KR20190028898A - 용액 내부의 염소이온 농도 변화를 이용한 자기치유 콘크리트의 내구성 회복 성능 평가방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용액 내부의 염소이온 농도 변화를 이용한 자기치유 콘크리트의 내구성 회복 성능 평가방법에 관한 것이다.
본 발명의 성능 평가방법은 콘크리트 균열면에 염소이온 용액을 침지하여 시간에 따른 염소이온 용액의 농도 변화를 측정하여 염소이온 확산계수를 산정하고, 이후 상기 콘크리트 균열면에 자기치유를 유도한 후, 동일한 방식으로 시간에 따른 염소이온 용액의 농도 변화를 측정하여 염소이온 확산계수를 산정하여, 자기치유 전 후의 염소이온 확산계수로부터 자기치유에 의한 내구성 회복률을 정량적으로 산출할 수 있고, 전 공정에서 콘크리트 시편의 손상없이 자기치유 전 후의 용액 내부의 염소이온 농도 측정만으로 자기치유에 의한 콘크리트의 내구성 회복률을 정량적으로 산출가느하므로, 콘크리트 구조물의 내구성 설계에 유용하다.
본 발명의 성능 평가방법은 콘크리트 균열면에 염소이온 용액을 침지하여 시간에 따른 염소이온 용액의 농도 변화를 측정하여 염소이온 확산계수를 산정하고, 이후 상기 콘크리트 균열면에 자기치유를 유도한 후, 동일한 방식으로 시간에 따른 염소이온 용액의 농도 변화를 측정하여 염소이온 확산계수를 산정하여, 자기치유 전 후의 염소이온 확산계수로부터 자기치유에 의한 내구성 회복률을 정량적으로 산출할 수 있고, 전 공정에서 콘크리트 시편의 손상없이 자기치유 전 후의 용액 내부의 염소이온 농도 측정만으로 자기치유에 의한 콘크리트의 내구성 회복률을 정량적으로 산출가느하므로, 콘크리트 구조물의 내구성 설계에 유용하다.
Description
본 발명은 용액 내부의 염소이온 농도 변화를 이용한 자기치유 콘크리트의 내구성 회복 성능 평가방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘크리트 균열면에 염소이온 용액을 침지하여 시간에 따른 염소이온 용액의 농도 변화를 측정하여 염소이온 확산계수를 산정하고, 이후 상기 콘크리트 균열면에 자기치유를 유도한 후, 균열에 대한 자기치유 전 후의 염소이온 확산계수로부터 자기치유에 의한 내구성 회복률을 정량적으로 산출할 수 있는, 자기치유 콘크리트의 내구성 회복 성능 평가방법에 관한 것이다.
자기치유 콘크리트 기술은 무기계 바인더, 박테리아, 캡슐-폴리머 등을 콘크리트 내부에 혼입하여, 콘크리트에 균열이 발생하는 경우 특별한 보수작업 없이 스스로 치유하는 기술을 의미한다.
자기치유 콘크리트 기술은 구조물의 수명이 증가하면서 유지보수 비용이 크게 증가함에 따라 활발하게 연구되고 있으며, 자기치유 콘크리트 기술의 적용으로 인해 구조물의 내구성능이 향상될 것으로 기대하고 있다.
현재 대부분의 자기치유 콘크리트 기술 연구에서는 자기치유 콘크리트의 성능을 평가하기 위한 방법으로 투수시험방법(water flow test, 특허문헌 1)이 있다.
그러나 투수시험방법은 가장 널리 사용되고 있는 실험 방법이지만, 콘크리트에 발생한 균열의 채움 정도를 통해 자기치유성능을 확인하는 정성적 평가에 그치고 있을 뿐, 콘크리트의 내구성이 어느 정도 향상되었는지에 대한 직접적인 평가는 기대하기 어렵다.
따라서, 시멘트 페이스트의 자기치유 성능을 정확하게 평가하는 방법이 제시되고 있다. 그 일례로 특허문헌 2에서는 시멘트 페이스트의 자기치유 성능 평가방법으로서, 균열 면적에 비례하는 시간에 따른 흡수율 변화로부터 시멘트 페이스트의 자기치유 성능을 평가함으로써, 부분적인 크랙-충전에 의하여 방해받지 않고 전체적으로 시멘트 페이스트의 자기치유 성능을 보다 정확하게 평가할 수 있다.
