KR20130045483A - 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조에 관한 것으로서, 콘크리트 구조물의 콘크리트 중성화 방지를 위한 외부 전원 전기방식 구조에 있어서, 콘크리트 표면에 결합되고, 전도부재로 구성된 애노드부; 상기 콘크리트 구조물의 철근과 상기 애노드부를 전기적으로 연결하는 커넥터; 및 상기 애노드부에 플러스 단자가 연결되고 상기 철근에 마이너스 단자가 연결되도록 상기 커넥터와 결합된 외부전원을 포함한다. 이에 의하여, 중성화된 콘크리트를 단시간에 알칼리 성질로 복원시킬 수 있는 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조를 제공할 수 있다.

Description

양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조{STRUCTURE WITH ANODIC APPLICATION AT ANODE}
본 발명은 콘크리트 중성화 방지 구조에 관한 것으로, 특히 중성화된 콘크리트를 단시간에 알칼리 성질로 복원시킬 수 있는 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조에 관한 것이다.
본 발명은 콘크리트 중성화 방지 구조에 관한 것이다.
교량, 터널, 지하철, 지하차도, 복개 구조물 및 기타 토목, 건축용 철근-강화 콘크리트 구조물은 시간이 지남에 따라열화되어 그 수명이 줄어든다. 이와 같은 콘크리트 구조물의 열화는 사용된 콘크리트 및 철근의 품질, 환경적 요인, 물리적 요인 등에 영향을 받으며, 특히 콘크리트 내에 매설된 철근의 부식에 의한 영향이 크다. 특히 해양환경 하에 콘크리트 구조물이 위치하는 경우, 해수 속의 염분이 콘크리트 속으로 침투되거나, 겨울철 도로의 눈을 녹일 목적으로 사용한 염화칼슘이 콘크리트 속으로 침투되면, 콘크리트 속에 매입되어 있는 철근이 부식되기 쉬우며, 부식된 철근은 팽창하여 콘크리트에 미세한 균열을 발생시킨다. 이와 같이 형성된 미세 균열은 콘크리트 표면까지 연장되고, 그 표면까지 연장된 균열 사이로 외부 공기나 수분이 콘크리트 내부로 더욱 침투하여, 콘크리트의 탈락, 박리 및 내부 철근의 부식을 더욱 촉진한다. 또한 콘크리트 속으로 침투한 염분은 초기 pH 12 내지 13의 고알칼리 성분을 가진 콘크리트 내부의 수산화석회와 반응하여 탄산석회를 생성함으로서, 콘크리트를 중성화시키기도 한다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0053308호에 개시되어 있는 바와 같이, 콘크리트와 철근 사이에 양극과 음극 전압만에 의한 전기 방식이 적용되고 있다.
그러나, 기존의 전기 방식 구조는 콘크리트에 전도성 물체의 설치가 곤란하고, 전도성을 높이기 위해 고가의 티타늄(Titanium)이나 그라파이트(Graphite)를 사용하여 비경제적인 문제가 있다. 또한, 전도성 페인트를 사용하는 경우 콘크리트 외관을 해치게 되는 문제가 있다.
특히, 오랜 시간 동안 전기방식을 적용해야만 하는 구조로서 콘크리트의 물성이 변화되는 문제가 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 콘크리트 표면에 결합되는 전도부재의 애노드부가 구비된 양극 처리에 의한 외부 전원 전기방식이 적용된 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 메쉬 형태의 금속 망인 스테인레스 스틸 메쉬(Stainless Steel Mesh)와 다공질(多孔質)의 액체 흡수성 물체가 결합된 애노드부를 포함하는 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조를 제공하기 위함이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 애노드부를 구성하는 액체 흡수성 물체에 알칼리 용액을 포함시켜 알카리 이온이 콘크리트에 쉽게 침투될 수 있는 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조를 제공하기 위함이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조는 콘크리트 구조물의 콘크리트 중성화 방지를 위한 외부 전원 전기방식 구조에 있어서, 콘크리트 표면에 결합되고, 전도부재로 구성된 애노드부; 콘크리트 구조물의 철근과 애노드부를 전기적으로 연결하는 커넥터; 및 애노드부에 플러스 단자가 연결되고 철근에 마이너스 단자가 연결되도록 커넥터와 결합된 외부전원을 포함한다.
또한, 애노드부는 메쉬 형태의 금속 망인 스테인레스 스틸 메쉬(Stainless Steel Mesh)와 다공질(多孔質)의 액체 흡수성 물체가 결합되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 액체 흡수성 물체는 스펀지(Sponge)로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 액체 흡수성 물체에 알칼리 용액이 포함됨으로써, 애노드부에 인가되는 플러스 전압에 의해 상기 알칼리 용액의 알칼리 이온이 상기 마이너스 전압이 인가되는 철근 측으로 이동하여 콘크리트의 중성화를 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 알칼리 용액은 수산화나트륨 포화용액 또는 수산화칼슘 포화용액인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부전원은 직류 전압을 공급하는 DC전원인 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 중성화된 콘크리트를 단시간에 알칼리 성질로 복원시킬 수 있는 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조를 제공할 수 있다.
