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Journal of the Korea Concrete Institute

J Korea Inst. Struct. Maint. Insp.
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  • Korea Citation Index (KCI)

  1. 정회원,겜상국늜대학교 걎섀시슀템공학곌 박사곌정
  2. 학생회원,겜상국늜대학교 걎섀시슀템공학곌 석사곌정
  3. 정회원,국토안전ꎀ늬원 안전성능연구소 Ʞ술개발싀 부장, 공학박사
  4. 정회원,겜상국늜대학교 걎섀시슀템공학곌 부교수, 교신저자



핎양환겜, 강부재, 부식환겜, 표멎엌분, 부식량
Marine environment, Steel member, Corrosive environment, Surface chloride, Corrosion amount

1. 서 론

강구조묌의 낎구성능은 엎화환겜에 따륞 부식손상읎 발생하여 저하될 수 있윌며, 부식을 유발하는 부식환겜읞자는 강구조묌 부재의 위치 등에 따띌 변화한닀(Yeon et al., 2000; Wu et al., 2022; Jeong et al., 2021). 강구조묌 쀑 강교량은 연도교나 연육교 등의 형태로 핎양환겜에 섀치될 수 있는 구조묌읎며, 핎양환겜에 섀치된 강교량 부재의 겜우 국부적읞 환겜조걎의 찚읎로 음부 부재는 양혞한 부식환겜에 녞출될 수 있윌나, 음부 부재는 상대적윌로 ì—Žì•…í•œ 부식환겜에 녞출되얎 부식엎화에 췚앜할 수 있닀(Lee et al., 2015; Cho et al., 2015). 강구조묌의 부식엎화륌 유발하는 닀양한 부식환겜읞자 쀑 비래엌분은 파도와 바람에 의하여 발생하거나 겚욞철 강섀읎 발생하였을 겜우 삎포하는 제섀제가 비산되얎 나타나게 된닀. 또한, 비래엌분은 핎양환겜에 섀치된 강부재의 도장 낎부로 칚투하거나 표멎에 부착되얎 비래엌분 읎왞의 부식환겜읞자와 비교하여 상대적윌로 강구조묌의 부식 낎구성을 크게 감소시킬 수 있닀. 따띌서, 강부재 표멎에 부착되는 비래엌분에 의한 상대적읞 부식엎화 수쀀을 평가하고, 핎양환겜에 섀치된 강구조묌의 횚윚적읞 유지ꎀ늬륌 위하여 강부재 표멎에 부착되는 비래엌분의 특성을 상대적읞 부식환겜에 따띌 평가할 필요가 있닀.

강구조묌의 부식환겜을 평가하는 연구로는 강박슀 거더와 동음한 형상윌로 제작된 싀험첎륌 대상윌로 몚니터링을 진행하여 부재의 형상에 따륞 상대적읞 부식환겜을 평가하는 연구듀읎 진행되었닀(Jin et al., 2020(a); Jin et al., 2020(b)). 또한, 싀제 핎상에 섀치된 튞러슀교량곌 댐에 섀치된 강재 수묞을 대상윌로 부식환겜 몚니터링을 진행하여 강부재의 국부적읞 옚·습도와 부식전류량에 따륞 부식속도륌 평가하는 연구듀읎 진행되었닀(Ha et al., 2021(a); Ha et al., 2019(b)).

강구조묌의 부식환겜곌 부식속도의 연ꎀ성을 분석하는 연구듀의 겜우, 닀양한 지역을 대상윌로 대Ʞ녞출싀험을 진행하여 부식전류량에 따륞 향후 부식량 예잡하는 방법을 분석하는 연구가 진행되었닀(Jeon et al., 2019; Ahn et al., 2019). 또한, 대Ʞ 쀑에서 나타나는 옚·습도로 계산된 젖음 시간곌 부재닚위로 국부적윌로 나타나는 젖음 시간을 분석하고, 젖음 시간곌 평균부식두께의 상ꎀꎀ계륌 평가하는 연구가 진행되었닀(Ha et al., 2022).

강교량의 비래엌분 평가에 ꎀ렚된 연구의 겜우, 국낎에 섀치된 핎상교량을 대상윌로 월별곌 높읎별로 비래엌분량의 분포륌 파악하고, 교량읎 섀치된 위치의 특성에 따륞 비래엌분량의 특징을 분석하는 연구가 진행되었닀(Jung et al., 2022). 또한, 공용환겜을 고렀한 핎상강교량의 풍향, 옚도, 습도 등의 부식환겜 조걎곌 강부재의 구조적 형태에 따륞 비래엌분곌 표멎부착엌분을 분석하는 연구가 진행되었닀(Park et al., 2022).

읎전 연구듀은 몚형 싀험첎을 대상윌로 하는 싀험읎나 표쀀 대Ʞ녞출싀험을 통하여 부식환겜을 평가하였윌며, 싀제 교량을 대상윌로 진행된 연구도 부식환겜읞자 쀑 옚·습도, 부식전류량, 젖음 시간 등에 대한 평가만읎 진행되었닀. 비래엌분곌 ꎀ렚된 연구의 겜우, 핎상강교량의 섀치환겜에 따륞 비래엌분량만읎 분석되었윌며, 닚음 교량을 대상윌로 하는 비래엌분량곌 표멎부착엌분읎 평가되었닀. 하지만, êµ­ë‚Ž 핎상강교량의 섀치된 핎안환겜을 구분하여 강부재에 표멎에 부착되는 비래엌분량곌 부식엎화 수쀀을 분석하는 연구는 상대적윌로 부족하닀. 따띌서, 볞 연구에서는 핎양환겜에 녞출된 강부재의 섀치환겜에 따륞 표멎엌분곌 부식량의 상ꎀꎀ계륌 분석하Ʞ 위하여 êµ­ë‚Ž 서핎안에 섀치된 핎상강교량의 볎강형 거더부재륌 대상윌로 월별 표멎엌분곌 몚니터링 Ʞ간에 발생한 평균부식두께륌 부재 닚위로 평가하였닀. 또한, 싀제 교량부재와 상대적읞 부식환겜 찚읎륌 확읞하Ʞ 위하여 싀제 거더부재의 형상을 재현한 강박슀 싀험첎륌 제작하여 교량읎 위치한 곳에 강박슀 싀험첎륌 섀치하였윌며, 월별 표멎엌분곌 몚니터링 Ʞ간에 발생한 부식량을 평가하였닀. 표멎엌분곌 평균부식두께 평가 결곌륌 활용하여 표멎엌분량에 따륞 부식량의 발생 겜향을 분석하였윌며, 표멎엌분곌 부식량에 ꎀ한 평가식을 도출하여 상ꎀꎀ계륌 분석하였닀.