앞으로 콘크리트 구조물의 목표 내구수명이 증가하고, 유지보수에 대한 중요도가 높아지고 있는 시점에서 콘크리트 구조물의 내구성능을 향상시킬 수 있는 자기치유 성능에 대한 검토가 필수가 될 것으로 많은 전문가들이 예측하고 있다. 또한 일본, 네덜란드 등의 선진국에서는 자기치유 성능을 극대화한 콘크리트 제품을 제작하고 실제 구조물에 적용하고 있어 자기치유에 대한 성능을 평가하기 위한 시험 방법 필요한 실정이다. 그러나 투수시험방법만을 이용하여 자기치유 성능을 평가하기에는 어려움이 있으며, 자기치유 콘크리트 제품의 품질 평가 등을 위해서는 자기치유 성능을 정확하게 평가할 수 있는 새로운 실험방법이 필요하다.
일반적으로, 염해 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물에서 염소이온의 침투로 인하여 철근이 부식되어 콘크리트 구조물의 내구성에 문제가 생긴다.
물질이 외부로부터 콘크리트 내부로 침투하여 이동하는 메커니즘은 농도차이에 의한 확산(Diffusion), 압력차에 의한 침투(Permeation)과, 모세관에 의한 흡수(Capillary suction)로 구분되지만, 염소이온이 콘크리트 중으로 침투하는 메커니즘은 주로 농도차에 의한 확산 현상으로 해석하는 것이 일반적이다.
콘크리트 중에서의 염소이온 확산 특성을 평가하기 위해서는 많은 시간과 노력이 소요되므로 최근에는 급속 염소이온 침투저항성 시험과 비정상 상태이동 시험 등 주로 전위차에 의하여 이온의 전기적 이동을 유도함으로써 이온의 이동을 촉진시켜 전기화학적 이론으로 해석하려는 시도에 초점이 맞춰져 있다.
염소이온 침투를 고려한 내구성 설계를 위하여 콘크리트 내부로 염소이온 침투속도와 콘크리트 내의 염소이온 함유량을 알아야 하는데, 이는 염소이온 확산계수에 의존한다. 이를 위해 실제 염소이온 침투 메커니즘과 유사한 환경에서의 실험을 통해 보다 정확한 염소이온 확산계수를 얻어야 한다(특허문헌 3, 특허문헌 4).
그러나 기존에 수행되던 실험방식들은 실제 염소이온 침투 메커니즘을 정확히 재현하지 못하며 장기간의 시간이 소요된다는 문제점을 가지고 있다.
따라서 몇몇 연구자들은 염소이온 침투 저항성 실험을 이용하여 자기치유에 따른 내구성능 향상에 대한 연구를 수행하고 있으나, 정성적인 평가에 그치고 있어 자기치유에 의해 내구성이 얼마나 향상되었는지 정량적으로 평가할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
종래 콘크리트의 내구성능을 나타내는 염소이온 확산계수를 선정하기 위한 다양한 방법이 제시되고 있으나, 본 발명자들은 콘크리트 균열면에 염소이온 용액을 침지하여 시간에 따른 염소이온 용액의 농도 변화를 측정하여 염소이온 확산계수를 산정하고, 이후 상기 콘크리트 균열면에 자기치유를 유도한 후, 균열에 대한 자기치유 전 후의 염소이온 확산계수로부터 자기치유에 의한 내구성 회복률을 정량적으호 산출함으로써, 자기치유 콘크리트의 내구성 회복 성능평가 방법을 제공하였다.
본 발명의 목적은 자기치유 콘크리트의 내구성 회복 성능평가 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 배합비가 다른 콘크리트별 자기치유에 의한 내구성 회복률을 정량적으로 산출할 수 있는 평가방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 1) 콘크리트 균열면에 염소이온 용액을 침지하고, 용액 초기농도 및 시간경과 후 용액 내부의 염소이온 농도 변화로부터 염소이온 확산계수를 산정하는 공정,
2) 상기 균열 콘크리트 시편에 염소이온 용액을 제거하고 자기치유를 유도하는 공정,
3) 상기 자기치유 이후의 콘크리트 균열면에 1)공정과 동일한 방식으로 용액 내부의 염소이온 농도 변화로부터 염소이온 확산계수를 산정하는 공정,
4) 상기 1)공정 및 3)공정에서 산정된 염소이온 확산계수로부터 자기치유에 의한 내구성 회복률을 산출하는 공정으로 이루어진 자기치유 콘크리트의 내구성 회복성능 평가방법을 제공한다.
