콘크리트 처리 공정 document_id A220623068232

강화 콘크리트에서 스틸(steel)의 부식은 중요한 문제이다. 지속적 전기화학 처리와 일시적 전기화학 처리가 모두 이 문제를 저지하기 위해 사용되어 왔다. 이들은 설치된 양극 시스템(anode system)으로부터 콘크리트를 통해 스틸로 전류를 통전시키는 것을 포함한다. 모든 경우에, 스틸은 형성된 전기화학 전지의 음극(cathode)이 된다. 강제 전류 전기화학 처리(impressed current electrochemical treatment)에서, 양극은 양극 단자(negative terminal)에 연결되고 스틸은 DC 전력원의 음극 단자에 연결된다. 희생성 전기화학 처리(sacrificial electrochemical treatment)에서는, 스틸에 직접적으로 연결된 희생 양극을 부식시킴으로써 보호전류가 제공된다. 지속적 또는 장기간 전기화학 처리들은 예상 가능한 미래에 처리를 유지하기 위한 목적으로 이루어진다. 전기화학 처리기간은 일반적으로 연 단위로 측정된다. 잘 알려진 지속적 또는 장기간 기술들의 군은 음극 보호(cathodic protection)이다. 이는 강제 전류 음극 보호, 희생성 음극 보호, 간헐성(intermittent) 음극 보호 및 음극 보호를 포함한다. 이러한 기술들에서 장기간 또는 영구적 양극은 스틸 강화에 작은 전류를 가한다. 스틸 표면의 단위 면적당 평균 전류 밀도들은 일반적으로 기존 열화를 저지하기 위해서는 2 내지 20 mA/m2, 열화의 개시를 방지하기 위해서는 0.2 내지 2 mA/m2 범위이다. 전류는 펄스화될 수 있지만 평균 인가 전류들은 일반적으로 상기 범위 내이다. 전류는 때때로 작업 데이터의 분석에 기초한 수정으로 수정될 수 있다. 일시적 또는 단기간 전기화학 처리들은 예상가능한 미래에 처리를 중지하려는 목적으로 설치된다. 전기화학 처리기간은 일반적으로 일 단위, 주 단위 또는 월 단위로 측정된다. 강화 부식을 저지하기 위해 설계된 일시적 처리들은 염화물 추출(US 6027633) 및 재-알칼리화(re-alkalisation)(US 6258236)를 포함한다. 이러한 시스템들에서, 일시적으로 설치된 양극 시스템은 스틸 강화에 대해 짧은 기간(일반적으로 3 개월 미만)동안 스틸 표면의 단위 면적당 1000 mA/m2 단위의 큰 전류를 가하기 위한 일시적 DC 전력 공급과 관련하여 사용된다. 양극들은 순(net) 산화 공정을 지원하는 전극들이다. 콘크리트 구조체들을 위한 양극들은 불활성 양극들 또는 희생 양극들로 나뉘어질 수 있다. 그들은 또한 분리 또는 비분리 양극들로 나뉠 수 있음은 물론이고, 다공 매트릭스 내에 실장된(embedded) 양극들 및 노출되어 접근 가능하도록 콘크리트 표면에 부착된 양극들로도 나뉠 수 있다. 양극과 지원 전해질을 포함하는 양극 시스템들은 일시적 및 장기간 양극 시스템들로 나뉠 수 있다. 그 차이점들은 하기 문단들에 요약되어 있다. 불활성 양극들은 양극 소모에 견뎌낸다. 그들은 대부분의 전기화학 처리들에 사용되어 왔으며, 이론 예외는 희생성 음극 보호(sacrificial cathodic protection)이다. 주 양극 반응은 산소 기체와 산을 만들어내는 물의 산화이다. 산은 콘크리트에서 시멘트 페이스트(paste)를 공격한다. 결과적으로, 불활성 양극들로부터의 전류 밀도는 양극 표면의 단위 면적당 200 mA/m2 미만으로 제한되기 쉽다. 광범위하게 사용되는 양극 시스템은 콘크리트 표면 상의 시멘트질 오버레이(overlay) 내에 실장된 혼합 금속 산화물(mixed metal oxide: MMO) 코팅 티타늄 메쉬이다(US 5421968). 양극 표면으로부터 최대 1000 mA/m2의 더 높은 양극 전류 밀도들을 가하도록 청구된 분리 다공성 티타늄 산화물 양극 역시 사용되었다(US 6332971). 희생 양극들은 보호 전류를 가하는 공정에서 소모된다. 주 양극 반응은 희생 금속의 용해이다. 결과적으로 희생 양극의 수명은 제한된다. 희생 양극들은 희생성 음극 보호 시스템(WO 9429496)에서의 실장된(매몰된) 분리 양극들 및 희생성 음극 보호(US 5714045)에서의 오버레이를 가지는 메쉬로서 적용되어왔다. 그러나, 수명이 다하면 양극들을 교체해야 하는 필요로 인해 실장된 희생 양극 시스템들의 사용이 주저된다. 희생 양극 시스템들도 콘크리트 표면에 직접 부착되었었고(US 5650060) 접근 가능하여 양극 교체를 용이하게 한다. 강제 전류 역할에 희생 양극들을 사용하는 것은 이 역할에서 양극이 더욱 급속하게 소모되기 때문에 주저된다. 그러나, 표면 적용 양극들은 교체가 용이하고 이 유형의 시스템은 일반적으로 25 mA/m2 미만의 양극 전류 밀도에서 강제 전류 양극으로 사용되어 왔다(US 5292411). 분리 양극들은 일반적으로 콘크리트 내의 구멍에 실장되거나 콘크리트에 대한 패치 수리가 보증되는 위치에 설치된 개별적으로 별개의 소형 양극들이다. 분리 양극들에 대한 상세한 설명은 US 6217742에 나타나 있다. 실장된 분리 양극들은 콘크리트에 강하게 부착되며 콘크리트 표면에 적용된 비분리 양극들에 비해 부착 실패가 덜 일반적이다. 일시적 양극 시스템들은 통상 콘크리트 표면에 부착되어 단기간 고전류 일시적 전기화학 처리들을 가하며 일반적으로 3 개월 미만의 처리기간치 끝나면 제거된다. 일시적 양극들은 처리 공정이 끝나면 쉽게 제거되는 포화 셀룰로스 섬유와 같은 전해질 물질 또는 탱크에 보관된 액체와 같은 일시적 전해질에 의해 둘러싸여 있다(US 5538619). 고전류 출력을 지지하기 위해 높은 체적의 전해질과 함께 높은 드라이브 전압이 일반적으로 필요하다. 대조적으로, 수년간 보호 전류를 가하기 위한 장기간 양극 시스템들은 콘크리트에 강하게 부착되고 콘크리트 내의 구멍에 실장되어 양극 부착을 향상시킬 수 있다.