KR20200111345A - 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치 - Google Patents

철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치는 철근 콘크리트 시편, 제1 캡, 제2 캡, 해수 공급부, 해수 집수부 및 가압부를 포함한다. 철근 콘크리트 시편에는 복수의 철근이 배치된다. 제1 캡은 철근 콘크리트 시편의 일단부에 배치되고, 제2 캡은 철근 콘크리트 시편의 타단부에 배치된다. 해수 공급부는 제1 캡과 연결되어, 제1 캡으로 해수를 공급한다. 해수 집수부는 제2 캡 하측에 배치되고, 제1 캡으로 공급되어 철근 콘크리트 시편 및 제2 캡을 차례로 통과한 해수가 유입된다. 가압부는 제1 캡과 연결되고, 제1 캡에 공급된 해수에 압력을 가한다. 가압부에 의해 고압으로 된 해수가 철근 콘크리트 시편을 통과함에 따라, 철근 콘크리트 시편에 배치된 철근에서 부식이 발생하고, 철근의 부식으로 인해 발생하는 전위차에 의한 전류를 측정하여 철근의 부식 정도를 평가한다.

Description

철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치{Device Evaluating Corrosion Of Steel In Reinforced Concrete}
본 발명은 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철근의 전위차를 측정하여 철근의 부식 정도를 평가하는, 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치에 관한 것이다.
지속적인 인구 증가, 자원 고갈 및 환경 오염 등의 문제로 인해, 인류 문명의 지속과 생존을 위한, 해양 및 우주 개발은 반드시 수행되어야 하는 필수 사항이 되고 있다. 특히 해저 공간 개발은 그동안 큰 진전이 없었으나, 최근 미래 생활 공간의 확보 및 심해 자원개발 등의 필요성이 제기됨에 따라 이에 대한 관심이 증대되고 있다.
미래 해저 공간에 설치될 구조물의 현실화를 위해서는 구조 설계 기술, 시공 기술, 에너지 공급 기술, 이동 기술, 안전 유지 관리 기술과 같은 다양한 요소가 고려되어야 한다. 그 중에서 안전 유지 관리는 극한 환경에서 사용자의 안전성을 보장하는 차원에서 중요하다.
해양 환경에 노출된 구조물을 안전하게 유지 관리하기 위해서는 무엇보다 철근 콘크리트 구조물에 매립된 철근의 부식 정도를 인지할 필요가 있다.
해양 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근에는 염화물, 산소, 물 등과 같은 부식 인자의 침투로 인해 부식이 발생한다. 콘크리트 내부의 철근에서 부식이 발생되면 원래 부피의 2 배에서 4 배 정도에 해당하는 녹이 형성된다. 이로 인한 철근 팽창압의 영향으로 콘크리트에서는 균열 및 박리 현상이 일어난다. 따라서, 철근의 부식은 콘크리트에서 구조적인 문제를 발생시킨다.
철근의 부식과 관련된 그동안의 연구는 주로 철근 부식 인자의 콘크리트 침투 또는 다양한 조건에서의 철근의 부식 경향에 대해 이루어졌다. 하지만 대부분의 연구는 건습 환경이 반복되는 환경에 위치한 해양 구조물을 대상으로 이루어지는 경우가 많았다. 현재까지는 고압의 심해 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식에 대한 연구는 미미한 실정이다. 앞서 설명한 미래 해저 공간의 중요성을 고려하여 고압의 심해 환경에 노출된 철근 콘크리트의 철근 부식에 대한 연구가 필요하다.
기존에 개발된 해양 환경을 고려한 철근 콘크리트의 철근 부식 관련 실험 장치는 대부분 콘크리트 투수 계수 측정장치이다.
한국등록특허 제10-1421690호에 개시된 장치는 콘크리트 또는 아스팔트 시편의 투수 계수를 측정하기 위한 장치로서, 수밀성이 높은 콘크리트나 아스팔트 시편에 압력수를 주입하여 투수 계수를 측정함으로써 투수 계수 측정 시간을 줄였다.
또한, 한국등록특허 제1894770호에 개시된 장치는 해수압의 조절을 다양하게 할 수 있어서 수압을 받는 콘크리트의 해수 침투로 인한 열화 정도, 예측 및 건전성 평가를 할 수 있도록 하며, 계측 시간을 단축할 수 있도록 한 해양 콘크리트의 해수 투수 계수 측정 장치이다. 이 장치는 콘크리트와 물이 접하는 면적을 넓히고 측면에 블록을 두어 투수 계수 측정시간을 줄였다. 또한 해수에 질산은을 혼합하여 콘크리트 시편의 색상 변화를 통해 해수의 침투 깊이를 측정하였다.
