철근콘크리트 구조물에서 철근의 부식은 콘크리트의 균열을 야기하고 구조물의 안정성을 저해시킨다. 이러한 철근의 부식에 주요 원인으로는 염소 이온(Cl-)에 의한 철근 계면에 형성되어 있는 부동태 산화피막(Passive Oxide film)의 파괴가 있다.
콘크리트에 매립되어 있는 철근의 부식을 방지하기 위하여 콘크리트에 방청제를 혼입하는 공법이 대중적으로 사용되고 있지만, 방청제의 성능을 평가하는 방법으로는 철근이 매립된 콘크리트 시험체를 제작하고, 부식촉진 후 파괴하여 철근의 부식면적 및 부식감량을 파악하는 방법이 대표적인 방법이다. 하지만 이러한 파괴적인 방법은 단순한 부식의 유무만이 파악이 가능할 뿐, 철근의 부식이 진행되는 부식거동과 부식진행 메커니즘을 파악할 수 없다.
철근의 부식은 철근 계면에 형성되는 분극전지에 의한 전기화학적 반응이므로, 전기화학을 이용하여 부식측정이 가능하다. 따라서 전기화학을 이용한 철근의 부식측정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그 중 전기화학적 임피던스 분광법(Electorchemical Impedance Spectroscopy)은 완전한 비파괴 측정방법으로 주기적으로 철근의 부식을 측정가능하며 철근계면에서 일어나고 있는 메커니즘에 대한 분석이 가능한 방법이다.
따라서 본 연구에서는 비파괴적 측정방법이면서 철근의 부식에 대한 정량적인 측정이 가능한 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)를 이용하여, 염화물과 방청제의 첨가량에 따른 콘크리트에 매립된 철근의 부식거동을 관찰하여 분석하고 방식성능을 비교평가 하고자 하였다.
본 실험결과 철근에 가혹한 환경일 때 콘크리트의 방식성능은 NaCl+LiNO2 1.2M 첨가 콘크리트 > NaCl+LiNO2 0.6M 첨가 콘크리트 > 일반 콘크리트 > NaCl 첨가 콘크리트 순으로 나타났으며, LiNO2가 염화물 첨가량 대비 1.2M이상 첨가되어야 철근의 부식에 대하여 가혹한 환경이라도 철근이 부식되지 않는 것을 확인하였다. 이는 아질산 이온(NO2-)이 철근 표면에서 Fe2O3를 형성하면서 부동태 산화피막을 형성하면서 기존에 생성되어 있는 부동태 산화피막을 보호하고, 철근의 부식반응을 억제하기 때문으로 사료된다. 또한 LiNO2가 염화물 첨가량 대비 0.6M이 첨가되는 경우, 일반 콘크리트와 비슷하거나 약간 우수한 방식성능을 보이지만 철근의 부식에 가혹한 환경에서는 철근의 부식반응을 억제하지 못하는 것으로 사료된다.
또한 자연전위법(Half-cell mapping), 선형분극저항법(Linear Polarization Resistance) 측정방법에 따른 측정결과, 실제 철근의 부식면적 측정결과와 임피던스 분광법 측정결과를 비교 평가한 결과, 임피던스 분광법의 측정결과가 더 정밀하고, 정량적인 방청제의 성능평가 방법임을 확인하였다. 이는 부식의 유무만을 판단하는 정성적인 측정방법인 자연전위법의 한계를 전기화학적 임피던스 분광법으로 극복할 수 있으며, DC전류를 인가하여 준파괴적인 측정방법인 선형분극저항법은 전해질 저항 및 부식에 관련하지 않는 기타저항도 포함하여 측정하기 때문에 임피던스 분광법이 더 정밀한 것으로 판단된다.
전기화학적 임피던스 분광법을 이용하여 지속적으로 콘크리트에 매립된 철근의 부식거동 및 방식성능의 평가가 가능하며, 방청제의 성능평가뿐이 아닌 다양한 철근의 방식기술에 대한 성능평가가 가능할 것으로 사료되며, 철근의 부식상황에 따른 메커니즘을 더 정확하게 파악할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 완전한 비파괴적 측정방법이기 때문에 철근콘크리트 구조물의 안전성 진단에도 유용하게 사용될 수 있을 것으로 사료된다.