많은 열 분산아연양극을 가지는 CP시스템이 가까운 장래에 그들의 설계수명이 다하거나 초과할 것이며 그래서 적절하거나 충분한 기능을 못할 수 있어서 오래된 양극을 대체시킬 필요가 있을 수 있다. 그러나 이 프로젝트 이전에 CP시스템을 위한 콘크리트표면에 아크 분사된 기존 아연양극제거를 위한 가장 비용효과적인 방법이나 표면정리 후 기대되는 표면프로필과 구성성분 그리고 목적달성을 위한 적절한 작업결과에 대해 알려져 있는 사항이 거의 없다. 더구나, 콘크리트 표면에 새 아연의 접착강도에 어떻게 영향이 있고 구 아연 콘크리트 간섭 면에 반응 층의 두께에 대한 의문이 남아있다. 이 문제에서 이 연구는 현장조사, 시험연구, 조사, 사례, 문헌검토의 결합을 통해 새 양극에 대한 콘크리트 표면을 준비하기 위한 규정을 개발하고 음극보호 철근콘크리트교량에 대한 아크 분산아연양극의 대체를 강조하는 이런 문제를 설명하는데 목적이 있다. 이 프로젝트의 주요결과는 다음과 같다.

5.1 주요 결과

철근콘크리트의 CP는 해양환경이나 화학적 결빙방지장치에 노출된 철근콘크리트 구조의 활성수명을 확대하는 철근의 염화물 유입부식을 효과적으로 약화시키는데 사용될 수 있다. 기술적 진보로 엔지니어에게 새로운 대안을 제공함으로써 CP시스템을 더 매력적인 것으로 만들었고, CP는 운영시스템의 효과적 모니터링과 통제를 용이하게 할 수 있는 새로운 전자장비의 개선에 의해 명백해 졌다. CP를 위해 기존자재, 장비, 특수기술의 지속적이고도 증가적인 개선이 있을 것으로 예상된다.

기후가 건조한 지역에서 전도성 있는 순회가 가능하도록 하기 위해서 콘크리트 두께 증가나 채움재의 전기적 특성을 강화하기 위한 더 많은 연구가 또한 필요하다. 보편적인 활용을 위한 강화된 모니터링시스템의 개발이 기술적인 도전보다 크게 기대되고 있다. 그러한 시스템은 CP수행에 대한 외적 추정을 분석하고 시스템 변수를 조정하고 수정하는 역량을 특징지을 것이다. 이 프로젝트에서, 열 분산아연을 적용하기 위한 콘크리트표면의 “적합성”을 결정하기 위한 방법을 개발하고 시험하는 방향으로 직접적인 노력을 기울였다.

-주사전자현미경(SEM)과 에너지 분산 X레이 분광학의 결합사용으로 5~45 년이라는 동등한 전기화학적 경과기간을 보유한 콘크리트 샘플에서, 아연이 풍부한 반응층은 대략 1mm 이었다. 콘크리트 거푸집자체와 연결되어 있는 아마도 이온 종의 전자이동과 전기화학적 시효의 과정동안 아연콘크리트 접촉면에서 발생했던 화학적 또는 전기화학적 반응 때문에 아연이 풍부한 반응층은 일반적으로 침투성은 더 적지만 전기 전도성은 더 많았다.

-새로운 아연콘크리트 부착강도는 반응층의 존재에 의해 영향을 받았지만 그와 같은 강도는 그 층의 동등한 전기화학적 시효에 달려 있다. 반응층이 8년 이상 경과 했을 때 만약 그 반응층이 프로파일링과 아크분사에 앞서 연 삭으로 4mm까지 완전히 제거되어 있다면 부착강도는 더 나을 것이다.

-모형제작 투시도에서, 인공신경회로망이 아연콘크리트시스템에 본래부터 있는 복잡한 인과관계를 더 잘 이해하기 위해서 사용되었고 부착강도와 다른 종류의 데이터에서 나온 의미 있는 논리적인 결과를 발견하는데 성공을 거두게 하였다. 모르타르와 새 PCC에 새로운 TS-Zn부착강도에서 중요한 결과 가운데 일부가 표 5.1에 요약되어 있다. 이러한 결과는 적당한 양의 잔골재의 노출은 새로운 TS-Zn의 부착에 유리하지만 굵은 골재의 노출은 그것의 부착에 불리하다.