상기 1)공정 및 3)공정에서 염소이온 확산계수는 하기 수학식 1에 의해 산출된다.
수학식 1
상기 식에서 Csolution(0)는 초기농도이고, Csolution(t)는 t 시간 경과 후 농도이고, D는 확산계수(㎡/s)이고, t는 시간이고, h는 염소이온 용액의 충전높이를 나타낸다.
또한, 4)공정의 자기치유에 의한 내구성 회복률(β)은 하기 수학식 2에 의해 산출된다.
수학식 2
상기 식에서 D original 은 1)공정으로부터 산정된 확산계수이고, D self healed 는 3)공정으로부터 산정된 확산계수이다.
구체적으로, 상기 1)공정은 콘크리트 시편 제작 단계, 상기 콘크리트 시편의 일면에 균열 유도 단계, 상기 균열 콘크리트 시편의 전처리 단계 및 상기 콘크리트 시편의 균열면에 염소이온 용액이 충전된 컨테이너 거치단계로 수행된다.
이때, 상기 균열 콘크리트 시편의 전처리 단계가 균열면을 제외한 시편 전면에 에폭시 실링 처리하여 균열에만의 자기치유되도록 유도한다.
본 발명의 성능 평가방법은 배합비가 다른 콘크리트별 자기치유에 의한 내구성 회복률의 정량 산출이 가능하다.
본 발명에 의하면, 콘크리트 균열면에 염소이온 용액을 침지하여 시간에 따른 염소이온 용액의 농도 변화를 측정하여 염소이온 확산계수를 산정하고, 이후 상기 콘크리트 균열면에 자기치유를 유도한 후, 동일한 방식으로 염소이온 확산계수를 산정하여, 그로부터 자기치유 전 후의 자기치유에 의한 내구성 회복률을 정량적으로 산출할 수 있는 자기치유 콘크리트의 내구성 회복 성능 평가방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 성능 평가방법은 전 공정에서 콘크리트 시편의 손상없이 자기치유 전 후의 용액 내부의 염소이온 농도 변화만으로도 그 변화를 쉽게 인지할 수 있으므로, 콘크리트 시편이 염소이온 용액에 접촉하고 있는 시간을 크게 단축할 수 있어 실험에 소요되는 기간을 크게 단축할 수 있다.
또한, 자기치유 전 후의 용액 내부의 염소이온 농도 측정만으로 자기치유에 의한 콘크리트의 내구성 회복률을 정량적으로 산출가능함에 따라, 콘크리트 구조물의 내구성 설계 및 예측에 유용하다.
나아가, 본 발명의 성능 평가방법은 콘크리트 시편의 일면만을 염소이온 용액과 접촉시키면 충분하므로, 콘크리트 시편 전체를 염소이온 용액에 침지시키기 위한 대규모의 수조가 필요 없게 되고, 그에 따라 실험이 간소화된다.
도 1은 비균열 상태의 콘크리트 시편에 염소이온 용액을 올린 실험 모식도이고,
도 2는 도 1의 시편에서 시간에 따른 용액 내부의 염소이온 농도변화를 나타낸 것이고,
도 3은 균열 상태의 콘크리트 시편에 염소이온 용액을 올린 실험 모식도이고,
도 4는 도 3의 시편에서 자기치유 이후 용액 내부의 염소이온 확산속도 감소에 대한 모식도이고,
도 5는 본 발명의 평가방법의 1)공정에서 균열 콘크리트 시편 제작공정을 단계별로 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 평가방법에서 균열 콘크리트 시편의 자기치유 전 후 염소이온 확산계수 산정을 위한 단계별 모식도이고,
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 배합된 콘크리트의 자기치유 전 후 염소이온 용액 내 염소이온 농도변화를 나타내고,
도 8은 본 발명의 실시예 2에서 배합된 콘크리트의 자기치유 전 후 염소이온 용액 내 염소이온 농도변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1의 시편에서 시간에 따른 용액 내부의 염소이온 농도변화를 나타낸 것이고,
도 3은 균열 상태의 콘크리트 시편에 염소이온 용액을 올린 실험 모식도이고,
도 4는 도 3의 시편에서 자기치유 이후 용액 내부의 염소이온 확산속도 감소에 대한 모식도이고,
도 5는 본 발명의 평가방법의 1)공정에서 균열 콘크리트 시편 제작공정을 단계별로 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 평가방법에서 균열 콘크리트 시편의 자기치유 전 후 염소이온 확산계수 산정을 위한 단계별 모식도이고,
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 배합된 콘크리트의 자기치유 전 후 염소이온 용액 내 염소이온 농도변화를 나타내고,
도 8은 본 발명의 실시예 2에서 배합된 콘크리트의 자기치유 전 후 염소이온 용액 내 염소이온 농도변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 도면을 이용하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 비균열 상태의 콘크리트 시편에 염소이온 용액을 올린 실험 모식도이고, 도 2는 시간에 따른 용액 내부의 염소이온 농도변화를 나타낸 것이다. 즉, 비균열 상태의 콘크리트는 위쪽으로 올려진 염소이온 용액과 접해 있는 경우 시간에 따라 용액 내 염소이온 농도가 감소하는 결과를 보임으로써, 콘크리트 시편으로 염소이온 용액에서 염소이온이 침투된다.
