출처: http://193.254.231.99:8080/jspui/bitstream/123456789/423/1/357%20-%20360%2C%20Badiu%202.pdf
1. 서론
부식은 환경과의 반응으로 인한 재료의 열화로 정의할 수 있습니다. 열화는 재료의 물리적 특성 저하를 말합니다. 이는 단면적 상실로 인한 재료의 약화가 될 수 있고, 수소 취성으로 인한 금속의 산산조각일 수 있고, 햇빛에 노출되어 고분자의 균열일 수 있습니다.
재료는 금속, 고분자(플라스틱, 고무 등), 세라믹(콘크리트, 벽돌 등) 또는 서로 다른 특성을 가진 둘 이상의 재료의 복합 기계 혼합물일 수 있습니다. 금속은 화학적으로 불안정한 환경에서 사용되기 때문에 부식됩니다. 구리와 귀금속(금, 은, 백금 등)만이 금속 상태로 자연에서 발견됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 금속인 철을 포함하는 다른 모든 금속은 광물이나 광석에서 처리되어 본질적으로 불안정한 환경에서 금속으로 가공됩니다.
강철의 부식은 세 가지 주요 변수인 액체 수분, 산소 및 온도에 의해 영향을 받습니다. 산소의 수분 또는 둘 다 존재하지 않으면 부식은 중지됩니다. 부식은 액체 물이 증발할 때까지 온도에 따라 증가합니다. 두 개의 서로 다른 금속이 근접하고 물의 전도 막에 의해 분리되면 두 금속 사이에 전해 전하가 형성되어 부식이 발생합니다. 결과적으로 구리와 알루미늄 시트가 서로 접촉하거나 강철 시트 또는 패스너와 접촉하는 것은 결코 좋은 습관이 아닙니다. 강판 위에 두꺼운 아연 코팅이 되어있어 데크 표면에 전도성 물막이가 있을 때 희생 양극이 되어 강철을 보호합니다. 이것은 강철이 산화되거나 녹이 슬기 전에 모두 소멸될 때까지 지역의 아연이 계속 산화된다는 것을 의미합니다. 산화 아연(“백청”)은 흰색이며 미세 분말 코팅으로 나타날 수 있습니다.
고분자 코팅은 표면에서 습기를 유지하여 강판과 패스너를 보호합니다. 미국 지붕 공법에서는 아연 코팅 데크를 필요로하지 않습니다. 설치된 데크의 주부요 부분에는 설치될 때까지 강철을 보호하기 위한 페인트 프라이머 코팅이 있습니다. 이 페인트는 부식 억제 특성이 크지 않으며 쉽게 긁히고 손상될 수 있습니다.
단열재와 접촉하는 이러한 데크의 표면은 대부분의 지붕 시스템에 증기 지연제가 없기 때문에 멤브레인 누출을 통한 액체 수분이 계면에 축적될 때 부식됩니다. 염분, 산 또는 염기가 포함된 강철의 수분막이나 물방울은 농도와 같도에 비례하여 부식 반응을 가속화합니다.
2. 갈바닉 부식
갈바닉 부식은 금속이 우선적으로 부식될 수 있는 국부적인 부식 작용입니다. 때때로 금속 대 금속 부식이라고도합니다. 이러한 유형 또는 형태의 부식은 금속의 접합부 또는 하나의 건설 금속이 다른 금속으로 변경되는 영역을 공격할 가능성이 있습니다. 종종 이러한 상태는 다른 금속이 특정 형태로 더 쉽게 제작되기 때문에 발생합니다. 예를 들어 알루미늄 압출로 제작된 도어 프레임이 있을 수 있지만, 더 높은 강도와 마모성을 활용하기 위해 스테인리스 스틸로 제작된 도어 핸들이 있습니다.
다른 금속이 수용액에 접촉하면 갈바닉 부식이 발생할 수 있습니다. 그들 사이의 전위차가 공격을 시작하고 부식 속도는(일반적으로) 두 금속의 표면 반응에 따라 다릅니다. 갈바닉 부식 발생 위험은 여러 요인에 따라 달라집니다.사용되는 재료 외에도 환경과 설계가 중요합니다.
