KR101081991B1 - Artificial crack healing method for concrete using electrochemical deposition - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법은 콘크리트 구조물의 균열부에 전해액을 주입하는 단계; 전해액과 전기적으로 접하도록 양극을 배치하는 단계; 콘크리트 구조물 내부에 기설치되어 있는 전기전도성 소재를 음극으로 하여 양극과 음극에 통전되도록 전류를 인가하는 단계; 및 인가된 전류에 의해 전해액이 화학반응을 하여 전착물을 균열부에 석출시키는 단계;를 포함하여 구성된다.Artificial crack healing method of the concrete crack using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention comprises the steps of injecting an electrolyte solution into the crack of the concrete structure; Disposing the anode in electrical contact with the electrolyte; Applying an electric current so as to be energized between the positive electrode and the negative electrode using an electrically conductive material that is pre-installed in the concrete structure as a negative electrode; And depositing the electrodeposited portion on the crack by performing an electrochemical reaction on the electrolyte by the applied current.
본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법은 콘크리트 구조물 표면의 균열부를 전해액의 화학반응에 의해 생성되는 전착물로 메우고, 콘크리트 구조물의 매트릭스 내에 공극구조를 개선하고, 콘크리트 구조물 내부에 있는 철근의 부식저항성을 높이는 효과가 있다.Artificial crack healing method of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention is to fill the cracks on the surface of the concrete structure with electrodeposits produced by the chemical reaction of the electrolyte, to improve the pore structure in the matrix of the concrete structure, concrete structure It is effective to increase corrosion resistance of reinforcing steel bars.
따라서 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법에 의하여 콘크리트 구조물의 균열을 보강하여 콘크리트 구조물을 초기 상태로 복원할 수 있다.Therefore, it is possible to restore the concrete structure to its initial state by reinforcing the crack of the concrete structure by the artificial crack healing method of the concrete crack using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention.
전착기법, 콘크리트, 균열 치유 Electrodeposition, Concrete, Crack Healing
Description
본 발명은 콘크리트 균열의 치유방법에 관한 것이다. 구체적으로는 균열부 주위에 전해액을 도포하고, 전해액에 접하도록 전극을 설치하여 양극으로 하고, 양극과 콘크리트 구조물의 음극 사이에 전류를 흘려 전기화학반응에 의한 전착물이 콘크리트 균열부에 석출되는 콘크리트 균열의 치유방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of healing concrete cracks. Concretely, the electrolyte is applied around the crack, the electrode is provided to contact the electrolyte, and the anode is used. An electric current flows between the anode and the cathode of the concrete structure, and the electrodeposited material by the electrochemical reaction precipitates in the concrete crack. It relates to a method of healing cracks.
콘크리트 구조물 내에 발생되는 균열은 시간의존적인 함수로서 미세균열로부터 거시균열로의 균열의 발생, 진전, 가속화 및 열화의 과정을 거쳐 구조물의 붕괴를 일으키게 되는 주요 유해 인자이자 구조물의 성능지표를 결정하는 주요 파라미터로 널리 알려져 있다.Cracks in concrete structures are a time-dependent function, which is a major detrimental factor that leads to the collapse of structures through the process of occurrence, development, acceleration, and deterioration of cracks from microcracks to macrocracks. It is widely known as a parameter.
이러한 균열을 보수, 보강하기 위한 연구가 진행되어 왔는데, 최근에는 전기적 방식, 탈염, 음극보호, 희생양극법, 철근 코팅 등의 분야로 연구가 확대되어 균열과 밀접히 관련된 부식의 제어를 위한 유지보수와 관련된 연구도 진행되고 있다.Research has been conducted to repair and reinforce these cracks. Recently, the research has been extended to the fields such as electrical method, desalination, cathodic protection, sacrificial anode method, and rebar coating. Related research is also underway.
그러나 이러한 방법들은 콘크리트의 열화속도에 비해 치유속도가 느리기 때문에 콘크리트 구조물을 초기 상태로 복원하기 어렵고, 또한 실제 현장에 적용하기 어렵다는 한계가 있었다.However, these methods have a limitation that it is difficult to restore the concrete structure to its initial state because of the slow healing rate compared to the deterioration rate of concrete, and also difficult to apply to the actual site.
본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법은 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.Artificial crack healing method of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention aims to solve the following problems.