상술한 측정장치들은 콘크리트의 특성 중 하나인 콘크리트의 투수 계수를 측정하는데 그 목적이 있다.
투수 계수는 철근의 부식을 판단하는데 있어 중요한 인자이지만, 철근의 부식은 염화물, 산소 등과 같이 다양한 인자의 영향으로 인해 발생하므로 투수 계수만으로 철근 부식의 경향을 판단하는 데에는 한계가 존재한다.
또한 상술한 측정장치에서 압력을 가하는 이유가 짧은 시간에 콘크리트 안으로 해수를 침투시켜 콘크리트의 특성을 단기간에 파악하기 위함이므로, 고압의 심해 환경에서 철근 콘크리트의 철근 부식을 정량적으로 파악할 수 있는 철근 부식 평가장치가 필요하다.
대한민국 등록특허 제1421690호 (공고일자 2014년 07월 22일) 대한민국 등록특허 제1894770호 (공고일자 2018년 09월 04일)
본 발명의 목적은 고압의 심해 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 인자인 투수 계수 및 염화물 침투를 평가할 수 있고, 철근의 부식 정도를 평가할 수 있는, 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치를 제공하는 것이다.
또한, 철근 콘크리트 시편의 크기를 달리하거나 다양한 심해 환경을 구현하기 위하여 철근 콘크리트 시편에 가해지는 해수압을 달리하여 철근의 부식 정도를 평가할 수 있는, 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 목적은 상기 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치는 철근 콘크리트 시편, 제1 캡, 제2 캡, 해수 공급부, 해수 집수부 및 가압부를 포함한다. 철근 콘크리트 시편에는 복수의 철근이 배치된다. 제1 캡은 철근 콘크리트 시편의 일단부에 배치되고, 제2 캡은 철근 콘크리트 시편의 타단부에 배치된다. 해수 공급부는 제1 캡과 연결되어, 제1 캡으로 해수를 공급한다. 해수 집수부는 제2 캡 하측에 배치되고, 제1 캡으로 공급되어 철근 콘크리트 시편 및 제2 캡을 차례로 통과한 해수가 유입된다. 가압부는 제1 캡과 연결되고, 제1 캡에 공급된 해수에 압력을 가한다. 가압부에 의해 고압으로 된 해수가 철근 콘크리트 시편을 통과함에 따라, 철근 콘크리트 시편에 배치된 철근에서 부식이 발생하고, 철근의 부식으로 인해 발생하는 전위차에 의한 전류를 측정하여 철근의 부식 정도를 평가한다.
일 실시 예에 의하면, 제1 캡과 제2 캡은 체결부에 의해 연결되고, 체결부의 길이를 조절하여 철근 콘크리트 시편의 크기를 조절한다.
일 실시 예에 의하면, 제1 캡과 철근 콘크리트 시편 사이 또는 제2 캡과 철근 콘크리트 시편 사이에는 패킹부가 배치되어 해수의 외부 누출을 방지한다.
일 실시 예에 의하면, 제1 캡과 제2 캡 사이에 배치되는 철근 콘크리트 시편에서 외부에 노출되는 철근 콘크리트 시편의 표면에 실링부가 배치되어 공기로 인한 철근 콘크리트 시편의 부식을 방지한다.
일 실시 예에 의하면, 제1 캡과 가압부 사이에 압력 조절부가 배치된다.
일 실시 예에 의하면, 가압부는 제1 캡에 질소를 공급하여 해수에 압력을 가한다.
일 실시 예에 의하면, 제1 캡은 제1 홈 및 제1 홈 내에 형성된 제2 홈을 포함한다. 제1 홈에는 철근 콘크리트 시편의 일단부가 배치되고, 제2 홈에는 해수 공급부에서 공급된 해수가 배치된다.
일 실시 예에 의하면, 본 발명의 실시 예에 따른 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치에는 철근 콘크리트 시편이 복수로 배치된다. 철근 콘크리트 시편 각각에 제1 캡과 제2 캡이 배치된다. 해수 공급부는 철근 콘크리트 시편 각각에 배치된 제1 캡으로 해수를 공급한다. 해수 집수부는 철근 콘크리트 시편 각각에 배치된 제2 캡 하측에 배치되어, 철근 콘크리트 시편 및 제2 캡을 차례로 통과한 해수가 유입된다. 가압부는 철근 콘크리트 시편 각각에 배치된 제1 캡과 연결되어, 제1 캡으로 공급되는 해수에 압력을 가한다. 복수의 철근 콘크리트 시편 각각의 크기를 달리하거나 제1 캡으로 공급되는 해수에 가하는 압력을 달리하여, 복수의 철근 콘크리트 시편 각각에 대한 철근의 부식 정도를 측정한다.