2. 표멎엌분 및 부식량 평가

2.1 평가 대상 거더 부재 및 강박슀 싀험첎 ìž¡ì • 위치

볞 연구에서는 핎양환겜에 녞출된 강부재별 표멎엌분곌 부식량의 특성을 분석하Ʞ 위하여 êµ­ë‚Ž 서핎안곌 낚핎안에 섀치된 교량을 선정하였닀. 서핎안의 대상 교량(A 교량)은 섬곌 섬을 잇는 연도교로 왞팔 현수교 형식윌로 적용된 교량읎며, 볎강 거더는 강상자형 박슀 거더가 적용된 교량읎닀. 낚핎안 대상 교량(B 교량)은 육지와 섬을 잇는 연육교로 사장교로 적용된 교량읎며, 볎강 거더는 A 교량곌 동음하게 강상자형 박슀 거더가 적용되었닀. 강박슀 시험첎는 대상 교량 거더의 높읎와 강상자형 박슀 거더 왞부 형상을 1:2.5 수쀀윌로 축소하여 제작하였윌며, 교량 부재와 동음한 환겜조걎을 고렀하Ʞ 위하여 서핎안 대상 교량(A 교량)의 왞잡 부지에 섀치하였닀. 또한, 낚핎안의 대상교량(교량 B)의 겜우 서핎안 대상 교량곌 비교하여 상대적윌로 부식환겜 몚니터링읎 얎렀우므로 대상 교량의 종점부 교대 읞귌에 강박슀 싀험첎만을 섀치하여 표멎엌분곌 부식량을 계잡하였닀. 추가적윌로, 대Ʞ녞출싀험곌 부재별 국부적읞 부식환겜을 비교하Ʞ 위하여 강박슀 싀험첎가 섀치된 위치에 대한 대Ʞ녞출싀험을 진행하였닀. 대Ʞ녞출싀험대에 45°로 섀치된 강재 시펞을 대상윌로 부식량곌 표멎엌분을 계잡하여 부재별 부식속도와 표멎엌분량곌 비교하였닀. 교량의 볎강형 거더 부재와 강박슀 싀험첎의 섀치 위치륌 Fig. 1에 개념적윌로 나타낎었닀.

서핎안 대상 교량(교량 A)에 대한 표멎엌분량곌 부식량 계잡 위치는 볎강형 거더 부재와 강박슀 싀험첎륌 대상윌로 하여 Fig. 2에 나타낎었닀. Fig. 2에 나타낾 것곌 같읎 A 교량 볎강형 거더 부재의 표멎엌분 계잡 위치는 거더 낎잡의 잡멎부재 3ê³³, 거더 왞잡의 ìž¡ë©Ž 부재 1ê³³, 거더 볎강부재 2ê³³, 하부부재 2곳윌로 쎝 8곳을 대상윌로 표멎엌분곌 부식량을 계잡하였닀. 또한, 거더와 동음한 형상윌로 제작된 강박슀 싀험첎에도 Fig. 3곌 같읎 상부부재 1ê³³, ë‚Žìž¡ 잡멎부재 2ê³³, 왞잡 잡멎부재 1ê³³, 볎강부재 2ê³³, 하부부재 1ê³³, 쎝 7곳을 대상윌로하였닀.

강박슀 싀험첎는 Fig. 4에 나타낾 것곌 같읎 상부부재, 하부부재, 잡멎부재 등 쎝 7곳을 선정하여 표멎엌분곌 부식량을 계잡하였닀. 표멎엌분은 1년간 (2022년 5월 ~ 2023년 4월) 맀달 1회 동음한 위치륌 대상윌로 계잡하였윌며, 표멎엌분 ìž¡ì • 위치와 동음한 위치에 부식량 평가륌 위한 강판을 부착하여 1년간 발생한 부식량을 평가하였닀. 추가적윌로, 부재별로 상대적윌로 나타나는 표멎엌분곌 부식량을 표쀀 대Ʞ녞출싀험곌 비교하Ʞ 위하여 각 교량의 강박슀 시험첎가 섀치된 위치에 대Ʞ녞출싀험대륌 섀치하여 표멎엌분곌 부식량을 평가하였닀.

Fig. 1 Installed location of target box girder and box specimens
../../Resources/ksm/jksmi.2023.27.4.45/fig1.png
Fig. 2 Measurement point of box girder for bridge A
../../Resources/ksm/jksmi.2023.27.4.45/fig2.png
Fig. 3 Measurement point of box specimen for bridge A
../../Resources/ksm/jksmi.2023.27.4.45/fig3.png
Fig. 4 Measurement point of box specimen for bridge B
../../Resources/ksm/jksmi.2023.27.4.45/fig4.png

2.2 표멎엌분 평가 방법

강부재 표멎에 부착되는 표멎엌분을 부재닚위로 계잡하Ʞ 위하여 볞 연구에서는 ISO 8502-6에 섀명되얎 있는 Bresle Method륌 활용하였닀(ISO 8502-6, 2020). Bresle Method는 표멎엌분 잡정을 위한 강부재 표멎을 최쎈에 슝류수로 섞척하여 표멎엌분량을 0윌로 섀정한 읎후 Bresle Patch륌 활용하여 표멎에 부착되는 엌분량을 계잡하는 방법읎닀. 따띌서, 볞 연구에서는 표멎엌분을 잡정하고자 하는 강부재 표멎을 슝류수로 섞척하였윌며, ì„žì²™ 후 1개월간 표멎에 부착된 엌분을 표멎엌분잡정Ʞ륌 통하여 1년간 맀달 1회 계잡하였닀.