첫째, 콘크리트 구조물 표면에 균열부를 전기화학반응에 의해 생성되는 전착물로 메우고자 한다.First, we want to fill the cracks on the surface of concrete structures with electrodeposits produced by electrochemical reactions.
둘째, 콘크리트 구조물의 매트릭스 내에 공극구조를 개선하고자 한다.Second, it is intended to improve the pore structure in the matrix of the concrete structure.
셋째, 콘크리트 구조물 내부에 있는 철근의 부식저항성을 높이고자 한다.Third, to increase the corrosion resistance of reinforcing bars in concrete structures.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.The solution to the problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other solutions not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법은 콘크리트 구조물의 균열부에 전해액을 주입하는 단계; 전해액과 전기적으로 접하도록 양극을 배치하는 단계; 콘크리트 구조물 내부에 기설치되어 있는 전기전도성 소재를 음극으로 하여 양극과 음극에 통전되도록 전류를 인가하는 단계; 및 인가된 전류에 의해 전기화학반응을 하여 전착물을 균열부에 석출시키는 단계;를 포함하여 구성된다.Artificial crack healing method of the concrete crack using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention comprises the steps of injecting an electrolyte solution into the crack of the concrete structure; Disposing the anode in electrical contact with the electrolyte; Applying an electric current so as to be energized between the positive electrode and the negative electrode using an electrically conductive material that is pre-installed in the concrete structure as a negative electrode; And depositing the electrodeposited portion in the crack by performing an electrochemical reaction by the applied current.
본 발명에 따른 콘크리트 균열의 인공균열치유방법에 있어서, 전기전도성 부 재는 철근과 메쉬가 혼합된 구조, 철근구조 또는 메쉬구조 중 어느 하나로 된 것이 바람직하다.In the artificial crack healing method of concrete cracks according to the present invention, the electrically conductive member is preferably made of any one of a structure in which rebar and mesh are mixed, reinforcing structure or mesh structure.
본 발명에 따른 콘크리트 균열의 인공균열치유방법에 있어서, 전해액은 MgCl2, AgNO3, CuCl2, Mg(NO3)2, CuSO4 및 Ca(OH)2 으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.In the artificial crack healing method of concrete cracks according to the present invention, the electrolyte is one selected from the group consisting of MgCl 2 , AgNO 3 , CuCl 2 , Mg (NO 3 ) 2 , CuSO 4 and Ca (OH) 2 . desirable.
본 발명에 따른 콘크리트 균열의 인공균열치유방법에 있어서, 전해액 중 MgCl2의 경우, 몰농도는 0.1 ~ 0.5 mol/ℓ인 것이 바람직하다.In the artificial crack healing method of concrete cracks according to the present invention, in the case of MgCl 2 in the electrolyte, the molar concentration is preferably 0.1 to 0.5 mol / L.
본 발명에 따른 콘크리트 균열의 인공균열치유방법에 있어서, 전해액 중 MgCl2의 경우, 전류의 전류밀도는 0.01 ~ 0.03 A/m2인 것이 바람직하다.In the artificial crack healing method of concrete cracks according to the present invention, in the case of MgCl 2 in the electrolyte, the current density of the current is preferably 0.01 ~ 0.03 A / m 2 .
본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법은 콘크리트 구조물 표면의 균열부를 전기화학반응에 의해 생성되는 전착물로 메우는 효과가 있다.Artificial crack healing method of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention has the effect of filling the cracks on the surface of the concrete structure with the electrodeposition produced by the electrochemical reaction.
또한 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법은 콘크리트 구조물의 매트릭스 내에 공극구조를 개선하고, 콘크리트 구조물 내부에 있는 철근의 부식저항성을 높이는 효과가 있다.In addition, the artificial crack healing method of the concrete crack using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention has the effect of improving the pore structure in the matrix of the concrete structure, and to increase the corrosion resistance of the reinforcing steel in the concrete structure.