또한, 콘크리트 표면에 쉽게 설치 및 해체가 가능한 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조를 제공할 수 있다.
또한, 부식 인자인 염소이온 등의 침투를 최대한 억제할 수 있는 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조를 제공할 수 있다.
도 1은 콘크리트 중성화를 위한 외부 전원 전기방식의 원리를 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 발명에 의한 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 의한 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조의 구성도이다.
도 4는 애노드부의 구성도이다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조를 이용한 시험 예시도와 시험 결과 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 콘크리트 중성화를 위한 외부 전원 전기방식의 원리를 나타내는 설명도이고, 도 2는 본 발명에 의한 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조의 개략도이고, 도 3은 본 발명에 의한 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조의 구성도이다.
외부 전원 전기방식의 원리는 당업자에게 공지된 사항이므로 이에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 의한 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조는 콘크리트 구조물의 콘크리트 중성화를 방지하는 외부 전원 전기방식을 기반으로 하고, 콘크리트 구조물의 콘크리트(1), 콘크리트 구조물의 철근(2), 애노드부(10), 외부전원(20) 및 커넥터(30)를 포함한다.
상기 콘크리트(1)는 콘크리트 구조물의 외벽을 구성하는 콘크리트이고, 상기 철근(2)은 상기 콘크리트 구조물의 골격을 형성하도록 상기 콘크리트(1) 내부에 설치된 철근을 의미한다.
상기 애노드(Anode)부(10)는 전도성 물질로 구성되어 상기 콘크리트(1) 표면에 결합된다.
상기 외부전원(20)은 상기 애노드부(10)와 철근(2)에 각각 플러스(+) 전압과 마이너스(-) 전압을 인가하는 전원으로서, 직류 전압을 공급하는 DC전압으로 구성된다.
상기 커넥터(30)는 상기 외부전원(20)의 플러스 단자와 마이너스 단자를 각각 상기 애노드부(10)와 철근(2)에 전기적으로 연결하도록 설치된다.
상기 애노드부(10)는 도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 폭을 갖는 그물 같은 메쉬(mesh) 형태의 금속 망인 스테인레스 스틸 메쉬(Stainless Steel Mesh, 11)와 다공질(多孔質)의 액체 흡수성 물체(12)가 결합되어 이루어진다.
즉, 전도체인 스테인레스 스틸 메쉬(11)에 의해 상기 애노드부(10)는 자체적으로 전도성을 띄게 된다.
이때, 상기 애노드부(10)는 상기 스테인레스 스틸 메쉬(11)가 상기 액체 흡수성 물체(12)의 내부 골격을 형성하도록 하나의 몸체로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 액체 흡수성 물체(12)는 액체의 침투가 용이하고 침투된 액체를 포함할 수 있는 다공질 물질로 구성된다.
이때, 상기 액체 흡수성 물체(12)는 스펀지(Sponge) 또는 부직포 등 다양한 물체로 구성될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 상기 액체 흡수성 물체(12)를 스펀지로 한정하여 설명하기로 한다.
상기 애노드부(10)를 스테인레스 스틸 메쉬(11)와 액체 흡수성 물체(12)로 구성함으로써 상기 콘크리트(1) 표면 상에 쉽게 결합 및 분리가 가능게 된다.
본 발명에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조는 상기 액체 흡수성 물체(12)인 스펀지에 알칼리 용액을 포함시킬 수 있다.
상기 알칼리 용액으로는 다양한 알칼리 용액이 포함될 수 있으나, 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼슘(Ca(OH)2)의 포화용액을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 외부전원(20)에 의해 상기 애노드부(10)와 철근(2)에 각각 플러스 전극과 마이너스 전극이 발생하고 상기 액체 흡수성 물체(12)에 포함된 알칼리 포화 용액에 의해 전기 전도성이 상승하게 된다.
기존의 외부 전원 전기방식의 경우에는 방식 대상물을 양극화시키는 양극방식(Anodic protection)보다는 방식 대상물을 음극화시키는 음극방식(Cathodic protection)이 주로 사용되었고, 그 이유는 양극방식은 전위조절이 정밀하게 이루어지지 않을 경우 부식이 가속화될 우려가 있기 때문이었다. 또한, 상기 애노드부(10)를 구성하기 위해 전도성이 좋은 티타늄(Titanium)이나 그라파이트(Graphite)가 사용되었고 전도성 페인트도 사용되었다.