본 발명의 실시 예에 따른 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치는, 다양한 압력에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식 정도를 정량적으로 측정하여 미래의 해양 구조물에 활용될 철근 콘크리트 구조물의 품질 향상 방안을 마련하는데 사용될 수 있고, 기존 콘크리트를 이용하여 건설하는 경우 부식 모니터링 기술을 개발하는 기초자료로서 활용될 수 있다.
또한, 다양한 길이 및 크기의 철근 콘크리트 시편을 조사 및 분석할 수 있으므로, 철근 콘크리트 구조물의 두께에 따른 철근의 부식 경향(정도)을 파악할 수 있다.
또한, 해수압을 달리하여 복수의 철근 콘크리트 시편에 대해 철근의 부식 정도를 평가할 수 있으므로, 철근 콘크리트 구조물의 설치 위치에 따른 철근의 부식 경향을 파악할 수 있다.
또한, 철근 콘크리트 시편의 일 방향으로, 철근 콘크리트 시편의 일 단면 전체에 해수가 침투하도록 함으로써 철근 콘크리트 시편의 투수 계수를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 철근 콘크리트 시편에 공급된 해수를 쉽게 제거할 수 있어, 침지 환경뿐 아니라 건습 환경에서의 압력에 따른 철근 콘크리트의 철근의 부식 경향을 파악할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 철근 콘크리트 시편이 복수로 배치된 경우 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치의 측면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치의 입면도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성요소 중 종래기술에 의하여 통상의 기술자가 명확하게 파악할 수 있고 용이하게 재현할 수 있는 것에 관하여는 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위하여 그 구체적인 설명을 생략하도록 한다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치는 심해에 배치된 철근 콘크리트 구조물의 내구성 및 안정성을 확보하기 위해, 고수압 해양 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 철근의 부식 경향(정도)를 정량적으로 평가할 수 있는 장치이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치(이하에서, '본 발명의 철근 부식 평가장치'라 칭함)는 철근 콘크리트 시편(100), 제1 캡(Cap)(200), 제2 캡(300), 해수 공급부(500), 해수 집수부(600) 및 가압부(700)를 포함할 수 있다. 이하에서는 각 구성요소를 구체적으로 설명하도록 한다.
철근 콘크리트 시편(100)(이하에서, '시편'이라 칭함)은 본 발명의 철근 부식 평가장치를 위해 제작된 복수의 철근(110)이 배치된 소정 크기의 콘크리트 구조물을 말한다.
시편(100)의 일단부에는 하기에서 설명하는 제1 캡(200)이 배치될 수 있고, 시편(100)의 타단부에는 제2 캡(300)이 배치될 수 있다.
시편(100)은 제1 캡(200) 및 제2 캡(300)의 크기 또는 심해에 배치되는 철근 콘크리트 구조물의 특성에 따라 다양하게 제작될 수 있다.
시편(100)에는 복수의 철근(110)이 배치(매립)될 수 있다.
시편(100)에 배치되는 복수의 철근(110)은 소정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 즉 시편(100)에 배치되는 제1 철근(110-1)과, 상기 제1 철근(110-1)과 이웃하는 제2 철근(110-2)은 소정의 간격으로 배치될 수 있다. 제1 철근(110-1)과 제2 철근(110-2)은 본 발명의 철근 부식 평가장치의 측정 목적에 따라 다양한 간격으로 배치될 수 있으며, 시편(100)의 다양한 위치에 철근(110)을 배치하여 철근 콘크리트 구조물의 철근 매립 위치에 따른 부식 경향(정도)을 판단할 수 있다.
시편(100)에 배치되는 철근(110)은 시편(100)의 양 측면 또는 일 측면에 노출될 수 있다.
시편(100)의 양 측면 또는 일 측면에 노출된 철근(110)에 전기적으로 연결하여 전류를 측정할 수 있다. 구체적으로 시편(100)의 노출된 철근(110)에 전기적으로 연결하여, 노출된 철근(110)에서 철근의 부식으로 인해 자연적으로 발생하는 전위차에 의한 전류를 측정할 수 있다.
