콘크리트의 동결융해 내구성에 공기량, 제설제, 노출조건이 미치는 영향에 관한 연구

이병덕 한국도로학회 2010 한국도로학회논문집 Vol.12 No.2

In this study, the relative effects of low-chloride deicier(LCD) and two other deicing agents on the scaling of concrete were conducted in a series of tests at laboratory accordance with the ASTM C 672. The solutions concentration of deicers tested included 1, 4, 10%. Tap water was used as control. The amount of scaling was evaluated gravimetrically. As test result of deicer solution types, when applied to 4% solutions, surface scaling of concrete after 56 freeze-thaw cycles was produced significantly as about 9 times on LCD solution, as about 18 times on CaCl2 solution, and as about 33 times on NaCl solution comparing with tap water. As test result of deicer solution concentrations, relatively low concentrations (of the 4% by weight) of deicer were produced more surface scaling than higher concentrations (of the 10% by weight) or lower concentrations (of the 1% by weight) of deicer. It show that the damaging concentration is of the order of 3~4% for previous research result. It appears that the mechanism of surface scaling is primarily physical rather than chemical. Also, the effect of chloride deicier types, freeze-thaw cycling, and air contents on the performance of concrete was experimentally investigated. The results show that the concrete specimens subjected to freeze-thaw cycling scaled more severely in exposure to deicing salt than those in non-exposure to deicing salt, weight losses of the specimens tested in exposure to deicing salt were twice as much as those tested in non-exposure to deicing salt. Relative dynamic modulus of elasticity of concrete specimens decreased more quickly in exposure to deicing salt than in non-exposure to deicing salt. Also, relative dynamic modulus of elasticity of concrete specimens in exposure to sodium chloride deicing salt was decreased more quickly comparing with exposure to LCD salt. It is also shown that the chloride contents according to concrete specimen depths was more largely in exposure to LCD salt. When concrete specimen is exposed to chloride deicing salts and freeze-thaw cycling, performance degradation in the entrained air concrete(AE concrete) retarded more considerably comparing with non-entrained air concrete(Non-AE concrete). 콘크리트의 박리(scaling)는 수분의 존재하에 동결융해 싸이클에 따른 콘크리트의 점진적인 표면열화이다. 특히, 이것은 제설제에염화물의 존재가 콘크리트 표면박리(스켈링)와 더불어 심한 경우, 굵은골재의 노출 및 탈리로 이어질 수 있다. 본 연구에서는 콘크리트의 스켈링에 대한 저염화물계 제설제(low chloride deicier, LCD)와 염화칼슘 및 염화나트륨 제설제의 상대적인 영향을 ASTM C 672에 준하여 실시하였다. 시험 제설제의 농도는 1, 4, 10% 이고, 수돗물은 기준으로 사용하였다. 박리량은 중량으로 평가하였다. 연구결과 4% 농도를 적용하였을 때, 동결융해 56 싸이클 후 콘크리트의 박리는 수돗물에 비해 LCD 용액에서 약 9배, 염화칼슘 용액에서 약 18배, 염화나트륨 용액에서 약 33배 정도 크게 발생하였다. 용액의 농도에 따라서는 고농도인 10%에 비해 4% 농도에서 표면 박리가 가장 현저하게 발생하였는데, 이는 스켈링 발생이 염농도가 3∼4%일 때 가장 현저해진다는 기존의 연구결과와 일치함을알 수 있었다(일본콘크리트공학회, 1999). 또한 콘크리트가 경화된 후, 현장에서 염화나트륨 및 저염화물계 제설제(LCD, 염소이온중량비 50%)가 살포되고 동결융해 싸이클에 노출된 경우, 제설제에 노출되지 않은 경우의 콘크리트 동해열화에 대해, 콘크리트의 공기량에 따른 영향을 실험적으로 연구하였다. 연구 결과 동결융해 싸이클에 따른 콘크리트 시편은 제설제에 노출되지 않은 것 보다 염화물 제설제 노출에서 스켈링이 더 심한 것으로 나타났고, 염화물 제설제에 노출된 시편이 노출되지 않은 시편 보다 중량 손실이 2배나 되었다. 콘크리트 시편의 상대 동탄성계수는 염화물 제설제에 노출되지 않은 것과 비교하여 염화물 제설제에 노출된 것에서 더 빠르게 감소하였다. 또한 염화나트륨 제설제에 노출된 콘크리트 시편의 상대 동탄성계수는 저염화물계 제설제에 노출된 것 보다 더 빠르게 감소하였다. AE 콘크리트는 염화물과 동결융해 싸이클에 노출되었을 때, Non-AE 콘크리트 보다 성능저하가 크게 지연되었다.

