염해에 따라 콘크리트 속에서 부식된 철근의 반전지전위와 부식전류밀도의 상관관계에 관한 실험적 연구

조상현,김동원,기성훈 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.26 No.6

This study aims to investigate the feasibility of the half-cell potential (HCP) measurements on the concrete surface for evaluation of corrosion rate (or corrosion levels) of reinforcing steel in concrete. A series of experimental study is performed to measure HCP (or corrosion potential, Ecorr ) and corrosion current density (icorr) of reinforcing steel in concrete cube specimens, with a side length of 200 mm. Various corrosion levels in a range of 0% to 20% of the test specimens are accelerated by impressing current to the reinforcing steel in concrete immersed in 3.0 % NaCl solution. HCP is measured in accordance with ASTM C876-15, and corrosion current density is determined by using the Stern-Geary equation and measured polarization resistance measured by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). As a result, a numerical formula that relates HCP and icorr in the test specimen is established by a regression analysis of the measured data in this study. It is observed that HCP is linearly correlated with log(icorr) with a R2 greater than 0.87, which is less affected by the experimental variables such as concrete mixture proportion, diameter of reinforcing steel and the amount of applied current in this study. These results exhibit that HCP measurements could be effective for evaluation of corrosion rate (or corrosion levels) of reinforcing steel in concrete in the case of exposed to a certain consistent environment. 이 연구에서는 콘크리트 표면에서 측정된 반전지전위(half-cell potential, HCP)값을 활용하여 철근 부식 상태 및 부식속도의 정량적 평가 가능성을 논의하였다. 이 연구에서는 염수에 침지된 콘크리트 속 철근에 전류를 인가하여 다양한 부식상태의 철근 콘크리트 실험체(한 변의 길이가 200mm 인 정육면체)를 준비하였다. 부식촉진시험을 마치고, 염수 포화상태의 콘크리트 실험체 표면에서 HCP값을 측정하였고, 바로 이어서 동일한 조건의 실험체에서 전기화학적 임피던스 분광법을 활용하여 콘크리트 속 철근의 분극저항값을 측정하였다. 측정된 분극저항값을 Stern-Geary식에 대입하여 부식전류밀도(corrosion current density, icorr)를 계산하였다. 실험결과를 바탕으로 염해에 따라 다양한 부식상태의 철근이 매입된 철근 콘크리트 실험체의 염수 포화상태에서 HCP와 icorr의 상관관계를 도출하였다. 대체적으로 HCP와 icorr은 로그선형관계를 보였으며, R2값이 0.87이상의 높은 적합도를 확인하여 통계적인 유의함을 확인하였다. 이러한 결과는 일정한 환경에 노출된 철근 콘크리트일 경우 자연전위값을 측정함으로서 철근의 부식상태 및 속도를 평가할 수 있음을 실험적으로 확인하였다.

프리스트레스트 콘크리트용 강연선을 위한 부식방지 공법의 보호성능 평가

윤인석,강현구,신형엽 한국콘크리트학회 2019 콘크리트학회논문집 Vol.31 No.6

프리스트레스트 콘크리트 구조체 내 강재의 부식은 구조체의 안전성 및 내구성과 직결된다. 그래서 높은 인장응력이 가해지는 PSC 강재는 부식에 매우 취약하므로, 올바른 부식 보호공법의 선정 및 개발은 대단히 중요하다. 본 연구에서는 강연선의 부식방지에 효율적인 방식공법을 전기 화학적 기법 및 중량감소율을 측정하여 검토하였다. 시험편의 종류는 (a) 강연선, (b) 시멘트계 표준 그라우팅, (c) 그리스, (d) 그리스와 그라우팅의 병행, (e) 그리스로 도막 후 HDPE 도막의 2중 도막, (f) 그리스로 도막 후 HDPE 도막 및 재차 시멘트 그라우팅의 3중 도막 등, 총 6종류이다. 실험은 염수의 단일 촉진, 염수 및 용존 산소의 복합 촉진 등, 2종류로 나누어 실험하였다. 실험 결과에 의하면 타 공법대비 HDPE 도막 공법이 매우 뛰어난 부식제어효과를 보였다. 다음은 그리스와 그라우팅을 병행 적용한 것이며, 그라우팅과 그리스는 비슷한 수준이었다. 그러나 그라우팅은 시간에 따라 부식전류밀도가 낮아지지만, 그리스는 상승하는 추이를 보였다. 특히, 산소를 유입시켰을 때 이러한 추이가 관찰되었는데, 이는 산소 기포의 물리적 타격에 의한 그리스 도막 손상에 기인한 것으로 판단된다. 또한, 부식전류밀도와 중량감소의 상관관계를 통하여 염소이온만으로 부식될 경우 평균 0.15 µA/cm2, 염소이온과 산소의 병행작용으로 부식된 경우는 0.17 µA/cm2 수준에서 부식이 시작되었다.