표멎엌분잡정Ʞ륌 활용한 Bresle Method 표멎엌분잡정 절찚는 닀음곌 같닀. (1) 잡정하고자 하는 강부재 표멎에 Bresle Patch륌 부착한닀. (2) 표멎엌분잡정Ʞ의 엌분 Ʞ쀀값을 0윌로 섀정한닀. (3) Bresle Patch에 ì•œ 2.5ml의 슝류수륌 죌사Ʞ륌 통하여 죌입한닀. (4) ì•œ 90쎈 정도 Bresle Patch륌 부드럜게 두드렀 죌고, 10회 정도의 슝류수 죌입/빚아듀임을 반복한닀. (5) Bresle Patch에 죌입된 슝류수륌 뜑아낞 후 표멎엌분잡정Ʞ에 나타난 수치륌 표멎엌분값윌로 볞닀.

2.3 부식량 평가 방법

핎상강교량 부재별 부식량곌 표쀀 대Ʞ녞출싀험윌로 나타난 부식량을 평가 및 비교하Ʞ 위하여 강교량 부재에 묎도장 몚니터링 강판(Monitoring Steel Plate)을 섀치하였윌며, 표쀀 대Ʞ녞출싀험대에는 150 × 70 mm의 부식시험펞을 섀치하였닀(KS D 0060, 2020). 부식량은 녞출Ʞ간 동안 몚니터링 강판곌 부식시험펞에 생성된 부식생성묌을 제거하여 몚니터링 전후의 감소한 쀑량을 평균부식두께로 환산하여 평가하였닀.

부식생성묌 제거 방법은 화학적 방법윌로 강재 표멎의 부식생성묌을 제거하는 방법읞 ISO 8407을 활용하였닀(ISO 8407, 2021). 읎 표쀀에서는 부식시험펞읎 부식환겜에 녞출되었을 겜우 표멎에 발생한 부식생성묌을 화학적 절찚로 분핎하여 제거하는 방법윌로 ꞈ속의 종류에 따띌 화학적 부식생성묌 제거 방법을 제시하고 있닀. 볞 연구에서는 탄소강윌로 몚니터링 강판곌 대Ʞ녞출싀험 시펞을 제작하였윌므로, 탄소강의 부식생성묌을 제거하는 Ʞ쀀읞 3.5g의 헥사메틞렌테튞띌아믌곌 500mL의 엌산곌 슝류수륌 첚가한 용액윌로 시펞의 부식생성묌을 제거하였닀.

3. 표멎엌분 및 부식량 평가 결곌

3.1 표멎엌분 평가 결곌

서핎안 대상 교량(교량 A)의 볎강형 거더 부재와 강박슀 싀험첎의 월별 표멎엌분잡정 결곌륌 부재별로 비교하여 Fig. 5에 나타낎었닀. 서핎안 대상 교량(교량 A)의 표쀀 대Ʞ녞출싀험(A-ET) 월별 표멎엌분은 Fig. 5(a)에 나타낾 것곌 같읎 여늄철에 비하여 겚욞철에 많은 표멎엌분량읎 발생하여 핎상강교량의 월별 비래엌분을 분석한 읎전 연구 결곌와 유사한 결곌가 나타나는 것을 알 수 있닀(Jung et al., 2022; Lee et al., 2010). 볎강형 거더 부재륌 대상윌로 계잡된 표멎엌분은 표쀀 대Ʞ녞출싀험(A-ET)곌 비교하멎 5월 ~ 7월에 상대적윌로 많은 표멎엌분량읎 발생하였윌며, 7월에는 겚욞철만큌 많은 표멎엌분량읎 발생하였닀. 교량 부재의 표멎엌분 계잡곌 달늬읎전 연구에서 잡정된 비래엌분은 상대적윌로 개방된 위치에서 계잡되므로, 표쀀 대Ʞ녞출싀험(A-ET)의 표멎엌분곌 유사한 겜향읎 나타났닀. 또한, 여늄철에 발생하는 강우나 바람에 영향을 받아 엌분읎 씻겚젞 나가는 횚곌로 읞하여 녞출싀험대에 섀치된 시펞에는 상대적윌로 적은 표멎엌분량읎 발생한 것윌로 판닚된닀. 하지만, 볞 연구에서 표멎엌분읎 계잡된 대상 부재듀은 죌탑부 교량 하부로 지멎윌로부터의 높읎가 ì•œ 3m 떚얎진 지점에 위치하여, 교량 왞부에 위치한 부재와 비교하여 상대적윌로 공Ʞ순환읎 읎룚얎지지 않고 왞부환겜에 영향을 덜 받는 곳에 섀치된 부재륌 대상윌로 표멎엌분을 평가하였닀. 따띌서, 부재 섀치위치의 특성상 여늄철에 발생하는 강우나 태풍에 의한 비바람에 영향을 상대적윌로 적게 받아 표쀀 대Ʞ녞출싀험곌 비교하여 여늄철에 상대적윌로 많은 표멎엌분량읎 발생한 것윌로 판닚된닀.

서핎안의 대상 교량(교량 A)에 섀치된 강박슀 싀험첎륌 대상윌로 계잡된 표멎엌분을 계절별로 비교하는 겜우 Fig. 5(b)에 나타낾 것곌 같읎 여늄철(5월 ~ 8월)에 표멎엌분량읎 적닀가 겚욞철(9월 ~ 12월)에 표멎엌분량읎 점찚적윌로 슝가하는 겜향읎 나타났닀. 하지만, 11월에 계잡된 표멎엌분은 10월에 계잡된 표멎엌분곌 비교하여 상대적윌로 감소하는 것윌로 나타났닀. 읎러한 표멎엌분의 감소는 표멎엌분의 ìž¡ì • 전에 발생한 강우에 의한 것윌로 판닚된닀. 또한, 여늄철에는 상부부재(A-SB-UM)와 강박슀 싀험첎 낎잡에 위치한 수직부재(A-SB-V1)을 제왞하멎 표멎엌분읎 거의 발생하지 않았닀. 강박슀 싀험첎는 거더 부재와는 닀륎게 여늄철(6 ~ 8월)에 발생하는 장마, 태풍에 의한 비바람 등에 의하여 엌분읎 씻겚나가는 횚곌로 부재 표멎에 엌분읎 부착되지 않은 것윌로 판닚된닀. 읎는 국낎의 비래엌분 분포 특성을 분석한 읎전 연구 결곌와 서핎안 핎상교량을 대상윌로 평가한 월별 비래엌분량을 분석한 읎전 연구와 유사한 결곌가 나타난 것을 확읞할 수 있닀(Jung et al., 2022; Lee et al., 2010).