철근(110)에서 측정된 전위차에 의한 전류를 이용하여 철근(110)의 부식 정도를 평가할 수 있다. 구체적으로, 시편(100)에 소정의 간격으로 배치된 철근(110)은 시편(100)의 양 측면 또는 일 측면에 노출되어있고, 상기 노출된 철근(110)으로부터 전위차에 의한 전류를 측정하여 철근(110)의 부식 정도를 정량적으로 측정할 수 있는 매크로셀 방법으로 철근(110)의 부식 정도를 확인할 수 있다.
일반적으로 철근에 부식이 발생하면 전자를 잃는 산화 반응이 발생한다. 이때 생성된 전자는 부식이 발생하지 않은 철근으로 이동하게 된다. 이때, 전자의 이동으로 전위차가 발생하게 되고 전류가 흐르게 된다.
본 발명의 실시 예에 따라, 철근 콘크리트에 배치된 하나의 철근에 흐르는 전류를 측정하여 철근의 부식 정도를 확인할 수 있다. 하나의 철근의 일 부분에서 부식이 발생하면 그 부분에서 전자를 잃는 산화반응이 발생하고, 생성된 전자는 부식이 발생하지 않은 다른 일 부분으로 이동하게 된다. 상기 전자의 이동으로 전위차가 발생하게 되고 전류가 흐르게 된다. 상기 전류를 측정함으로써 철근의 부식 정도를 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따라, 철근 콘크리트에 소정의 간격으로 이격되어 배치된 두 개의 철근에 흐르는 전류를 측정하여 철근의 부식 정도를 확인할 수 있다. 하나의 철근에는 부식이 발생하고, 다른 하나의 철근에는 부식이 발생하지 않은 경우, 부식이 발생한 철근과 부식이 발생하지 않은 철근을 도선(예로 구리선)으로 연결할 수 있다. 상기 도선에 저항을 연결하고, 발생하는 전압을 전압계로 측정할 수 있다. 상기 측정된 전압과 저항을 이용하여 부식으로 인해 발생하는 전류를 측정할 수 있고, 이를 이용하여 철근의 부식 정도를 확인할 수 있다.
실링(Sealing)부(130)는 제1 캡(200)과 제2 캡(300) 사이에 배치되는 시편(100)에서 외부에 노출되는 시편(100) 부분에 배치될 수 있다.
실링부(130)는 공기로 인한 시편(100)의 부식을 방지할 수 있다. 이는 공기로 인한 시편(100)의 부식을 배제하여, 고압의 해수의 영향만으로 시편(100)에 배치된 철근(110)의 부식 정도를 정확하게 측정하기 위함이다.
구체적으로 실링부(130)는, 시편(100)에서 노출된 철근(110) 부위 및 제1 캡(200)과 제2 캡(300)이 배치된 부분을 제외한 시편의 표면을 에폭시로 코팅하여 방청 처리되는 부분을 의미한다. 여기서 에폭시만으로 한정되는 것은 아니며, 에폭시 이외에 다른 방청 재료가 사용될 수 있다.
패킹(Packing)부(150)는 제1 캡(200)과 시편(100) 사이 및/또는 제2 캡(300)과 시편(100) 사이에 배치되어 해수의 외부 누출을 방지할 수 있다.
패킹부(150)는 1 캡과 시편(100) 사이 및/또는 제2 캡(300)과 시편(100) 사이에 배치되어 해수가 누출되지 않도록 고무재질일 수 있다. 해수가 누출되지 않도록 밀폐 가능한 재질이라면 고무재질에 한정되지 않고, 다른 재질로 형성될 수 있다.
제1 캡(200)은 시편(100)의 상부에 배치되고, 압력을 받은 해수를 시편(100)에 주입 가능하도록 형성될 수 있다.
제1 캡(200)에는 시편(100)의 일단부가 배치될 수 있다.
제1 캡(200)은 제1 홈 및 상기 제1 홈 내에 형성된 제2 홈(210)을 포함할 수 있다.
제1 캡(200)에는 시편(100)의 일단부가 배치되도록 시편(100)의 일단부와 대응되는 형상의 홈(제1 홈)이 형성될 수 있다. 제1 홈에는 시편(100)의 일단부 및, 제1 캡(200)과 시편(100)의 일단부 사이에 배치되는 패킹부(150)가 배치될 수 있다. 구체적으로 제1 캡(200)의 제1 홈은 시편(100)의 일단부가 삽입될 수 있는 형상으로 형성되며, 시편(100)의 일단부가 삽입된 제1 홈에는 패킹부(150)가 배치되어 해수의 유출을 방지할 수 있다.