금속용사 코팅제의 종류 및 두께에 따른 강재 내식성의 전기화학적 평가

강명식,엄성현,조연철,안재우,김성수,이정배,Kang, Myeong-Sik,Eom, Sung-Hyun,Cho, Yeon-Chul,Ahn, Jae-Woo,Kim, Seong-Soo,Lee, Jeong-Bae 한국자원리싸이클링학회 2016 資源 리싸이클링 Vol.25 No.3

해양환경 및 공장지역과 같이 가혹한 부식환경에 놓인 강구조물은 사용수명을 증대시키기 위하여 다양한 방식 기술을 적용하여 건설되고 있다. 그 중 금속용사에 의한 방식기술은 일반적으로 널리 쓰이는 기술의 단점을 보완한 방식 기술이지만 완벽하다 할 수 없어 내식성 향상에 대한 연구개발이 절실한 상황이다. 본 연구에서는 금속용사에서 사용되는 금속 재료의 종류 및 용사 두께의 변화에 따른 내식성을 평가하였으며 전기화학적 방법인 부식전위 및 부식전류밀도 측정을 통하여 비교 고찰하였다. 금속용사 재료로는 아연(Zn) 및 알루미늄(Al)을 사용하여 비율을 조절하였고, 용사 두께는 $30{\sim}100{\mu}m$ 사이에서 구분하여 선정하였다. 검토 결과, 금속용사 재료로 Zn을 100% 사용한 경우에서 가장 낮은 부식전위가 측정된 것을 확인하였으며, Zn 85%-Al 15% 합금과 Al 100%의 경우에는 부식전류밀도가 감소하였다. 또한 용사재료에 관계없이 용사두께가 증가할수록 부식전위는 감소하였다. Steel structures exposed to extremely corrosive environment like marine environments and industrial area are generally manufactured by applying various protection treatment to increase their lifetime. Metal spraying is one of the protection methods to overcome some drawbacks of the widely employed technologies. Therefore, lots of research needs to be done to improve the corrosion resistance of steel structures. In this study, the corrosion resistance of steel structures was evaluated with the variation in the type and thickness of metal spray by measuring the corrosion potential and current density. As a raw material for spraying, Zn, Al and their mixture were employed to obtain coating thickness of $30{\sim}100{\mu}m$. Our data indicated that the pure zinc coating with $100{\mu}m$ showed the lowest corrosion potential. In the case of pure Al and Zn 85%-Al 15%, the corrosion potential and current density was decreased compared to pure zinc. It was found that the corrosion potential was decreased with the increase of coating thickness irrespective of the type of the coating.