거더 낎잡에 위치한 수직부재의 표멎엌분량을 비교하멎 싀제 교량의 낎잡에 위치한 부재(A-VM-2, A-VM-4)는 강박슀 시험첎 낎잡에 위치한 부재(A-SB-V1, A-SB-V3)와 비교하여 상대적윌로 많은 엌분량읎 나타난 것을 알 수 있닀. 읎는 강박슀 시험첎는 싀제 교량 거더와 비교하여 폭읎 좁윌므로, 강우의 영향윌로 읞하여 표멎엌분량의 상대적읞 찚읎가 나타난 것윌로 판닚된닀. 또한, 싀제 교량의 낎잡에 위치한 부재(A-VM-2, A-VM-4)는 가로볎에 섀치된 수직부재(A-VM-3)와 비교하여 상대적읞 표멎엌분량읎 ì•œ 2ë°° 정도 발생하였닀. A-VM-1곌 A-VM-2 부재는 동음한 방향윌로 섀치된 부재읎지만 A-VM-1 부재는 강우에 영향을 받는 왞잡에 섀치되얎 있윌므로, 표멎엌분량읎 상대적윌로 적게 나타나는 것을 알 수 있닀. 읎륌 통하여 강부재의 표멎엌분은 부재가 섀치된 방향에 영향을 받고 있음을 알 수 있닀. Fig. 6(b)에 나타낾 것곌 같읎 볎강재 부재, 수직부재, 하부부재의 표멎엌분량을 비교하는 겜우, 음부 수직부재(A-SB-V2)에서 믞소하게 적은 엌분량읎 발생하였윌나, 몚두 유사한 수쀀의 표멎엌분량읎 발생하였닀.

표쀀 대Ʞ녞출싀험윌로 계잡된 표멎엌분(A-ET)곌 강박슀 싀험첎의 부재별 평균 표멎엌분을 비교하는 겜우, 몚든 부재의 표멎엌분량읎 표쀀 대Ʞ녞출싀험에 비하여 상대적윌로 많은 엌분량읎 발생하였닀. 볎강재 부재, 수직부재, 하부부재는 표쀀 대Ʞ녞출싀험에 비하여 ì•œ 1.37 ~ 1.86ë°° 수쀀윌로 표멎엌분읎 발생하였윌며, 상부부재(A-SB-UM)는 ì•œ 3.16ë°° 수쀀윌로 표멎엌분량읎 발생하였닀. 부재의 섀치위치나 방향 등에 따띌 상대적윌로 많은 표멎엌분량읎 발생하였윌므로, 핎양환겜에 녞출된 볎강형 거더 부재륌 대상윌로 부식 낎구성능을 평가하는 겜우 읎륌 적절히 고렀한 부식엎화의 왞부적 요읞을 평가하여알 할 것읎닀.

낚핎안의 대상 교량(교량 B)의 교대 읞귌에 섀치된 강박슀 싀험첎 부재의 월별 표멎엌분은 Fig. 5(c)와 같읎 강박슀 싀험첎의 상부부재(B-SB-UM)와 하부부재 1ê³³(B-SB-B1)의 9월, 10월 표멎엌분을 제왞하멎, 대첎적윌로 적고, 계절에 ꎀ계없읎 여늄철곌 겚욞철에 유사한 수쀀의 표멎엌분량읎 발생하였닀. 읎는 낚핎안의 비래엌분은 월별로 상대적읞 찚읎가 크지 않고, 적은 비래엌분량읎 발생한 읎전 연구와 유사한 결곌가 나타나는 것을 알 수 있닀(Lee et al., 2010). 또한, Fig. 6(c)에 나타낾 것곌 같읎 표쀀 대Ʞ녞출싀험(B-ET)윌로 계잡한 표멎엌분곌 부재별 표멎엌분을 비교하는 겜우, B 교량 교대 부귌에에 섀치된 강박슀 시험첎의 표멎엌분은 부재별로 상대적읞 찚읎가 있지만, 부재별 표멎엌분은 표쀀 대Ʞ녞출싀험곌 비교하여 ì•œ 0.83 ~ 1.12배로 몚두 유사한 수쀀윌로 나타나는 것을 알 수 있닀. 상부부재(B-SB-UM)의 표멎엌분은 표쀀 대Ʞ녞출싀험윌로 계잡된 표멎엌분곌 비교하여 ì•œ 1.79ë°° 수쀀윌로 나타났닀. 볞 연구에서는 12개월에 대한 표멎엌분을 계잡하였윌나, 녞출Ʞ간읎 Ꞟ얎질수록 상부부재의 표멎엌분은 닀륞 부재와 비교하여 더욱 큰 상대적읞 찚읎가 발생할 것읎므로, 국부적읞 부식엎화로 읞한 교량의 낎구성을 저하시킬 수 있을 것읎닀.

표멎엌분 ìž¡ì • 결곌로부터 교량 부재에 발생하는 표멎엌분은 교량의 섀치된 핎역의 특징, 핎안읎격거늬, 지형적 특성, 풍향 등에 영향을 받아 동음한 교량에 섀치된 동음한 형상을 갖는 부재음지띌도 상대적읞 표멎엌분읎 발생하는 것을 확읞하였닀. 강부재의 섀치 위치나 형상 등의 특성에 따띌 상대적윌로 발생하는 표멎엌분은 핎양환겜에 섀치된 강구조묌의 부식낎구성에 영향을 쀄 수 있윌므로, 읎륌 고렀한 유지ꎀ늬가 필요할 것읎닀.

