 연결된 프로그램식 제어수단에 의해 수행된다.

본 발명의 전술한 목적과 장점 및 추가의 목적과 장점들은 동일한 구성요소에 동일한 도면부호가 병기된 본 발명의 양호한 실시예들에 대해 도시한 첨부도면을 참조하여 설명하는 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 명확하게 이해될 것이다.

도 1a는 콘크리트 구조물의 가깝지만 외측에 있는 지면에 매설된 불활성 양극과 외부 전원을 갖춘 음극 보호 시스템과 조합된 억제제 주입 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 1b는 콘크리트 구조물의 가깝지만 외측에 있는 지면에 매설된 희생 양극을 갖춘 희생 양극의 음극 보호 시스템과 조합된 억제제 주입 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 2는 테스트될 콘크리트 샘플을 내부에 갖는 본 발명의 장치를 도시하는 도면이다.

알루미늄 또는 알루미늄-농후 합금 로드, 또는 마그네슘 및 마그네슘-농후 합금 로드, 아연 및 아연-농후 합금들이 철근 리바아와의 갈바닉 연결내의 구조내에 인접하게 매설되거나 그 내부에 배치된 희생 양극으로서 사용되었으며; 아연-피복 리바아가 사용되었으며; 다른 경우에는 요구되는 양극의 질량은 시간 경과에 따라 용액내로 들어가는 금속의 양이며, 이러한 금속의 양은 갈바닉 회로를 통해 흐르는 전기의 양이고 시간은 금속이 소모되는 시간이다(패러데이의 법칙). 연장 시간 동안에 보호가 요구되고 일단 부식이 시작되면 양극의 소비율은 통상적으로 매우 높기 때문에, 예를 들어 100 년과 같은 장기간 동안 희생 양극의 요구되는 질량이 크다. 게다가, 연속적인 보호를 위한 양극의 주기적 교체는 최선이라도 불편할 뿐만 아니라 종종 불가능하기도 하다. 따라서, 부식성 금속에 외부 음극 전류를 제공하기 위하여 외부 전력 공급을 사용하는 것을 선호하여 이러한 희생 양극을 사용하는 것이 대부분 중단되었다. 외부 전류를 제어함으로써, 구조물의 수명이 그 구조물의 철근 강화재의 부식에 의해 제한받지 않게 된다.

음극 보호 시스템에서, 외부 전류는 양극을 통해 전해액내로 유동하고 이어서 구조물내의 리바아로 유동하게 된다. 통상적으로 실시되고 있는 바와 같이 철근 리바아를 음극으로서 보호하는 것은 고가이고, 만족할 만큼 낮은 부식 정도를 얻기위해서는 부식성 이온이 고갈된 환경에서 리바아에 대한 동일한 부식 보호를 얻기 위해 필요한 전류 보다 상당히 높은, 그러나 외부 전류 음극 보호에 필요한 전류가 너무 높지는 않을 정도로 필요로 하며, 즉 약 100mA/m² 보다 높은 전류 밀도를 필요로 한다.

도 1a 에는 리바아(2)의 그리드로 보강된 강화 콘크리트 컬럼(1)이 개략적으로 도시되어 있으며, 억제제 용액이 흘러나와 컬럼으로 스며들도록 상기 컬럼의 둘레에는 억제제 용액의 저장용기(8)가 장착된다. 그 대신에, 상기 컬럼은 스위아트(Swiat)에게 허여된 미국 특허 제 5,141,607 호에 기재된 바와 같이 자켓으로 둘러싸여질 수도 있다. 제 2 양극(7)은 억제제 용액의 저장용기 내에 위치되고, 제 2 음극(6)은 컬럼에 인접하게 위치되며, 상기 컬럼은 제 2 전극들 사이에 위치되어 컬럼(1)을 통해 전기삼투압적 전류가 유동할 수 있게 한다. 통상적인 외부 전류 회로는 제 1 비활성 전극(10) 및, 통상적으로 정류기인 전력 공급부(5)에 연결되어 직류를 공급하는 제 1 음극(2)(리바아)을 포함한다. 사용시에, 제 2 전극들도 전력 공급부(5)에 의해 전력을 공급받는다. 기준 전극(4)은 리바아에서의 부식 전위의 값을 제공한다. 전력 공급원과 관련된 프로그램 가능한 제어 수단은 전류 사용의 변화를 모니터링하고 그 전류 사용 변화에 응답하며, 상기 전류 사용은 전류 밀도로서 측정되고 전류 흐름의 측정치로서 표시된다. 측정치는 리바아에서의 부식 전위(E_c), 콘크리트의 pH 및, 컬럼내의 여러 지점들에서의 농도에 관한 데이터를 제공한다.

