3.1. 사용재료 및 배합

원전용 배합조건에 맞추어 6000 psi(41 MPa) 배합을 사용하 였으며, 이를 Table 1에 나타내었다. 또한 사용된 골재 특성은 Table 2에, 사용된 시멘트 및 혼화재의 물리적, 화학적 특성은 Table 3에 나타내었다.

3.2. 압축강도 실험

압축강도 시험은 시편을 20°C 온도에서 수중양생을 하였으 며, 56일, 180일, 365일 기간을 양생조에 존치한 뒤, KS F 2405 규정에 의거하여 시험을 수행하였다.

3.3. 정상상태 촉진 실험 및 겉보기 확산실험

3.3.1. 균열유도

계획된 양생기간 이후 염화물 확산시험을 하기 전에 시편에 균열을 유도하였다. 콘크리트 표면에 균열게이지를 균열의 진전 방향과 수직을 이루도록 부착하였다. 이후 하중의 증가에 따른 균열 폭을 측정한 뒤 제하(Unloading)을 하였다. 정확한 균열 폭 을 도출할 수 없으므로 0.1 mm 단위로 그룹핑하기 위해 다양한 균열을 유도하였다. 하중 인가 시에는 균열 폭이 증가하며, 제하 시 균열 폭은 감소하게 되는데, 최종적으로 제하이후의 균열 폭 을 최종 균열 폭으로 산정하였다. Table 4에서는 균열 인가 사진 을 나타내었으며, 지름 100 mm, 높이 200 mm인 실린더 시편을 100 mm 높이로 커팅하여 시편에 균열을 유도하였다.

Table 4

Process of the test including mix, crack-inducing, and measuring stage

Mixing and sample preparation
Curing and crack inducing
Compressive strength and Accelerated diffusion test
Exposure to atmospheric condition and AgNO3 titration

3.3.3. 겉보기 확산계수 실험

동일한 원전 배합 콘크리트에 균열을 유도한 뒤, 해안가 비말 대에 균열면을 노출시켜 180일 후 전 염화물 및 자유염화물의 확 산성을 분석하였다. 콘크리트 미분쇄 시료를 대상으로 AASHTO T 260에 따라 질산은 용액을 이용한 전위차 적정법으로 산 가용 성 염소이온량을 측정한다. 이 방법은 기지의 질산은(AgNO₃) 표준용액을 소량씩 첨가하면서 이때 선택성이온전극의 전위를 기록하고 당량점으로부터 식(6)과 같이 시료의 염소이온 농도를 계산한다.

(6)

C l − = 3.545   ( N V ) W

여기서, Cl^-은 미분쇄된 콘크리트 분말시료 중의 염소이온 농 도(중량 %), N은 AgNO₃ 표준용액의 노르말 농도(N), V은 종말 점에서의 질산은 표준용액 사용량(ml), W은 미분쇄된 콘크리트 분말시료의 중량(g)을 나타낸다.

Fig. 1에서는 전위착 적정법에 따른 실험 절차를 나타내고 있 으며 Table 4에서는 본 실험에 따른 절차를 표로 정리하였다.

Fig. 1.

Process of chloride determination by potentiometric titration

4.1. 압축강도 특성 변화

재령 56일, 180일, 365일에 대한 압축강도 결과 Fig. 2에 도시 하였다. 평균값은 56.8 MPa, 59.2 MPa, 61.2 MP로 재령에 따른 강도발현을 나타내었다.

Fig. 2.

Compressive strength with ages

4.2. 균열 폭 및 재령에 따른 확산계수의 변화

본 절에서는 재령에 따른 균열부 콘크리트의 확산계수 변화를 나타내었다. Fig. 3에서는 각 재령에 따른 균열부 확산계수를 나 타내고 있으며, Fig. 4에서는 각 재령의 건전부 콘크리트 확산계 수 결과에 따른 변화비율을 나타내었다.

Fig. 3.

Crack width and enlarged diffusion coefficient

Fig. 4.

Crack width and normalized diffusion coefficient

재령 56일 건전부 콘크리트서의 확산계수는 3.84×10^-12 m²/sec 로 평가되었는데, 균열 폭의 증가에 따라 확산계수는 증가하였 다. 균열폭 0.4 mm∼0.5 mm에서는 2.7배 수준으로 증가하였고, 1.0 mm에서는 3배 수준으로 증가하였다. 재령 180일 및 365일 에서도 경향을 비슷하게 관측되었다. 180일 재령에서는 균열폭 0.4 mm일 때, 1.3배의 증가를, 1.0 mm일 때, 2.9배 수준으로 증 가하였다. 또한 365일 재령에서는 최대 2.7배 정도로 증가함을 알 수 있다. 비정상상태의 확산계수 실험에서는 초기에 균열 폭 에서의 염화물 유입이 크게 발생하여 0.4 mm 균열 폭에서 150∼ 160배의 확산계수 증가가 평가된다. 그러나 정상상태 실험에서 는 균열을 포함한 콘크리트 단면 전체의 염화물 거동이 측정되 므로 보통 0.4 mm 균열 폭에서 2.7∼3.0배의 증가를 나타내고 있다(^{Park et al., 2012a}). 본 연구결과에서는 약간 감소된 2.5배 수준의 증가를 나타내는데, 재령의 증가로 인해 균열부 확산계 수의 증가폭이 감소하였기 때문이다. 또한 기존의 균열을 가진 보통강도의 콘크리트에서의 정상상태 확산성은 균열폭에 비선 형적으로 증가하는데, 고강도 원전 콘크리트의 경우 선형에 가 까운 결과가 도출되었다.

