균열이 있는 자기치유 시멘트 복합체의 염화물 침투 저항성 :Chloride penetration resistance of cracked self-healing cement-based composites

유경석

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자료유형: 학위논문

저자정보: 유경석 (성균관대학교, 성균관대학교 일반대학원)

지도교수: 이광명

발행연도: 2021

저작권: 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수11

이 논문의 연구 히스토리 (10)

2023

다양한 균열 형상에 따른 균열이 있는 자기치유 콘크리트의 염화물 침투해석

유경석 , 장승엽 , 김지상 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2023.11 학술대회자료

Ca-Al LDH를 혼입한 자기치유 콘크리트의 염화물 침투해석을 활용한 부식개시 시기 평가

유경석 , 장승엽 , 김지상 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2023.05 학술대회자료

2022

이중층수산화물을 혼입한 자기치유 시멘트 모르타르의 염화물 침투 저항성 회복 평가

유경석 , 장승엽 한국건설순환자원학회논문집 2022.12 학술저널

자기치유 시멘트 모르타르의 염화물 침투 저항성 평가

유경석 , 장승엽 , 이용재 외 1명 한국철도학회 학술발표대회논문집 2022.10 학술대회자료

균열 자기치유 효과를 고려한 콘크리트 염화물 침투해석을 활용한 부식 개시시기 예측

유경석 , 장승엽 , 김기현 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2022.05 학술대회자료

2021

균열 자기치유 효과를 고려한 콘크리트 염화물 침투 해석

유경석 , 장승엽 , 김기현 외 1명 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2021.11 학술대회자료

무기계 자기치유 시멘트 복합체의 염소이온 침투 저항성 평가

유경석 , 장승엽 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2021.05 학술대회자료

균열이 있는 자기치유 시멘트 복합체의 염화물 침투 저항성

유경석 건설환경시스템공학과 2021.01 학위논문

2020

정상상태 이송확산시험을 이용한 자기치유 시멘트 모르터의 염소이온 침투 저항성 평가

유경석 , 장승엽 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2020.11 학술대회자료

균열이 발생한 자기치유 시멘트계 재료의 염소이온 침투 저항 회복 성능 평가

유경석 , 아브로 파하드 , 이광명 외 1명 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2020.06 학술대회자료

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콘크리트의 균열은 물, 염화물 등과 같은 유해물질의 침투하는 경로가 되어 구조물의 내구성을 저하시킨다. 균열의 지속적인 성장은 궁극적으로 콘크리트 구조물의 내구성의 악화로 이어져 사용수명이 저하하기 때문에, 균열 저감과 균열 유지보수 방안에 대해 관심이 커지고 있다. 특히, 균열의 발생을 억제하거나 진전을 제어할 수 있는 자기치유 콘크리트가 개발되어 연구되었다. 자기치유 콘크리트는 구조물에 지속적인 유지보수를 감소시키고 내구성을 유지하여, 구조물의 장수명화에 효과적이다. 이러한 자기치유 콘크리트의 상용화를 위해서는 내구성능을 정량적으로 평가할 수 있어야 하기 때문에, 내구성능 평가방법에 대한 연구가 진행 중이다.
이 논문은 자기치유 내구성능 평가방법 중 염소이온 확산에 대한 연구를 통해, 균열이 있는 자기치유 시멘트 복합체의 염화물 침투 저항성을 평가하였다. 기존 자기치유 모르타르의 염소이온 확산계수 시험은 비균열부 확산계수에 따른 오차가 발생하는 한계가 있었다. 이를 개선하고자, 균열 시험체의 비균열부에 표면코팅을 적용하여 비균열부 염소이온 확산계수의 영향을 배제하였다. 그 결과 준정상태 도달 시간의 감소함과 동시에, 기존 시험방법의 가정(균열부와 비균열부의 전위차가 동일)이 성립하지 않음을 확인하였다. 이처럼 시험 방법의 개선을 통해, 보다 정확한 염소이온 확산계수를 구하여, 자기치유 성능 평가할 수 있는 방안을 제시하였다. 또한, 치유 재령의 경과에 따라, 자기치유 콘크리트의 임계 균열폭은 자기치유 재료가 균열에 형성되면서 서서히 증가한다. 동시에 균열 단면의 형상과 균열의 비틀림이 단순화되어 균열 형상계수를 감소시킨다. 임계 균열폭의 성장과 균열 형상계수의 감소는 자기치유 재료의 치유 성능에 따라 다르며, 각각 상한과 하한이 있는 임계 균열폭 성장곡선과 균열 형상계수 감소곡선으로 정립하였다. 균열부의 염화물 침투속도와 균열 자기치유를 고려한 균열 자기치유 모델을 제안하였다. 균열이 있는 휨 시험체의 염화물 침투 시험으로 해석모델을 검증하였다. 균열 자기치유 효과를 고려할 경우, 실제 염화물 침투와 유사한 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.
이 논문에서 개선한 시험 방법을 바탕으로 균열이 있는 자기치유 콘크리트의 염소이온 확산계수를 보다 정확하게 평가할 수 있으며, 제안한 균열 자기치유를 고려한 염화물 침투 예측 모델로 실제 구조물에서 자기치유 콘크리트의 염화물 침투 양상 예측 및 부식 개시 시기를 평가하여 균열이 있는 자기치유 콘크리트의 염화물 침투 저항성 평가와 예측이 가능할 것이라 기대된다.