전류가 제 2 전극(6, 7)을 통해 유동할 때, 부식 억제제의 양이온 또는 음이온이 콘크리트내로 가압된다. 통상적으로, 제 2 음극(6)은 컬럼과 접촉상태로 위치되고 용액으로 적셔지며, 용액으로부터의 양이온은 컬럼을 통해 제 2 음극(6)을 향해 이동한다. 억제제의 농도가 미리 정해진 레벨에 도달하면, 보조 양극이 단락된다. 억제제의 농도는 외부 전류의 비교적 낮은 전류 밀도가 매우 효과적이 될 수 있을 정도로 충분히 높다. 따라서, 리바아가 통상적인 방식으로 음극 연결된 상태에서 인가 전류가 턴 온되며, 전류 밀도가 미리 정해진 레벨, 통상적으로 200mA/m², 바람직하게는 100mA/m² 을 초과할 때까지 유지된다.

다른 실시예에서, 부식 억제제는 외부 음극 전류와 본질적으로 동시에 침지된다.

제 2 전극들은 다음과 같은 이중 기능을 제공한다. 즉 - 그 전극들은 전기삼투압적 분극을 위해 외부 인가된 전류를 외부 음극과 외부 양극 사이에 사용함으로써 강화 콘크리트의 벌크(bulk)로부터 Cl^-, CO₃ ⁼, SO₄ ⁼ 및 아황산염과 같은 부식성 종(species)을 제거하는데 사용될 수 있고; 또는 그 전극들은 콘크리트내로 억제제 이온을 침지하는데 사용될 수도 있다. 억제제는 확산에 의해서만 콘크리트로 공급될 것이다.

도 1b 를 참조하면, 음극 보호 시스템은 희생 양극(3)을 사용하고, 그리고 종전과 같이, 리바아(2) 그리드에 의해 강화된 콘크리트 컬럼(1)은 강화 콘크리트를 위한 억제제 용액의 저장용기(8)를 구비하며; 종전과 같이 제 2 전극(6, 7)은 제어 시스템(9)에 전기적으로 연결되고, 기준 전극(4)은 E_c 측정치를 제공한다. 제어 시스템은 전류 밀도의 변화에 응답한다.

실험 과정

입방 미터당 300Kg의 포트랜드(Portland) 시멘트를 이용하여, 지름이 10cm 이고 높이가 15cm 인 강화 콘크리트 실린더의 번호가 부여된 샘플들을 준비한다. 각 실린더의 중심에는 지름이 1.0cm 이고 길이가 15cm 인 녹이 없는 청정한 탄소 강 로드가 길이방향을 따라 축방향으로 매설된다. 각 샘플내의 리바아를 샘플내에 매설하기 전에 중량을 기록하였다. 실험 후, 각 샘플을 파괴하여 리바아를 회수하고, 세정하고 다시 하중을 측정하였다. 중심 로드에 인접하게 각 샘플내에는 시간의 함수로서 pH를 모니터링하기 위한 pH 전극 역시 매설된다. 각 실험 후, 제 2 음극으로서의 전기적 접속부를 제공하는 각 리바아의 상단을 콘크리트의 상단과 동일한 높이로 절단하여 콘크리트에 의해 덮여진 이점이 없이 조절된 챔버내의 부식성 원소들에 직접 노출된 상단 부분의 마모로 인한 오류를 최소화한다.

일반적으로 수십년간 발생될 것으로 예상되는 대기 손상을 가속하기 위해, 모든 샘플들은 침식성(aggressive) 합성 분위기를 가지는 조절된 챔버내에서 30일간 미리-조절된다. 테스트된 모든 샘플들은 조절 챔버내에서 먼저 조절된다. 조절 챔버내의 대기는 다음과 같은 조성을 갖는다. 즉:

염소, Cl^- : 1.5 g/m² x h(실린더의 표면에서 측정)

이산화황 SO₂ : 30 mg/m³

상대 습도, RH : 100%

챔버 온도 : 55℃

조절 챔버내에서의 시효처리(aging) 효과는 각 샘플에 대해 시간의 함수로서 pH 를 측정함으로써 평가되며, 상기 pH 는 이하의 표 1 에 기재된 범위내의 각각의 시간 동안 샘플마다 주어진 범위내에서 변화된다는 것을 발견하였다.