공항 Airside 고체 제설제의 Ice Melting Capacity 평가

조남현,권순원,조창렬 한국도로학회 2015 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.3

공항 Airside 내에서는 항공기 동체의 부식 등으로 염화물 계열의 제설제 사용이 제한되기 때문에 고체 제설제로 요소(Urea) 또는 개미산(formate) 계열 재료들이 주로 사용되고 있다. 국내 공항 역시 일정기온 (-3℃ 이상)에서 가격대비 제설능력이 있으며 항공기 부식성에 안전한 요소가 주로 사용되어 왔다. 하지 만, 최근 이상기후로 겨울철 –10℃ 이하로 낮아지는 빈도가 잦아짐에 따라 상기 온도에서 요소의 제설효 과가 크게 떨어지고, 가격이 급상승하여 이를 대체할 수 있는 고체제설제 개발이 필요한 실정이다. 따라 서 본 연구에서는 요소를 대체할 수 있는 고체제설제 개발하기 위한 기초연구로 해외 고체제설제(개미산 나트륨 98%, 알갱이 형태)와 개미산 나트륨(sodium formate, 분말 형태) 및 요소(분말 형태)의 Ice Melting Capacity 평가를 통해 고체제설제 개발 가능성을 검토하였다. 이를 위해 SHRP H205.1에 따라 반경 35mm 패트리 접시에 물 25㎖을 균일한 두께로 얼린 얼음판위에 해외 고체제설제, 개미산 나트륨, 요소를 살포하여 각 온도(-10, -15, -20)에 따른 시간(10, 20, 30, 45, 60)별 얼음 융해량을 측정하였 다. 측정 결과치는 살포된 제설제의 량(g) 대비 녹은 얼음량(g)으로 나타내며 그 결과는 그림.1과 같다.

산업부산물을 활용한 친환경제설제의 특성평가

허형석,이병재,Heo, Hyung-Seok,Lee, Byung-Jae 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.21 No.6

한랭지역의 동절기 교통안전을 위하여 제설제 살포가 다량으로 이루어지고 있는데, 그 살포량도 매년 증가하고 있는 실정이다. 일반적으로 사용되는 제설제는 염화칼슘($CaCl_2$), 염화나트륨(NaCl)과 같은 염화물계가 주성분으로, 국내에서는 대부분 염화칼슘을 주로 사용하고 있고, 미국이나 일본의 경우는 소금인 염화나트륨으로 모두 염소이온을 포함하고 있다. 염화칼슘 제설제가 포함하고 있는 염화물 때문에 제설제 살포시 염화물은 도로 구조물로 침투하여 염해에 의한 철근부식을 유발하여 실제 포장이나 손상된 교량 구조물 내에서의 구조적 성능저하를 야기하고, 동절기 동해와 함께 복합적으로 작용하여 표면 스케일링을 발생시키며, 특히 살포제에 의한 수질 오염과 같은 심각한 부작용을 초래하고 있다. 또한 콘크리트 도로포장 표면이 염화칼슘 제설제 사용 후 나타나는 열화현상으로 인하여 기존의 염화칼슘 제설제의 경우 시각적으로 교통 외관상 문제를 가속화시키고 있다. 따라서, 본 연구에서는 산업부산물인 폐유기산과 칼슘계부산물을 반응시켜 친환경 액상 제설제를 제조하고 그 특성을 분석하여 도로시설물에 적용가능성을 검토하였다. A huge amount of de-icing agent is sprayed during winter to promote traffic safety in cold regions, and the quantity of de-icing agent sprayed has increased each year. The main ingredients in commonly used de-icing agents are chlorides, such as calcium chloride($CaCl_2$) and sodium chloride(NaCl). While calcium chloride is mostly used in Korea and sodium chloride is usually used in the U.S. and Japan, all de-icing agents include chloride ions. The chlorides included in sprayed calcium chloride-based de-icing agents have severe adverse effects, including the corrosion of reinforcing steels through salt damage by infiltrating into road structures, reduced structural performance of pavement or damage to bridge structures, and surface scaling, in combination with freezing damage in winter, as well as water pollution. In addition, the deterioration of paved concrete road surface that occurs after the use of calcium chloride-based de-icing agent accelerates the development of visual problems with traffic structures. Therefore, the present study was performed to prepare an environment-friendly liquid de-icing agent through a reaction between waste organic acids and calcium-based by-products, which are industrial by-products, and to analyze the properties of the de-icing agent in order to evaluate its applicability to road facilities.