-적절한 정도의 노출된 골재(35%)를 가진 PCC에 대해서, 이상표면 큰 거칠기 콘크리트의 전기화학적 시효에 따라 매우 다양했다. 0~5년의 전기화학적 시효를 가진 콘크리트는 프로파일링 이후 표면의 큰 거칠기의 정도가 1.1센티인치 보다 더 큰 정도에서 유지되어야 할 것이다. 10, 15, 20, 25년의 전기화학적 시효를 가진 콘크리트에 대해서 이상표면 큰 거칠기는 0.8-1.5, 1.3-1.5, 0.4-0.8, 0.4-1.3센티인치로 변화했다. 콘크리트의 전기화학적 시효가 더 많이 증가하면 가장 높은 부착강도가 보다 더 매끄러운 표면으로 점차적으로 이동하는 경향이 있었다. 전기화학적 시효를 가진 이상표면 거칠기의 변화는 아마도 화학작용과 아크분사아연하부 콘크리트 표면층의 미세구조가 전기화학적 기간이 지나면서 얼마나 진화되었는가와 연관성이 있는 것 같았다. 노후콘크리트에 새로운 TS-Zn부착강도에서 나온 다른 중요한 결과가 표 5.2에 요약되어 있다.

-고농도 노출골재이나 낮은 거칠기 또는 저농도 노출골재이나 높은 거칠기로 표면을 만들어 낸다는 것은 실질적으로 어려운 일이었다.

-큰 거칠기와 부착강도 둘 다를 고려해서, 비교적 높은 전기화학적 시효(0.2mA/ft의 CP전류밀도 하에서 14년)를 가진 기존 콘크리트에 대해서 희망적인 작업결과를 얻게 된다. 낮은 모래(잔골재)용적의 #4노즐. 이러한 이상적인 결과는 현재 즉, 높은 모래용적의 #8노즐 보다 훨씬 덜 공격적이어서, 표면 프로파일링을 위하여 더 많은 반복 작업횟수(그에 따른 더 높은 노동비)가 필요 할 수 있다. 그와 같이, 균형 있는 대책은 낮은 모래용적의 #6노즐일 것이다. 합리적인 반복 작업횟수를 가진 그 노즐은 30-44%의 골재를 노출 시키고 1.2-2.1센티인치의 예비 거칠기의 표면을 생산할 것이다.

표 5.1: 새로운 TS-Zn 부착강도에 있어서 새 모르타르나 새 PCC의 예측경향.

표 5.2새로운 TS-Zn 부착강도에 있어서 예측경향 대 콘크리트의 전기화학적 시효(17mils의 새 아연 가정).

5.2 이행을 위한 추천사항

-새로운 양극을 적용하기 전에 노화된 양극제거와 표면준비를 위한 ODOT현장 설계시방서에 다음을 포함하기: 적당히 낮은 공기압과 샌드블라스팅을 위해 적당히 견고하고 밀도 있는 연마제 사용, 아크분사작업을 하는 동안 적절하게 작업횟수 당 얇은 코팅하기, 약간 더 얇게 전체적인 아연코팅 층(15-17mils 대 현재 사용하고 있는 17mils) 만들기, 양호한 응집강도(최소 150psi)가 있는 콘크리트를 가지는 것 또한 바람직한 일이다.

