KR20110077429A - 고 내식성을 갖는 콘크리트 매설용 아연계열 도금 철근재 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 중 매설되는 각종 건설용 철근재의 표면에 아연 또는 아연 중심의 합금을 용융, 전기 또는 분말 등에 의해 피복 도금함으로써 콘크리트와 철근의 밀착성은 물론 내식성을 증강하는 것에 관한 것이다.

또한, 여기서는 사용 콘크리트 조성을 고려하여 그 필요에 따라 아연계 철근 도금재의 표면에 칼슘 또는 마그네슘계열의 금속이나 화합물이 도포 코팅된 것을 포함한다.

부식방식, 철근, 철근콘크리트, 용융도금기술

Description

고 내식성을 갖는 콘크리트 매설용 아연계열 도금 철근재 제작방법{Preparation of Anti-corrosive Zn series Plating Material on Steel Bar for Embedded Concrete by Hot-dip Galvanizing Method}

본 발명은 콘크리트 중에 매설된 철근 및 철골 등의 각종 건설 구조 및 부재에 대하여 아연계열의 도금을 함으로써 가혹한 부식 환경 중 철근 콘크리트 구조 또는 시설물의 내식성을 향상시켜 안전신뢰성 및 장수명을 확보에 관한 것이다.

여기서는 철근에 아연 또는 아연중심의 합금을 피복 도금하는 것 그리고 그 필요에 따라 아연계 도금 철근 표면에 콘크리트 매설 전 무기계 칼슘 또는 마그네슘 포함 합금을 도포-코팅하는 것도 포함한다.

대형 구조재로서 널리 사용되고 있는 콘크리트는 단순히 콘크리트 재료만으로 구성되어 있지 않고 그 내부에는 반드시 철근 격자를 포함한 복합재료로서 이용되고 있다.

이러한 철근 콘크리트 구조물은 역학적으로 압축 응력이 강한 반면 인장 응 력이 약한 콘크리트를 철이 보강하고, 내구성면에서 부식되기 쉬운 철을 알칼리 성분의 콘크리트가 보호함으로써 상호결점을 보충한 우수한 구조체이다.

그러나 이것은 최근에 시간경과는 물론 가혹해지는 사용환경에 따라 염해나 콘크리트 중성화 등으로 인한 콘크리트의 열화나 균열로 철근부식 등의 발생이 증가하면서 구조물의 안전보장과 더불어 LCM (Life Cycle Management) 문제가 제기되고 있는 실정이다.

지금까지 전 세계적으로 이와 같은 문제를 해결하기 위한 방법으로 철근에 에폭시 피복을 하거나 전기방식(Cathodic Protection)방법 혹은 일부 유럽이나 일본에서는 스테인리스강 철근을 제작하여 구조물을 시공하기도 한다.

한편, 이들 방법 중 에폭시 피복 철근은 취급 중 피복 자체가 손상되기 쉬운 결함으로 인해 콘크리트 내에 심각한 국부부식 문제를 야기하고 있고, 전기방식의 경우는 원리적으로 간단하나 적용상의 어려움이 있는 상황이다.

또한, 스테인리스강 철근의 경우는 고가의 재료로써 적용상 한계가 있음은 물론 산소가 풍부한 대기환경 중에서는 강력한 Cr₂O₃ 부동태 피막으로 인해 고 내식성을 발휘하나 밀폐되어 있는 콘크리트 내 환경 중에서는 충분한 효과를 지니기 어려운 점도 고려해야 하는 등 아직도 해결해야 할 과제들이 남아 있는 것이 현실이다.

본 발명은 콘크리트 중 매설되는 각종 건설용 철근재의 표면에 아연 또는 아연 중심의 합금을 용융, 전기 또는 분말 등에 의해 피복 도금함으로써 콘크리트와 철근의 밀착성은 물론 내식성을 증강하고자 하는 것이다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하는 수단으로,

본 발명은 해양 또는 영해 등과 같은 가혹한 부식 환경 중 노출된 철근 콘크리트 구조나 시설물의 우수한 내식성 확보를 통한 안전 신뢰성 및 장수명을 보장하는 효과가 있는 것이다.

본 발명의 구성은 다음과 같다.

본 발명은 콘크리트 중에 매설되는 철근 등의 건설 구조용 모든 강재에 아연도금이 행해지는 것을 대상으로 하고, 그 강재 도금표면에 무기계칼슘이나 마그네슘화합물을 피복 하는 경우도 포함한다.

본 발명의 상기의 아연도금은 용융, 전기 또는 분말을 이용한 아연 및 아연 합금으로 이루어짐을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따른 용융도금 시험편 제작 방법을 설명하면 다음과 같다.

