KR100592553B1 - Corrosion monitoring sensor of reinforced steel embedded in concrete - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서에 관한 것으로, 특히 갈바닉 전류를 이용하여 콘크리트 철근의 부식 상태를 간단하게 모니터링할 수 있는 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a concrete rebar corrosion monitoring sensor, and more particularly, to a sensor that can simply monitor the corrosion state of the concrete reinforcement using galvanic current.
본 발명의 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서는, 철근콘크리트 구조물 중 철근의 부식상태를 모니터링하는 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서로서: 원통 형상의 양극과; 상기 양극의 둘레에 상기 양극과 소정 간격을 두고 설치된 원형 링 형상의 음극과; 상기 양극 및 음극을 일측 면에 탑재하고, 내부에는 상기 양극 및 음극이 탑재된 면으로부터 타측 면까지 관통하는 홀이 형성된 몸체와; 저항 및 스위치를 구비하고, 상기 저항의 양단의 전위차를 측정할 수 있는 측정단자와; 상기 양극과 음극에서 각각 연결되며, 상기 몸체의 상기 홀을 관통하여 상기 측정단자의 내부로 연장되어 측정단자의 저항 및 스위치와 연결되는 전선을 포함하는 것을 특징으로 한다.Concrete rebar corrosion monitoring sensor of the present invention, the concrete reinforcement corrosion monitoring sensor for monitoring the corrosion state of the rebar in the reinforced concrete structure: a cylindrical anode; A circular ring shaped negative electrode disposed around the positive electrode at a predetermined distance from the positive electrode; A body having the positive electrode and the negative electrode mounted on one side thereof and having a hole penetrating from the surface on which the positive and negative electrodes are mounted to the other side thereof; A measurement terminal having a resistance and a switch, the measurement terminal capable of measuring a potential difference between both ends of the resistance; It is connected to each of the positive electrode and the negative electrode, characterized in that it comprises a wire extending through the hole of the body to the inside of the measuring terminal connected to the resistance and the switch of the measuring terminal.
Description
도 1은 본 발명에 따르는 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서의 사시도;1 is a perspective view of a concrete rebar corrosion monitoring sensor according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따르는 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서의 평면도; 그리고,2 is a plan view of a concrete rebar corrosion monitoring sensor according to the present invention; And,
도 3은 도 1의 A-A′선을 따른 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 몸체 11 : 홀10: body 11: hole
12 : 접착제 20 : 음극12: adhesive 20: cathode
30 : 양극 40 : 측정단자30: anode 40: measuring terminal
41 : 저항 42 : 스위치41: resistance 42: switch
본 발명은 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는 갈바닉 전류를 이용하여 콘크리트 철근의 부식 상태를 간단하게 모니터링할 수 있는 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a concrete rebar corrosion monitoring sensor. More specifically, the present invention relates to a sensor that can easily monitor the corrosion state of concrete reinforcement using galvanic current.
일반적으로 철근콘크리트는 압축에 잘 견디는 콘크리트와 인장에 잘 견디는 철근으로 구성되어 대형 건축물이나 토목 구조물 등에 널리 이용되고 있다. 콘크리트구조물 내부에 사용되는 철근은 정상적인 경우 콘크리트의 강알칼리 환경에서 부동태 보호 피막을 형성하므로 잘 부식되지 않는다. 그러나 구조물에 균열이 발생하여 부식성 물질이 침투하거나, 균열이 없는 경우에도 해양 구조물 등의 경우 부식성이 높은 해수가 스며드는 경우에는 콘크리트 자체가 다공성 물질이기 때문에 철근이 부식될 수 있다. 철근이 부식되면 부식으로 인한 생성물의 부피가 불어나면서 콘크리트 내부의 압력이 증가하게 되어 철근을 둘러싸고 있는 콘크리트에 파손이 생긴다. 이와 같이 콘크리트에 파손이 발생하면 외부의 부식성 물질이 철근에 더 쉽게 도달할 수 있으므로 부식은 더욱 가속화된다. 따라서 콘크리트 철근의 부식 발생여부 및 그 정도를 조사하는 것이 요구되고 있다.In general, reinforced concrete is composed of concrete that resists compression and steel that resists tension well and is widely used in large buildings and civil structures. Reinforcing bars used inside concrete structures do not corrode well because they form a passivation protective film in the strong alkali environment of concrete. However, when a crack occurs in the structure, the corrosive material penetrates, or even when there is no crack, when the highly corrosive seawater penetrates the marine structure, the steel may corrode because the concrete itself is a porous material. Corrosion of steel reinforces the volume of the product due to corrosion, increasing the pressure inside the concrete, causing damage to the concrete surrounding the steel. In this way, when concrete breaks down, corrosion is accelerated because external corrosive materials can reach the rebar more easily. Therefore, it is required to investigate the occurrence of corrosion and the extent of the concrete rebar.