따라서 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법에 의하여 콘크리트 구조물의 균열을 보강하여 콘크리트 구조물을 초기 상태로 복원할 수 있다.Therefore, it is possible to restore the concrete structure to its initial state by reinforcing the crack of the concrete structure by the artificial crack healing method of the concrete crack using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법에 관하여 구체적으로 설명하겠다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail with respect to the artificial crack healing method of the concrete crack using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법을 설명하기 위한 콘크리트 구조물의 측단면도이다. 1 is a side cross-sectional view of a concrete structure for explaining the artificial crack healing method of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 콘크리트 구조물(10)에 전해액(20)이 접하도록 전해액 컨테이너(30)가 설치되어 있고, 전해액(20)과 전기적으로 접하도록 양극(40)이 배치되며, 전원장치(50)가 설치되어 있다. 이 전원장치(50)에 콘크리트 내부에 기설치되어 있는 전기전도성 부재(12)를 음극으로 하여 이 음극과 양극을 연결하는 회로를 구성한다. 가압되는 전류량을 일정하게 하기 위해 양극과 음극 사이 10kΩ의 저항(미도시)을 연결한다. As shown in FIG. 1, an
본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법은 먼저 콘크리트 구조물(10)의 균열부(11)에 전해액이 접하도록 도 1에 도시된 바와 같이 콘크리트 구조물(10)에 전해액 컨테이너(30)를 설치하여 균열부(11)에 전해액이 주입되도록 한다.Artificial crack healing method of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention, the electrolyte container in the
본 발명에 따른 콘크리트 구조물(10)은 건물, 교량, 댐 등 콘크리트로 건설된 구조물 등을 포함한다.
본 발명에 따른 전해액 컨테이너(30)는 콘크리트 구조물(10)의 표면에 전해액이 콘크리트 구조물(10)의 균열부(11)에 접촉할 수 있는 형태로 설치된다. The
본 발명에 따른 전해액(40)은 전기화학반응이 발생하면 그 반응에 의해 생성되는 전착물을 균열부에 석출시키는 역할을 한다. 본 발명에 따른 전해액(40)은 MgCl2, AgNO3, CuCl2, Mg(NO3)2, CuSO4 및 Ca(OH)2 으로 이루어진 군 중에서 어느 하나를 선택하는 것이 바람직하다. The
시멘트는 CaO, SiO2, Al2O3, MgO, FeO3, SO3, K2O, Na2O, Mg(OH)2 Mn2O3, TiO3, Cu, Ag 및 기타 성분 등으로 이루어져 있는데, 상기 선택된 전해액이 화학반응을 하여 전착물이 생성되는 경우 전착물은 시멘트의 화학성분과 유기적으로 반응하여 콘크리트 균열부에 잘 고정될 수 있기 때문이다. Cement consists of CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, FeO 3 , SO 3 , K 2 O, Na 2 O, Mg (OH) 2 Mn 2 O 3 , TiO 3, Cu, Ag and other components This is because when the selected electrolyte is chemically reacted to form electrodeposits, the electrodeposits may be organically reacted with the chemical composition of the cement and thus may be fixed to the concrete cracks.
특히 MgCl2에서의 Mg 이온이나 Ca(OH)2 에서의 Ca 이온은 시멘트 구성성분의 일부로 존재하는 성분이므로, 전해액이 MgCl2, Ca(OH)2 인 경우 보다 뛰어난 효과를 거둘 수 있다.In particular, since Mg ions in MgCl 2 and Ca ions in Ca (OH) 2 are components present as part of the cement constituents, the effect may be better when the electrolyte is MgCl 2 , Ca (OH) 2 .
또한 전해액 중 MgCl2의 몰농도는 0.1 ~ 0.5 mol/ℓ인 것이 바람직하다. 몰농도가 0.1 mol/ℓ 미만인 경우에는 전기화학 반응을 야기시키는 분자의 개수가 너무 적어 균열의 치유속도가 너무 느리고, 몰농도가 0.5 mol/ℓ 초과인 경우에는 탄산화, 황산염 침식 등의 열화반응이 발생하여 오히려 균열이 성장하기 때문이다.In addition, the molar concentration of MgCl 2 in the electrolyte is preferably 0.1 to 0.5 mol / L. If the molar concentration is less than 0.1 mol / l, the number of molecules causing the electrochemical reaction is too small, and the healing rate of the crack is too slow. If the molar concentration is more than 0.5 mol / l, degradation reactions such as carbonation and sulfate erosion may occur. This is because cracks grow instead.