Fig. 5 Comparison of monthly surface chloride according to structural members in the box girder and box specimens
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Fig. 6 Average surface chloride according to the structural members in the box girder and box specimens
../../Resources/ksm/jksmi.2023.27.4.45/fig6.png

3.2 부식량 평가 결곌

거더 볎강형 부재와 강박슀 싀험첎의 평균부식두께륌 부재별로 비교하여 Fig. 7에 나타낎었닀. A 교량의 볎강형 거더 부재의 평균부식두께륌 부재별로 비교한 결곌, Fig. 7(a)에 나타낾 것곌 같읎 거더 볎강부재(A-GS-U, A-GS-B)의 평균부식두께는 수직부재(A-VM-3)와 하부부재(A-BM-1)의 평균부식두께와 비슷한 수쀀윌로 발생한 것을 확읞할 수 있닀. 또한, 음부 수직부재(A-VM-1, A-VM-2)와 하부부재(A-BM-2)의 평균부식두께는 거더 볎강부재에 비하여 ì•œ 1.49 ~ 1.92ë°° 수쀀의 평균부식두께가 발생하는 것을 알 수 있닀.

수직부재끌늬 부식량을 비교하는 겜우, 교량 왞잡에 위치하는 수직부재(A-VM-1)의 평균부식두께에 비하여 교량 낎잡에 위치하는 수직부재(A-VM-2, A-VM-4)의 평균부식두께는 ì•œ 1.26 ~ 1.59배까지 발생하였닀. 교량 낎잡에 위치한 부재에 상대적윌로 많은 부식량읎 발생한 읎유는 앞서 분석되었던 표멎엌분 ìž¡ì • 결곌와 마찬가지로 교량 낎잡에 위치한 거더 부재의 겜우, 공Ʞ 순환읎 원활하지 않윌므로 공Ʞ 쀑의 비래엌분량읎 유지되며, 상대적윌로 높은 습도가 지속적윌로 유지되는 환겜의 영향윌로 많은 부식량읎 발생한 것윌로 판닚된닀.

교량의 하부부재끌늬 평균부식두께륌 비교하는 겜우, 교량 낎잡에 위치한 하부부재(A-BM-2)의 평균부식두께가 교량 왞잡에 위치한 하부부재(A-BM-1)의 평균부식두께에 비하여 ì•œ 1.69ë°° 수쀀윌로 발생하였닀. 거더 낎잡에 위치한 하부부재(A-BM-2)의 평균부식두께가 상대적윌로 크게 발생한 읎유는 A-BM-2 부재의 섀치위치는 강우로 읞하여 발생한 빗묌읎나 배수 등윌로 발생한 묌읎 타고 흘러낎늬는 위치로, 부재의 걎식곌 습식읎 반복되얎 부식속도가 ꞉격하게 슝가한 것윌로 볎읞닀. A 교량의 볎강형 거더 부재 낎잡에 위치한 수직부재(A-VM-2, A-VM-4)의 부식량 뿐만 아니띌 표멎엌분 또한 닀륞 부재에 비하여 상대적윌로 많읎 발생하였윌며, 수직부재의 섀치방향에 따띌 거더낎잡에 위치한 수직부재(A-VM-2, A-VM-4)와 가로볎에 섀치된 수직부재(A-VM-3)의 평균부식두께는 상대적읞 찚읎가 ì•œ 2배까지 나타나는 것을 알 수 있닀. 또한, 거더 볎강형 부재의 부재별 부식량곌 표멎엌분 ìž¡ì • 결곌륌 비교하멎 상대적윌로 많은 부식량읎 발생한 하부부재 1ê³³(A-BM-2)륌 제왞하멎 대첎적윌로 부재 표멎에 부착되는 엌분량읎 많을수록 평균부식두께 또한 슝가하는 겜향읎 나타나는 것을 알 수 있닀.

서핎안 대상 교량(교량 A)에 섀치된 강박슀 싀험첎의 평균부식두께륌 부재별로 비교하여 Fig. 7(b)에 나타낎었닀. 서핎안대상교량(교량 A)에 섀치된 강박슀 싀험첎의 수직부재의 평균부식두께의 겜우, 교량 거더에 섀치된 수직부재의 평균부식두께의 발생 겜향곌 유사하게 강박슀 낎부에 위치한 수직부재(A-SB-V1, A-SB-V3)에 비하여 강박슀 왞부에 위치한 수직부재(A-SB-V2)의 부식량읎 상대적윌로 적게 나타나는 것을 알 수 있닀. 또한, 수직부재의 평균부식두께는 표쀀 대Ʞ녞출싀험(A-ET)윌로 읞한 평균부식두께와 비교하여 상대적윌로 적게 나타났윌며, 볎강부재의 평균부식두께는 표쀀 대Ʞ녞출싀험윌로 읞한 평균부식두께와 유사한 수쀀윌로 발생하였닀. 상부부재(A-SB-UM)의 겜우, 표쀀 대Ʞ녞출싀험윌로 읞한 평균부식두께에 비하여 ì•œ 1.66ë°° 수쀀의 평균부식두께가 발생하였닀. 볎강부재의 부식량은 거더부재와 강박슀 싀험첎에서 상대적윌로 발생하여 동음한 교량에 섀치된 볎강부재띌도 부재의 섀치 방향읎나 위치에 따띌 상읎한 부식속도가 발생할 수 있음을 알 수 있닀.

낚핎안 대상교량(교량 B) 교대 읞귌에 섀치된 강박슀 싀험첎의 평균부식두께륌 부재별로 비교하여 Fig. 7(c)에 나타낎었닀. 낚핎안 대상 교량(교량 B)의 강박슀 싀험첎 부재별 평균부식두께는 상부부재의 겜우, 표쀀 대Ʞ녞출싀험(B-ET)곌 비교하여 ì•œ 1.56ë°° 수쀀윌로 발생하였윌며, 상부부재(B-SB- UM)을 제왞하멎 표쀀 대Ʞ녞출싀험윌로 읞한 평균부식두께와 몚두 유사한 수쀀윌로 발생하였닀. 표멎엌분곌 부식량 ìž¡ì • 결곌에서 확읞할 수 있듯읎 몚든 강박슀 싀험첎의 상부부재(A-SB-UM, B-SB-UM)는 많은 표멎엌분읎 발생하였윌며, 상대적윌로 많은 표멎엌분량만큌 많은 부식량읎 발생하였닀.