상기 도 2의 시간에 따른 염소이온의 농도 감소결과를 근거하여 염소이온의 확산계수를 산정할 수 있다.
한편, 도 3은 균열 상태의 콘크리트 시편에 염소이온 용액을 올린 실험 모식도로서, 도 1의 균열이 발생하지 않은 경우에 비해 염소이온의 침투속도가 증가하게 된다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이 자기치유에 의해 균열이 메워지는 경우, 염소이온 침투 속도가 크게 감소될 것이고 즉 균열이 자기치유된 이후에는 염소이온의 확산계수 역시 감소하게 된다.
이를 이용하여 본 발명은 콘크리트의 자기치유 전 후 각각의 경우에 대하여 용액 내부의 염소이온 농도 감소율 변화를 이용하여 염소이온 확산계수를 산정하고, 이를 비교하여 콘크리트의 내구성 향상 정도를 평가할 수 있다.
구체적으로는, 1) 콘크리트 균열면에 염소이온 용액을 침지하고, 용액 초기농도 및 시간경과 후 용액 내부의 염소이온 농도 변화로부터 염소이온 확산계수를 산정하는 공정,
2) 상기 균열 콘크리트 시편에 염소이온 용액을 제거하고 자기치유를 유도하는 공정,
3) 상기 자기치유 이후의 콘크리트 균열면에 1)공정과 동일한 방식으로 용액 내부의 염소이온 농도 변화로부터 염소이온 확산계수를 산정하는 공정,
4) 상기 1)공정 및 3)공정에서 산정된 염소이온 확산계수로부터 자기치유에 의한 내구성 회복률을 산출하는 공정으로 이루어지되,
상기 1)공정 및 3)공정에서 염소이온 확산계수는 하기 수학식 1에 의해 산출되는 자기치유 콘크리트의 내구성 회복성능 평가방법을 제공한다.
수학식 1
상기 식에서 Csolution(0)는 초기농도이고, Csolution(t)는 t 시간 경과 후 농도이고, D는 확산계수(㎡/s)이고, t는 시간이고, h는 염소이온 용액의 충전높이를 나타낸다.
상기 4)공정의 자기치유에 의한 내구성 회복률(β)은 하기 수학식 2에 의해 산출된다.
수학식 2
상기 식에서 D original 은 1)공정으로부터 산정된 확산계수이고, D self healed 는 3)공정으로부터 산정된 확산계수이다.
이하 본 발명은 공정별로 상세히 설명한다.
1) 균열 콘크리트 시편의 자기치유 전 염소이온 확산계수를 산정하는 공정
1-1. 콘크리트 시편 제작 단계
콘크리트 믹서를 통해 배합한 굳지 않은 콘크리트를 100×200mm 원형 몰드에 넣고 진동 다짐을 실시한다. 상기 다짐을 완료한 후 20±3℃, 100%인 챔버에서 24시간 동안 양생시키고, 양생 이후 공시체를 꺼내 탈형한 후 20±3℃의 수조에서 6일 동안 수중 양생시켰다. 상기 수중 양생이 완료된 공시체는 수조에서 꺼낸 후 진공 데시케이터에서 Ca(OH)2 용액을 이용하여 3시간 동안 진공 포화시킨다.