제설제가 콘크리트 포장 파손에 미치는 영향

이경배(Lee Kyung Bae),이승우(Lee Seung Woo) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 D Vol.27 No.1D

제설제 살포는 국내외적으로 가장 널리 쓰이고 있는 겨울철 도로관리 방법으로 국내의 경우 염화칼슘 수용액과 고체 염화 나트륨을 이용한 습염살포방식을 채택하고 있다. 그러나 염화물계 제설제의 사용은 철근의 부식에 치명적인 영향을 초래할 수 있으며 겨울철 기온의 특성상 동결융해 작용이 함께 수반되어 콘크리트 포장 표면의 일부가 박리되는 현상(scaling)이 발생할 수 있다. 또한 콘크리트의 강도를 저하시켜 콘크리트 포장 슬래브의 내구성 및 공용성을 감소시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 친환경 제설제로 개발한 CMO를 살포한 시편과 염화나트륨, 염화칼슘, 저염화물계 제설제 등 기존 제설제를 살포한 시편의 표면박리, 압축강도 비교를 통해 각 제설제가 콘크리트 포장의 파손에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. 그 결과 CMO는 기존 제설제에 비해 콘크리트 포장의 표면박리 피해를 적게 일으키고 압축강도를 적게 감소시켜 콘크리트 포장에 주는 피해가 적음을 알 수 있었다. Deicer spreading is typical winter road management operation. In domestic, pre-wetted spreading method using calcium chloride solution and solid sodium chloride has been applied. However, chloride-containing deicer may cause fatal effect to corrosion of rebar and scaling on cement concrete pavement surface with freezing - thawing cycles. Also, it reduces durability and performance of pavement by reducing concrete strength. In this study, the damage caused by deicers on concrete pavement was investigated by accelerated scaling test and compressive strength test, comparing specimen using CMO with specimens using existing deicers such as calcium chloride, sodium chloride and low-chloride-containing deicer. As a result of tests, the damage on concrete pavement by CMO was negligible compare than the damage by existing deicers.

염화물 침투 현장조사 및 제설제에 따른 부식특성

양은익,김명유,박해균,Yang, Eun-Ik,Kim, Myung-Yu,Park, Hae-Geun 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.8 No.6

겨울철 도로의 결빙을 방지하기 위하여 염화물계 제설제가 많이 사용되고 있으며, 매년 사용량이 증가하고 있다. 이러한 제설제의 사용은 구조물의 부착강도 저하, 표면스케일링, 환경오염을 발생시킨다. 본 연구에서는 17년간 사용해 온 콘크리트 도로 시설물의 피해상황에 대하여 현장조사를 실시하였으며, 기존 제설제와 개발된 친환경 제설제의 부식 저항성에 대한 비교 실내실험을 수행하였다. 현장피해 조사결과에 따르면, 제한 염화물량의 침투 깊이는 평균 40 mm정도로 나타났고, 조사구간의 표면 염화물 농도는 $3.45kg/m^3$으로 조사되었으며, 이에 비해 탄산화 깊이는 매우 적었다. 한편, 친환경 제설제의 경우, 기존 염화물계 제설제에 비해 염화물 침투 깊이가 적었으며, 부식저항성도 높은 것으로 나타났다. Deicer has been generally used for prevention of a road freezing in winter, and the usage amount is increasing every year. However, deicer may induce the decrease of bond strength, surface scaling, and environmental pollution. In this study, the field test was performed to investigate the deterioration of concrete road structures used for 17 years. And, the corrosion resistance characteristics were compared for the existing deicer and eco-friendly deicer. According to the field test results, the penetration depth of limit chloride amount was about 40mm, and the average concentration of chloride was $3.45kg/m^3$ at the surface of structures. On the contrary, the carbonation depth was slight. The penetration depth of eco-friendly deicer was less than the existing deicer, and the corrosion resistance of eco-friendly deicer was higher.