제1 캡(200)에는 하기에서 설명하는 해수 공급부(500)에서 공급된 해수가 배치되는 홈(제2 홈(210))이 형성될 수 있다. 제2 홈(210)은 제1 홈 내에 형성되고, 제1 홈보다 깊이가 더 깊은 홈일 수 있다. 제2 홈(210)은 소정의 공간일 수 있고, 시편(100)이 제1 캡(200)의 제1 홈에 배치된 상태에서 시편(100)과 제1 캡(200) 사이에 형성되는 소정의 틈일 수도 있다.
제1 캡(200)은 하기에서 설명하는 해수 공급부(500) 및 가압부(700)와 연결될 수 있다. 또한, 제1 캡(200)과 가압부(700) 사이에는 압력 조절부(710)가 배치되어, 제1 캡(200)은 압력 조절부(710)와 연결될 수 있다.
해수 공급부(500)는 제1 캡(200)으로 해수를 공급할 수 있다. 구체적으로 해수 공급부(500)는 제1 캡(200)의 제2 홈(210)으로 해수를 공급할 수 있다. 제2 홈(210)에는 해수를 공급하기 위한 해수 공급 밸브(미도시)가 배치될 수 있다. 해수 공급 밸브를 열어 해수 공급부(500)로부터 해수를 공급받을 수 있고, 해수 공급 밸브를 열고 압력을 가하여 공급된 해수를 쉽게 제거할 수 있다.
또한, 제1 캡(200)에는 해수의 수압을 측정할 수 있는 압력 센서(미도시)와 수심을 측정할 수 있도록 제1 캡(200)의 특정 부분을 투명하게 제작하여 눈금을 표기할 수 있다.
제2 캡(300)은 시편(100)의 하부, 즉 시편(100)의 타단부에 배치될 수 있다.
제2 캡(300)은 시편(100)을 투과한 해수를 모을 수 있고, 모인 해수를 측정할 수 있도록 형성될 수 있다.
제2 캡(300)은 제3 홈 및 상기 제3 홈 내에 형성된 제4 홈(310)을 포함할 수 있다.
제2 캡(300)에는 시편(100)의 타단부가 배치되도록 시편(100)의 타단부와 대응되는 형상의 홈(제3 홈)이 형성될 수 있다. 제3 홈에는 시편(100)의 타단부 및, 제2 캡(300)과 시편(100)의 타단부 사이에 배치되는 패킹부(150)가 배치될 수 있다. 구체적으로 제2 캡(300)의 제3 홈은 시편(100)의 타단부가 삽입될 수 있는 형상으로 형성되며, 시편(100)의 타단부가 삽입된 제3 홈에는 패킹부(150)가 배치되어 해수의 유출을 방지할 수 있다.
제2 캡(300)에는 시편(100)을 투과한 해수가 배치되는(모이는) 홈(제4 홈(310))이 형성될 수 있다. 제4 홈(310)은 제3 홈 내에 형성되고, 제3 홈보다 깊이가 더 깊은 홈일 수 있다. 제4 홈(310)은 소정의 공간일 수 있다.
제4 홈(310)은 시편(100)을 투과한 해수를 집수하기 위하여 깔때기 형상으로 형성될 수 있고, 패킹부(150)는 집수된 해수의 증발을 방지하기 위하여 시편(100)의 타단부가 삽입된 제3 홈을 밀봉할 수 있다. 이는 인해 시편(100)의 정확한 투수 계수를 측정할 수 있다.
제2 캡(300) 하측에는 하기에서 설명하는 해수 집수부(600)가 배치될 수 있다.
체결부(400)는 제1 캡(200)과 제2 캡(300)을 연결할 수 있고, 체결부(400)의 길이를 조절하여 시편(100)의 크기를 조절할 수 있다.
체결부(400)는 소정 길이의 막대일 수 있고, 양 단부는 체결 볼트 등과 같은 체결 수단에 의해 체결될 수 있다.
제1 캡(200)과 제2 캡(300)에는 체결부(400)가 배치될 수 있는 홈이나 홀(hole)이 형성될 수 있다.