1-2. 콘크리트 시편에 균열 유도 단계
상기 1-1 단계에서 진공 포화가 완료된 콘크리트 시편을 하중 재하 장비에 설치하고 크랙 게이지(Crack gage, 10)를 설치한다. 상기 크랙 게이지를 통해 균열 폭을 확인하면서 하중 재하 장비(20)를 이용하여 시편에 균열을 생성한다. 이때 하중은 시편에 편심이 작용하도록 재하하며 시편 전체부분에 걸쳐 균열이 발생하지 않도록 균열을 유도한다.
1-3. 콘크리트 시편의 전처리 단계
상기 1-2 단계에서 제작된 콘크리트 시편(1)에서 균열(21)이 생성된 콘크리트 면에 에폭시 실링(Sealing, 30) 처리하되, 이때 균열로 에폭시가 흘러 들어가지 않도록 한다. 이는 상기 에폭시 실링 처리된 콘크리트 표면으로는 염소이온 용액 내부의 염소이온 침투되지 않도록 하기 위함이다.
도 5는 본 발명의 1)공정에서의 균열 콘크리트 시편의 제작공정을 1-1 내지 1-3의 단계별로 도시한 것이다.
1-4. 균열 상태의 콘크리트 시편에 염소이온 용액으로부터 확산계수 산정단계
상기 1-3 단계에서 실링 처리(30)된 균열 상태의 콘크리트 시편(1) 위쪽으로 폴리에틸렌 저장 컨테이너(40)를 설치하고 컨테이너 상단에는 뚜껑(41)을 설치하여 용액의 증발을 방지하였다. 이때 상기 콘크리트 시편의 일면에 설치된 저장 컨테이너 사이를 실리콘(42)을 이용하여 용액이 새어 나오지 않도록 하였다.
상기 폴리에틸렌 저장 컨테이너(40) 설치 후 컨테이너 내부로 염소이온 용액(NaCl 용액, 43)을 채워 넣었고, 이때, 용액농도는 Cl의 농도가 21,000ppm이 되도록 하였다. 이 때 용액의 높이(h)는 1㎝이며, 용액을 넣는 과정에서 용액이 튀지 않도록 주의하였다. 이후, 염소이온 농도 측정 센서(44)를 이용하여 초기 농도를 측정하였고, 실험 시작 이후 6시간이 지난 후에 변화량을 측정한다.
도 6은 균열 콘크리트 시편의 자기치유 전 후 염소이온 확산계수 산정을 위한 단계별로 도시한 것이다.
이때, 상기 염소이온 농도 측정 센서(44)는 최대 30,000ppm 이상 측정 가능하며, 분해능은 100ppm 이하의 성능을 가지며, 초기농도 및 변화량 농도 측정단계에서 측정 횟수는 총 3회를 실시하여, 평균 농도를 이용하여 하기 수학식 1에 의해 염소이온 확산계수를 산정하였다.
수학식 1
상기 식에서 Csolution(0)에는 초기 염소이온 용액 측정 농도이고, Csolution(t)에는 6시간 후의 염소이온 측정 농도이며, t에는 6시간에 해당하는 21,600초이고 h는 0.01(m)를 대입하여, 균열 상태의 콘크리트 시편에 대한 염소이온 확산계수를 산정하였다.
2) 자기치유 유도 공정
상기 1)공정에서 농도 측정을 마친 이후 콘크리트 시편 상부의 용액을 제거하고 컨테이너에 Ca(OH)2 포화 용액을 붓는다. 이때, 용액의 높이는 2㎝ 이상으로 하며, 뚜껑을 덮어 용액이 증발하지 않도록 한다. 이후, 20±3℃로 유지되는 조건에서 14일간 방치하여 균열의 자기치유를 유도하였다.
3) 균열 콘크리트 시편의 자기치유 후 염소이온 확산계수를 산정하는 공정
상기 2) 공정에서 14일 이후 컨테이너의 Ca(OH)2 용액을 제거하고, 1)공정 중 1-4 단계를 반복하여 자기치유 이후 용액 내부의 염소이온 농도를 변화로부터 염소이온 확산계수를 산정하였다.
4) 자기치유에 의한 내구성 회복률을 산출하는 공정
상기 1)공정 및 3)공정에서 산정된 염소이온 확산계수로부터 하기 수학식 2에 의해 자기치유에 의한 내구성 회복률(β)을 산출하였다.
