• 콘크리트학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.883-891
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• 2002

염해 환경에 노출된 철근 콘크리트 구조물의 내구수명 산정은 일반적으로 철근의 위치까지 염소이온이 확산하여 임계농도에 도달하는데 걸리는 시간으로 추정해 오고 있다. 염소이온의 확산해석 방법은 많은 연구들이 콘크리트만을 고려한 염소이온 확산해석을 수행하여 염소이온의 분포를 예측하곤 철근 깊이에서의 염소이온 농도가 임계농도에 도달하는 시간을 내구수명 예측에 사용하는 방법을 제시하고 있다. 콘크리트에서의 염소이온의 확산 해석에서 콘크리트 내의 철근을 고려하지 않은 염소이온 확산해석은 실제 철근의 염소이온 확산 계수가 거의 '0'인 점을 고려하면 실제 염소이온의 확산 거동을 제대로 반영하지 못한 것이다. 따라서, 본 연구는 철근의 영향을 고려한 염소이온 확산 해석을 통하여 철근이 염소이온 확산 거동에 미치는 영향을 규명하고 합리적인 철근 부식 시작 시간을 예측하고자 하였다. 이를 위하여 본 연구에서는, 또한 시멘트 성분과 배합 특성에 영향을 받는 염소이온의 구속효과를 고려하여 확산해석을 수행하였으며, 염소이온 확산 해석의 주요 변수는 실제 구조물에서 염소이온의 확산해석에 영향을 미칠 것으로 예상되는 철근의 직경, 철근 덮개 크기, 시멘트 종류 그리고 배합 등의 다양한 변수를 고려하였으며 철근을 고려하지 않은 경우와 비교 분석하였다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제15권2호
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• pp.71-79
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• 2003

본 논문에서는 염소이온 침투해석에 사용되는 염소이온 확산계수. 염소이온 고정화 관계식, 증발가능 수량에 대한 일반 예측식들을 제시하였다. 이러한 식들을 염소이온 확산 모델링에 대입하여 그 식들의 유효성을 검토하였다. 상대습도와 양생온도의 염소이온 확산에 대한 영향은 주로 확산계수를 변화시켜 고려한다. 상대습도가 증가하면 염소이온 확산깊이는 증가하고 재령이 경과할수록 상대습도가 확산깊이에 미치는 영향은 커진다. 반면에, 양생온도가 증가하면 확산깊이가 조금 증가하지만 재령이 경과할수록 양생온도가 확산깊이에 미치는 영향은 감소한다. 한편, 염소이온의 고정화에 영향을 미치는 시멘트의 $C_3$A양이 증가하면 표면에서는 고정염소이온의 증가로 인해 전체 염소이온량이 증가하지만 깊이가 깊어질수록 확산되는 자유염소이온의 감소로 인해 전체 염소이온량이 감소한다. 물-시멘트비가 감소하면 염소이온의 확산깊이는 급격히 감소하고 염소이온의 확산을 막는 가장 효과적인 방법은 물-시멘트비를 감소시키는 것임을 알 수 있다

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권2호
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• pp.179-189
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• 2005

철근콘크리트 구조물의 성능저하와 관련되어 외부염소이온의 침투에 따른 철근부식은 가장 빈번하게 발생하는 현상으로 이에 따른 사용수명의 예측을 위해서는 Fick의 확산법칙을 이용한 염소이온 확산해석 방법에 대해 많은 연구가 수행되어왔다. 그러나, 탄산화가 복합적으로 작용하는 경우에 대한 연구는 최근에 이르러 수행되고 있는 실정이며 이에 따라 본 연구에서는 탄산화가 복합적으로 작용하는 경우 외부염소이온 침투에 대한 실험결과와 Fick의 확산방정식에 따른 예측결과를 비교하여 이의 타당성을 검토하였다. 이 경우 Fick의 확산방정식에 따른 깊이별 염소이온농도 예측결과는 탄산화 영역에서의 염소이온 해리에 따른 염소이온 침투촉진 현상을 적절히 반영하지 못하고 있는 것으로 나타났다. 그러나, 침지실험으로부터 구한 표면염소이온 농도 및 염소이온 확산계수를 사용하는 경우 탄산화 영역보다 깊은 영역에서의 염소이온농도는 실험결과와 비교적 일치하였다. 한편, 전기적인 촉진법에 의해 구한 염소이온 확산계수를 Fick의 확산방정식에 사용하는 경우 단순 건습반복 실험에 따른 깊이별 염소이온농도는 적절히 예측할 수 있지만 탄산화가 복합적으로 작용하는 경우에 예측된 염소이온농도는 실험결과와 많은 차이를 나타내었다. 이로부터 탄산화가 복합적으로 작용하는 경우 외부염소이온 침투정도를 조기에 예측하기 위해서는 콘크리트의 염소이온 확산계수를 적절히 측정하기 위한 새로운 방법이 요구되는 것을 알 수 있다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제9권1호
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• pp.15-20
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• 2009