그러나, 상기 스테인레스 스틸 메쉬(11)와 액체 흡수성 물체(12)가 결합된 애노드부(10)에 의해, 콘크리트(1) 표면에 쉽게 설치 및 해체가 가능한 설치구조를 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양극방식을 이용한 콘크리트 중성화 방지 구조를 쉽게 구현할 수 있고, 전기 전도성을 향상시킬 수 있으며, 콘크리트(1)의 중성화를 보다 촉진시킬 수 있게 된다.
즉, 플러스 전극이 형성된 상기 애노드부(10)로부터 상기 알칼리 포화 용액의 알칼리 양이온, 예컨대 나트륨(Na) 또는 칼슘(Ca) 양이온들이 상기 콘크리트(1) 표면을 침투하여 마이너스 전극이 형성된 상기 철근(2) 측으로 이동하게 되어 콘크리트로 확산 된다. 이로써, 콘크리트(1)의 중성화를 방지할 뿐만 아니라, 짧은 시간에 중성화된 콘크리트(1)를 알칼리 성질로 복원시키는 효과가 발생하게 된다.
또한, 전기방식의 적용 시간을 단축시켜 콘크리트의 물성이 변화되는 것을 방지할 수 있고, 부식 인자인 염소이온 등의 침투 방지효과를 최대화 할 수 있게 된다.
이하는, 본 발명에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조를 이용하여 실시한 시험법과 그 시험결과에 대해 설명하기로 한다.
시험 방법은 아래와 같은 (1) 내지 (4)의 과정에 의해 실시되었다(도 5 참조).
(1) 시멘트 페이스트 시편을 촉진 중성화 시험기 (CO2: 50%, RH: 80%)에 150일간 거취하여 중성화를 촉진하였다.
(2) 중성화 촉진 후, 전기방식법을 이용하여 알칼리이온을 페이스트에 침투하도록 하였으며 양극부의 용액은 1mole의 Na2SO4를 이용하였다. 전기량은 200mA, 기간은 2주간 실시하였다.
(3) 중성화 촉진 및 전기방식 후, 시멘트 페이스트 표면에서 1.0mm 단계로 15.0mm까지 그라인더를 이용하여 분말샘플을 채취하였다.
(3) 분말샘플은 증류수 50ml에 5.0g씩 혼합한 후 10분간의 교반 30분의 거취를 한 후 교반된 샘플의 pH를 측정하였다.
그 시험 결과는 다음 (1) 및 (2)와 같다(도 6 참조).
(1) 중성화 (carbonated)된 시멘트 페이스트의 경우 표면에서의 pH가 약 8.2-8.5정도 였으며, 10.0mmdlgndpsms 정상적인 페이스트의 pH인 12.5를 회복하였다.
(2) 전기방식 (Realkalisation)을 실시한 경우, 페이스트의 표면에서 pH는 13.0 이상의 높은 값을 나타냈으며 이후에는 감소하였고 이후 중성화 깊이부 (약 10mm)에서는 정상적인 pH영역인 12.5 정도의 값을 다시 나타내었다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의하여 정해져야 한다.
1: 콘크리트 2: 철근
10: 애노드부 11: 스테인레스 스틸 메쉬
12: 액체 흡수성 물체 20: 외부전원
30: 커넥터

Claims (6)

  1. 콘크리트 구조물의 콘크리트 중성화 방지를 위한 외부 전원 전기방식 구조에 있어서,
    콘크리트 표면에 결합되고, 전도부재로 구성된 애노드부;
    상기 콘크리트 구조물의 철근과 상기 애노드부를 전기적으로 연결하는 커넥터; 및
    상기 애노드부에 플러스 단자가 연결되고 상기 철근에 마이너스 단자가 연결되도록 상기 커넥터와 결합된 외부전원을 포함하는 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 애노드부는 메쉬 형태의 금속 망인 스테인레스 스틸 메쉬(Stainless Steel Mesh)와 다공질(多孔質)의 액체 흡수성 물체가 결합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액체 흡수성 물체는 스펀지(Sponge)로 구성된 것을 특징으로 하는 양극처리에 의한 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 액체 흡수성 물체에 알칼리 용액이 포함됨으로써, 상기 애노드부에 인가되는 플러스 전압에 의해 상기 알칼리 용액의 알칼리 이온이 상기 마이너스 전압이 인가되는 철근 측으로 이동하여 콘크리트의 중성화를 방지하는 것을 특징으로 하는 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 알칼리 용액은 수산화나트륨 포화용액 또는 수산화칼슘 포화용액인 것을 특징으로 하는 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외부전원은 직류 전압을 공급하는 DC전원인 것을 특징으로 하는 양극 처리에 의한 콘크리트 중성화 방지 구조.
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