2.1. 시험편의 제작 및 노출조건

Table 1과 같이 보통포틀랜드 시멘트를 사용하여, 물-시멘 트비 0.45, 0.50, 0.55의 수준에서 콘크리트를 배합하였다. 염소이온이 혼입된 콘크리트 시험편을 제조하기 위하여, 시 멘트 중량대비 0%, 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%까지 4단계로 변화시켜 염소이온을 배합수와 혼입하였는데, 이때 사용한 염화물의 종류는 염화나트륨이다. 완성된 시험편은 100 × 100 × 200 mm 크기이다. 시험편은 전기저항 측정 직전까지 초기 시험편 제작때 염화나트륨을 혼입한 배합수 농도와 동 일한 조건의 염수에 침지되었다.

2.2. 콘크리트의 전기저항

전기저항의 측정전, 수조에서 침지된 시험편 표면의 수분 은 제거하였으며, 기중 양생된 시험편은 표면의 수분을 살포 하고 수분 경과후 측정하였다. 동일배합 콘크리트에서 4회의 실험치를 획득하였다.

각 재령마다 콘크리트의 전기저항의 측정을 위하여 Fig. 1 과 같이 Wenner 방식의 4전극 실험장비가 이용되었다. 콘크 리트의 전기저항은 인가된 전류 (I)와 반비례하는데, 전위차 (V)가 내부 안 전극에서 측정되며 오옴의 법칙에 의하여 겉 보기 전기저항이 다음 식에 의하여 측정된다.

Fig 1.

Measurement of electrical resistivity in concrete

여기서, ρ : 콘크리트의 전기저항

α : 전극사이 간격이다.

측정방법은 측정전 전극에 물을 접촉한 후, 전극을 콘크리 트 표면에 접지시켰다. 전기저항값은 시험편의 크기 및 형상 에 따라서 바뀔 수 있는데 Table 2는 염소이온 침투율에 준 한 전기저항의 기준치를 제시한 것이다.

3.1. 시간에 따른 콘크리트의 전기저항

Fig. 2 ~ Fig. 4는 물-시멘트비 조건에 따라 염소이온 혼입 량에 따른 전기저항값의 추이를 보인 것이다. 시간이 경과됨 에 따라 콘크리트의 수화도가 진행됨에 따라 수화물의 생성 및 공극구조의 발현으로 전기저항이 지속적으로 상승하였다. 재령초기에는 전기저항치가 낮게 나타났으며, 물-시멘트비에 따른 차이도 크지 않았다. 그러나 시간이 경과되면서 콘크리 트의 미세구조가 지속적으로 발전되어 전기저항은 상승하는 추이를 분명히 보였다. 또한, 염소이온 혼입량에 따라서도 뚜 렷한 추이를 보였는데, 염소이온 혼입량이 높을수록 전기저항 이 작아지는 경향이 뚜렷하였다. RESI 비저항 측정 기준에 의하면 12 KΩ·cm 이상, ^{Broomfield (1997)}는 20 KΩ·cm 이상이면 철근부식에 대한 우려가 거의 없는 것으로 제안하 였는데, 두 제안치의 공통 제안치는 12 KΩ·cm 으로서 염 소이온 2.0%가 함유된 물-시멘트비 0.55인 콘크리트를 제외 하고 전 콘크리트가 이 수치를 초과하였다.3

Fig 2.

Electrical resistivity of concrete with W/C 0.45

Fig 4.

Electrical resistivity of concrete with W/C 0.55

Fig 3.

Electrical resistivity of concrete with W/C 0.50

동일배합 콘크리트에서 4회의 측정 데이터를 획득하여 평 균값을 산정하여 염소이온이 함유되지 않은 콘크리트의 전 기저항 대비 전기저항 비율을 보인 것이 Fig. 5 ~ Fig. 7이 다. ^{Presuel-Moreno (2010)}에 의하면 시멘트 중량대비 2%의 염소이온량을 함유한 콘크리트는 전기저항이 50~60%까지 감소하는 것으로 보고된바 있다. 또한, 염소이온량이 전기저 항에 대한 영향은 다른 요인들과 비교할 때 비교적 높지 않 으나, 염수의 건습작용에 의하여 높은 영향을 받을 수 있다 고 제안하였다. 본 연구에서는 2.0%의 염소이온량이 무혼입 콘크리트 대비 65 ~ 71% 수준에서 측정되었으며 물-시멘트 비에 따른 추이는 관찰되지 않았다.

Fig 5.

Electrical resistivity ratio of concrete with W/C 0.45

Fig 7.