제1 캡(200)과 제2 캡(300) 사이에 시편(100)이 배치되고, 체결부(400)는 제1 캡(200)과 제2 캡(300)에 형성된 홈이나 홀에 배치된다. 체결부(400)의 양 단부에는 체결 볼트 등과 같은 체결수단이 배치되어, 제1 캡(200), 시편(100) 및 제2 캡(300)은 단단히 고정될 수 있다.
체결부(400)의 양 단부는 체결 볼트 등과 같은 체결수단에 의해 체결되므로, 체결부(400)는 시편(100)과 제1 캡(200) 사이에 형성되는 고수압을 견딜 수 있다.
체결부(400)의 길이는 다양한 길이의 시편(100)에 적용 가능하도록 시편(100)의 길이에 맞게 조절될 수 있거나 선택될 수 있다. 이는 철근 콘크리트 구조물의 두께와 동일한 시편(100)에 대해 철근(110)의 부식 정도를 측정할 수 있도록 하기 위함이다.
해수 공급부(500)는 제1 캡(200)과 연결되어, 제1 캡(200)으로 해수를 공급할 수 있다.
해수 공급부(500)는 해수가 담겨 있고, 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
해수 집수부(600)는 제2 캡(300) 하측에 배치될 수 있고, 제1 캡(200)으로 공급되어 시편(100) 및 제2 캡(300)을 차례로 통과한 해수가 유입될 수 있다.
해수 집수부(600)는 시편(100)을 투과한 해수를 집수하는 집수 용기(610)와 시편(100)을 투과한 해수의 무게를 잴 수 있는 저울(630)을 포함할 수 있다.
시편(100)을 투과한 해수의 양을 측정하여 투수 계수를 구하거나, 시편(100)의 단면을 조사하여 해수 침투 깊이 및 패턴을 측정할 수 있다.
구체적으로 시편(100)을 통과한 해수의 체적(유량)을 측정한 후, 아래 수학식 1 식을 이용하여 투수 계수(K)를 산출할 수 있고, 이를 통해 시편(100)의 해수의 투수율을 구할 수 있다.
또한, 해수가 침투된 시편(100)의 단면에 소정 농도의 질산은 용액을 도포하면 해수가 침투된 부분에서 변색이 발생한다. 상기 변색된 부분을 분석하여 시편(100)에 침투된 해수의 침투 깊이와 패턴을 분석할 수 있다.
시편(100)의 해수의 투수율은 투수 계수(K)를 이용하여 측정될 수 있고, 투수 계수(K)는 아래 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 1]
K = L ㆍQ/AㆍΔh P
여기서, L: 시편(100)의 길이, Q: 단위시간에 유입된 해수의 체적(유량), A: 시편(100)의 단면적, ΔP: 압력차이다.
가압부(700)는 제1 캡(200)과 연결될 수 있고, 제1 캡(200)에 공급된 해수에 압력을 가할 수 있다.
가압부(700)는 심해 환경에 맞는 고압의 환경을 조성하기 위하여 제1 캡(200)에 압력을 공급하는 가압 장치이다. 구체적으로 제1 캡(200)의 제2 홈(210)에는 해수 공급부(500)로부터 공급된 해수가 담겨있고, 상기 해수를 가압하여 심해 환경에 맞는 고압의 환경을 조성할 수 있다.
가압부(700)는 고압용 압축기(Compressor)를 포함할 수 있다. 고압용 압축기는 기체압을 생성하여 압력을 가하며, 수심에 따른 다양한 압력을 제1 캡(200)에 공급된 해수에 가할 수 있다. 압축기에 사용되는 기체는 공급된 해수의 산소 농도를 일정하게 유지하기 위해 질소를 사용할 수 있다. 공기를 사용하지 않는 이유는 공기 중에 포함된 산소가 부식에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 따라서, 가압부(700)는 제1 캡(200)의 제2 홈(210)에 질소를 공급하여 해수에 압력을 가할 수 있다.
가압부(700)에 의해 고압으로 된 해수가 시편(100)을 통과함에 따라, 시편(100)에 배치된 철근(110)에서 부식이 발생하고, 상기 철근(110)의 부식으로 인해 발생하는 전위차에 의한 전류를 측정하여 철근(110)의 부식 정도를 평가할 수 있다.
압력 조절부(710)는 제1 캡(200)과 가압부(700) 사이에 배치되어 해수에 가해지는 압력을 조절할 수 있다.
압력 조절부(710)는 심해에 배치될 수 있는 철근 콘크리트 구조물의 다양한 심해 환경에 적합하도록 시편(100)에 적용되는 환경을 구현하기 위해, 해수에 가해지는 압력을 조절할 수 있다.