본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치 유방법은 전해액을 주입한 후에는, 양극(40)을 도 1에 도시된 바와 같이 전해액과 전기적으로 접하도록 배치한다. In the method of artificial crack healing of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention, after the electrolyte is injected, the
양극(anode, 40)은 음극과 연결하여 회로를 구성하고 전류를 인가했을 때, 음극에서 출발한 전자가 도선을 따라 흘러들어오는 전극을 말한다. 전기화학반응에서는 산화가 일어나는 곳은 양극이다. 양극은 메쉬 구조로 된 것이 바람직하다. 또한 양극은 전기전도성과 내부식성이 뛰어난 Ti로 선택하는 것이 바람직하다. The
본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법은 양극(40)을 설치한 후에는, 도 1에 도시된 바와 같이 콘크리트 구조물(10) 내부에 기 설치되어 있는 전기전도성 부재(12)를 음극으로 하고, 전원장치(50)를 설치하여 양극과 음극에 연결하고, 전류를 인가한다.Artificial crack healing method of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention, after the
본 발명에 따른 전기전도성 부재(12)는 콘크리트 구조물(10) 내부에 매설되어 있는 것이 바람직하다. 또한 전기전도성 부재(12)는 콘크리트 구조물(10)을 보강하는 역할을 하는 철근, 메쉬(mesh), 또는 철근과 메쉬가 혼합된 구조로 되는 것이 바람직하다. 메쉬란 가느다란 금속선 등을 일정 간격으로 격자상으로 짜 전기용접 등으로 접속점을 붙인 것을 말한다. 전기전도성 부재(12)의 재질, 형상, 설치 방법 등은 특별히 제한되지 않는다. The
전기전도성 부재(12)는 회로에서 음극 역할을 한다. 음극(cathode)이란 두 전극 사이에 전류가 흐를 때 전위가 낮은 쪽의 극을 의미하는데, 전기화학반응에서는 양이온이 모여서 환원반응이 일어나는 전극을 가리킨다. The electrically
내부에 매설된 전기전도성 부재(12)를 전기적으로 연결하기 위해 콘크리트 구조물의 일부를 제거하여 전기전도성 부재(12)가 드러나도록 할 수도 있고, 처음부터 전기전도성 부재(12)가 외부에서 연결가능하도록 설치할 수도 있다. 전류는 직류 전원장치를 설치하여 본 발명에 따른 회로에 인가된다. In order to electrically connect the
전해액 중 MgCl2의 전류밀도가 0.01 A/m2 미만인 경우에는 콘크리트의 비저항에 대한 저항력 혹은 손실전류의 상쇄 효과 등으로 인해 균열의 치유속도가 너무 느리고, 전류밀도가 0.03 A/m2 초과인 경우에는 철근과 콘크리트 계면 사이가 이격되거나 철근의 부식이 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 MgCl2의 전류밀도는 0.01 ~ 0.03 A/m2인 것이 바람직하다.When the current density of MgCl 2 in the electrolyte is less than 0.01 A / m 2 , the rate of healing of the crack is too slow due to the resistance to the specific resistance of the concrete or the canceling effect of the loss current, and the current density is greater than 0.03 A / m 2 . There may be a gap between the reinforcing bar and the concrete interface or corrosion of the bar. Therefore, the current density of MgCl 2 according to the present invention is preferably 0.01 ~ 0.03 A / m 2 .
전류를 인가한 다음, 인가된 전류에 의해 전해액(20)이 화학반응을 하여 전착물을 균열부(11)에 석출시킨다. 전류를 인가하면 콘크리트 구조물의 시멘트 성분과 전해액에 따라 하기와 같은 반응식에 의해 전착물이 생성되어 균열부(11)에 석출된다. 따라서 균열부(11)가 석출물에 의해서 메울 수 있다.After applying a current, the
전해질 용액으로 MgCl2를 사용한 경우에는 아래와 같은 화학반응식에 의해 Mg(OH)2가 석출된다.When MgCl 2 is used as the electrolyte solution, Mg (OH) 2 is precipitated by the following chemical reaction formula.
MgCl2 → Mg2 + + 2Cl- MgCl 2 → Mg 2 + + 2Cl -
2H2O + 2e- → 2OH- + H2↑ 2H 2 O + 2e - → 2OH - +
Mg2 + + 2OH- → Mg(OH)2 Mg 2 + + 2OH - → Mg (OH) 2
한편, 전해질 용액으로 AgNO3를 사용한 경우에는 아래와 같은 화학반응식에 의해 Ag가 석출된다.On the other hand, when AgNO 3 is used as the electrolyte solution, Ag is precipitated by the following chemical reaction formula.