해양환경 하에 건설되는 콘크리트구조물은 다양한 염해 환경에 노출되어 있으며, 이중 염소이온의 침투 및 확산으로 인한 콘크리트 중의 철근부식과 화학적 침식 등은 콘크리트구조물의 주요 성능저하 요인으로 지적되고 있다. 따라서 해수 중의 염소이온의 침투 및 확산 메커니즘을 효율적으로 평가하기 위하여 전기화학적 촉진시험으로부터 염소이온의 확산계수를 추정하였다. 또한 콘크리트의 압축강도, 투수공극량 및 염소이온의 침투깊이 등과 염소이온의 확산계수와의 상관관계를 분석하기 위하여 회귀분석을 실시하였다. 본 연구의 시험결과에 의하면, 물-시멘트비 40~60%의 범위에서 보통콘크리트의 염소이온 확산계수는 $2.5{\sim}6.6{\times}10^{-12}m^2/s$ 정도였으며, 염소이온의 확산계수와 콘크리트의 물성과의 상관관계는 선형의 상관관계가 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권4A호
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• pp.753-759
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• 2006

염해환경 하에 있는 콘크리트 구조물의 내구수명을 예측하기 위하여 콘크리트의 표면 염소이온 농도, 염소이온 확산계수 및 임계 염화물량 등이 주요 인자로 사용된다. 이들 중 염소이온 확산계수는 콘크리트 품질 및 주변 환경조건 등에 많은 영향을 받으며, 이에 따라 콘크리트 구조물의 내구수명이 크게 달라지기 때문에 내구수명을 예측하는 데 가장 중요한 인자로 평가되고 있다. 콘크리트 내의 염소이온 침투 확산에 영향을 미치는 정성적인 주요 인자로는 물-시멘트비, 재령, 양생조건, 주위 환경의 염소이온 농도 및 건습조건 등을 들 수 있는데, 본 연구에서는 염소이온 확산실험을 통해 물-시멘트비와 양생조건이 콘크리트의 염소이온 확산특성에 미치는 영향을 조사하였다. 전위차를 이용한 촉진시험법에 의하여 확산셀을 통과한 전위차를 측정한 후, Andrade의 모델에 의하여 전압강하량을 고려하여 3종류의 물-시멘트비를 갖는 콘크리트의 염소이온 확산계수를 구하였다. 또한, 양생조건별로 물-시멘트비 및 재령 효과를 고려한 회귀분석을 통하여 염소이온 확산계수 추정식을 제안하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제36권3호
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• pp.260-265
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• 1999

보통 포틀랜드 시멘트와 플라이애쉬, 슬래그를 혼합한 혼합시멘트 경화체를 이용하여 이온 확산에 미치는 혼합재의 영향과 양이온 공존시 염소이온의 확산에 대하여 고찰하였다. 겉보기 이온확산계수가 보통 포틀랜드의 시멘트보다 플라이애쉬와 슬래그를 혼합한 시멘트 경화체가 약 10-3배로 매우 낮은 값을 나타내었다. 이것은 포졸란 반응에 의해 많은 CSH 수화물이 capillary pore에 형성되어 macro pore가 감소되고 micro pore가 증가되어 이온 확산에 대한 저항이 커졌기 때문이다. 또한, Mg2+이온 공존시에 염소이온의 확산은 증가되었다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.404-405
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• 2011

원전구조물의 방사성 폐기물 처분시설의 경우 지하수에 해수가 유입되어 콘크리트에 염소이온 침투가 발생할 수 있으며, 콘크리트 내부에 존재하는 인장철근의 부식에 의한 내구성 저하 및 수명 단축이 주된 문제가 된다. 본 논문에서는 원전콘크리트 구조물에서의 확산에 의한 염소이온 침투에 대한 수학적 모델을 제시하였다. 콘크리트 중의 염소이온의 침투는 콘크리트의 노출환경, 습윤상태에 따라 확산(Diffusion), 대류(Absorption), 전기적 이동(Migration)에 의해 발생한다. 이러한 조건을 모두 고려하여 제시한 방정식에 의해 염소이온의 침투를 예측할 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제15권6호
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• pp.829-839
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• 2003