Electrical resistivity ratio of concrete with W/C 0.55

3.2. 시간 대비 염소이온량의 영향

Fig. 5 ~ Fig. 7과 같이 염소이온량에 따른 전기저항의 변 화를 관찰한 결과, 시간이 경과함에 따라 특별한 추이를 도 출하기는 어려웠다. 그래서 시간 대비 염소이온량이 미치는 경시변화를 관찰하기 위하여 염소이온이 혼입되지 않은 콘 크리트를 기준으로 염소혼입에 따른 전기저항 비율을 시간 별 선형 회귀분석하여 결정계수값의 변화추이를 보인 것이 Fig. 8이다. 추세의 정확도가 높지는 않으나 염소혼입량과 전기저항 비율의 상관성이 결정계수 0.70을 상회하여 염소이 온이 전기저항에 미치는 영향은 뚜렷하게 나타났다. 콘크리 트 재령 초기에는 결정계수가 다소 낮았으나 재령이 경과하 면서 증가하되, 물-시멘트비 구분에 따른 차이는 보이지 않 았다. 재령초기에는 콘크리트의 수화가 잘 진행되지 않은 상 태에서 염소이온 함량에 따른 전기저항의 변화가 다소 불규 칙적인데서 발생한 혼동상태 때문에 결정계수가 낮게 나타 난 것으로 생각된다6.

Fig 8.

Correlation coefficient in linear regression deriving from resistivity ratio vs. chloride content

Fig 6.

Electrical resistivity ratio of concrete with W/C 0.50

Fig. 9는 염소이온이 혼입되지 않은 콘크리트를 기준으로 한 전기저항 비율과 염소혼입량과의 시간별 선형 회귀분석 식의 기울기를 보인 것이다. 재령초기에서 선형 회귀분석식 의 기울기가 낮으나, 50일 내외의 재령이 경과하면서 특별한 변화없이 일정한 추이를 보였다. 즉, 염소 혼입량에 따른 전 기저항의 감소는 재령 50일까지 다소 낮지만 지속적으로 상 승하였다. 그러나 그 이상의 재령에서는 추이없이 높은 기울 기를 유지하고 있는 것을 확인할 수 있다. 따라서 재령초기 에서 염소함량에 따른 전기저항의 변화추이가 경미하지만 50일 이상의 장기재령에서 염소함량에 따른 전기저항의 변 화는 뚜렷하다고 판단된다. 이에 대한 영향요인은 두가지를 생각할 수 있는데, 첫번째는 염소이온의 흡착이다. 염소이온 의 흡착에 큰 영향을 미치는 C-S-H와 칼슘 알루니노 모노설 페이트의 생성이다 (^{Yoon, 2015}). 재령초기에 수화물의 생 성량이 작아서 염소이온의 흡착이 활발하지 않으며, 선혼입 된 수용성 염소이온 농도차는 염소이온의 흡착이 활발해지 는 장기 재령에서 더욱 뚜렷할 것으로 생각된다. 염소이온이 혼입된 수용성 용액에서 전기저항은 감소하는 것으로 알려 졌으므로 초기재령에서 염소농도차에 따른 변화율이 적은 본 그림과는 다소 다른 결과이다. 두번째 영향요인은 염소이 온의 혼입에 따른 시멘트 경화체의 미세구조의 변화이다. 일 반적으로, 염화나트륨의 혼입은 콘크리트의 세공용액의 pH를 높히고 알칼리 성분이 증가하면서 시멘트 경화체내 C-S-H 조직이 불균질하게 된다 (^{Dehwah et al., 2002}). 결과적으로 모세관공극이 남아 있어, 큰 공극의 비율이 증가되어 전기저 항값이 낮아지는 원인으로 추정된다. 이상의 첫번째 요인인 염소이온의 흡착과 두번째 요인은 미세구조가 전기저항에 미치는 영향이 상반되는데, Fig. 9의 초기에 염소농도에 따 른 기울기가 낮았다가 높아지는 본 연구의 결과를 고려해보 면 시멘트 경화체의 미세구조가 염소이온의 흡착보다 전기 저항에 더 큰 영향요인으로 추정된다.

Fig 9.

Gradient in linear regression deriving from resistivity ratio vs. chloride content

3.3 염소이온량이 전기저항에 미치는 영향

Fig. 10은 염소이온 종류에 따른 전기저항의 변화율을 보 인 것으로 물-시멘트비에 따른 추이는 관찰할 수 없었다. 다 만, 염소이온이 증가함에 따른 전기저항 비율의 변화가 다소 감소 추이를 보였다.

Fig 10.

Chloride content vs. resistivity of concrete

각 염소이온 함량별 평균치를 구하여 이를 전기저항의 변 화율과 관계성을 보인 것이 Fig. 11이다. 결정계수 0.97의 높 은 수준으로서 물-시멘트비에 따라 콘크리트내 염소이온 함 량에 따른 전기저항의 변화를 대략적이지만 결정적으로 추 정하는데 의미가 있다고 생각된다.

Fig 11.

Effect of chloride content on resistivity of concrete

여기서,

ρ_Cl : 염소이온이 내재된 콘크리트의 전기저항

ρwat : 염소이온이 없는 콘크리트의 전기저항

C_Cl : 콘크리트중의 염소이온 (시멘트 중량대비 %)이다.