GTAW에 의한 스테인리스강 용접부위의 부식특성에 관한 전기화학적 평가

문경만(Kyung-Man Moon),이규환(Kyu-Hwan Lee),김진경(Jin-Gyeong Kim) 한국마린엔지니어링학회 2010 한국마린엔지니어링학회지 Vol.34 No.4

STS304와 22APU 스테인리스강에 가스 텅스텐 아크용접을 하였다. 이 경우 두 강의 용접부의 부식특성을 전기화학적 방법으로 검토하였다. STS304 용접금속의 경도(Hv-250)는 22APU 강 (Hv-217) 보다 상대적으로 높은 값을 보였다. 22APU의 용접금속과 STS 304의 열영향부의 부식전류밀도는 다른 용접부위와 비교하여 각각 높은 값이 관찰 되었으며, 이것은 예민화 온도 영역에 있는 STS304의 열영향부와 22APU의 용접금속에 형성된 크롬탄화물로 크롬결핍이 더욱 활성태의 양극으로 쉽게 부식된 것에 기인하는 것으로 사료된다. 그리고 이들 두 강의 용접금속과 열영향부는 크롬결핍상태에 있는 입자 사이 경계의 선택부식으로 입계부식을 나타내었다. 결과적으로 다른 용접방법의 적용이나 적절한 용접봉 사용은 두 강의 용접부에 대한 내식성을 개선하기 위해서 필요한 것으로 사료된다. GTAW was carried out to the austenitic 304(STS 304) and 22 APU stainless steels. In this case, difference of the corrosion characteristics of welded zone with STS 304 and 22APU mentioned above was investigated with electrochemical methods. Vickers hardness of weld metal in case of STS 304 (Hv-250) showed a relatively higher value than this of 22 APU(Hv-217). The corrosion current densities of weld metal of 22APU and heat affected zone of STS 304 were observed at the highest value compared to those of other welding zone respectively. This is probably because chromium depletion field due to chromium carbide formed to weld metal of 22APU and to heat affected zone of STS 304 can preferentially easily be corroded with more active anode than other fields. Consequently it is thought that application of the other welding methods like as laser welding or using of the optimum filler metals is necessary to improve the corrosion resistance of welding parts of these steels.

비정질 Zr65Al8Ni5Cu 금속합금의 전기화학적 부식 특성

김현구 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.3

This study was undertaken to measure the electrochemical corrosion of an amorphous Zr65Al8Ni5Cu22 (at.%) alloy ribbon under various conditions, including 70-mM H₂SO₄, 0.4-mM HCl solutions, various values of the pH, and various immersion times. The HCl solution produced more corrosion than the H₂SO₄solution, and the highest value of Icorr was measured in the H₂SO₄solution at 45℃. The Rp was inversely proportional to the corrosion rate, increasing with increasing temperature. While pH=9 was not as sensitive as other pH, pH=5 was more sensitive than other pH for amorphous Zr65Al8Ni5Cu22 (at.%) alloy. The change in the mass of the H₂SO₄solution with immersion time after 200 h was greater than for the HCl solution. 주어진 온도에서의 황산과 염산수용액, pH, 그리고 담금시간 등에 따른 비정질합금 Zr65Al8Ni5Cu22의 전기화학적 부식특성 실험을 하였다. 비정질 Zr65Al8Ni5Cu22 시료는 황산수용액에 비해 염산수용액에서 대체적으로 부식에 더욱 민감함을 알 수 있었고, 45℃의 황산수용액에서 가장 큰 부식전류밀도(Icorr)가 측정되었다. pH=9에서는 다른 pH값들에 비해 부식에 대한 반응이 더 느리게 나타나는 반면, pH=5에서는 시료에 대한 부식 반응이 상당히 빨랐다. 담금 시간이 200시간까지는 황산과 염산수용액에서 질량변화는 없었으나, 담근 시간이 200시간 이후에는 염산수용액보다 황산수용액에서 더 큰 질량 변화를 볼 수 있었다.