-기존 콘크리트의 전기화학적 시효를 근거로 오래된 양극제거 및 표면의 노후상태 구성 조정하기. 8년 이상의 동등한 전기화학적 시효를 가진 기존 콘크리트에 대해서, 반응층은 프로파일링과 아크분사(즉, 4mm의 연삭)이전에 완전히 제거되어야 할 것이다. 제로 연수의 전기화학적 시효의 콘크리트에 대해서, 적정수준의 큰 거칠기(1.1-1.8 센티인치)와 상대적으로 낮은 농도의 노출골재(5~36%)를 달성하기 위해서 표면의 노후상태구성하기. 비교적 연수가 적은 전기화학적 시효(8년)의 기존 콘크리트에 대해서, 적정수준의 큰 거칠기(1.1-1.5 센티인치)와 상대적으로 낮은 농도의 노출골재(12-36%)를 달성하기 위해 표면의 노후상태 구성하기. 비교적 높은 전기화학적 시효(14년)의 기존 콘크리트에 대해서, 적정수준의 큰 거칠기(1.1-1.5 센티인치)와 적정수준의 노출골재(44-55%)를 만들기 위해 표면의 노후상태 구성하기. 높은 전기화학적 시효(20년 및 27년)의 기존 콘크리트에 대해서, 비교적 낮은 수준의 큰 거칠기(0.6-1.1 센티인치)와 적정수준의 노출골재(44-51%)를 달성하기 위해 표면의 노후상태 구성하기. 할 수 있는 한 어느 곳에서든지 대규모 골재 노출을 최소화하지만(즉, 직경 > 3/4“), 적정수준에서 적은 양의 골재노출 유지하기(즉, 0.25”와 같은 직경). 이러한 목표는 이 연구에서 설명했듯이 시행착오나 실험에 따른 설계로 노즐크기, 공기압(즉, 모래용적), 반복 작업횟수와 샌드블라스팅 장비의 가능한 다른 매개변수를 조정함으로써 현장작업에서 이루어 질 수 있다.

-비교적 높은 전기화학적 시효(즉, 0.2 mA/ft²의 CP전류밀도 하에서 14년 후의 Yaquina Bay 교량)의 기존 콘크리트에 새로운 아크분사아연의 강한 초기의 부착 강도를 달성하기 위해서 샌드블라스팅 결과는 낮은 모래용적(대략 7.3lbs/min)을 가진 #6 노즐이어야 할 것이다. 적정한 반복 작업횟수를 가진 그것은 30-44%의 골재를 노출할 것이며 1.2-2.1 센티인치의 표면 예비 거칠기를 생산할 것이다.

-표면 노후상태 구성작업을 하는 동안 노출된 골재의 퍼센티지를 평가하는 일은 실질적으로 어렵기 때문에, 품질보장을 위한 한 가지 방법은 1.2-2.1 센티인치(0.3-0.5 mm)의 범위에서 RMS 큰 거칠기 목표를 가지고, 노화된 아연제거와 표면의 노후상태구성 이 후 오래된 콘크리트표면의 큰 거칠기를 측정하는 것이다. 부록1에서 설명한 상세한 방법이 이 측정을 위해 사용될 수 있다. 큰 조직에 더하여, 3.5-5㎛의 작은 거칠기를 가진 미세집합조직이 호감을 끈다.

-아크분사 아연콘크리트의 강한 초기부착강도는 희망적이지만, 양극의 긴 활성수명이나 CP시스템의 좋은 성능을 보장할 수 없을지도 모른다. CP시스템작업에 의한 전기화학적 시효의 과정 동안 표면준비가 아연콘크리트접촉면의 진화와 그것의 부착강도(뿐만 아니라 회로저항)에 어떻게 영향을 줄지를 조사하기위해 지속적인 연구가 필요하다. 또한 혁신적인 양극자재와 양극제거, 표면노후상태구성, ODOT 해안환경에서 노출된 교량 하부구조를 환경적으로 보호하기 위해서 새로운 양극적용/설치를 위한 비용효과적인 방법을 찾을 필요가 있다.

-이 보고서에 대한 주요 관심인사는 ODOT 교량엔지니어, 유지관리엔지니어, 계약자, 그 외의 이해관계자일 것이다. 교량유지관리시스템을 사용하고 있는 ODOT 정책결정자들 또한 CP최고사례에 대한 이 연구에서 얻은 향상된 지식으로 혜택을 볼 수 있을 것이다. 이 연구 상품을 적용하는 지도력을 발휘할 기관과 사람들은 ODOT 교량보전엔지니어와 그것의 이행으로 혜택을 누릴 희망을 갖고 있는 계약 자일 것이다.