표 1

그 후에, 샘플들을 용액내에 침지함으로써, 특정 보호 상태에서 매우 침식적인 그러나, 실질적으로 pH 중성인 염류 용액 EL-1의 부식 효과를 측정하기 위해 샘플들을 테스트 하였다. EL-1은 이하의 염들을 증류수에 용해시킴으로써 준비되었고; EL-1에서의 염들의 g/L 단위의 농도는 NaCl, 25; MgCl₂, 2.5; CaCl₂, 1.5; Na₂SO₄, 3.4; 및 CaCO₃, 0.1 이다.

도 2 를 참조하면, 전해액 EL-1으로 채워진 비-전도성 플라스틱 용기(10)가 도시되어 있으며, 상기 용기내에는 조절된 강화 콘크리트 샘플(12)이 리바아(11)의 상단이 샘플의 상부 표면으로부터 돌출한 상태로 중심에 배치되어 있다. 리바아(11)는 음극(이하에서는 "두번째" 음극으로 칭한다)으로서 작용하고 파워 스테이션(13)내의 음극 단자(N)에 연결된다. 양극(14)은 콘크리트 표면으로부터 이격되어 현수되며 파워 스테이션(13)내의 양의 단자(P)에 연결되어 리바아(11)와 함께 회로를 완성한다. 하나의 양극만을 도시하였지만, 다수의 양극들이 사용될 것이다. 양극(14')은 EL-1내에 현수되고 파워 스테이션(13)내의 별도의 양극 단자(P')에 연결된다. 다른 음극(15)("첫번째"라 칭한다)은 전해액 내에 현수되고, 샘플의 표면으로부터 이격되며, 파워 스테이션(13)내의 음의 단자(N')에 연결된다.

각각의 단자 쌍은 회로들에 전류를 제공하며, 상기 회로들은 상이한 목적을 위한 것으로서, 외부 전류 CP로 음극 보호를 위한 것과, (ⅰ) "제 1 직류" EP-1으로 콘크리트로부터 부식성 음이온을 제거하고 (ⅱ) "제 2 직류" EP-2로 콘크리트내로 반응억제 양이온을 주입하는 이중의 목적을 위해 전기삼투압적 처리를 위한 것이다.

기준 전극(16)은 E_c를 측정하기 위해 샘플의 원주 표면과 접촉하여 위치된다. 3일후에, E_c는 의미있는 값으로 측정하기 곤란하였으나 10일 후 그 값은 약 360mV 로 측정되었으며 리바아가 어느 샘플에 매설되었는지에 관계없이 실질적으로 일정하게 유지된다.

실험의 첫번째 시리즈에서, 통계학적으로 의미가 있는 개수의 샘플에 대한 전해액 EL-1 의 부식 효과가 용기(10)내에서의 180일의 마지막에 측정되었다. 각 샘플이 담겨진 염분 전해액 EL-1 에 의한 부식에 대한 보호가 없었으며; E_c는 매일 측정되었다. 특정된 180일의 기간의 말기에 샘플을 제거하고, 리바아를 분리하기에 충분할 정도로 샘플을 파괴하며, 그 후에 리바아를 세척하여 모든 부착된 콘크리트 및 부식을 제거함으로써 부식 효과가 측정된다. 그 후에, 세정된 리바아의 중량을 측정하고 중량 손실을 계산한다. 세정된 리바아의 둘레 면적을 알고 지름이 1.5cm인 바닥 표면의 원형 면적을 더함으로써, cm² 당 중량 손실이 계산된다. 그 후에, 철근의 밀도를 7.9g/cc 로 취하고, 부식이 일어난 시간을 알기 때문에, 부식율을 계산할 수 있고 그 부식율을 금속 손실 두께 즉, ㎛/년(㎛/year)으로서 변환할 수 있다.

그 결과를 이하의 표 2 에 기재하였다.

표 2 ―보호 처리되지 않은 경우의 부식율

기대할 수 있었던 바와 같이, 부식율은 약 190㎛/년 의 실질적으로 일정한 평균에 도달한 것으로 보여진다.