여러 조건하에서 비정질 Co-Fe-Ag-Si-B 합금의 전기화학적 부식 특성

김현구 한국물리학회 2008 새물리 Vol.56 No.5

This study was undertaken to measure the electrochemical corrosion of an amorphous Co$_{69}$Fe$_{4.5}$Ag$_{1.5}$Si$_{10}$B$_{15}$ (at.\%) alloy ribbon under various conditions, including 1 mM H$_{2}$SO$_{4}$ and 70 mM NaCl solutions, various values of the pH, and various oxygenation times. The I$_{corr}$ and the corrosion rate of the amorphous alloy increased with increasing temperature, and the R$_{p}$ was inversely proportional to the corrosion rate. The H$_{2}$SO$_{4}$ solution was also more sensitive to corrosion than the NaCl solution because the I$_{corr}$ and the corrosion rate of the amorphous alloy in a H$_{2}$SO$_{4}$ solution of low concentration was higher than those of the NaCl solution. The values of I$_{corr}$ and the corrosion rate for in pH=3 were higher than they were for other PH values. The corrosion characteristics of the amorphous alloy were not proportional to the oxygenation time within the range of studied times. 황산수용액과 염화나트륨수용액, 여러가지 pH 값, 그리고 산소의 주입량 등에 따른 비정질합금 Co$_{69}$Fe$_{4.5}$Ag$_{1.5}$Si$_{10}$B$_{15}$의 전기화학적 부식특성 실험을 하였다. 황산수용액에서는 부식전류밀도 (I$_{corr}$)와 부식속도가 온도의 증가에 따라 점차 증가함을 볼 수 있었고, 분극저항 (R$_{p}$)은 부식속도에 반비례하여 온도의 증가에 따라 감소됨을 알 수 있었다. 또한 저 농도의 황산수용액에서의 I$_{corr}$와 부식속도가 염화나트륨 수용액에서의 값들 보다 큰 값이 측정되어 황산수용액에서 부식에 더욱 민감할 것으로 생각되었다. pH 3에서의 I$_{corr}$와 부식속도는 다른 pH값들에 비해 큰 값이 측정되었으며, 가장 작은 값의 R$_{p}$가 측정됨으로 다른 pH들에 비해 부식에 대한 반응이 더 빠를 것으로 생각되었다. 산소 주입시간에 대한 부식 특성은 실험 범위내에서는 주입시간에 비례하지 않는 것으로 생각되었다.

부식액의 조건 및 주사 속도가 AISI 304 스테인리스강의 전기화학적 부식에 미치는 영향

나은영,백신영 한국마린엔지니어링학회 1997 한국마린엔지니어링학회지 Vol.21 No.5

The effect of concentration of each solution( HCI, $H_2SO_4$ and $HNO_3$), scan rate and polished surface condition on the corrosion of AISI 304 Stainless Steel were investigated, utilizing the Method ASTM G5 - 87. It can be concluded that: 1) For the same concentration(i.e. 1N) of each solution the corrosion rate is the highest in HCI and lowest in $HNO_3$. Also, the difference of values of $i_{cirt}$ generated for each solution is significant. 2) As the concentration of the solution $H_2SO_4$ is increased (O.5N, 1N, 2N) the values of $E_{cor}$ $i_{crit}$ and $i_{p}$ are increased. 3) In case of existence of SCN ion of O.OlN, the values of iCTIt and ip generated are approximately 100 times and 1.4 times higher respectively, than in the case of non - existence of $SCN^{-}$. However the existence of $SCN^{-}$ doesn't affect the value of $E_{cor}$ and $E_{p}$. 4) The values of $i_{crit}$ and $i_{p}$ are increased due to the increase of scan rate. But the values of $E_{cor}$ and $E_{p}$ do not depend on the scan rate. 5) The $i_{p}$ value depends greatly on oxygen in the solution, but the changes in values of $E_{cor}$ $i_{crit}$ and $E_{b}$ due to the oxygen are insignificant. 6) If a component is polished using #400, #600 and #800 wet polish paper, the effect of surface condition on variations of values of $i_{crit}$ and $i_{p}$ is slightly significant.

