금속용사 방식피막을 갖는 강재의 콘크리트 내 부식거동에 관한 실험적 연구 :An experimental study on the corrosion behavior in the steel material embedded in concrete with metal spray method

윤창복

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자료유형: 학위논문

저자정보: 윤창복 (한양대학교, 한양대학교 공학대학원)

지도교수: 이한승

발행연도: 2017

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

EIS를 이용한 아크 금속용사 표면처리기법이 적용된 강재의 콘크리트 내 부식 거동에 관한 실험적 연구

윤창복 , 박장현 , 이한승 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 2020.01 학술저널

2017

금속용사 방식피막을 갖는 강재의 콘크리트 내 부식거동에 관한 실험적 연구

윤창복 2017.01 학위논문

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강재는 콘크리트와 더불어 철근콘크리트 구조물에 가장 많이 사용되는 건축 재료중 하나이다. 하지만 환경적, 화학적 등 여러 가지 다양한 인자들로 인하여 콘크리트 내부의 강재가 부식되는 문제점이 발생하고 있다. 콘크리트 내부 강재의 부식은 부피팽창으로 인해 콘크리트의 균열과 박리 등의 문제를 발생시키며, 각각의 고유성능을 저하시켜 결국 구조물의 내구성에도 큰 영향을 미친다. 이러한 콘크리트 내부에서 강의 부식을 방지하기 위한 표면방식공법 중 하나인 금속용사 방식공법은 희생양극 방식으로 강재보다 이온화 경향이 큰 아연, 알루미늄, 마그네슘 등의 금속을 용융시켜 압축공기로 강재 표면에 분사하여 다공질의 금속피막을 형성하는 방식기법으로, 모재에 변화를 거의 주지 않으며 넓은 범위에 사용할 수 있는 장점이 있고 현장에서의 시공이 용이하며 방식성능이 우수하다고 알려져 있다. 하지만 금속용사 방식기법은 사용처가 강구조물 혹은 교량 등 외부에 노출되는 강재에 한하여 사용되고 있으며, 콘크리트 내부 환경에서의 부식거동 및 사용성에 관한 연구가 부족한 실정이다. 본 논문에서는 전기화학을 이용한 방법 중 하나인 Electrochemical Impedance Spectroscopy(EIS)를 이용하여, 강재에 Bare, Zn, Al, ZnAl 금속용사 피막이 형성된 시험체를 콘크리트 환경을 모사한 Ca(OH)2수용액에 침지하여 부식거동을 측정하고(Seires 1) 시멘트 모르타르에 매설 후 NaCl 3.5wt% 수용액에 침지하여 부식거동을 측정하였다(Series 2). 실험 결과 금속용사 피막에 Zn이 사용되는 경우(Zn ATMS, ZnAl ATMS) Ca(OH)2와의 빠른 반응성에 의해 Zn이 소모되면서 부식생성물이 강재표면에 흡착되어 강재를 보호하는 것을 확인하였고 Al 금속용사가 적용될 경우 Al이 부동태피막과 유사한 성능을 가지는 산화피막을 빠르게 형성하여 강재를 보호하는 것을 확인할 수 있었다.

#건축공학

제1장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 목적 3
제2장 문헌 고찰 5
2.1 강재의 부식 5
2.1.1 부식의 정의 5
2.1.2 강재부식의 매커니즘 6
2.1.3 강재의 부식인자 9
2.1.4 콘크리트 내부 강재의 부식형태 13
2.2 부식방지기법 14
2.2.1 중방식도장(Heavy duty coating) 15
2.2.2 도금법(Galvanized) 16
2.2.3 금속용사(Arc Thermal Metal Spray) 17
2.3 부식측정방법 19
2.3.1 자연전위법(Half-cell mapping) 21
2.3.2 선형분극저항법(Linear polarization) 24
2.3.3 전기화학적 임피던스 분광법 (Electrochemical Impedance
Spectroscopy) 26
2.4 아크 금속용사(Arc Thermal Metal Spray 이하 ATMS) 29
2.4.1 고주파 아크 금속용사(High-frequency Thermal Metal Spray 이하 HMS) 30
2.4.2 기존 강재의 방식공법의 문제점24) 33
제3장 실험계획 및 방법 35
3.1 실험개요 35
3.2 실험인자 및 수준 36
3.2.1 시험체 36
3.2.2 사용 재료 37
3.3 실험 방법 38
3.3.1 Ca(OH)2 포화수용액 실험 (Series 1) 38
3.4.2 Cement Mortar 매립실험 (Series 2) 39
3.3.3 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)측정실험 41
제4장 실험결과 및 고찰 43
4.1 Ca(OH)2 포화수용액 침지실험 43
4.1.1 시간에 따른 Nyquist plot과 Equivalent Circuit의 변화 46
4.1.2 표면처리방법에 따른 분극저항의 변화 47
4.2 Cement Mortar 매립시험 51
4.2.1 NaCl 수용액에서의 시험체별 Nyquist plot 51
4.2.2 침지시간에 따른 분극저항의 변화 53
제5장 결론 58
참고문헌 60
ABSTRACT 64
감사의 글 66

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