콘크리트 철근의 부식을 조사하기 위한 방법으로 외관조사 방법과 전위측정, 전류(전류밀도) 측정 및 분극저항법 등의 전기화학적 방법이 있다. 외관조사는 가장 간편하나 내부의 부식 진행 상태를 정밀하게 알 수 없으며, 가장 정밀하게 철근의 부식을 측정할 수 있는 전기화학적 측정방법은 그 과정이 복잡하고 고가의 측정 장비가 요구되며, 전문적인 지식이 필요하여 현장에 쉽게 적용하기 어려운 문제점이 있다.As a method for investigating the corrosion of concrete reinforcement, there are electrochemical methods such as appearance investigation, electric potential measurement, current (current density) measurement, and polarization resistance method. Appearance inspection is the simplest, but the progress of corrosion inside is not precisely known, and the electrochemical measuring method that can measure the corrosion of reinforcing steel is the most complicated process and requires expensive measuring equipment. This requires a problem that is difficult to apply to the field easily.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양극, 음극 및 몸체 등으로 구성되어 양극과 음극 사이에 흐르는 갈바닉 전류를 이 용하여 콘크리트 철근의 부식 상태를 모니터링 할 수 있는 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention is to solve the conventional problems as described above, consisting of a positive electrode, a negative electrode and a body, etc. using a galvanic current flowing between the positive electrode and the negative electrode can be used to monitor the corrosion of the concrete reinforcement concrete concrete corrosion It is an object to provide a monitoring sensor.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 철근콘크리트 구조물 중 철근의 부식상태를 모니터링하는 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서로서: 원통 형상의 양극과; 상기 양극의 둘레에 상기 양극과 소정 간격을 두고 설치된 원형 링 형상의 음극과; 상기 양극 및 음극을 일측 면에 탑재하고, 내부에는 상기 양극 및 음극이 탑재된 면으로부터 타측 면까지 관통하는 홀이 형성된 몸체와; 저항 및 스위치를 구비하고, 상기 저항의 양단 전위차를 측정할 수 있는 측정단자와; 상기 양극과 음극에서 각각 연결되며, 상기 몸체의 상기 홀을 관통하여 상기 측정단자의 내부로 연장되어 측정단자의 저항 및 스위치와 연결되는 전선을 포함한 구성으로, 상기 양극과 상기 음극 사이의 갈바닉 전류를 측정하여 콘크리트 철근의 부식 상태를 모니터링할 수 있는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a concrete rebar corrosion monitoring sensor for monitoring the corrosion state of the rebar in the reinforced concrete structure: a cylindrical anode; A circular ring shaped negative electrode disposed around the positive electrode at a predetermined distance from the positive electrode; A body having the positive electrode and the negative electrode mounted on one side thereof and having a hole penetrating from the surface on which the positive and negative electrodes are mounted to the other side thereof; A measurement terminal having a resistance and a switch, the measurement terminal capable of measuring a potential difference between both ends of the resistance; And a wire connected to each of the anode and the cathode and extending through the hole of the body to the inside of the measurement terminal and connected to a resistance and a switch of the measurement terminal. It is characterized by being able to monitor the corrosion state of the concrete reinforcement by measuring.
또한 상기 양극은 철근을 가공하여 제작하고, 상기 음극은 티타늄 또는 스테인리스 강으로 구성된 것이 바람직하다.In addition, the anode is manufactured by processing the rebar, the cathode is preferably composed of titanium or stainless steel.
나아가 절연을 위한 상기 몸체는 테프론 또는 고밀도 폴레에틸렌으로 구성된 것이 바람직하다.Furthermore, the body for insulation is preferably composed of Teflon or HDPE.
본 발명에 따른 콘크리트 철근 부식률 및 부식환경 감시센서와 관련하여 전기화학반응에 대하여 설명하면 다음과 같다.The electrochemical reactions related to the concrete rebar corrosion rate and the corrosion environment monitoring sensor according to the present invention are as follows.