부재별 부식량 평가 결곌로부터 핎양환겜에 섀치된 강부재의 부식속도는 부재의 부식환겜에 따띌 국부적윌로 나타났윌며, 교량 낎잡에 위치한 부재나 수평부재 등 ì—Žì•…í•œ 부식환겜읎 발생하는 부재의 부식속도는 상대적윌로 빠륎게 나타날 수 있음을 확읞하였닀. 따띌서, 핎양환겜에 녞출된 강부재의 국부적읞 부식속도에 의한 영향윌로 구조묌의 부식 낎구성능읎 감소할 수 있을 것윌로 판닚된닀. 강박슀 싀험첎의 상부부재는 싀제 교량에서는 위쪜 방향윌로 섀치되는 부재로, 상부부재와 동음한 형상읎나 환겜읎 나타나는 부재가 섀치된 강교량은 상부부재의 부식 낎구성능읎 국부적윌로 빠륎게 감소할 수 있윌므로, 각별한 유지ꎀ늬가 진행되얎알 할 것읎닀.

Fig. 7 Mean corrosion depth according to installation environment and structural members in the box girder and box specimens
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3.3 표멎엌분곌 부식량 상ꎀꎀ계 분석

핎상강교량의 부재별 표멎엌분량에 따륞 부식량 발생 수쀀을 비교하여 Fig. 8에 나타낎었윌며, 표멎엌분 ìž¡ì •êž°ê°„ 동안의 부재별 평균 표멎엌분곌 평균부식두께의 상ꎀꎀ계륌 분석하여 Fig. 9에 나타낎었닀. Fig. 8에 나타낾 것곌 같읎 서핎안 대상교량(교량A)의 겜우, 표멎엌분량에 비하여 평균부식두께가 상대적윌로 크게 발생하는 것을 알 수 있윌며, 낚핎안 대상 교량(교량 B) 교대 읞귌에 섀치된 강박슀 싀험첎의 겜우, 표멎엌분량에 따륞 평균부식두께가 유사한 수쀀윌로 나타나는 것을 알 수 있닀. 또한, Fig. 8(a)에서 확읞할 수 있듯읎 서핎안 대상 교량(교량 A)의 교량낎잡에 위치한 하부부재(A-BM-2)는 표멎엌분량에 비하여 많은 평균부식두께가 발생하여 상대적읞 찚읎가 나타났닀. 읎 부재는 부식량 평가 결곌에서 분석한 낎용곌 같읎 빗묌 등읎 흘러낎늬는 위치에 섀치된 부재읎닀. 따띌서, 핎당 부재의 부식엎화는 부재 표멎의 엌분에 의한 영향볎닀 높은 상대습도 등의 닀륞 부식환겜읞자에 의한 영향을 크게 받아 평균부식두께가 ꞉격하게 슝가한 것윌로 판닚된닀. 부재별로 표멎엌분량곌 평균부식두께의 발생 수쀀의 믞소한 찚읎가 있윌나, 핎양환겜에 녞출된 강부재의 섀치위치와 ꎀ계없읎 부재 표멎에 부착되는 엌분량읎 많을수록 부식량읎 크게 발생하는 겜향읎 나타나는 것을 확읞할 수 있닀. 표멎엌분에 따륞 부식량의 발생 겜향 분석 결곌로부터 핎양환겜에 녞출된 강부재의 부식속도는 부재 표멎에 부착되는 엌분량에 영향을 크게 받아 슝가할 수 있음을 확읞하였닀.

볞 연구에서 계잡된 표멎엌분곌 부식량의 상ꎀꎀ계륌 분석하여 Fig. 9에 나타낎었닀. 부재의 형상은 부재가 섀치된 방향을 고렀하였윌며, 수직부재, 사재부재, 하부부재로 구분하였닀. 사재부재의 겜우, 표쀀 대Ʞ녞출싀험읎 시펞을 45°로 녞출시쌜 싀험을 진행하였윌며, 볎강재 부재의 위쪜 부재가 ì•œ 45°로 섀치되었윌므로, 표쀀대Ʞ녞출싀험곌 볎강재 부재의 평가 결곌륌 사재부재에 포핚하였닀. 하부부재 쀑 표멎엌분에 비하여 평균부식두께가 상대적윌로 크게 발생한 A 교량의 하부부재(A-BM-2)는 부식량읎 표멎엌분에 의한 영향볎닀 닀륞 부식환겜읞자에 영향을 받았윌므로, 상ꎀꎀ계 분석 데읎터에서 제왞하였닀. 표멎엌분곌 평균부식두께 데읎터로 도출된 수직부재(90°)의 ꎀ계식은 Eq. (1), 사재부재(45°)의 ꎀ계식은 Eq. (2), 하부부재의 ꎀ계식은 Eq. (3), 볞 연구에서 계잡된 몚든 표멎엌분곌 평균부식두께륌 활용하여 도출된 ꎀ계식은 Eq. (4)와 같닀. 여Ʞ서, CD(Corrosion Depth)는 평균부식두께 (ÎŒm), SC(Surface Chloride)는 표멎엌분(mg/m2)을 의믞한닀.

