현장 항만 콘크리트 구조물에 대한 염소이온 침투 해석

Abstract

The chloride penetration model, which considers diffusion and sorption, is proposed. The FEM program developed on the basis of the diffusion and sorption model provides the estimation of chloride concentration variation according to cyclic humidity and temperature. The humidity diffusion analysis is carried out, and the chloride ion diffusion and sorption analysis are conducted on the basis of the pre-estimated humidity data in each element. Each element has different variables at different ages and locations in analysis. At early ages, the difference of relative humidity between inner and outer concretes causes the chloride ion penetration by sorption. As the humidity diffusion reduces the difference of relative humidity between inner and outer concretes with age, the effect of sorption on the chloride ion penetration decreases with age. The cyclic humidity increases the effect of sorption on the chloride ion penetration at early ages, and increases the quantity of chloride ion around steel at later ages. Therefore, the in-situ analysis of chloride ion penetration for harbor concrete structures must be performed considering the cyclic humidity condition and the long term sorption.

본 논문에서는 확산과 수분이동에 의한 침투를 함께 고려할 수 있는 염소이온침투 모델을 제시하고 이를 바탕으로 유한요소 프로그램을 개발한다. 개발된 프로그램을 이용하여 습도와 온도가 연속적으로 변화하는 현장상태에 대한 염소이온 침투 해석을 수행한다. 해석과정으로 먼저 수분확산해석을 수행한다. 이 해석에 의한 각 유한요소의 상대습도를 바탕으로 염소이온 침투해석을 위한 재료상수를 구한다. 이러한 재료상수를 이용하여 염소이온 침투해석을 수행하게 된다. 각 유한요소들은 시간과 재령에 따라 연속적으로 변화하는 재료상수값을 가지게 된다. 내외부의 상대습도 차이가 크면 수분이동에 의한 염소이온 침투의 영향이 커지지만 내외부의 상대습도의 차이는 수분확산에 의해서 재령에 따라 감소하므로 수분이동에 의한 염소이온 침투의 영향은 재령에 따라 감소한다. 반복 습윤은 수분이동에 의한 염소이온 침투의 영향을 증가시켜 철근 주위의 염소이온 농도를 커지게 한다. 현장상황과 같이 건습의 반복이 장기적으로 발생하게 되면 수착과 확산을 함께 고려한 염소이온 침투량이 수분이동을 고려하지 않은 염소이온 침투량보다 매우 크다. 따라서, 항만 콘크리트 구조물에 대한 염소이온 침투해석을 장기재령동안 수행할 경우에는 수분이동 메커니즘을 포함한 수치 모델링을 바탕으로 건습의 반복을 고려하여 해석을 수행하는 것이 해석의 오차를 줄일 수 있을 것이다.