AgNO3 → Ag+ + NO3 - AgNO 3 → Ag + + NO 3 -
2H2O + 2e- → 2OH- + H2↑ 2H 2 O + 2e - → 2OH - +
Ag+ + e- → Ag↓Ag + + e - → Ag ↓
한편, 전해질 용액으로 CuCl2를 사용한 경우에는 아래와 같은 화학반응식에 의해 Cu가 석출된다.On the other hand, when CuCl 2 is used as the electrolyte solution, Cu is precipitated by the following chemical reaction formula.
CuCl2 → Cu2 + + 2Cl- CuCl 2 → Cu 2 + + 2Cl -
2H2O + 2e- → 2OH- + H2↑ 2H 2 O + 2e - → 2OH - +
Cu2 ++ 2e- → Cu↓ Cu 2 + + 2e - → Cu ↓
한편, 전해질 용액으로 Mg(NO3)2를 사용한 경우에는 아래와 같은 화학반응식에 의해 Mg(OH)2가 석출된다.On the other hand, when Mg (NO 3 ) 2 is used as the electrolyte solution, Mg (OH) 2 is precipitated by the following chemical reaction formula.
Mg(NO3)2 → Mg2 + + 2NO3 - Mg (NO 3) 2 → Mg 2 + + 2NO 3 -
2H2O + 2e- → 2OH- + H2↑ 2H 2 O + 2e - → 2OH - +
Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2 Mg 2+ + 2OH - → Mg ( OH) 2
한편, 전해질 용액으로 Ca(OH)2를 사용한 경우에는 아래와 같은 화학반응식에 의해 Ca이 석출된다.On the other hand, when Ca (OH) 2 is used as the electrolyte solution, Ca is precipitated by the following chemical reaction formula.
Ca(OH)2 → Ca2 + + 2OH- Ca (OH) 2 → Ca 2 + + 2OH -
2H2O + 2e- → 2OH- + H2↑ 2H 2 O + 2e - → 2OH - +
Ca2 ++ 2e-→Ca↓ Ca 2 + + 2e - → Ca ↓
상기 반응식들에서 나타난 바와 같이 MgCl2 , Mg(NO3)2, AgNO3, CuCl2, Ca(OH)2 등의 물질은 2가 양이온을 갖는다는 공통적인 특성이 있으므로, MgCl2의 화학반응식과 유사한 매카니즘을 구비하게 될 것이다.Material such as MgCl 2, Mg (NO 3) 2, AgNO 3,
또한 상기한 화학반응이 일어나는 경우 콘크리트 내의 철근 등 전기전도성 부재는 부식저항성이 증가하고, 또한 콘크리트의 시멘트 메트릭스 내부의 공극구조도 개선된다. 이에 대해서는 후술한다.In addition, when the above chemical reaction occurs, the electrically conductive members such as steel reinforcing bars in the concrete increase the corrosion resistance, and also improve the pore structure inside the cement matrix of the concrete. This will be described later.
이하, 비교예와 실시예를 통하여 본 발명에 의해 현저한 효과를 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 단, 이 실시예는 본 발명의 예시일 뿐, 본 발명의 범위가 이것만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the remarkable effects by the present invention through the comparative examples and examples will be described in more detail. However, this embodiment is only an example of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
화학성분이 아래 표 1와 같은 일반 포틀랜드 시멘트(ordinary Potlnad Cement, OPC)를 시멘트 밀도가 350kg/m3, 시멘트 수분비율이 40%, 미세골재비중(gravity of fine aggregate)이 2.6, 조대골재비중(gravity of coarse aggregate)이 2.65, 골재의 최대크기가 13mm이며, 한 변의 길이가 100mm인 입방체로 콘크리트 시편을 제작한다. 그리고 콘크리트 시편에 음극 역할을 하기 위한 직경 20mm 크기의 강재(steel)와 가로 80mm, 세로 150mm인 강철 메쉬(steel mesh)를 설치한다. The chemical composition of ordinary portland cement (OPC) as shown in Table 1 below is cement density 350kg / m 3 ,
[표 1]TABLE 1
제작한 콘크리트 시편을 통기 작업(aeration)을 하고, 미세균열을 만들기 위하여 시편을 24시간 동안 100℃ 온도에서 건조한다.The aerated concrete specimen is aeration, and the specimen is dried at a temperature of 100 ° C. for 24 hours in order to create microcracks.