실험의 두번째 시리즈에서, 샘플이 억제제 용액내에 180일간 잠져서 콘크리트에 억제제 수용액이 스며든 후에, 전류의 인가 없이 자체만이 각각 사용된 3개의 예시적인 부식 억제제의 효과가 측정되었다. E_c 는 매일 측정되었다. 억제제의 공급은 확산에 의해서만 이루어졌고, 전류 EP-1 은 공급되지 않았다. 결과를 이하의 표 3 에 기재하였다.

표 3 ―억제제 처리되고, EP-1 전류 및 음극 보호 처리되지 않은 경우의 부식율

A¹은 동일한 몰의 ZnSO₄ 및 NaH₂PO₄의 혼합물이다.

B²는 유기질 아질산염이다.

C³는 유기질 아미노아인산염이다.

실험의 세번째 시리즈에서, 부식율은 EL-1이 스며들고 통상적으로 음극 보호되고 미리 조성된(오염된) 샘플에 대해 180일의 기간의 마지막에 측정되었다. 샘플은 어떠한 억제제로도 처리되지 않았으며, 다양하고 상이한 전류 밀도에서 제 1 외부 전류 CP-1에 의해 제공된 것 이외의 다른 보호는 없다. 그 결과를 이하의 표 4에 기재하였다.

표 4 ―억제제 처리되지 않고, CP-1만 처리된 경우의 부식율

기대할 수 있었던 바와 같이, 보다 양호한 보호가 보다 높은 전류 밀도에서 제공되지만, 120mA/m²의 전류 밀도에서 효율은 단지 75%이다.

실험의 네번째 시리즈에서, 부식율은 180일의 기간의 말기에서, 또한 상기 기간 중의 다양한 지점에서, 오염 음이온을 제거하는데 사용되는, 36 V에서 직류 EP-1으로 전기삼투압 처리에 의해서만 제공되는 부식 보호를 결정하기 위해, 염수 EL-1 내에 침지된 다양한 예비제어 샘플에 대해 측정되었다. 그 결과를 이하의 표 5에 기재하였다.

표 5 ―EP-1만 처리되고, 억제제 및 음극 보호 처리되지 않은 경우의 부식율

오염 음이온이 콘크리트로부터 나오고 그 저항이 증가할 때, EP-1의 전류 흐름은 감소하고 부식율은 감소하며 효율은 증가함이 명백하다. EP-1 처리 10일 후 부식율은 70㎂/년이고 효율은 68%이다.

실험의 다섯번째 시리즈에서, 부식율은 180일의 기간의 말기에서, 음이온을 제거하기 위해 EP-1로 먼저 전기삼투압으로 처리된 EP-1 내에 침지된 샘플에 대해 측정되었고, EL-1은 표시된 농도를 갖는 억제제 용액 EL-2로 대체되었다. 반응억제 양이온은 그 후 36V에서 EP-2 전류로 콘크리트로 이동된다. EP는 mA/Mcm³(milliamps/콘크리트의 1000㎤)로 측정된다.

실시예 1

본 발명의 일 실시예에서, 외부 전류 CP-2를 갖고, 전기삼투압 전류 EP-2는 없는 자연 확산에 의한 억제제 주입의 효과는 챔버로부터 취해진 예비제어된 샘플에 대해 평가되고 다음과 같이 처리된다.

1. 샘플은 표시된 농도를 갖는 억제제 EL-2 내에 침지된다.

2. E_c는 매일 측정되고 E_c가 측정될 수 있을 때 직류 CP-2가 켜진다.

3. CP-2가 8배(a factor of 8) 만큼 감소된 후에 상대적으로 일정하게 유지된다.

4. CP-2가 두 배가 되었을 때 추가 억제제 용액 EL-2가 용액에 충전되었다. EL-2가 보충되는 빈도는 CP-2가 두 배로 되는데 얼마나 걸리는냐에 따라 다르다.

5. CP-2의 전위 E_P는 매일 측정되었으며, 이는 전류 흐름량이었다. 모든 샘플에 대한 측정은 180일 후에 수행된다. 그 결과가 이하의 표 6에 기재되어 있다.

표 6 ―억제제 및 CP-2 처리되고, EP-2 처리되지 않은 경우의 부식율

A¹은 동일한 몰의 ZnSO₄ 및 NaH₂PO₄의 혼합물이다.

