그림1. 항만정비사업에서의 유지보수비, 갱신비율의 미래예측 결과

이러한 관점에서 향후 신규 건설시에는 내구성(내구년수)을 가능한 향상 시켜 유지관리비를 저감할 필요가 있다. 또한 유지관리 측면에서도 현재의 열화상태 및 열화 진행상황을 가능한 정확하게 파악·예측하고, 적절한 대응방안을 강구할 필요가 있다.

이 보고서에서는 해양에 위치하는 콘크리트 구조물에 관한 열화예측수법, 즉 [내구성조사수법]에 관한 검토를 실시하고, 수법을 제안하는 것을 목적으로 하고 있다. 보고서는 1장에서 10장까지 구성되었고, 개요를 정리하면 다음과 같다.

제1장        [서론]에서는 본 연구의 배경 및 목적에 대하여 기술하고, 본 연구의 정의를 서술하였다.

제2장        [기존의 연구]에서는 해수가 작용하는 콘크리트의 열화, 그 조사 및 예측수법에 관한 기존연구를 정리했다. 다음으로 해양콘크리트 구조물에서의 철근부식조사수법 및 각 파라매타에 관한 기존의 연구를 정리했다. 또한, 스테인레스 철근의 부식성에 관한 기존 연구를 정리했다. 

제3장        [해양환경에서의 콘크리트 열화성상 및 열화지표에 관한 검토]에서는 해수가 작용하는 환경에서의 콘크리트 열화형상에 관하여, 실제 환경에서 사용되는 구조물 또는 공시체를 이용하여 조사를 실시하였다. 그 결과를 이용하여, 열화지표 및 열화예측수법에 관한 제안을 실시하였다.

제4장        [염화물 이온 확산 예측에 이용하는 평가식의 선택]에서는 염화 이온 확산 예측에 이용하는 확산방정식을 실제 환경에 적용시 때, 어떠한 평가식이 적절한가에 관하여 실제 구조물 조사 및 실제 환경에서의 폭로실험결과를 이용하여 검증을 실시하였다.

제5장        [철근 부식 발생 한계 염화물 이온 농도(Clim)에 관한 검토]에서는 해양환경에 장기간 폭로된 콘크리트 시험체를 이용하여 철근 부식과 철근 위치까지 침투된 염화물 이온 농도의 관계를 정비하고, 부식 발생 한계 염화물 이온 농도에 관하여 검토를 실시하였다.

제6장        [콘크리트 외피면에서의 염화물 이온 농도, (C0)의 설계용 값에 관한 검토]에서는 해양환경에 장기간 폭로된 실제구조물에서의 염화물 이온 농도 분포결과를 수집하고, C0와 환경조건 (주로 해면으로부터 구조물까지의 거리)의 관계를 정비하였다. 그 결과를 바탕으로 항만콘크리트에서의 C0설정값 제안을 하였다.       

제7장        [콘크리트 외관 염화물 이온 확산 계수(Dap)의 설계용 값에 관한 검토]에서는 해양 환경에 장기간 폭로된 실제구조물 또는 실험체에서의 염화물 이온 농도 분포 결과를 수집하고, Dap와 물세멘트비 W/C와의 관계를 정리하였다. 그 결과를 바탕으로 항만콘크리트 구조물에서의 Dap(설계시 이용하는 값(특정값)은 Dk로 표기)의 설정값 제안을 하였다.

제8장        [이 연구에서 제안한 철근 부식 조사 수법에 의한 시범설계]에서는 제5장부터 제7장에 제안된 파라메타를 이용하여, 해양 환경에서의 RC구조물에 관한 시범 설계를 실시하였다.

제9장        [스테인레스 철근 이용에 의한 내구성 향상에 관한 검토]에서는 제8장의 시범 설게 결과로부터, 해양 환경에서의 RC구조물 설계 때에는 내식성이 뛰어난 철근 (예를들면 스테인레스 철근)을 선택하는 경우가 득이 된다는 사례를 근거로 스테인레스 철근의 내식성, 즉 부식 발생 한계 염화물 이온 농도 Clim 의 파악을 목적으로 검토를 실시하였다. 여기에서는 해양 환경에서의 폭로실험을 실시, 외부로부터 염화물 이온을 침투시킴으로써 Clim의 검토를 실시하였다. 또한, 스테인레스 철근을 이용할 때의 라이프싸이클코스트의 계산을 하고, 어떠한 경우에 스테인레스 철근사용이 이득인가에 대한 검토를 실시하였다.

제10장     [결론]에서는 이 연구에서 얻은 결과를 정리하였다.

그림2. 콘크리트 내부에 염화물 이온의 침입상황 예측측정 사례(EPMA에 의함)

(바다속에 5년간 침적 후, 염화물 이온의 침입상황을 EPMA에 의해 측정)

해양에 위치하는 콘크리트 구조물 중, 항만 콘크리트 구조물의 설계법은 성능 조사형으로 변화되었다 (2007년도 이행). 성능 경과 변화에 대하여 조사를 실시할 때 3가지 파라메타 (부식 발생 한계 염화물 이온 농도Clim, 표면 염화물 이온 농도 C0, 염화물 이온의 외관 확산계수 Dap)를 정할 필요가 있으나, 각각의 파라메타의 실태는 명확하지 않았다. 따라서 이 연구보고서에서는 앞서 기술한 Clim, C0, Dap의 실태를 실제 구조물의 조사 및 시험체에 의한 폭로실험을 기초로 파악하였다.

그리고, 그 조사결과를 기초로, 각 파라메타 설정방법의 제안을 실시하였다. 또한, 연구에서는 내구성능조사 대상으로 염화물 이온의 침입에 의한 철근부식(염해열화)을 추가하고, 해수중의 이온 침입에 의한 콘크리트 열화(황산염열화)도 포함하였다. 연구성과를 요약하면 다음과 같다.

1)    염해 열화에 관한 3개의 파라메타 중, Clim에 관하여는, 실제 해양환경에서의 장기폭로시험 결과를 기초로 2㎏/㎥이라는 설정값을 제안한다. 또한, 콘크리트 구조물의 내구성을 높일 목적으로 스테인레스 철근을 이용한 경우의 Clim에 관하여, 장기 폭로 실험을 기초로 하여 사용된 스테인레스(3종류)에 관하여는, 적어도 12㎏/㎥이상인 것을 알 수 있었다. C0에 관하여는 실물 구조물 조사 결과를 다수 수집하고, 환경을 나타내는 파라메타와의 상관 관계를 검토한 결과, [H.W.L(삭망평균만조면)으로부터 콘크리트 부재 표면까지의 거리 (X)]를 유추하고, C0를 X와 함께 직선적으로 저감시키는 식(C0 = -6.0X +15.1)을 제안하였다. Dap에 관하여는, 실제 환경에서의 다수의 장기 폭로시험결과 및 실 구조물 조사결과를 수집하고, 물시멘트 비 W/C와의 상관관계를 정리했다. 그 결과 시멘트종류가 보통 포틀랜트시멘트의 경우에 대하여는 일본 토목학회 [콘크리트 표준 시방서]에 제시되어 있는 회귀식에 보정계수 (0.65)를 곱하는 방법을 제안했다. 

2)    황산염 열화에 관하여는 실제환경에 장기간 폭로된 다수의 시험체 및 실제구조물로부터 채취한 다수의 코아에 대하여, 화학적 및 역학적인 측면으로부터 조사실험을 실시하였다. 그 결과를 토대로, 해양 환경에서의 콘크리트 열화방법의 제안을 실시하였다.