수학식 2
상기 식에서 D original 은 1)공정으로부터 산정된 확산계수이고, D self healed 는 3)공정으로부터 산정된 확산계수이다.
본 발명의 성능 평가방법에 의하여, 자기치유 전 후의 염소이온 확산계수 산정 결과를 비교함으로써, 내구성 향상성을 정량적으로 평가할 수 있다.
또한, 본 발명의 성능 평가방법은 전 공정에서 콘크리트 시편의 손상없이 자기치유 전 후의 용액 내부의 염소이온 농도 변화만으로도 그 변화를 쉽게 인지할 수 있으므로, 콘크리트 시편이 염소이온 용액에 접촉하고 있는 시간을 크게 단축할 수 있어 실험에 소요되는 기간을 크게 단축할 수 있다.
또한, 자기치유 전 후의 용액 내부의 염소이온 농도 측정만으로 자기치유에 의한 콘크리트의 내구성 회복률을 정량적으로 산출 가능함에 따라, 콘크리트 구조물의 내구성 설계 및 예측에 유용하다.
상기와 같이 본 발명의 자기치유 콘크리트의 내구성 회복성능 평가방법에 대하여 바람직한 구현을 위한 구체적으로 한정하여 설명하였으나 본 발명의 평가방법의 특징을 벗어나지 않은 범주 내에서 적당한 설계 변경이 가능하며 설계 변경된 형태도 본 발명의 기술 범위에 포함된다. 가령, 콘크리트 시편의 크기, 크랙 크기, 실링 처리 물질군, 염소이온 용액의 농도, 충진 높이, 확산계수 측정에 필요한 경과 시간 및 이온농도측정센서 등은 본 발명의 평가방법의 특징을 손상하지 않는 범주 내에서 설계 변경될 수 있을 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1∼2>
하기 표 1의 콘크리트의 배합비에 따른 두 가지 콘크리트 시편을 제작하였다. 이때, 실시예 1은 OPC만 배합한 것(Plain)이고, 실시예 2는 Plain 배합과 슬래그 30%와 무수석고 5%를 치환한 것(S30A5)으로 준비하였다.
상기 표 1을 통해 제작한 콘크리트 시편을 도 5에 도시된 바와 같이 균열을 유도하고 에폭시 실링하여 전처리한 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 콘크리트 균열면에 염소이온 용액을 올려 시간에 따른 염소이온의 농도감소를 측정하여 1) 공정을 수행하였다.
2) 공정을 통해 20±3℃로 유지되는 조건에서 14일간 방치하여 균열의 자기치유를 유도하였다.
3)공정 및 4)공정을 통해 각각의 콘크리트 시편에 대하여 자기치유에 의한 내구성 회복률 자기치유 콘크리트의 내구성 회복성능을 산출하였다.
그 결과, 도 7 및 도 8에는 실시예 1 및 2에서 배합된 콘크리트의 자기치유 전 후 염소이온 용액 내 염소이온 농도변화를 나타낸 것이다. 상기 용액 내 염소이온 농도변화로부터 확산계수 산정하고 이를 이용하여 자기치유에 의한 내구성 회복률(β)을 산출하고 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
상기 표 2로부터 배합비가 다른 콘크리트별 자기치유에 의한 내구성 회복(β)에 대한 정량 평가가 가능하였다.
또한, 상기 결과에서는 실시예 1 대비, 실시예 2의 자기치유 콘크리트의 경우, 내구성 회복율이 약 20% 정도 높게 확인되었다. 이러한 결과로부터 콘크리트 배합비로부터 자기치유 콘크리트의 내구성 회복 성능이 예측가능하고, 그로부터 콘크리트 구조물의 내구성 설계에 유용할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 자기치유 전 후의 자기치유에 의한 내구성 회복률을 정량적으로 산출할 수 있는 자기치유 콘크리트의 내구성 회복 성능 평가방법을 제공하였다.
본 발명의 성능 평가방법은 전 공정에서 콘크리트 시편의 손상없이 자기치유 전 후의 용액 내부의 염소이온 농도 측정만으로 자기치유에 의한 콘크리트의 내구성 회복률을 정량적으로 산출함으로써, 콘크리트 구조물의 내구성 설계에 유용하다.