상기 결과와 CP-2가 턴 오프된 샘플에 대한 결과(표 6 참조)를 비교하면, 비슷한 효율이 비슷한 전류 밀도에서 얻어진다.

실시예 2

본 발명의 제 2 실시예에서, 콘크리트 내에 반응억제 양이온을 이동시키는 전류를 이용한 효과가 외부 전류 CP-2와 조합되며, 예비제어된 샘플이 챔버로부터 취해지고 다음과 같이 처리된다.

1. 샘플은 표시된 농도를 갖는 이온 억제제 용액 EL-2 내에 침지된다.

2. E_C는 매일 측정되고 E_C가 측정될 수 있을 때 직류 EP-2가 턴 온된다.

3. EP-2가 5배(a factor of 5) 만큼 감소된 후에 상대적으로 일정하게 유지되고, CP-2는 턴 온되며, 10배(a ten-fold) 감소될 때까지 유지되며, E_C 시점에서 상대적으로 일정하게 유지된다. 추가적인 억제제 용액 EL-2는 CP-2가 두 배로 되었을 때 용기 내에 차지되었다. EL-2가 공급되는 빈도는 CP-2가 두배로 되는데 얼마나 오래 걸리냐에 따라 다르다. EP-2는 턴-오프된다. CP-2의 전위 E_P는 매일 측정되었고, 이는 전류 흐름량이다. 모든 샘플에 대한 대한 측정은 180일 후에 수행된다. 그 결과가 이하의 표 7에 기재되어 있다.

표 7 ―억제제, EP-2 및 CP-2 처리된 경우의 부식율

A¹은 동일한 몰의 ZnSO₄ 및 NaH₂PO₄의 혼합물이다.

실시예 3

본 발명의 제 3 실시예에서, 억제제 EL-2로 완전히 공급된 콘크리트를 보호하도록 외부 전류 CP-2를 이용한 효과를 결정하기 위해, 처리된 샘플은 외부 전류 CP-3과 조합된 염류 EL-1로 오염된다. 샘플은 다음과 같이 처리된다.

2. E_C는 매일 측정되며 E_C가 측정될 수 있을 때 외부 전류 CP-2(EL-2 내의 외부 전류)가 턴 온된다.

3. CP-2가 8배(a factor of 8) 만큼 감소된 후에 상대적으로 일정하게 유지되고, 그 후 턴 오프된다.

4. 억제제 용액 EL-2는 그 후 각각이 샘플이 침지되는 침식성 용액 EL-1로 대체된다.

5. 그 직후, "제 3 외부 전류" CP-3(EL-1 내에 전달되기 때문에 각각 별도로 인정됨)이 턴 온된다.

6. 전해질의 스위칭 및 CP-3 이용 빈도는 CP-2가 두 배로 되는데 걸리는 시간에 따라 다르다.

7. CP-2의 전위 E_P는 매일 측정되었고, 이는 전류 흐름량이다. 모든 샘플에 대한 측정이 180일 후에 수행된다. 그 결과가 이하의 표 8에 개시된다.

표 8 ―억제제 및 CP-2가 처리되고나서 EL-1 및 CP-3로 처리된 부식율

A¹은 동일한 몰의 ZnSO₄ 및 NaH₂PO₄의 혼합물이다.

상기 결과와 CP-2가 턴 오프되지 않은 샘플에서 얻어진 결과(표 9 참조)를 비교하면 비슷한 효율이 얻어지지만 표 9의 전류 밀도는 표 8에서 요구되는 전류 밀도 보다 약간 낮다는 것을 알 수 있다.

실시예 4

본 발명의 제 4 실시예에서, 예비제어된 샘플이 챔버로부터 취해지고 다음과 같이 처리된다.

3. EP-2가 5배(a factor of 5) 만큼 감소한 후에 상대적으로 일정하게 유지되고, CP-2는 턴 온되며, 10배(a 10-fold) 감소될 때까지 유지되며, 이 지점 E_C에서 상대적으로 일정하게 유지된다. CP-2가 두배로 될 때 추가적인 억제제 용액 EL-2가 용기 내에 차지되었다. EL-2가 공급되는 빈도는 CP-2가 두 배로 되는데 걸리는 시간에 따라 다르다. CP-2의 전위 E_P는 매일 측정되었고, 이는 전류 흐름량이다. EP-2는 작동 중에 턴 오프되지 않는다. 모든 샘플에 대한 측정은 180 후에 수행된다. 그 결과가 이하의 표 9에 개시되어 있다.