최근 원전 구조물을 비롯한 해양에 인접한 콘크리트 구조물의 경우 외부의 염소이온 확산에 의한 철근 부식과 관련한 문제가 콘크리트의 내구성과 관련된 중요한 요인으로 인식되고 있으며, 이와 관련된 다양한 연구들이 국 내외 적으로 수행되고 있다. 그러나, 탄산화를 비롯한 복합열화 환경에서의 염소이온 확산에 대한 연구결과는 아직까지 미흡한 실정으로 본 연구에서는 이와 관련하여 탄산화 작용이 콘크리트 중의 염소이온 확산에 미치는 영향에 대한 실험적인 연구를 수행하였다. 본 연구에서 수행한 5% 염화나트륨 용액 침지 및 10% $CO_2$ 촉진탄산화 반복실험 결과 콘크리트의 탄산화는 콘크리트 내부로의 염소이온 확산 정도를 증가시키는 것으로 나타났으며, 이것은 탄산화 영역에서 고정된 염소이온의 유리에 따른 염소이온 농도 구배의 증가 때문인 것으로 판단된다. 한편, 플라이애쉬를 혼입한 콘크리트의 경우 표면부에서 일정한 깊이까지는 촉진탄산화의 영향에 의한 높은 염소이온 침투량을 나타내지만 경계를 넘어선 영역에서는 플라이애쉬를 혼입하지 않은 경우와 거의 유사한 정도의 염소이온 침투량을 보였다. 본 연구를 통해 탄산화 작용이 콘크리트 내부로의 염소이온 침투에 미치는 영향과 관련한 기초적인 실험자료를 축적하였으며 향후 추가적인 연구를 통해 콘크리트 구조물의 내구수명을 산출하는데 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.173-182
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• 2003

최근 영종도신공항, 서해대교, 원자력발전소 등 열악한 환경에 노출되는 구조물들의 건설이 증가되면서 구조물의 내구성 확보에 관한 관심이 커지고 있는 실정이다. 특히 철근부식과 관련하여 콘크리트 구조물의 성능저하에 가장 큰 영향을 미치는 염해에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 그 동안 주로 염소이온 단일열화에 대한 연구는 많았으나 염소이온과 황산염 등이 복합으로 작용하는 경우 등 복합열화에 대한 연구는 찾아보기 어려운 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 단일염소이온 만이 아니라 염소이온과 황산염 이온이 복합된 환경하에서 콘크리트 구조물의 성능저하 현상을 규명하고 이들의 상호영향을 연구하는데 목적을 두고 두 가지 경우에 대한 실험을 수행하였다. 단일 염소이온이 존재하는 경우보다 황산염 이온이 동시에 작용하는 경우 염소이온 침투량이 증가하였으며, 모든 조건에서 표면염소이온의 농도는 시간에 따라 증가하고 반면에 확산계수는 시간에 따라 감소하는 경향을 나타냈다. 또한 플라이애시를 사용한 경우 모든 배합과 노출환경에서 확산계수가 줄어드는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 실험결과에 따라 표면염소이온의 농도와 확산계수의 시간의존성을 예측하는 식을 제시하였으며, 이들의 영향을 고려한 염소이온 침투 예측식을 제시하였다. 본 연구의 결과는 해수 등과 같이 염소이온 및 황산염 이온이 복합 작용하는 경우 장기적인 염소이온 침투량을 예측하는 데 참고자료가 될 것으로 사료되며, 정확한 예측을 위해서는 이를 통한 진전된 복합환경하의 연구가 필요하다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.607-615
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• 2009

본 논문에서는 염소이온의 확산과 이송해석이 가능한 유한요소해석 프로그램을 개발하였으며, 해양 간만대의 건습 반복 조건을 고려하여 염소이온 침투해석을 수행하였다. 염소이온 침투에 영향을 미치는 열과 수분의 전달을 동시에 고려하였으며, 특히 염소이온 이송을 생성항 또는 소멸항으로 처리하여 온도, 상대습도, 염소이온농도를 순차적으로 풀 수 있도록 하였다. 건습 반복 주기를 변수로 한 유한요소해석 결과와 ACI Life-365방법에 의한 침투 프로파일의 비교를 통하여, Life-365 방법은 해중에서의 염소이온 침투에 대해서는 정확한 결과를 주지만 간만대의 해석결과는 건습 주기의 영향을 고려하지 못하는 것을 확인하였다. 실제 해양 콘크리트는 다양한 건습 주기의 간만대 환경에 노출되어 있으므로, 정밀한 염소 이온 침투해석을 위해서는 확산-이송 해석을 수행해야 할 것으로 생각된다.