일반적으로 반응물로부터 생성물이 형성되는 화학반응이 일어나면 반응에 참 여하는 원자들 중 일부 또는 전부의 산화상태 변화, 즉 원자 상태의 변화가 발생하게 된다. 이와 같은 원자 상태의 변화에 전자의 주고받음이 관련되어 있을 때 이를 전기화학반응이라 한다.In general, chemical reactions that result in the formation of products from reactants result in changes in the oxidation state of some or all of the atoms participating in the reaction, i.e. changes in atomic state. When the exchange of electrons is involved in such a change of atomic state, it is called electrochemical reaction.
일반적으로 금속을 전해질 용액 내에 담글 때, 금속과 용액 사이에는 전위차가 생기는데 이 전위차를 반쪽 전위(half-cell potential) 또는 단전극(단일전극) 전위(single electrode cell)라 부른다. 따라서 이온화 경향을 단일 전극 전위를 기준으로 정량화하면 여러모로 편리할 것이다. 그러나 단 한 개의 전극, 즉 단일전극만으로 된 전지를 만드는 것은 사실상 불가능하다. 하지만 단일전극전위의 개념은 편리하기 때문에, 하나의 방편으로 임의의 제로(0)의 전위값을 매긴 특정 표준 단일전극을 선정해 놓고 이를 기타 단일전극과 짝지어 전기 화학전지를 형성하면 임의의 단일전극의 전위값을 상대적으로 측정해 낼 수 있다.In general, when a metal is immersed in an electrolyte solution, a potential difference occurs between the metal and the solution, which is called a half-cell potential or a single electrode cell. Therefore, it would be convenient to quantify the ionization tendency based on single electrode potential. But it is virtually impossible to make a cell with only one electrode, a single electrode. However, the concept of single-electrode potential is convenient, so if you select a specific standard single electrode with a random zero potential as a means and pair it with other single electrodes to form an electrochemical cell, The potential value of an electrode can be measured relatively.
전기화학 전지는 자발적인 화학반응에 의해 생기는 화학에너지를 전기에너지로 바꾸어 주는 장치를 말하는 것으로 두 종류의 반쪽 전지를 결합시키면 형성된다. 이것을 갈바닉 전지(Galvanic Cell)라고도 한다. 갈바닉 전지를 형성하는 요소는 양극(Anode), 음극(Cathode), 전해질(Electrolyte) 및 전자의 이동통로(Metallic path)인 도선의 네 가지가 있으며, 이는 전해질 수용액 속에서 금속이 전기화학적으로 부식되기 위한 조건과 동일하다.An electrochemical cell refers to a device that converts chemical energy generated by spontaneous chemical reaction into electrical energy. It is formed by combining two kinds of half cells. This is also called a galvanic cell. There are four elements that make up a galvanic cell: an anode, a cathode, an electrolyte, and a conductor, which is the metallic path of electrons. Same conditions for
양극은 산화반응(전자를 잃어버리는 반응)이 일어나는 곳으로 부식되는 금속부분이며, 이 양극에서 부식이 발생한다. 음극에서는 환원반응(양극에서 발생한 전자를 소모하는 반응)이 일어나는 곳으로 금속이나 반도체 물질의 표면 등이 음극이 된다. 전해질은 양극과 음극을 서로 접촉시켜 이온이 통과할 수 있는 길을 제공해 준다. 전자의 이동통로인 도선은 양극에서 발생한 전자가 음극으로 이동할 수 있도록 통로를 제공해 준다. 대부분의 금속들이 전기를 잘 통하므로 금속이 이 역할을 담당한다. 본 발명은 이러한 원리를 토대로 개발된 것이다.The anode is the part of the metal that is corroded to where the oxidation reaction (lost electrons) takes place, and corrosion occurs at the anode. In the cathode, a reduction reaction (a reaction that consumes electrons generated at the anode) occurs, and a surface of a metal or a semiconductor material becomes a cathode. The electrolyte contacts the anode and cathode with each other, providing a path for ions to pass through. The conducting wire, which is the movement path of electrons, provides a path for electrons from the anode to move to the cathode. Metals play this role because most metals are well-electric. The present invention has been developed based on this principle.
상술한 원리를 토대로 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서의 일실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.With reference to the accompanying drawings based on the above-described principle will be described in detail an embodiment of the concrete rebar corrosion monitoring sensor according to the present invention.