표 9 ―억제제, EP-2 및 EP-2가 처리된 경우의 부식율

A¹은 동일한 몰의 ZnSO₄ 및 NaH₂PO₄의 혼합물이다.

위의 결과와, 불순물의 음이온을 제거하도록 전기삼투압 처리가 우선적으로 주어진 샘플(표 10 참조)을 비교하면, 위와 같은, 억제제 처리로 얻은 효율은 샘플 이 불순물의 음이온을 제거하기 위해 추가적인 예비 전기삼투압 처리가 주어질 때 얻어진 효율과 비교할 수 있다는 것이 명백하다.

실시예 5

본 발명의 제 5 실시예에서, 전류 EP-1 및 EP-2로 전기삼투압 처리를 위한 두 개의 회로가 순차적으로 사용되고 외부 전류 CP로 음극 보호가 후속된다.

우선, 처리동안, 리바아의 부식 전위 E_C는 기준 전극으로 연속적으로 모니터링된다. 각각의 작동 단계는 다음과 같다.

1. 샘플이 식염수 EL-1에 침지되고, E_C가 측정된다.

2. E_C가 측정될 때, "제 1" 전류 EP-1은 턴 온되어 콘크리트내에서의 부식 음이온의 농도를 고갈시킨다.

3. 전류 흐름이 적어도 두 배로 감소하는 것을 발견한 후 EP-1은 스위칭 오프된다.

4. 신속하게, 바람직하게는 그 후 즉시, 식염수 EL-1은 이온화 억제제 EL-2의 용액으로 대체된다.

5. "제 2" 전류 "EP-2"는 턴 온되어 억제제의 양이온을 콘크리트로 이동시킨다.

6. 전류가 적어도 2배(two-fold), 바람직하게는 3배 내지 10배(from three-to ten-fold)로 감소하는 것을 발견한 후 EP-2는 스위칭 오프된다.

7. 샘플이 EL-2에 침지되고, CP는 턴 온되고, 전류 밀도 CD가 적어도 50% 만큼, 바람직하게는 2배(a factor of 2) 만큼 그리고 가장 바람직하게는 10배(an order of magnitude, that is, ten-fold) 만큼 감소될 때까지 CP가 유지된다. CD가 감소된 레벨로 실질적으로 동일하게 남아 있을 때, 바람직하게는 전류 EP-2를 두 배로 하기에 충분하도록 추가적인 억제 용액 EL-2는 충전된다.

8. EL-2의 추가는 CP의 전류 밀도 CD를 두 배로 하기 전에 얼마나 시간이 걸리느냐에 따라 반복적으로 좌우된다.

부식율 및 전류 밀도가 계산되었다.

단 3일 후, E_C는 의미있는 측정이 어렵지만, 약 10일 후 약 -360 mV가 되는 것이 발견되고 리바아가 매설된 샘플 각각이 실질적으로 일정하게 남아 있다. E_C는 표준 수소 전극과 관련하여 보고된다.

마지막으로, 비교를 위해 6번째 시리즈의 실험에서, EL-1에 침지되는 동안 EP-1로 전기삼투압으로 세척되는 샘플은 그때 36V에서 직류의 EP-2 전류와 제 2 외부 전류 CP-2(EP-2와의 조합으로 제공되기 때문에 별도로 확인됨)의 조합으로 처리된다. CP-2는 E_C(통상적으로 약 -360mV)에서 약 50V의 전압으로, 측정된 부식 전위 보다 수치적으로 더 높은 전위로 제공된다. "제 2 CP-2"는 "제 1 CP-1"과 상이할 것이다. 모든 샘플에 대한 측정은 180일 후 주어진다. 결과가 표 10에 제시된다.

표 10 ―억제제, EP-2 및 CP-2 처리된 겨우의 부식율

A¹은 동일한 몰의 ZnSO₄ 및 NaH₂PO₄의 혼합물이다.

B²는 유기질 아질산염이다.

C³는 유기질 아미노아인산염이다.

EP-2와 EP-2의 조합으로, 억제제의 효과는 외부 전류 CP-1로의 음극 보호가 후속하는 직류 전류 EP-1을 이용하여 부식성 음이온의 제거에 의한 방식보다 더 크며, 이중 배럴식 전기삼투압 처리, 1차적으로 유해한 음이온을 제거하기 위해 EP-1, 그리고나서 억제 이온을 콘크리트로 이동시키도록 EP-2보다 더 효과적이다.