또한 양극 역할을 하기 위한 가로 200mm, 세로 700mm 크기의 티타늄 메쉬를 배치한다. 전해액으로는 0.1 mol/ℓ의 MgCl2 용액을 사용한다.In addition, a 200mm wide and 700mm long titanium mesh is placed to serve as the anode. 0.1 mol / l MgCl 2 solution is used as the electrolyte.
<비교예>Comparative Example
이른바 자기균열 치유방법(autogenous crack healing)으로 불리는 종래기술에 따른 비교예에서는 시멘트의 수화가 촉진될 수 있도록 앞서 제작한 콘크리트 시편을 수돗물에서 수중양생한다. In a comparative example according to the prior art, which is called autogenous crack healing method, the previously prepared concrete specimen is cured under tap water so that the hydration of cement can be promoted.
<실시예><Examples>
본 발명에 따른 실시예는 강재가 설치된 콘크리트 시편, 양극 및 전해액을 도 1에 도시된 바와 같이 배치하고 전원장치를 연결하여 회로를 구성한다. 전류밀도 0.01 A/m2 로 전류를 인가하고, 가압전류를 고정시키기 위하여 양극과 음극 사이에 10kΩ의 저항을 연결한다. Embodiment according to the present invention is to arrange the concrete specimen, the anode and the electrolyte is installed as shown in Figure 1 and connect the power supply to configure the circuit. A current is applied at a current density of 0.01 A / m 2 , and a 10 kΩ resistor is connected between the anode and the cathode to fix the pressurized current.
30일이 경과한 후에 실시예와 비교예의 콘크리트 시편을 비교하기로 한다. 도 2는 종래기술인 자기균열 치유방법 실시 전에 콘크리트 시편의 표면을 찍은 사진이고, 도 3은 종래기술인 자기균열 치유방법 실시 후에 콘크리트 시편의 표면을 찍은 사진이다. After 30 days have elapsed, the concrete specimens of Examples and Comparative Examples will be compared. Figure 2 is a photograph of the surface of the concrete specimens before the practice of the prior art self-cracking healing method, Figure 3 is a photograph of the surface of the concrete specimens after the practice of the prior art self-cracking healing method.
도 4는 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법 실시 전에 콘크리트 시편의 표면을 찍은 사진이고, 도 5는 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법 실시 후에 콘크리트 시편의 표면을 찍은 사진이다. Figure 4 is a photograph of the surface of the concrete specimens before the artificial crack healing method of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention, Figure 5 is artificial crack healing of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention The surface of the concrete specimen was taken after the method was carried out.
본 실험에서는 사진 화소 분석(Photo Pixel Analysis)을 통하여 콘크리트 균열의 치유정도를 파악하고자 하였다. 도 2 내지 도 5의 사진들을 scion image program과 같은 이미지 프로그램을 이용하여 해상도(resolution) 조정, 명암비(contrast) 조정, 고대비화(高對比化, threshold) 작업을 한 후, 콘크리트의 균열부를 나타내는 화소 수를 계산하였다.In this experiment, we tried to find out the degree of healing of concrete crack through photo pixel analysis. The pixels of FIG. 2 to FIG. 5 are pixels representing cracks in concrete after resolution, contrast, and high contrast using an image program such as a scion image program. The number was calculated.
도 6은 본 발명을 실시한 실시예와 종래기술을 실시한 비교예의 사진 화소 분석 결과를 비교한 표이다. 6 is a table comparing the results of analyzing photographic pixels of an embodiment of the present invention and a comparative example of the prior art.
비교예를 분석한 결과 균열 치유 전에는 전체 632400개의 화소 중에 28963개 의 화소가 균열부로 계산되어 균열부 면적은 전체면적의 4.58%를 나타내었고, 균열 치유 후에는 15403개의 화소가 균열부로 계산되어 전체면적의 2.43%를 나타내었다. 따라서 콘크리트 균열부는 자기 균열치유에 의해 46.82%의 균열이 치유됐음을 알 수 있다.As a result of analyzing the comparative example, before crack healing, 28963 pixels were calculated as cracks out of 632400 pixels, and the crack area was 4.58% of the total area. After crack healing, 15403 pixels were calculated as cracks and total area 2.43%. Therefore, it can be seen that 46.82% of the cracks were healed by the self crack healing.