균열 폭이 증가할수록 확산계수는 비선형적인 지수함수 형태 로 증가하지만 균열 폭 및 재령효과를 비교하기 위하여 Fig. 3에 서는 선형 회귀분석을 수행하였다. 식(7)∼식(9)에서는 각 재령 에 따른 균열부 콘크리트의 확산증가에 대한 회귀분석 결과를 나타내었다.(8)

여기서 Y_i는 i재령에서의 확산계수 증가율이며, w는 균열 폭 (mm)을 나타낸다. 재령이 증가할수록 기울기가 감소하는 경향 이 나타나는데, 이는 균열부 확산계수 역시 시간에 따라 감소하 고 있음을 나타내고 있다.

4.3. 재령 및 균열폭에 따른 확산계수 변화 정량화

본 절에서는 재령 및 균열효과를 하나의 식으로 도출하기 위 한 정량화 작업을 수행하도록 한다. 하나의 재령에 대하여 균열 폭에 따른 확산계수의 변화는 비선형으로 증가하므로 지수함수 로 각각의 함수를 회귀분석 하며, 다음과 같은 절차를 가지도록 한다.

Table 5에서는 각 균등화된 확산계수비를 나타내고 있으며, 이를 Fig. 5에 도시하였다. 균열폭에 대한 평균화 작업을 할 때, 각 균열폭을 0.1 mm 단위로 등급화 하였으며, 평균값의 100%를 초과하는 편차는 제외하여 다시 평균화하였다.

Fig. 5.

Normalized crack width and changes in diffusion coefficient

Fig. 5에서 알 수 있듯이 재령에 따른 기울기(A(t))는 재령의 증가에 따라 1.000(56일 재령), 0.616(180일 재령), 0.215(365재 령)로 감소하였으며, 지수 값인 E는 0.8366, 0.8419, 1.1116으로 작은 폭으로 증가하였다. 이는 균열 폭에 따른 확산계수의 증가 비율은 재령에 크게 영향을 받지 않음을 알 수 있다. Fig. 6에서 는 A(t) 및 E의 변화를 재령에 따라 분석하였다.

Fig. 6.

Regression analysis on parameters(A and E)

A에 대해서는 명확한 선형회귀분석 결과가 도출되었으나, E 에 대해서는 재령이 56일에서 365일로 증가함에도 큰 차이를 보 이지 않았으므로 E는 0.8366으로 동일하게 가정하였다.

이상의 결과를 하나의 식으로 정리하면 식(10)과 같이 나타낼 수 있으며 이 식을 이용한 결과와 관계 Contour를 Fig. 7에 나타 내었다.

Fig. 7.

Regression analysis and contour for the results

여기서, Y는 확산계수의 증가 비를, t는 재령, t_ref는 기준재령 (56 days)을 나타낸다.

4.4. 균열 폭의 증가에 따른 겉보기 확산계수

3년 동안 촉진 및 겉보기 확산계수 시험이 예정되어 있으나, 제한된 일정으로 인해 겉보기 확산계수는 180일 시험결과만 제 시하도록 한다. 염화물 프로파일을 Fick's 2nd Law를 기준으로 회귀분석 할 경우 표면염화물량 및 겉보기 확산계수를 도출할 수 있다. 표면염화물량은 노출환경에 다르며, 일반적으로 10∼ 12년 까지는 선형적으로 빠르게 증가하며 그 이후는 크게 증가하 지 않는다(^{JSCE, 2002}). 해수 중에서는 보통 18.0∼22.0 kg/m³ 의 수준을 가지고 있다. 180일 경과 시 겉보기 확산계수는 0.0∼ 0.1 mm 균열 폭에서 2.2×10^-12 m²/sec 수준의 확산계수를 나타 냈으나, 0.4 mm에서는 125% 수준으로 증가하였으며, 1.0 mm 균열 폭에서는 223%로 증가하였다.

촉진확산계수 실험보다 겉보기 확산계수는 낮게 평가되었는 데, 이는 표면염화물량이 매우 낮으며 비말대 노출환경 기간이 짧기 때문이다. 표면염화물량은 균열 여부와 관계없이 0.18∼ 0.2 kg/m³의 수준을 나타났는데, 균열이 표면염화물량에 미치는 영향은 작은 수준으로 기존의 연구결과와 비슷한 경향을 보이고 있다(^{Kwon et al., 2009}). 표면염화물량은 비래지역의 노출기간 의 연장에 따라 증가하리라 예상된다. Fig. 8에서는 재령 180일 의 겉보기 확산계수 및 표면염화물량을 나타내고 있는데, 깊이 10 mm에 대한 분말을 채취하였으며, 이를 평균한 값을 사용하 였다.

Fig. 8.

Apparent diffusion coefficient and surface chloride content