또한 본 발명의 성능 평가방법은 콘크리트 시편의 일면만을 염소이온 용액과 접촉시키면 충분하므로, 콘크리트 시편 전체를 염소이온 용액에 침지시키기 위한 대규모의 수조가 필요 없게 되고, 그에 따라 실험이 간소화되는 장점을 제공한다.
1: 콘크리트 시편
10: 크랙 게이지
20: 하중 재하장치 21: 크랙
30: 에폭시 실링 40: 용액저장용 컨테이너
41: 뚜껑 42: 실리콘
43: 염소이온 용액 43: 염소이온 농도 측정센서
20: 하중 재하장치 21: 크랙
30: 에폭시 실링 40: 용액저장용 컨테이너
41: 뚜껑 42: 실리콘
43: 염소이온 용액 43: 염소이온 농도 측정센서
Claims (4)
1) 콘크리트 균열면에 염소이온 용액을 침지하고, 용액 초기농도 및 시간경과 후 용액 내부의 염소이온 농도 변화로부터 염소이온 확산계수를 산정하는 공정
2) 상기 균열 콘크리트 시편에 염소이온 용액을 제거하고 자기치유를 유도하는 공정,
3) 상기 자기치유 이후의 콘크리트 균열면에 1)공정과 동일한 방식으로 용액 내부의 염소이온 농도 변화로부터 염소이온 확산계수를 산정하는 공정,
4) 상기 1)공정 및 3)공정에서 산정된 염소이온 확산계수로부터 자기치유에 의한 내구성 회복률을 산출하는 공정으로 이루어지되,
상기 1)공정 및 3)공정에서 염소이온 확산계수는 하기 수학식 1에 의해 산출되는 자기치유 콘크리트의 내구성 회복성능 평가방법:
수학식 1
상기 식에서 Csolution(0)는 초기농도이고, Csolution(t)는 t 시간 경과 후 농도이고, D는 확산계수(㎡/s)이고, t는 시간이고, h는 염소이온 용액의 충전높이를 나타낸다.
2) 상기 균열 콘크리트 시편에 염소이온 용액을 제거하고 자기치유를 유도하는 공정,
3) 상기 자기치유 이후의 콘크리트 균열면에 1)공정과 동일한 방식으로 용액 내부의 염소이온 농도 변화로부터 염소이온 확산계수를 산정하는 공정,
4) 상기 1)공정 및 3)공정에서 산정된 염소이온 확산계수로부터 자기치유에 의한 내구성 회복률을 산출하는 공정으로 이루어지되,
상기 1)공정 및 3)공정에서 염소이온 확산계수는 하기 수학식 1에 의해 산출되는 자기치유 콘크리트의 내구성 회복성능 평가방법:
수학식 1
상기 식에서 Csolution(0)는 초기농도이고, Csolution(t)는 t 시간 경과 후 농도이고, D는 확산계수(㎡/s)이고, t는 시간이고, h는 염소이온 용액의 충전높이를 나타낸다.
제1항에 있어서, 상기 4)공정의 자기치유에 의한 내구성 회복률(β)은 하기 수학식 2에 의해 산출된 것을 특징으로 하는 자기치유 콘크리트의 내구성 회복성능 평가방법:
수학식 2
상기 식에서 D original 은 1)공정으로부터 산정된 확산계수이고, D self healed 는 3)공정으로부터 산정된 확산계수이다.
수학식 2
상기 식에서 D original 은 1)공정으로부터 산정된 확산계수이고, D self healed 는 3)공정으로부터 산정된 확산계수이다.
제1항에 있어서, 상기 1)공정이
콘크리트 시편 제작 단계,
상기 콘크리트 시편의 일면에 균열 유도 단계,
상기 균열 콘크리트 시편의 전처리 단계 및 상기 콘크리트 시편의 균열면에 염소이온 용액이 충전된 컨테이너 거치단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기치유 콘크리트의 내구성 회복성능 평가방법.
콘크리트 시편 제작 단계,
상기 콘크리트 시편의 일면에 균열 유도 단계,
상기 균열 콘크리트 시편의 전처리 단계 및 상기 콘크리트 시편의 균열면에 염소이온 용액이 충전된 컨테이너 거치단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기치유 콘크리트의 내구성 회복성능 평가방법.
제3항에 있어서, 상기 균열 콘크리트 시편의 전처리 단계가 균열면을 제외한 시편 전면에 에폭시 실링처리한 것을 특징으로 하는 자기치유 콘크리트의 내구성 회복성능 평가방법.
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