실시예를 분석한 결과 균열 치유 전에는 전체 574200개의 화소 중에 13342개의 화소가 균열부로 계산되어 균열부 면적은 전체면적의 2.32%를 나타내었고, 균열 치유 후에는 3140개의 화소가 균열부로 계산되어 전체면적의 0.54%를 나타내었다. 따라서 콘크리트 균열부는 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법에 의해 76.47%의 균열이 치유됐음을 알 수 있다.As a result of analyzing the embodiment, before the crack healing, 13342 pixels were calculated as cracks out of the total 574200 pixels, and the crack area was 2.32% of the total area. After crack healing, 3140 pixels were calculated as cracks to determine the total area. 0.54%. Therefore, it can be seen that 76.47% of the cracks were healed by the artificial crack healing method of the concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention.
실시예가 비교예에 비하여 약 1.63 배의 치유효과가 있다고 할 수 있다.It can be said that the Example has a healing effect of about 1.63 times that of the Comparative Example.
도 7은 선형 분극저항 측정방법에 따른 실시예와 비교예의 절대전류 값을 나타내는 그래프이다. 7 is a graph illustrating absolute current values of Examples and Comparative Examples according to the linear polarization resistance measuring method.
선형 분극저항법(Linear Polarization Resistance, LPR)은 균일 부식을 측정할 수 있는 전기화학적 표준 DC 방법을 말하는데, 콘크리트 시편에 매설된 강재로부터 분극저항을 측정한다. Linear Polarization Resistance (LPR) is an electrochemical standard DC method for measuring uniform corrosion. It measures the polarization resistance from steel embedded in concrete specimens.
선형 분극저항법은 참조전극으로써 일반적으로 SCE 전극(포화 칼로멜 전극)이나 CSE 전극(포화 황산동 전극)을 사용하는데, 본 실험에서는 SCE 전극을 사용하였다.The linear polarization resistance method generally uses an SCE electrode (saturated calomel electrode) or a CSE electrode (saturated copper sulfate electrode) as a reference electrode. In this experiment, an SCE electrode was used.
도 7에 도시된 그래프에서 x축은 SCE 전극을 참조전극으로 한 경우의 전압을 의미하며, y축은 측정된 절대전류값을 의미한다.In the graph shown in FIG. 7, the x-axis denotes a voltage when the SCE electrode is used as the reference electrode, and the y-axis denotes the measured absolute current value.
도 7에 도시된 바와 같이 비교예의 절대전류값은 -1200 ~ +370 ㎂에 해당하고, 실시예의 절대전류값의 범위는 -650 ~ +60 ㎂에 해당하여 실시예의 절대전류값의 범위가 현격히 줄어들었음을 알 수 있다(도 7의 화살표 참조). As shown in FIG. 7, the absolute current value of the comparative example corresponds to -1200 to +370 ㎂, and the range of the absolute current value of the embodiment corresponds to -650 to +60 ㎂, thus greatly reducing the range of the absolute current value of the embodiment. It can be seen that (see the arrow of Figure 7).
절대전류값의 범위가 줄어들었다는 것은 전기저항용량이 커졌다는 것을 의미하고, 전기저항용량 커졌다는 것은 결국 부식저항성이 증가하였다는 것을 의미한다. The decrease in the range of absolute current values means an increase in the resistivity, and the increase in the resistivity means an increase in corrosion resistance.
이로써 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법을 실시하는 경우 콘크리트 구조물 내의 강재의 부식저항성이 증가하고 있음을 알 수 있다. As a result, when the artificial crack healing method of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention can be seen that the corrosion resistance of the steel in the concrete structure is increased.
도 8은 종래기술인 자기균열 치유방법 실시 후에 콘크리트 시편의 표면의 SEM 사진이고, 도 9는 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법 실시 후에 콘크리트 시편의 표면의 SEM 사진이다.8 is a SEM photograph of the surface of the concrete specimen after the conventional self-crack healing method, Figure 9 is a SEM photograph of the surface of the concrete specimen after the artificial crack healing method of the concrete crack using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention .
종래기술인 자기균열 치유방법을 실시한 후에는 도 8에 도시된 바와 같이 수산화 칼슘(Ca(OH)2) 등의 시멘트 수화물 입자들이 작은 덩어리 형태로 존재하여 입자들 사이의 공간, 즉 공극이 상당부분 존재하는 것을 알 수 있다.After performing the conventional self-cracking healing method, as shown in FIG. 8, cement hydrate particles such as calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) are present in small lumps, and a large amount of space, that is, voids, exists between the particles. I can see that.
반면에, 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법을 실시한 후에는 도 9에 도시된 바와 같이 균열부에서 화학반응에 의한 석출물이 생성되어 시멘트 수화물 입자 사이의 공극을 채웠다. 수화물 입자가 하나의 큰 덩어리처럼 존재하여 공극을 축소시키고, 이에 의해 매트릭스 구조가 더 치밀하게 되었음을 알 수 있다.On the other hand, after the artificial crack healing method of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention as shown in Figure 9 precipitates by chemical reaction in the cracks were formed to fill the voids between the cement hydrate particles . It can be seen that the hydrate particles exist as one large mass, reducing the voids, thereby making the matrix structure denser.
공극이 존재하면 물이 침투하여 콘크리트 내부의 철근 등에 부식을 발생시킬 수 있고, 공극이 확대되어 균열을 야기할 수도 있다. 따라서 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법을 실시하여 공극의 크기가 축소되면 콘크리트 균열과 철근 부식 등을 예방할 수 있다.The presence of voids can cause water to penetrate and cause corrosion in steel rebars, etc., and the voids can expand to cause cracks. Therefore, by performing the artificial crack healing method of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention it is possible to prevent the concrete cracks and steel corrosion, such as when the pore size is reduced.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.The embodiments and drawings attached to this specification are merely to clearly show some of the technical ideas included in the present invention, and those skilled in the art can easily infer within the scope of the technical ideas included in the specification and drawings of the present invention. Modifications that can be made and specific embodiments will be apparent that both are included in the scope of the invention.
도 1은 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법을 설명하기 위한 콘크리트 구조물의 측단면도이다. 1 is a side cross-sectional view of a concrete structure for explaining the artificial crack healing method of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention.
도 2는 종래기술인 자기균열 치유방법 실시 전에 콘크리트 시편의 표면을 찍은 사진이다.Figure 2 is a photograph of the surface of the concrete specimens before the prior art self crack healing method.
도 3은 종래기술인 자기균열 치유방법 실시 후에 콘크리트 시편의 표면을 찍은 사진이다.Figure 3 is a photograph of the surface of the concrete specimen after the practice of the conventional crack crack healing method.
도 4는 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법 실시 전에 콘크리트 시편의 표면을 찍은 사진이다.Figure 4 is a photograph of the surface of the concrete specimens before the artificial crack healing method of concrete cracks using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법 실시 후에 콘크리트 시편의 표면을 찍은 사진이다.5 is a photograph of the surface of the concrete specimen after the artificial crack healing method of the concrete crack using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention.
도 6은 본 발명을 실시한 실시예와 종래기술을 실시한 비교예의 사진 화소 분석 결과를 비교한 표이다.6 is a table comparing the results of analyzing photographic pixels of an embodiment of the present invention and a comparative example of the prior art.
도 7은 선형분극저항 측정방법에 따른 실시예와 비교예의 절대전류 값을 나타내는 그래프이다.7 is a graph illustrating absolute current values of Examples and Comparative Examples according to the method of measuring linear polarization resistance.
도 8은 종래기술인 자기균열 치유방법 실시 후에 콘크리트 시편의 표면의 SEM 사진이다.8 is a SEM photograph of the surface of the concrete specimen after the conventional self-crack healing method.
도 9는 본 발명에 따른 전기화학적 전착기법을 이용한 콘크리트 균열의 인공균열치유방법 실시 후에 콘크리트 시편의 표면의 SEM 사진이다.9 is a SEM photograph of the surface of the concrete specimen after the artificial crack healing method of the concrete crack using the electrochemical electrodeposition method according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 콘크리트 구조물10: concrete structure
11 : 균열부11 cracks
12 : 전기전도성 부재12: electroconductive member
20 : 전해액20: electrolyte solution
30 : 전해액 컨테이너30: electrolyte container
40 : 양극40: anode
50 : 전원장치50: power supply
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