가압부(700)에서 공급된 고압의 기체압은 압력 조절부(710)에서 조절되어 제1 캡(200)에 공급된 해수에 전달될 수 있다. 이를 통해 높은 수압을 가지는 해수가 제1 캡(200)과 연결된 시편(100)을 투과하게 되고, 해수에 의해 발생되는 철근(110)의 부식 정도를 시편(100)에 노출된 철근(110)의 전위차 측정을 통해 정량적으로 측정할 수 있다.
압력 조절부(710)는 압력 밸브(valve)와 압력 게이지(gauge)를 포함할 수 있다. 또한, 압력 조절부(710)는 압축기에서 전달된 고압의 기체를 담을 수 있는 중심부재(715)를 더 포함할 수 있다. 압력 밸브는 중심부재(715)와 연결될 수 있다. 중심부재(715)는 시편(100)을 복수로 배치하여 철근(110)의 부식 정도를 측정하는 경우에, 각각의 시편(100)에 배치되는 제1 캡(200)에 고압의 기체를 전달할 수 있다.
압력 조절부(710)는 압력 밸브를 이용하여 압축기를 통해 전달된 중심부재(715) 내의 기체의 최대압을 줄이는 방식으로 시편(100)에 가해지는 압력을 조절할 수 있다..
도 2는 철근 콘크리트 시편이 복수로 배치된 경우 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치의 측면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치의 입면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 시편(100)을 복수로 배치하여, 본 발명의 철근 부식 평가장치를 구성할 수 있다.
시편(100)이 복수로 배치된 본 발명의 철근 부식 평가장치는 철근 콘크리트 시편(100)이 복수로 배치되고, 철근 콘크리트 시편(100) 각각에 제1 캡(200)과 제2 캡(300)이 배치될 수 있다.
해수 공급부(500)는 시편(100) 각각에 배치된 제1 캡(200)으로 해수를 공급할 수 있고, 해수 집수부(600)는 시편(100) 각각에 배치된 제2 캡(300)의 하측에 배치될 수 있다. 해수 집수부(600)에는 제1 캡(200), 시편(100) 및 제2 캡(300)을 차례로 통과한 해수가 유입될 수 있다.
가압부(700)는 시편(100) 각각에 배치된 제1 캡(200)과 연결될 수 있고, 제1 캡(200)으로 공급되는 해수에 압력을 가할 수 있다.
압력 조절부(710)는 제1 캡(200)과 가압부(700) 사이에 배치되어 해수에 가해지는 압력을 조절할 수 있다. 압력 조절부(710)는 압력 밸브(valve)와 압력 게이지(gauge)를 포함할 수 있다. 또한, 압력 조절부(710)는 압축기에서 전달된 고압의 기체를 담을 수 있는 중심부재(715)를 더 포함할 수 있다. 압력 밸브는 중심부재(715)와 연결될 수 있다. 중심부재(715)는 각각의 시편(100)에 배치되는 제1 캡(200)에 고압의 기체를 전달할 수 있다.
시편(100) 각각의 크기를 달리하거나 제1 캡(200)으로 공급되는 해수에 가하는 압력을 달리하여, 복수의 시편(100) 각각에 대한 철근(110)의 부식 정도를 측정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치는 심해 환경 특성을 고려하여 철근 콘크리트 시편(100)에 가해지는 해수압을 다양하게 조절할 수 있으므로, 심해 100m 이상의 고수압 환경에서의 철근 콘크리트 구조물의 철근의 부식 경향 및 정도를 정량적으로 파악할 수 있다.
따라서, 본 발명의 철근 부식 평가장치는 미래의 해양 구조물에 활용될 철근 콘크리트 구조물의 품질 향상 방안을 마련하는데 사용될 수 있고, 기존 콘크리트를 이용하여 건설하는 경우 부식 모니터링 기술을 개발하는 기초자료로서 활용될 수 있다.
또한, 본 발명의 철근 부식 평가장치는 동시에 다양한 길이 및 크기의 철근 콘크리트 시편(100)을 조사 및 분석할 수 있으므로, 철근 콘크리트 구조물의 두께에 따른 철근의 부식 경향(정도)을 단시간에 파악할 수 있다.
또한, 본 발명의 철근 부식 평가장치는 동시에 해수압을 달리하여 복수의 철근 콘크리트 시편(100)에 대해 철근(110)의 부식 경향(정도)를 평가할 수 있으므로, 철근 콘크리트 구조물의 설치 위치에 따른 철근의 부식 경향을 단시간에 파악할 수 있다.