제설제 종류에 따른 융빙성능 및 콘크리트에 미치는 영향 평가에 관한 연구

이병덕,윤병성,이주광,정영환,Lee, Byung-Duck,Yun, Byung-Sung,Lee, Joo-Kwang,Chung, Young-Hwan 한국도로학회 2005 한국도로학회논문집 Vol.7 No.4

In this study, calcium chloride$(CaCl_2)$, sodium chloride (NaCl), organic acids-containing deicer(NS 40, NS 100), mixed deicier$(NaCl\;70%+CaCl_2\;30%,\;NS\;40\;70%+CaCl_2\;30%,\;NaCl\;70%+NS\;40\;30%,\;NS\;40\;70%+NaCl\;30%)$ is investigated based on the laboratory test for deicing performance, freez-thaw resistance of concrete, and corrosion rate of metal. Test items for deicing performance were ice melting and ice penetration, freezing point depressions and eutectic point, pH, thermal properties for selected deicing chemicals as well as their compatibility with concrete and metal were experimentally investigated. As a test results, in case of the use chloride-containing deicier in area that concrete structures has subjected to freez-thaw reaction in winter season, it showed that mixed deicing chemicals with optimum ratio has desirable method than use one deicing chemicals when is consider to deicing performance and effects, corrosion of steel materials, and freez-thaw resistance of concrete. When use various deicing chemicals mixed, NS40(70%)+calcium chloride(30%) showed the best effective method. 본 연구에서는 기존의 염화물계 제설제인 염화칼슘$(CaCl_2)$ 및 염화나트륨(NaCl)과 비염화물계 제설제(NS 100) 초산화합물 함유 염화물 제설제(NS 40), 그리고 이들 제설제를 중량대비 일정비율로 혼합$(NaCl\;70%+CaCl_2\;30%,\;NS\;40\;70%+CaCl_2\;30%,\;NaCl\;70%+NS\;40\;30%,\;NS\;40\;70%+NaCl\;30%)$하였을 때 제설성 능과 특성, 콘크리트의 동결융해저항성 및 강재의 부식에 미치는 영향을 실내시험을 통하여 비교 검토하였다. 이상의 시험결과를 바탕으로 동절기 구조물이 동해를 받을 수 있는 지역에서 염화물계 제설제를 사용할 경우 제설성능 및 효과, 강재의 부식성 콘크리트의 동결융해저항성 및 스켈링저항성에 미치는 영향을 고려해 볼 때 하나의 제석제를 사용하기 보다는 두가지 제설제를 적정 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직한 방법임을 알 수 있었다. 혼합 사용시에는 제설성능 강재 및 콘크리트에 미치는 영향을 고려해 볼 때 NS40(70%)+염화칼슘(30%)이 가장 효과적인 것으로 나타났다.

