철근 부식측정법 (전해질인 황산구리 용액에 의한 추정법)
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?(1) 부식이란
금속 물질이 화학물(광석)의 상태에서 금속물질로 되기 위해서는 외부로부터의 에너지가 필요하다. 즉, 에너지 전위가 낮은 화합물(광석)은 외부로부터 에너지를 받아 에너지 전위가 높은 금속 물질의 상태로 존재하게 된다. 그러나 자연상태 에서는 에너지 전위가 낮을수록 더욱 화학적으로 안정하므로 금속 물질은 외부로 에너지를 방출하고 보다 에너지 전위가 낮은 상태, 즉 더욱 안정한 상태(화합물)로 되돌아 가려는 성질을 가지고 있다. 이와 같이 에너지 전위가 높은 물질에서 에너지 전위가 낮은 화합물로 되돌아 가는 과정에서 물질자체가 변질하거나 혹은 물질의 특성이 변화되는 것을 부식이라고 한다. 간단히 정리하면 부식은 다음과 같이 정의할 수 있다. "물질이 주위 환경과 반응하여 물질 자체가 변질되거나 혹은 물질의 특성이 변화되는 것을 부식이라고 한다."
(2) 부식발생 조건
대부분의 부식은 전기 화학적 반응에 의한 부식으로써, 전기 화학적 반응이란 '전자의 이동이 포함된 화학반응' 이라고 정의한다. 이와 같이 전기 화학적 전기 반응에 의한 부식이 일어나기 위해서는 다음 4가지 조건이 만족 되어야 한다.
ⓐ 양극(Anode)
ⓑ 음극(Cathode)
ⓒ 전류 경로(Electronic Path)혹은 금속 경로(Metallic Path)
ⓓ 이온 경로(Ionic Path)혹은 전해질(Electrolyte) 이상과 같이 4가지로 구성된 조합을 부식 전지라고 부른다.
이 부식 전지의 음극-전류경로-양극-이온경로를 따라 전류의 흐름이 생기며, 전류의 흐름에 따라 다음과 같은 양극 반응과 음극 반응에 의해 양극에서 부식이 일어난다.
☞ 양극 반응
양극 반응은 다른 말로 산화 반응이라고도 부르며 금속이 금속 이온과 전자로 나누어지는 반응이며, 식(1)과 같다.
M ------ M+ + ne- -------------- (1)
(금속) (금속이온) (전자)
☞ 음극 반응
음극 반응은 다른 말로 환원 반응이라고도 부르며 양극에서 전류경로를 따라 이동해온 전자가 전해질 내의 양이온등과 반응하는 것을 이르며, 아래와 같은 반응이 있다.
산소 환원 반응 (산성 전해질)
O2 + 4H+ 4e- --------------- 2H2O (2)
산소 환원 반응 (중성 및 알카리성 전해질)
O2 + 2H20 + 4e- ----------- 4HO- (3)
수소 가스 발생 반응
2H+ + 2e- ------------------ H2 (4)
금속 이온 환원 반응
3Fe+ + e- ------------ 2Fe+ (5)
금속 환원 반응
Cu++ + 2e- ---------- Cu (6)
(3)콘크리트와 토양부식
ⓐ 빌딩 등의 철근 콘크리트 구조물을 관통하는 금속 구조물이 관통부, 지지물(Support) 등에서 콘크리트 속의 철근과 전기적으로 접촉되면 금속 구조물과 콘크리트속 철근의 자연전위차(-0.2V∼ 0.5V)에 의하여 부식전지가 형성되어, 금속 구조물이 양극부가 되어 부식한다. 일반적으로 콘크리트/토양부식은 음극부(콘크리트의 철근)의 면적이 양극부(금속 구조물)의 면적보다 매우 크기 때문에 심한 부식을 일으킨다.
ⓑ 금속 구조물이 통기성이 다른 토양을 통과하는 경우 및 부분적으로 통기성이 나쁜 흙에 접촉하고 있는 경우에는 통기성의 차이에 따라 통기차 부식전지가 형성되어 통기성이 나쁜 부분이 양극부가 되어 부식된다.
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