도 1은 본 발명에 따르는 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서의 사시도이며 이를 참고하면, 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서는 몸체(10), 음극(20), 양극(30), 측정단자(40) 및 전선(50)으로 구성된다. 몸체(10) 및 측정단자(40)는 원통 형상이며, 서로 전선(50)으로 연결된다. 몸체(10)는 절연체로서, 테프론 또는 고밀도 폴리에틸렌 재질이 바람직하며, 상기 몸체(10)의 접촉면(14)에는 음극(20) 및 양극(30)이 부착된다. 음극(20) 및 양극(30)은 몸체(10)의 접촉면(14)으로부터 소정 길이만큼 돌출되어 있어서, 콘크리트 철근의 부식을 모니터링할 때 모니터링할 부위에 직접 접촉시키기 쉬운 구조가 된다.1 is a perspective view of a concrete rebar corrosion monitoring sensor according to the present invention, referring to this, concrete reinforcement corrosion
본 발명의 일실시예에 따르면, 양극은 부식검출대상인 철근 재질로 제작되어 다양한 환경 하에서 실제 철근과 같이 정확히 부식전류를 산출할 수 있는 것이 바람직하다. 또한 음극의 재질로는 여러 금속이 사용될 수 있으나 티타늄 또는 스테인리스강이 바람직하다.According to one embodiment of the invention, it is preferable that the anode is made of a reinforcing steel material to be detected for corrosion so that the corrosion current can be calculated exactly like the actual reinforcing bars in various environments. In addition, various materials may be used as the material of the cathode, but titanium or stainless steel is preferable.
도 2는 본 발명에 따르는 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서의 평면도이며, 양극(30)은 원형 형상이고 음극(20)은 양극(30)의 주위를 감싸는 원형의 링 형상으 로서 그 단면도는 동심원의 형상을 이룬다. 이로써 음극(20) 및 양극(30)은 서로 절연된다.2 is a plan view of the concrete reinforcing steel corrosion monitoring sensor according to the present invention, the
도 3은 도 1의 A-A′선을 따른 단면도이다. 몸체(10)의 단면도는 대략 T자 형상으로 접촉면(14)이 넓게 구성된 것은 콘크리트철근의 부식을 모니터링하기 위한 부위에 접촉시키기 용이하게 하기 위함이다. 몸체(10)의 접촉면(14)에는 음극(20) 및 양극(30) 설치를 위한 원형 및 원형 링 형상의 홈(13)이 형성되고, 음극(20) 및 양극(30)은 이 홈(13)에 삽입되어 에폭시 등의 절연성 접착제(12)에 의해 몸체(10)에 부착된다. 이 때 몸체(10)의 접촉면에 형성된 홈(13)은 음극(20) 및 양극(30)의 높이보다 소정 길이만큼 얕은 깊이로 형성되어, 음극(20) 및 양극이 홈(13)에 삽입된 후 몸체(10)의 접촉면(14)보다 돌출되도록 구성된다.3 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1. The cross-sectional view of the
그리고 몸체(10)의 내부에는 음극(20) 및 양극(30)이 삽입되는 홈(13)에서부터 몸체(10)의 타측면까지 관통되는 홀(11)이 형성된다. 홀(11)은 음극(20)에서 연결된 전선(50b)과 양극(30)에서 연결된 전선(50a)이 몸체(10)의 하측 단부를 통해 몸체(10) 외부로 연결되기 위한 구성이다.In addition, a
홀(11)을 통과하는 전선(50)은 음극(20)에서 연결되는 전선(50b), 양극(30)에서 연결되는 전선(50a) 및 측정단자(40) 내에 설치된 전선(50c)으로 구성되며, 음극(20) 및 양극(30)을 측정단자(40) 내의 저항(41) 및 스위치(42)와 전기적으로 연결하기 위한 구성이다.The
측정단자(40)는 저항(41)과 스위치(42) 및 이들을 연결시키는 전선(50c)으로 구성된다. 또한 도면에는 도시되지 않았지만, 측정단자(40)는 저항(41) 양단의 전 위차를 측정할 수 있는 전압계(미도시)를 포함할 수 있다. 스위치(42)는 사용자의 조작에 따라 단락 또는 개방될 수 있으며, 스위치(42)가 닫힌 상태가 되면 센서가 작동하기 시작하고, 스위치가 개방 상태가 되면 센서는 작동을 중단한다.The
측정단자(40)의 상측 단부에는 두 개의 단자(43)가 형성되며, 이 단자(43)를 통하여 측정단자(40) 내의 전선(50c)이 측정단자(40)의 외부로 연결될 수 있다. 몸체(10) 및 측정단자(40)의 사이에서, 전선(50:50a, 50b, 50c)이 서로 연결되어 하나의 측정회로를 구성한다.Two
본 발명의 측정단자(40)는 갈바닉 전류를 직접 혹은 간접으로 측정할 수 있는 한, 전류계를 설치한다든지, 전압을 측정하여 V-A 변환기를 이용한다든지 등의 다양한 변경이 가능하다.As long as the measuring
본 발명에 따르는 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서의 작용을 살펴보면, 상기 센서를 콘크리트 철근에서 부식 상태를 모니터링하고자 하는 콘크리트의 내부에 설치한 후, 음극(20)과 양극(30) 사이에 흐르는 갈바닉 전류를 측정함으로써 콘크리트 철근의 부식 상태를 모니터링할 수 있다. 센서를 설치한 콘크리트에 부식성 물질이 많지 않을 때에는 음극(20)과 양극(30) 사이의 갈바닉 전류가 미약하나, 염화물과 같은 부식성 물질이 센서에 도달하게 되면 철근재로서 작동전극으로 작용하는 양극(30)의 부식이 활성화되면서 음극(20) 및 양극(30) 사이의 갈바닉 전류가 증가하게 되고, 이로부터 콘크리트 철근의 부식 상태를 측정할 수 있다.Looking at the action of the concrete reinforcing corrosion monitoring sensor according to the present invention, after installing the sensor inside the concrete to monitor the corrosion state in the concrete reinforcement, the galvanic current flowing between the