염화물 침투 현장조사 및 제설제에 따른 부식특성

양은익,김명유,박해균 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.08 No.06

Deicer has been generally used for prevention of a road freezing in winter, and the usage amount is increasing every year. However, deicer may induce the decrease of bond strength, surface scaling, and environmental pollution. In this study, the field test was performed to investigate the deterioration of concrete road structures used for 17 years. And, the corrosion resistance characteristics were compared for the existing deicer and eco-friendly deicer. According to the field test results, the penetration depth of limit chloride amount was about 40mm, and the average concentration of chloride was 3.45kg/m3 at the surface of structures. On the contrary, the carbonation depth was slight. The penetration depth of eco-friendly deicer was less than the existing deicer, and the corrosion resistance of eco-friendly deicer was higher. 겨울철 도로의 결빙을 방지하기 위하여 염화물계 제설제가 많이 사용되고 있으며, 매년 사용량이 증가하고 있다. 이러한 제설제의 사용은 구조물의 부착강도 저하, 표면스케일링, 환경오염을 발생시킨다. 본 연구에서는 17년간 사용해 온 콘크리트 도로시설물의 피해상황에 대하여 현장조사를 실시하였으며, 기존 제설제와 개발된 친환경 제설제의 부식 저항성에 대한 비교 실내실험을 수행하였다. 현장피해 조사결과에 따르면, 제한 염화물량의 침투 깊이는 평균 40mm정도로 나타났고, 조사구간의 표면 염화물 농도는 3.45kg/m3으로 조사되었으며, 이에 비해 탄산화 깊이는 매우 적었다. 한편, 친환경 제설제의 경우, 기존 염화물계 제설제에 비해 염화물 침투 깊이가 적었으며, 부식저항성도 높은 것으로 나타났다.

강설 빈도를 이용한 지역별 제설제 적정 보유량 산정기법 개발

양동민,김근영,장권희,박종렬 한국방재학회 2016 한국방재학회논문집 Vol.16 No.4

Heavy snowfall has big disaster risk that is caused by climate change globally. Also domestically, heavy snowfall has considered as a risky disaster as it caused damage over past 30 years. Hence, in this study, snowfall frequency analysis is made to estimate requirements of de-icing material by region for the construction of customized snowfall disaster system considering the characteristic of the region. First, snowfall data for past 36 years from Snowfall Statistic Kit of Weather Observation Center which is Weather Station-affiliated is investigated and analyzed. Using the snowfall frequency, de-icing material requirements were estimated with the required amount basis by road area for 229 local governments. Therefore, city and county of Snow removal requirements (ton) was estimated by considering the road area (m 2 ), snowfall scenario frequency (1~5 cm, 5~10 cm, at least 10 cm), snow removal amount per unit area standard urban units (kg/m 2 ), as a result, total of 229 annual national target was found to be about 9 million tons. The municipality which requires the most De-icing Materials is urban area but some of the costal urban area tend to have less requirement. The results of this study is to estimate the standard requirements of De-icing Materials for the future. 대설재난은 최근 전 세계적으로 기후변화가 야기한 중요한 재난위험이다. 국내에서도 중요 재난으로 지난 30년 이상 꾸준히 피해를 유발하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 지역별 특성을 고려한 맞춤형 제설대응체계 구축을 목적으로 제설작업에 중요한 도구인 제설제의 지역별 소요량을 추정을 위하여 강설 빈도를 활용하여 분석해보았다. 우선 강설 빈도 조사 및 분석을 위하여 기상청 산하 기상관측소의 36년 간 강설통계자료집에서 조사된 적설자료를 분석하였다. 전국 229개 지자체별 강설 빈도에 따른 제설제 소요량은 분석된 강설 빈도를 활용하여 제설이 먼저 필요한 도로면적 기준으로 추정하였다. 따라서 시군구 제설제 소요량(ton)은 시군구 도로면적(m 2 ), 강설 빈도(1~5 cm, 5~10 cm, 10 cm 이상), 표준 도시 단위면적당 제설제 사용량(kg/m 2 )을 고려하여 추정하였으며, 그 결과 전국 229개 대상 매년 총 보유량은 약 9만톤인 것으로 나타났다. 가장 많은 제설제가 있어야 하는 지자체는 도시지역으로 나타났으며, 일부 해안가 도시는 연간 소요량이 적게 나타났다. 본 연구결과는 강설 빈도에 따른 소요량으로 실제 적설량과 도로의 상황, 기온 등에 따라 그 사용량이 다르게 나타날 수 있으나 36년간의 강설 빈도를 통한 전국단위의 제설제 소요량을 추정해 본 것으로 향후 제설제 확보를 위한 기준을 마련하는 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

염화칼슘과 소금이 도로변 퇴적물의 중금속 용출에 미치는 영향

이평구,유연희,윤성택,Lee Pyeong koo,Yu Youn hee,Yun Sung taek 한국지하수토양환경학회 2004 지하수토양환경 Vol.9 No.4