(1)
$CD = 0.680\bullet SC$
(2)
$CD = 0.784\bullet SC$
(3)
$CD = 0.749\bullet SC$
(4)
$CD = 0.694\bullet SC$

부재의 섀치방향에 따띌 분석된 표멎엌분곌 평균부식두께의 상ꎀꎀ계식윌로부터 상ꎀ계수가 수직부재에 비하여 사재부재가 ì•œ 1.15ë°° 수쀀윌로, 하부부재에 비하여 ì•œ 1.05ë°° 수쀀윌로 나타났닀. 또한, 몚든 부재륌 대상윌로 표멎엌분곌 평균부식두께의 상ꎀꎀ계륌 분석한 결곌, 상ꎀꎀ계식의 계수가 수직부재에 비하여 ì•œ 1.02ë°°, 사재부재에 비하여 ì•œ 0.89ë°° 수쀀윌로 분석되었닀. 따띌서, 핎양환겜에 녞출된 강구조묌의 부재별 상대적읞 표멎엌분량곌 평균부식두께의 상ꎀꎀ계식을 활용한닀멎 닀양한 각도나 형상의 부재로 구성된 강구조묌의 상대적읞 부식속도륌 확읞할 수 있을 것읎며, 강구조묌의 부재별 국부적읞 부식속도륌 평가하Ʞ 위하여 표쀀 부식속도 가쀀에 대한 가쀑치륌 부여하여 부식속도륌 평가할 수 있는 자료로 활용할 수 있을 것윌로 판닚된닀.

표멎엌분에 따륞 부식량의 상ꎀꎀ계 분석 결곌로부터 핎상강교량에 섀치된 부재의 부식엎화는 부재 표멎에 부착되는 엌분량에 크게 좌우될 수 있윌므로 부재별 상대적읞 표멎엌분읎 교량 구조묌 전첎의 낎구성능을 저하시킬 수 있윌므로, 교량 부재의 섀치 특성읎나 환겜에 따띌 비래엌분량을 파악하는 것읎 쀑요할 것읎닀. 하지만, 강재 부식 낎구성에 영향을 죌는 요읞윌로는 비래엌분뿐만 아니띌 옚도, 상대습도, 젖음 시간 등도 영향을 쀄 수 있윌므로, 비래엌분읎 적은 환겜읎나 낎륙환겜에 섀치된 강교량을 대상윌로 부식환겜읞자에 따륞 상대적읞 부식엎화 발생 수쀀을 분석할 필요가 있을 것읎닀.

볞 연구 결곌륌 활용한닀멎 동음한 환겜에 섀치된 교량 낎에서도 ì—Žì•…í•œ 부식환겜에 섀치된 부재와 상대적윌로 양혞한 부식환겜에 섀치된 부재륌 구분하고, 부식엎화에 췚앜한 부재륌 선정하여 유지ꎀ늬가 가능할 것읎닀. 또한, 비래엌분읎 많은 환겜곌 적은 환겜을 구분하여 교량 유지ꎀ늬륌 진행할 수 있는 Ʞ쎈적읞 데읎터로 활용 가능할 것읎닀. 볞 연구에서 획득한 데읎터 뿐만 아니띌 부재의 형상읎나 각도 등에 따륞 표멎엌분곌 평균부식두께 데읎터가 누적된닀멎 더욱 신뢰성을 확볎한 상ꎀꎀ계륌 분석할 수 있을 것윌로 판닚된닀.

Fig. 8 Mean corrosion depth according to installation environment and structural members
../../Resources/ksm/jksmi.2023.27.4.45/fig8.png
Fig. 9 Correlation of surface chloride and mean corrosion depth
../../Resources/ksm/jksmi.2023.27.4.45/fig9.png

4. ê²° ë¡ 

볞 연구에서는 핎양환겜에 섀치된 강부재의 부재별 부식환겜곌 부식엎화륌 파악하Ʞ 위하여 핎상강교량의 볎강형 거더 부재와 강박슀 싀험첎륌 대상윌로 표멎엌분곌 부식량을 부재닚위로 평가하였윌며, 표멎엌분에 따륞 부식량 발생 정도륌 비교 및 분석하였닀. 볞 연구 결곌로부터 얻은 결론은 닀음곌 같닀.

1) 핎양환겜에 녞출된 강부재의 부재별 표멎에 부착되는 엌분량을 계절별로 비교하는 겜우, 서핎안에 섀치된 강부재의 표멎엌분량은 여늄철에 낮닀가 겚욞철에 점찚적윌로 슝가하는 겜향읎 나타났윌며, 낚핎안에 섀치된 강부재의 표멎엌분량은 특정 부재륌 제왞하멎 계절에 ꎀ계없읎 유사한 수쀀의 표멎엌분량읎 발생하였닀. 또한, 동음한 형상을 갖는 부재음지띌도 부재가 섀치된 환겜의 특성에 따띌 상대적읞 표멎엌분량읎 나타나는 것을 확읞하였닀.

2) 거더 볎강형 부재륌 대상윌로 계잡한 표멎엌분량곌 강박슀 싀험첎륌 대상윌로 계잡한 표멎엌분량을 비교하는 겜우, 동음한 교량읎띌도 부재의 섀치위치에 따띌 상대적읞 엌분량읎 나타났닀. 강박슀 싀험첎는 개방된 위치에 섀치되얎 강우나 바람에 영향을 크게 받아 엌분읎 씻겚나가는 횚곌로 적은 엌분량읎 부재 표멎에 부착되었윌며, 교량 부재는 바람윌로 흘러듀얎옚 비래엌분읎 유지되는 환겜에 섀치되얎 상대적윌로 많은 표멎엌분량읎 발생한 것윌로 판닚된닀. 부재별 표멎엌분 결곌로부터 강부재의 표멎엌분은 부재가 섀치된 환겜, 지형적 특성, 풍향 등에 영향을 받아 국부적윌로 나타나는 것을 확읞하였닀.

3) 핎양환겜에 녞출된 강부재의 부식량을 표쀀 대Ʞ녞출싀험곌 부재별로 비교하는 겜우, 낚핎안의 부재별 부식량은 표쀀 대Ʞ녞출싀험곌 비슷한 수쀀윌로 나타났윌나, 서핎안의 부재별 부식량은 부재별로 국부적윌로 발생하였닀. 또한, 부재의 형상에 따띌 상대적읞 부식량의 찚읎가 발생하여 ì—Žì•…í•œ 부식환겜에 녞출되는 부재는 부식속도가 ꞉격하게 슝가할 수 있음을 확읞하였닀. 국부적읞 부식엎화는 교량의 낎구성능에 영향을 쀄 수 있윌므로, 상대적윌로 많은 부식량읎 발생하는 부재는 집쀑적읞 유지ꎀ늬가 진행되얎알 할 것읎닀.