아래의 그림 1은 은 용융도금 철근시험편의 제작 과정을 나타낸 것이다.

<그림 1>

본 발명에서는 근본적으로 콘크리트 구조물의 안전유지를 확립하기 위한 새로운 방안으로 여러 가지 환경조건 중에서도 철근 자체를 보호할 수 있는 고효율의 용융아연 도금방법으로 도금하여 콘크리트 강화용 철근 재료의 방식성을 유도할 수 있는 실용적인 개발에 대한 것이다.

그동안 이론적으로는 중성 대기환경 중에서 안정적으로 많이 사용하는 용융아연도금을 강알칼리인 콘크리트 환경 속에 사용하려는 일부 연구나 시도에 대해 전기화학적으로 적합하지 않은 것으로 일축해 버리는 경향이 있어서 호주나 북미 그리고 일부 지역을 제외하고는 그 적용보급이 순조롭게 진행되지 못한 것이 사실이다.

한편, 약 10여 년이 지난 용융도금이 아직까지 문제가 되고 있다는 보고는 없는 상황이다. 최근 본 발명인들이 조사한 바에 의하면, 알칼리라고 할지라도 Ca화합물이 존재하는 콘크리트 환경하에서 생성된 Zn부식생성물은 철근부식을 억제하는 효과가 있는 것으로 분석되고 있다(그림 2 및 3 참조).

<그림 2>

Fe 에 대한 Ca 용액으로 침지하였을 때와 3% NaCl 을 첨가하였을 때의

사이 클릭 볼타메트리 측정 결과

그림 2 결과에 의하면, 용융 Zn시험편의 경우는 Ca(OH)₂용액 중 부식경향이 작은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 용융 Zn 시험편에 Ca용액으로 침지한 후 사이 클릭 볼타메트리 측정 결과는 침지하지 않은 것에 비해 전류밀도 값이 상대적으로 적게 나타났으며, 여기서 3% NaCl을 첨가한 경우에는 첨가하지 않은 경우에 비해 전류밀도 값이 크게 나타났다.

즉, 이것은 용융 아연도금이 콘크리트 환경과 같은 Ca이 존재하는 알칼리 환경하에서는 내식성에 있어서 사용가능함을 확인하는 결과로 사료된다.

<그림 3>

Ca용액 침지한 후
Ca용액 침지한 후 혼합용액에서 시험한 후
Ca용액 침지한 후 혼합용액 +3% NaCl 용액에서 시험한 후
: Ca(OH)2 : CaCO3 : CaZn2(OH)62H2O

그림 3 용융 Zn 도금 시험편의 XRD 관찰 결과

그림 3은 용융 Zn 도금 시험편에 Ca용액으로 침지한 후, Ca용액으로 침지한 후 혼합용액에서 시험한 후, Ca용액으로 침지한 후 혼합용액 +3% NaCl 용액에서 시험한 후 X선 회절을 이용하여 시험편 표면에 검출된 성분을 나타내고 있다.

XRD분석 결과 시험편 표면에 나타난 Ca(OH)₂, CaCO₃, CaZn₂(OH)₆2H₂O의 성분들로 인하여 내식성이 향상된 것으로 사료된다.

이와 같은 결과들은 용융 Zn 도금 시험편 표면의 Ca의 영향으로 생성된 화합물로서 콘크리트 환경에서 사용중 내식성의 향상에 크게 기여할 것으로 사료된다.

즉, 향후 철근에 대해 여러 가지 성분의 용융방법을 시도하여 적용보급을 준비하는 것은 전술한 다른 방법과 비교하여 볼 때 아주 간단하고 효과적임은 물론 실용경제적인 측면에서도 큰 의미를 가질 것으로 사료된다.

도 1은 본 발명에서 전착물을 형성하기 위한 장치의 개략도

도 2는 본 발명에서 음극 및 양극부분의 개략도

도 3은 본 발명에서 전체 실험장치의 개략도

도 4는 본 발명에 따른 철근의 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 직류전원공급장치

2. 양극부

3. 석출된 전착물(CaCO3)

4. 음극부(철근)

5. 가스 공급부

Claims (1)

1. 콘크리트 중에 매설되는 철근 등의 건설 구조용 모든 강재에 아연도금이 행해지는 것을 대상으로 하고, 그 강재 도금표면에 무기계 칼슘이나 마그네슘화합물을 피복 하는 경우도 포함하는 것으로,

   상기의 아연도금은 용융, 전기 또는 분말을 이용한 아연 및 아연 합금으로 이루어짐을 특징으로 하는, 고 내식성을 갖는 콘크리트 매설용 아연계열 도금 철근재 제작방법.

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