Claims

철근 콘크리트 구조물에 반응억제 양이온을 주입하기 위해 철근 콘크리트 구조물을 처리하는 방법으로서,

철근의 부식 전위를 측정하는 단계,

철근 콘크리트 구조물의 외측면에 인접하게 제 1 양극을 배치하는 단계,

상기 제 1 양극에 철근 콘크리트용 억제제 수용액을 공급하고 상기 철근 콘크리트 구조물에 상기 철근 콘크리트용 억제제 수용액이 스며들도록 하는 단계,

상기 측정된 부식 전위보다 수치적으로 50 mV 내지 350 mV 높은 범위에 있는 전위에서 상기 제 1 양극과 상기 철근 콘크리트 구조물 내의 철근 사이에, 인간에게 무해하게 선택된 제 1 전압으로, 직류의 외부 음극 전류를 인가하는 단계,

상기 외부 음극 전류의 흐름이 상기 외부 전류의 최초 레벨의 적어도 1/2 레벨로 일정하게 될 때까지 상기 외부 전류를 유지하는 단계를 포함하는,

철근 콘크리트 구조물의 처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 철근 콘크리트 구조물에 상기 억제제 수용액이 연속적으로 공급되는,

철근 콘크리트 구조물의 처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 철근 콘크리트 구조물에 인접하게 제 2 음극 및 제 2 양극을 제공하는 단계,

상기 콘크리트로 상기 억제제의 양이온을 이동시키기에 충분한 레벨로 상기 제 2 양극과 상기 제 2 음극 사이에, 인간에게 무해하게 선택된 제 2 전압으로 직류의 제 1 전기삼투압 전류를 인가하고, 상기 제 1 전기 삼투압 전류의 흐름이 적어도 1/2 만큼 감소될 때까지 상기 제 1 전기삼투압 전류의 제 2 전압을 유지하는 단계, 및

상기 측정된 부식 전위 보다 수치적으로 50 mV 내지 350 mV 높은 범위에 있는 전위로 상기 제 1 양극과 상기 철근 콘크리트 구조물 내의 철근 사이에, 인간에게 무해하게 선택된 제 1 전압으로 상기 직류의 외부 음극 전류를 인가하는 단계를 더 포함하는,

철근 콘크리트 구조물의 처리 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 전기 삼투압 전류의 흐름이 적어도 1/2 만큼 감소할 때 상기 제 1 전기삼투압 전류를 스위칭 오프하는 단계, 및

그후 상기 직류의 외부 음극 전류를 인가하고 상기 외부 음극 전류의 흐름이 적어도 1/2 만큼 감소될 때까지 상기 선택된 제 1 전압으로 상기 외부 음극 전류를 유지하는 단계를 더 포함하는,

철근 콘크리트 구조물의 처리 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 직류의 제 1 전기삼투압 전류를 인가하는 단계 전에,

상기 콘크리트에서 불순물의 음이온을 제거하기에 충분한 레벨로 상기 제 2 양극과 상기 제 2 음극 사이에, 인간에게 무해하게 선택된 제 3 전압으로, 직류의 제 2 전기삼투압 전류를 인가하는 동안 상기 콘크리트에 수성 전해질을 연속적으로 공급하는 단계, 및

상기 제 2 전기 삼투압 전류의 흐름이 적어도 1/2 만큼 감소될 때까지 상기 제 2 전기삼투압 전류의 제 3 전압을 유지하는 단계를 포함하는,

철근 콘크리트 구조물의 처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 외부 음극 전류를 스위칭 오프하는 단계,

상기 억제 용액과 상기 콘트리트의 접촉을 중단시키는 단계,

상기 측정된 부식 전위 보다 수치적으로 50 mV 내지 350 mV 높은 범위에 있는 전위로 상기 제 1 양극과 상기 철근 콘크리트 구조물내의 철근 사이에, 인간에게 무해하게 선택된 제 1 전압으로, 직류의 제 2 외부 음극 전류를 인가하는 동안 상기 콘크리트에 수성 전해질을 연속적으로 공급하는 단계를 더 포함하는,

철근 콘크리트 구조물의 처리 방법.