또한, 본 발명의 철근 부식 평가장치는 철근 콘크리트 시편(100)의 일 방향으로, 철근 콘크리트 시편(100)의 일 단면 전체에 해수가 침투하도록 함으로써, 복수의 철근 콘크리트 시편(100) 각각의 투수 계수를 단시간에 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 철근 부식 평가장치는 해수 공급 밸브를 열고 압력을 가하여 철근 콘크리트 시편(100)에 공급된 해수를 쉽게 제거할 수 있어, 침지 환경뿐 아니라 건습 환경에서의 압력에 따른 철근 콘크리트의 철근의 부식 경향을 파악할 수 있다.
이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 즉, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 철근 콘크리트 시편 110: 철근
130: 실링부 150: 패킹부
200: 제1 캡 210: 제2 홈
300: 제2 캡 310: 제4 홈
400: 체결부 500: 해수 공급부
600: 해수 집수부 610: 집수 용기
630: 저울 700: 가압부
710: 압력 조절부 715: 중심부재

Claims (8)

  1. 복수의 철근이 배치된 철근 콘크리트 시편;
    상기 철근 콘크리트 시편의 일단부에 배치되는 제1 캡;
    상기 철근 콘크리트 시편의 타단부에 배치되는 제2 캡;
    상기 제1 캡과 연결되어, 상기 제1 캡으로 해수를 공급하는 해수 공급부;
    상기 제2 캡 하측에 배치되고, 상기 제1 캡으로 공급되어 상기 철근 콘크리트 시편 및 상기 제2 캡을 차례로 통과한 상기 해수가 유입되는 해수 집수부; 및
    상기 제1 캡과 연결되고, 상기 제1 캡에 공급된 상기 해수에 압력을 가하는 가압부;를 포함하고,
    상기 가압부에 의해 고압으로 된 해수가 상기 철근 콘크리트 시편을 통과함에 따라, 상기 철근 콘크리트 시편에 배치된 상기 철근에서 부식이 발생하고, 상기 철근의 부식으로 인해 발생하는 전위차에 의한 전류를 측정하여 상기 철근의 부식 정도를 평가하는, 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 캡과 상기 제2 캡은 체결부에 의해 연결되고, 상기 체결부의 길이를 조절하여 상기 철근 콘크리트 시편의 크기를 조절하는, 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 캡과 상기 철근 콘크리트 시편 사이 또는 상기 제2 캡과 상기 철근 콘크리트 시편 사이에는 패킹부가 배치되어 상기 해수의 외부 누출을 방지하는, 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 캡과 상기 제2 캡 사이에 배치되는 상기 철근 콘크리트 시편에서 외부에 노출되는 상기 철근 콘크리트 시편의 표면에 실링부가 배치되어 공기로 인한 상기 철근 콘크리트 시편의 부식을 방지하는, 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 캡과 상기 가압부 사이에 압력 조절부가 배치되는, 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압부는 상기 제1 캡에 질소를 공급하여 상기 해수에 압력을 가하는, 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 캡은 제1 홈 및 상기 제1 홈 내에 형성된 제2 홈을 포함하고,
    상기 제1 홈에는 상기 철근 콘크리트 시편의 일단부가 배치되고, 상기 제2 홈에는 상기 해수 공급부에서 공급된 해수가 배치되는, 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 철근 콘크리트 시편이 복수로 배치되고,
    상기 철근 콘크리트 시편 각각에 상기 제1 캡과 상기 제2 캡이 배치되고,
    상기 해수 공급부는 상기 철근 콘크리트 시편 각각에 배치된 상기 제1 캡으로 해수를 공급하고,
    상기 해수 집수부는 상기 철근 콘크리트 시편 각각에 배치된 상기 제2 캡 하측에 배치되어, 상기 철근 콘크리트 시편 및 상기 제2 캡을 차례로 통과한 상기 해수가 유입되고,
    상기 가압부는 상기 철근 콘크리트 시편 각각에 배치된 상기 제1 캡과 연결되어, 상기 제1 캡으로 공급되는 상기 해수에 압력을 가하고,
    상기 복수의 철근 콘크리트 시편 각각의 크기를 달리하거나 상기 제1 캡으로 공급되는 상기 해수에 가하는 압력을 달리하여, 상기 복수의 철근 콘크리트 시편 각각에 대한 상기 철근의 부식 정도를 측정하는, 철근 콘크리트의 철근 부식 평가장치.
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