통상의 실험에 의하면, 본 발명에 따르는 센서를 설치한 경우 콘크리트의 양생이 끝난 직후에 갈바닉 전류밀도가 0.1μA/cm2 정도이다. 그러나 부식성 물질이 침투한 경우에는 갈바닉 전류밀도 값이 10배 내지 20배 정도로 급격하게 증가한다. 본 발명에 따르는 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서를 설치하는 환경에 대한 기초 데이터를 사전 실험에 의하여 얻어, 이 기초 데이터를 기준으로 갈바닉 전류의 변화를 측정·비교하여 콘크리트 철근의 부식 상태를 모니터링할 수 있다.According to the conventional experiment, when the sensor according to the present invention is installed, the galvanic current density is about 0.1 μA / cm 2 immediately after the curing of the concrete. However, when the corrosive substance has penetrated, the galvanic current density value increases rapidly by 10 to 20 times. Basic data on the environment where the concrete rebar corrosion monitoring sensor according to the present invention is installed can be obtained by a preliminary experiment, and the corrosion state of the concrete reinforcement can be monitored by measuring and comparing the change in galvanic current based on this basic data.
본 발명에 의하여, 갈바닉 전류를 검출하는 공지의 구성을 이용하여 소정의 전류치를 상회하는 경우 부식이 심한 상태를 지시하는 제어계를 부가하는 등 부식 상태를 검출 및 판단하는 여하한 구성도 본 발명에 적용할 수 있음은 당업자에게 자명하며, 이러한 실용성은 본 발명의 장점 중의 하나이다.According to the present invention, any configuration for detecting and determining a corrosion state is also applied to the present invention by adding a control system indicating a severe corrosion state when a predetermined current value is exceeded using a known configuration for detecting galvanic current. It will be apparent to those skilled in the art, and this practicality is one of the advantages of the present invention.
이상, 상술한 바와 같이, 본 발명의 콘크리트 철근 부식 모니터링 센서는 갈바닉 전류를 이용하여 콘크리트 철근의 부식 상태를 간단하게 감시할 수 있고, 정밀도가 크게 요구되지 않는 현장에서 비전문가도 간단한 도구만으로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 본 발명에 있어서, 양극, 음극 및 몸체의 형상과 위치, 측정단자(40)의 구성 부품으로서의 저항과 스위치는 같은 기능을 하는 다른 부재로 대체할 수 있다.As described above, the concrete reinforcement corrosion monitoring sensor of the present invention can easily monitor the corrosion state of the concrete reinforcement using galvanic current, and can be used by a non-expert only with a simple tool in the field where precision is not required. There is an advantage. In the present invention, the shape and position of the positive electrode, the negative electrode and the body, the resistance and the switch as components of the measuring
본 발명은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 수 있는 바, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것이다.The present invention is not limited to the described embodiments, and various modifications and changes can be made to those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention. Such modifications or modifications may be made to the present invention. It belongs to the claims of the.
Claims (6)
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