Cracks of concrete make paths for penetration of harmful substances, such as water, chloride, etc., which can reduce durability of concrete, causing deterioration of concrete structures. The deterioration caused by the continuous growth of cracks reduces the service life of concrete structures. This has raised interest and demand to the development of self-healing concrete, which can suppress the formation and growth of cracks. Self-healing concrete is extremely effective in reducing the maintenance requirements of structures, maintaining their durability, and extending their serviceable life. The studies on evaluation methods for durability are ongoing because it is necessary to establish quantitative assessment methods in order to commercialize self-healing concrete.
In this thesis, the chloride penetration resistance of the cracked self-healing cement-based composites was evaluated with chloride diffusion as one of the evaluation methods for durability. During the chloride diffusion coefficient test of existing self-healing cement-based composites, errors have been observed due to the diffusion coefficient of the uncracked part. However, the errors could be mitigated by applying surface coating on the uncracked part in order to eliminate the impacts on the chloride diffusion coefficient of the part. As a result, time to reach quasi-steady-state has been significantly reduced and it has been proven that conventional testing methods’ assumption (potential of the cracked and uncracked parts is identical) is not true. Through the improvement of testing methods, a more accurate chloride diffusion coefficient has been calculated, therefore suggesting a possibility to re-evaluate the self-healing performance of the self-healing concrete. As self-healing progressed, the threshold crack width gradually increased because of the formation of self-healing materials and the crack formation factor decreased as a result of the change in the internal crack geometry. The rates of increase in the threshold crack width and decrease in the crack formation factor varied depending on the self-healing capacity of the material, and they were expressed as threshold crack width growing curve and crack formation coefficient decrease with upper and lower limits respectively. The crack self-healing model considering cracked part chloride penetration velocity and self-healing capacity was developed by using the threshold crack width growth curve and crack formation factor reduction curve. The chloride penetration analysis model considering crack self-healing was verified by a chloride penetration test of cracked bending specimen. When the crack self-healing effect was taken into consideration, it was confirmed that the same result as the actual chloride penetration could be obtained.
This thesis provides an effective method to evaluate the chloride diffusion coefficient of cracked self-healing concrete more accurately. The chloride penetration model of cracked self-healing concrete can be utilized to predict chloride penetration in self-healing concrete and the time to corrosion initiation in actual structures. It is expected that the model can be used to evaluate the chloride penetration resistance of self-healing concrete with cracks.

#자기치유 #염소이온 확산계수 #표면코팅 #균열 자기치유 모델 #염화물 침투해석

제1장 서 론 1
1.1. 연구배경 1
1.2. 연구 목적 및 내용 3
1.3. 논문 구성 5
제2장 이론적 고찰 6
2.1. 자기치유 콘크리트 6
2.1.1. 자기치유 콘크리트의 정의 6
2.1.2. 자기치유 콘크리트의 성능 평가방법 10
2.2. 염화물 침투 14
2.2.1. 철근 부식 14
2.2.2. 염화물 침투 15
제3장 염소이온 확산계수를 활용한 자기치유 성능 평가 20
3.1. 개요 20
3.2. 기존 염소이온 확산계수 측정 실험 20
3.2.1. 염소이온 확산계수의 산정 20
3.2.2. 기존 정상상태 염소이온 이송확산 시험을 활용한 자기치유 성능평가 23
3.3. 개선된 염소이온 확산계수 측정 실험 26
3.3.1. 기존 염소이온 확산계수 측정 시험의 개선 26
3.3.2. 시험 변수 및 배합 28
3.3.3 시험 방법 31
3.4. 측정 시험 결과 35
3.4.1. 시간에 따른 염소이온 농도변화와 준정상상태 도달 시간 35
3.4.2. 염소이온 확산계수와 균열폭과의 관계 64
3.4.3. 측정 시험체 염소이온 확산계수를 활용한 자기치유 성능평가 75
3.5. 소결 79
제4장 균열 자기치유의 현상학적 모델 81
4.1. 개요 81
4.2. 임계 균열폭의 개념 81
4.3. 임계 균열폭 성장곡선과 균열 형상계수 감소곡선 86
4.3.1. 임계 균열폭 성장곡선 86
4.3.2. 균열 형상계수 감소곡선 88
4.3.3. 활용방안 90
4.4. 소결 91
제5장 균열 자기치유를 고려한 염화물 침투해석 93
5.1. 개요 93
5.2. 콘크리트의 염화물 침투해석 모델 94
5.2.1. 염화물 침투해석 모델 개요 94
5.2.2. 염화물 침투해석 94
5.2.3. 초기조건과 경계조건 103
5.2.4. 균열부 모델링 방법 104
5.3. 균열 자기치유 모델 106
5.4. 균열이 있는 염화물 침투해석 모델 109
5.4.1. 2차원 모델의 구성 109
5.4.2. 해석 과정 113
5.5. 실험을 통한 해석 모델 검증 116
5.5.1. 실험 개요 116
5.5.2. 실험 방법 117
5.5.3. 검증 실험 해석 모델 122
5.5.4. 해석 결과 125
5.6. 실제 구조물 적용을 위한 해석 예제 142
5.6.1. 해석 개요 142
5.6.2. 실제 구조물 적용을 위한 염화물 침투해석 142
5.6.3. 해석 결과 146
5.4. 소결 165
제6장 결 론 167
참 고 문 헌 171

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