4) 표멎엌분에 따륞 부식량 발생 겜향을 평가한 결곌, 표멎엌분량에 따륞 평균부식두께륌 평가할 수 있는 평가식을 부재별로 분석할 수 있었닀. 볞 연구에서 평가된 부재별 표멎엌분량에 따륞 평균부식두께는 수직부재와 비교하여 ì•œ 1.10 ~ 1.15배까지 변화하는 것윌로 나타났닀.

볞 연구 결곌로부터 핎양환겜에 녞출된 강부재의 부식 낎구성은 비래엌분에 크게 영향을 받는 것을 확읞하였윌며, 부재 형상에 따륞 상대적읞 부식속도륌 평가할 수 있는 데읎터륌 마렚하였닀. 또한 볞 연구에서 분석된 표멎엌분곌 부식량 데읎터는 핎상강교량의 부식환겜읞자와 부식엎화륌 연계한 유지ꎀ늬에 활용할 수 있을 것읎며, 핎상강교량의 섀치 위치에 따띌 ì—Žì•…í•œ 부식환겜읎 발생할 수 있는 부식 낎구성읎 췚앜한 부재륌 판당하는 자료로도 활용할 수 있을 것읎닀.

감사의 Ꞁ

볞 연구는 2021년도 정부(교육부)의 재원윌로 한국연구재닚의 지원을 받아 수행된 Ʞ쎈연구사업 (NRF-2021R1F1A 1056567)곌 국토안전ꎀ늬원의 지원에 의핎 진행되었습니닀. 읎에 감사드늜니닀.

References

1 
Yeon, J.-W., Pyun, S.-I., Lee, W.-J., Choi, I.-K., and Chun, K.-S. (2000), Effect of relative humidity on the atmospehric corrosion of mild steel using the electrochemical wet/dry method, Journal of the Korean Electrochemical, 3(1), 5-10 (in Korean).URL
2 
Wu, R.-J., Xia, J., Cheng, X., Liu, K.-H., Chen, K.-Y., Liu, Q.-F., and Jin, W.-L. (2022), Effect of random aggregate distribution on chloride-induced corrosion morphology of steel in concrete, Construction and Building Materials, 322, 126378.DOI
3 
Jeong, Y.-S., Park, K.-M., and Kim, I.-T. (2021), Evaluation for airborne salt and deposited salt of offshore steel bridge, Proceedings of Annual Conference of Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 25(2), 126 (in Korean).URL
4 
Lee, S.-J., Han, M.-S., Jang, S.-K., Kim, S. (2015), Effect of flow velocity on corrosion rate and corrosion protection current of marine material, Corrosion Science and Technology, 14(5), 226-231 (in Korean).DOI
5 
Cho, G.-H., Lim, M.-H., and Park, D.-C. (2015), Effect of coating materials for steel on the threshold of corrosive amount of airborne chlorides and the evaluation of their corrosion speeds, Journal of the Korea Institute of Building Construction, 15(2), 143-151 (in Korean).DOI
6 
Jin, Y.-H., Ha, M-.G., Jeon, S. H., Jeong, Y.-S., and Ahn, J.-H. (2020), Evaluation of corrosion conditions for the steel box members by corrosion monitoring exposure test, Construction and Building Materials, 258, 120195.DOI
7 
Jin, Y.-H., Ha, M-.G., Jeong, Y.-S., and Ahn, J.-H. (2020), Relative corrosion environment conditions of steel box members examined by corrosion current measurement, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 24(6), 171-179 (in Korean).URL
8 
Ha, M.-G., Jeon, S. H., Jeong, Y.-S., Mha, H.-S., and Ahn, J-.H. (2021), Corrosion environment monitoring of local structural members of a steel truss bridge under a marine environment, International Journal of Steel Structures, 21, 167-177.DOI
9 
Ha, M.-G., Jeong, Y. S., Park, S. h., and Ahn, J.-H. (2019), Evaluation of relative corrosion rate depending on local location and installation of structural member in steel water gate, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 23(7), 16-24 (in Korean).URL
10 
Jeon, S. H., Ha, M.-G., Jeong, Y. S., and Ahn, J.-H. (2019), Evaluation of corrosion damage of structural steel depending on atmospheric exposure test, Journal of Korean Society of Steel Construction, 31(4), 245-252 (in Korean).DOI
11 
Ahn, J.-H., Jeon, S. H., Seong, T.-R., and Jeong, Y. S. (2019), Estimation of corrosion damage rate using corrosion current depending on atmospheric corrosion environment, Journal of Korean Society of Steel Construction, 31(4), 253-260 (in Korean).DOI
12 
Ha, M.-G., Heo, C.-J., and Ahn, J.-H. (2022), Correlation evaluation of time of wetness and mean corrosion depth depending on corrosive environment, Journal of Korean Society of Steel Construction, 34(3), 119-127 (in Korean).DOI
13 
Jung, J., Min, J., Lee, B., and Lee, J.-S. (2022), Properties on the aitborne chlorides of offshore bridges on the Western/Southern coast in South Korea, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 26(2), 59-67 (in Korean).URL
14 
Park, K. M., Kim, I. T., Choi, Y. T., Yoo, H., and Jeong, Y. S. (2022), Characteristic of airborne sea salt and deposited salt on a offshore steel bridge considering environmental changes, Journal of Korean Society of Steel Construction, 34(6), 373-381 (in Korean).DOI
15 
ISO 8502-6 (2020), Preparation of steel substrates before application of paints and related products — Tests for the assessment of surface cleanliness — Part 6: Extraction of soluble contaminants for analysis — The Bresle method.URL
16 
KS D 0060 (2020), Recommended practice for weathering test.URL
17 
ISO 8407 (2021), Corrosion of metals and alloys — Removal of corrosion products from corrosion test specimens.URL
18 
Lee, J.-S., Ahn, K-H., Kim, D.-G., and Park, J.-J. (2010), Distribution properties of airborne chlorides in Korea, Journal of the Korea Concrete Institute, 22(6), 769-776 (in Korean).URL