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Jun 20, 2023

미세합금원소인 인의 역할과 콘크리트 환경에서 철근의 부식특성에 미치는 영향

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12449(2022) 이 기사 인용

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이 커뮤니케이션에서는 강철에 미량 농도 범위로 첨가된 인(P)이 염화물로 오염된 콘크리트와 접촉할 때 동역학, 메커니즘 및 부동태 피막의 성장에 미치는 영향을 보고합니다. 전기화학적 임피던스 분광학, 직류 분극화, 질량 손실 및 라만 분광학 기술을 사용하여 연구 결과를 얻었습니다. 결과는 강철에 P를 의도적으로 첨가(0.064%)하면 젖은 상태에서 노출된 낮은 인(< 0.016%, 트램프 요소로 존재)을 갖는 강철보다 균일하고 국부적인 부식(약 1.1배 및 1.7배)이 더 쉽게 발생한다는 것을 보여주었습니다. / 염화물이 첨가되고 이 이온이 없는 모의 기공 용액의 건조 조건. 모르타르에 매립된 철근에도 비슷한 효과가 나타납니다. 라만 분광법을 통해 강철 철근 표면에 형성된 부식 생성물을 식별하면 낮은 P 함량 강철 표면에서 열역학적으로 안정한 마그헤마이트 및 침철석 상이 드러납니다. 인 함량이 높은 철근 철근의 표면에는 레피도크로사이트의 불안정한 상이 기록됩니다. 연구 결과는 실험적 증거와 함께 논의되고 출판된 문헌에서 단서를 얻어 이 행동에 대한 그럴듯한 메커니즘에 도달합니다.

탄소, 황, 망간, 구리, 바나듐, 니오븀, 인 등 많은 금속 및 비금속 원소가 강에 미량 농도 범위로 첨가되어 특성이 향상됩니다. 문헌 조사에 따르면 과거 연구자들은 첨가된 원소가 강철의 특성을 향상1,2하거나 악화3,4,5한다는 사실을 발견했습니다. 특히 결과적인 미세 합금강의 콘크리트 환경에서 부식 특성을 변화시키는 역할에 대한 정보는 문헌6,7,8에서 확인할 수 있습니다. 철강에 첨가된 인의 경우에는 더욱 그렇습니다. 이 원소는 강의 결정립 경계에서 분리되어 취성을 유발하고 파괴 인성에 악영향을 미칩니다3,4,5. 이러한 관점에서 철강의 P 함량은 일부 국제 표준9에 의해 최소 수준으로 유지됩니다. 콘크리트에 매립된 철근은 사용 수명 동안 정적 및 동적 하중을 경험합니다. 따라서 철근 압연에 사용되는 강철에 대한 일부 국제 표준은 그러한 강철의 화학적 성질에서 최대 P 함량을 제한합니다. 용접성 및 향상된 연성이 필요한 경우 ASTM A7069 표준을 충족하는 철근이 지정됩니다. ASTM A706에서는 인 함량을 0.035%로 제한합니다. 한편, 미국 및 기타 여러 국가에서는 ASTM A61510이 널리 사용되고 있으며 인 함량에 제한이 없는 콘크리트 보강용 철근을 다루고 있습니다. 현재 연구는 콘크리트 건설 산업에서 훨씬 더 많이 사용되는 이러한 유형의 철근에 중점을 두고 있습니다.

강철에 P 함량이 높을수록 이러한 강철로 제작된 구조물의 대기 내식성이 향상되는 것으로 알려져 있습니다1,2. 동일한 효과를 기대하는 특정 국가의 일부 철근 제조업체는 철근을 굴리는 데 사용되는 강철에 인을 추가합니다. 고철을 압연한 철근에도 인 함량이 더 높습니다. 고철의 탈인은 비용이 많이 드는 공정이며 이 원소의 허용 한계를 달성하기 어렵습니다. 위의 사실을 고려하여 철근의 P 함량이 염화물로 오염된 콘크리트 환경에 노출된 부식에 대한 저항성에 미치는 영향을 아는 것이 중요합니다. 문헌 조사에 따르면 강철에 P를 추가하면 일반적으로 습도와 수분 함량이 높은 환경에 노출되는 부식에 대한 저항성이 저하되는 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. Kim 등11은 가스 탈황 시스템의 내식성에 대한 연강의 P 합금화에 대한 부작용을 보고하고 이를 수소 발생 반응의 증가로 인한 것으로 보고했습니다. Uhlig12와 Cleary 및 Greene13에서도 유사한 효과가 보고되었습니다. Windisch 등14은 강철에 첨가된 이 원소의 부작용을 발견하고 질산칼슘 용액에서 테스트했습니다. 저자는 이를 반보호 Fe3O4 필름에 대한 인산염(부식 강철에서 P의 이온화에 의해 생성됨)의 불안정화 효과 때문이라고 생각했습니다. Krautschick et al.15은 P의 가속 효과를 보고하고 이를 공격을 가속시키는 음전하를 띤 종 Pδ-의 형성에 기인한다고 보고했습니다. P는 다양한 시험 매체16,17,18,19,20,21,22에서 강의 응력 부식 균열에 대한 증가 효과를 나타냈습니다.