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확산과 이송을 고려한 콘크리트의 염소이온 침투해석
Chloride Penetration into Concrete in Tidal Zone by Diffusion-Convection Analysis

김기현    (서울대학교 에너지자원신기술연구소   ); 차수원    (울산대학교 건설환경공학부   ); 정형목    (삼성물산 건설부문 토목사업본부 함양-성산간 고속도로 현장소  );
  • 초록

    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.


    Analysis of chloride penetration into concrete is performed considering the repeated wetting and drying conditions of tidal zone, by means of the developed finite element program which enables the diffusion-convection analysis to be conducted. Heat conduction and moisture diffusion are also included in the finite element analysis program in order that their effects to chloride penetration may be considered. For the efficiency of calculation, the analyses of temperature, relative humidity and free chloride concentration are conducted successively in that order, by treating the convection of chloride due to moisture diffusion as an source or sink term. By comparing the analysis result from finite element analysis, where main variable is a wetting and drying period, with the chloride profiles from ACI Life-365 method, it is shown that the Life-365 method gives an accurate result for the submerged zone but does not consider the differences of wetting and drying period. To obtain an accurate chloride profile in the tidal zone, it is confirmed that the diffusion-convection finite element analysis should be applied.


  • 주제어

    염소이온 침투 .   확산 .   이송 .   간만대 .   건습 반복 조건.  

  • 참고문헌 (13)

    1. 김기현, 차수원 (2009) 염소이온 노출개시시기를 고려한 기존 확산계수모델 수정제안, 한국콘크리트학회논문집, 21(3), pp.377-386     
    2. 콘크리트표준시방서 (2009) 한국콘크리트학회, 기문당 
    3. Collepardi, M., Marciallis, A., Turriziani, R. (1972) Penetration of Chloride Ions into Cement Pastes and Concrete, American Ceramic Society, 55(10), pp.534-535 
    4. Saetta, A.V., Scotta, R.V., Vitaliani, R.V. (1993) Analysis of Chloride Diffusion into Partially Saturated Concrete, ACI Materials Journal, 90(5), pp.441-451 
    5. Bamforth, P. (1998) Spreadsheet Model for Reinforcement Corrosion in Structures Exposed to Chlorides. In O. Gj$\/{o}$orv, K. Sakai and N. Banthia (Eds), Concrete Under Severe Conditions 2: Environment and Loading, London: E&FN Spon., 1, pp.64-75 
    6. Xi, Y., Ba$\u{z}$.ant, Z., Jennings, H. (1994) Moisture Diffusion in Cementitious Mmaterials?.Adsorption Isotherms. Advanced Cement Based Materials, 1(6), pp.248-257 
    7. Hedenblad, G. (1997) The Use of Mercury Intrusion Porosity or Helium Porosity to Predict the Moisture Transport Properties of Hardened Cement Past,. Advanced Cement Based Materials, 6, pp.123-129 
    8. Neville, A.M. (1995) Properties of Concrete, Fourth Edition, Prentice Hall, England, p.844 
    9. Maage, M., Helland, S. Poulsen, E., Vennesland, $\emptyset$OO., Carlsen, J. (1996) Servie Life Prediction of Existing Concrete Structures Exposed to Marine Environment, ACI Materials Journal, 93(6), pp.602-608 
    10. Shane, J., Mason, T., Jennings, H. (1999) Conductivity and Microstructure of the Interfacial Transition Zone Measured by Impedance Spectroscopy, In Engineering and Transport Properties of the Interfacial Transition Zone in Cementitious Composites, RILEM report 20, M.G. Alexander, G. Arliguie, G. Ballivy, A. Bentur and J. Marchand (Eds.), RILEM Publication S.A.R.L., Paris, pp.173-203 
    11. Page, C.L. Short, N.R., El Tarras, A. (1981) Diffusion of Chloride Ions in Hardened Cement Paste, Cement and Concrete Research, 29, pp.79-86 
    12. Mangat, P., Molly, B. (1994) Prediction of Long Term Chloride Concentration in Concrete, Materials and Structures, 27(170), pp.338-346 
    13. Bentz, E.C., Thomas, M.D.A. (2008) Life-365 Service Life Prediction Model and Computer Programe for Predicting the Service Life and Life-Cycle Costs of Reinforced Concrete Exposed to Chlorides, January 8, 2008, p.67 

 저자의 다른 논문

  • 김기현 (3)

    1. 2002 "철근부식에 의한 철근콘크리트 구조물의 균열거동" 콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute 14 (6): 851~863    
    2. 2010 "신뢰성이론에 기반한 해양환경 콘크리트의 내구수명 평가" 콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute 22 (4): 595~603    
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