제설제를 살포하는 것은 도시지역에서 자동차가 겨울철에 운행하는 동안 안전한 운전을 가능하게 한다. 하지만 많은 양의 제설제 (염화칼슘과 소금)를 사용하는 것은 심각한 환경문제를 발생시키고 도로변 퇴적물에 함유된 중금속의 거동을 변화시키게 되며, 결과적으로 염소이온과의 착이온형성에 기인된 중금속의 이동성을 증가시키게 될 것이다. 제설제의 농도가 중금속 (카드뮴, 아연, 구리, 납, 비소, 니켈, 크롬, 코발트, 망간 및 철)의 용출특성과 이동성에 미치는 영향을 연구하기 위하여, 서울시 주요 도로변에서 채취한 퇴적물을 대상으로 제설제의 농도 (0.01-5.0M)를 변화시켜 용출실험을 수행하였다. 연구결과, 도로변 퇴적물에 함유된 아연, 구리 및 망간은 쉽게 용해되어 이동되는 반면, 크롬과 코발트는 도로변 퇴적물에 강하게 고정되어 있음을 관찰하였다. 이번 용출실험에서 검출된 아연 (최대 $118.6{\mu}g/g$). 구리 (최대 $44.9{\mu}g/g$) 및 망간 (최대 $42.2{\mu}g/g$)의 함량은 상대적으로 높은 함량이었다. 제설제는 흡착 (또는 침전)된 금속과 용해된 금속 사이의 분배를 감소시키며, 이는 제설제가 용해된 눈 녹은 물에 용존 중금속 함량을 증가시키게 되어 결과적으로 지표수의 수질을 악화시키게 된다. 또한, 도로에 제설제를 살포하는 것에 의해 중금속이 지하수까지 침투되어 지하수를 오염시키게 될 것이다. Deicer operations provide traffic safety during winter driving conditions in urban areas. Using large quantities of de-icing chemicals (i.e., $CaCl_2$ and NaCl) can cause serious environmental problems and may change behaviors of heavy metals in roadside sediments, resulting in an increase in mobilization of heavy metals due to complexation of heavy metals with chloride ions. To examine effect of de-icing salt concentration on the leaching behaviors and mobility of heavy metals (cadmium, zinc, copper, lead, arsenic, nickel, chromium, cobalt, manganese, and iron), leaching experiments were conducted on roadside sediments collected from Seoul city using de-icing salt solutions having various concentrations (0.01-5.0M). Results indicate that zinc, copper, and manganese in roadside sediments were easily mobilized, whereas chromium and cobalt remain strongly fixed. The zinc, copper and manganese concentrations measured in the leaching experiments were relatively high. De-icing salts can cause a decrease in partitioning between adsorbed (or precipitated) and dissolved metals, resulting in an increase in concentrations of dissolved metals in salt laden snowmelt. As a result, run-off water quality can be degraded. The de-icing salt applied on the road surface also lead to infiltration and contamination of heavy metal to groundwater.

저공해제설제 생산의 경제적 파급효과

姜周勳,崔哲浩,盧敬來 관동대학교 경영경제연구소 2001 경영논집 Vol.20 No.-

음식물찌꺼기를 원료로 이용하여 저공해 대체 제설제를 생산하는 경우 음식물찌꺼기의 처 문제와 제설제로 인한 환경피해를 동시에 해결될 수 있다. 동시에 폐기물을 자원화하는 기회를 제공하고 기술의 발전, 수입대체효과, 수출효과 등 국민경제에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 본 논문은 음식물찌꺼기를 이용하여 저공해 제설제를 생산하는 경우, 이에 대한 전반적인 경제적 효과를 분석하고 공정별 제설제 생산비용을 측정하고 그 경제성을 제시하고 있다. 음식물찌꺼기로부터 새로운 저공해 제설제를 생산하는데 소요되는 생산비용은 적정한 원료선택과 중화제의 재활용 여부등에 따라 상당히 가변적인 것으로 나타났다. 순수 chemical로 제조한 CMA의 판매가격과 비교했을 때, CaseⅡ와 CaseⅢ의 경우는 충분한 가격경쟁력을 갖출 수 있는 것으로 보인다.