해수전착 코팅을 이용한 내부식성 철근의 개발 및 적용성에 대한 연구 1 : 해수전착 코팅 시스템 개발

권성준,이명훈,박상순 한국구조물진단유지관리공학회 2012 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.16 No.5

본 연구는 해수에 존재하는 다량의 칼슘 및 마그네슘 이온을 전기적으로 강판에 전착하는 전착시스템을 개발하는 것이다. 최종적인 목표는 해수를 이용하여 전착한 구조용 철근의 개발이며, 본 연구는 1단계 연구로서 고내구성 철근개발을 위한 전착시스템 개발에 목적을 두었다. 다양한 전극과 온도, 전류밀도, 코팅시간 등을 변수로 하고 실험을 수행하여 철근 코팅을 위한 최적의 조건을 도출하였다. 탄산칼슘(CaCO3)과 수산화마그네슘(Mg(OH)2)으로 구성된 코팅층은 SEM, EDS, XRD 등을 통하여 성분을 파악하였으며, 자연전위 및 전류밀도를 분석하여 기존의 철보다 부식에 대하여 매우 안전함을 확인하였다. 본 연구의 성과를 이용하여 고내구성 강재의 구조적, 내구적 실험에 대한 토의가 2차 연구에서 추가적으로 수행될 것이다. This study is for developing a system for electro-deposition utilizing sea water containing various ions like calcium and magnesium. This is the first step research for the final goal which is a development of anti-corrosive steel for RC structure, so that this paper is mainly focused on the development for electro-deposition system. Optimum conditions for steel coating is obtained through various tests considering anode type, temperature, duration time, and current density. The composition of electro-deposition is analyzed through SEM, EDS, and XRD and it is evaluated to be CaCO3 and Mg(OH)2. Through measuring polarization potential and current density in the coated steel, the coating layer from the developed system is evaluated to have high resistance to steel corrosion. Additional tests and discussions on durability and structural performance in the coated steel from this work will be performed for the second step research.

Turbine Blade재료의 부식민감성과 부식피로특성에 관한 연구

조선영,김철한,류승우,김효진,배동호,Jo, Seon-Yeong,Kim, Cheol-Han,Ryu, Seung-U,Kim, Hyo-Jin,Bae, Dong-Ho 대한기계학회 2000 大韓機械學會論文集A Vol.24 No.3

Corrosion characteristics on the 12Cr alloy steel of turbine blade was electro-chemically investigated in 3.5wt% NaCI and 12.7wt% Na2S04 solution, respectively. Electro-chemical polarization test, Huey test and Oxalic acid etching test were previously conducted to estimate corrosion susceptibility of the material. And, using the horizontal corrosion fatigue tester, corrosion fatigue characteristics of 12Cr alloy steel in distilled water, 3.5wt% NaCI solution, and 12.7wt%(1M) Na2S04 solution were also fracture-mechanically estimated and compared their results. Parameter considered was room temperature, 60'C and 90'C. Corrosion fatigue crack length was measured by DC potential difference method.Obtained results are as follows,1) 12Cr alloy steel showed high corrosion rate in 3.5wt% NaCI solution and Na2S04 solution at high tempratue.2) Intergranular corrosion sensitivity of 12 Cr alloy was smaller than austenitic stainless steel.3) Corrosion fatigue crack growth rate in 3.5wt% NaCI and 12.7wt%(IM) Na2S04 solution is entirely higher than in the distilled water, and also increased with the temperature increase.

임베디드 부식감지센서를 이용한 해상 콘크리트 교각의 부식 및 음극방식전류밀도의 측정에 관한 연구

정진아(Jin-A Jeong),김기준(Ki-Joon Kim),이명훈(Myong-Hoon Lee),이우철(Woo-Chul Lee) 한국마린엔지니어링학회 2007 한국마린엔지니어링학회 학술대회 논문집 Vol.2007 No.-

Recently, corrosion problems have been increased in various structures surrounded by marine environment like marine bridges. Especially tidal and splash zones of concrete piles supported bridge deck are more serious. The most common method of preventing corrosion is the cathodic protection such as impressed current cathodic protection(ICCP) or sacrificial anode cathodic protection(SACP). At any rate, it is necessary to measure accurately corrosion data like potential, cathodic protection current density, and resistivity on the concrete pile to diagnose corrosion. Therefore, a series of laboratory tests have been performed to verify the behavior of corrosion and protection for concrete pile in sea water using the corrosion monitoring sensors. It was useful to monitor the condition change with time using the embedded corrosion monitoring sensors, and the condition change was classified by the location of pile(immersed, tidal, splash, and atmospheric zones).