갈바닉 부식이 발생하려면 다음이 있어야합니다.
① 주어진 시스템 내에서 금속의 다른 부식 가능성
② 두 금속 사이에 전도성 연결
③ 두 금속을 연결하는 전기 전도성 습도 필름(전해질)
그림1은 세 가지 전제 조건을 그래픽 형성으로 보여줍니다. 갈바닉 부식이 발생하면 덜 고귀한 재료일수록 음극은 부식으로부터 보호됩니다. 실제로 음극 보호의 원리는 부식 방지를 제공하는 희생 양극을 기반으로합니다.
그림1 [그래픽 형식의 세 가지 전제 조건]
전기 전도성 용액에서 전위가 다른 두 금속이 접촉하면 양극에서 음극으로 전자가 흐릅니다. 그러나 양극에 대한 부식성 공격은 크게 가속화됩니다. 일부 경우에, 갈바닉 요소의 형성은 문제의 환경에서 부식에 강할 수 있는 재료에 부식을 일으킬 수 있습니다. 이것은 특정 환경에서 국부적으로 대립될 수 있는 알루미늄과 같은 수동 재료의 경우일 수 있습니다. 이러한 경우, 갈바닉 요소의 형성으로 인한 전위 변화 없이는 발생하지 않았을 틈새 부식 또는 피팅 부식과 같은 국소적인 부식 현상을 관찰할 수 있습니다.
그림2 [갈바닉 부식이 일어날 수 없는 조건]
갈바닉 부식을 방지하는 분명한 방법은 설계 단계에서 적합하게 호환되는 재료를 선택하는 것입니다. 만약 사용되는 재료가 서로 간섭하는 경우 보호 조치를 취해야합니다. 갈바닉 부식을 방지하려면 해당하는 갈바닉 시리즈에서 구성 용소가 가능한한 가까운 금속 조합을 선택해야하며, 불리한 표면적 비율을 피해야합니다. 밀봉, 절연체, 코팅 등을 사용하여 가능하면 두 개의 서로 다른 금속 사이의 직접 접촉을 피할 수 있습니다.
지붕 기술(신축 및 리노베이션 모두)에서 스테인리스 스틸은 주로 다른 금속 재료 또는 금속 코팅이 있는 재료와 접촉하는 패스너에 사용됩니다. 양극 및 음극 표면의 유리한 비율로 인해 일반적으로 이러한 재료 조합에서 부식 위험이 없습니다. 지붕 수리에서 스테인리스 스틸의 더 큰 표면을 다른 금속과 결합하는 것은 드문 일이 아닙니다. 이러한 조합은 스테인리스 스틸 부품과 알루미늄 또는 아연 도금 부품간의 비율이 1:1을 크게 초과하지 않는 한 중요하지 않은 것으로 간주됩니다.
3. 구조 지붕 데크 부식
누수로 인해 흠뻑 젖은 상태가 된 지붕 단열재 아래의 강철 데크는 모든 젖은 표면에 부식이 발생하는 경향이 있습니다. 물이 누수된 것은 지붕 표면에서 소랭의 염과 산을 가져오며, 어떤 경우에는 단열 표면에서 통과하거나 통과했습니다. 부식은 장기간 멤브레인 누출 이후 모든 유형의 단열재에서 발견되었습니다. 습식 페놀 단열재에서 심각한 프라이머 코팅된 데크 부식과 관련하여 많은 보고가 있습니다. 폼 재료를 통과하는 물은 산 촉매를 방출합니다. 표준 유리 매트 표면이 있지만 조립에 증기 지연제가 없는 구형 설계 페놀 단열재를 가진 특정 단열 데크의 베어링 플루트 영역에서 녹 막이 발견되었습니다. 이 페놀 단열재의 새로운 설계에는 폼–스틸 접촉면에서 침출수를 중화사켜 부식을 억제하는 것처럼 보이는 상부 및 하부 충전 유리 표면이 있습니다.
4. 패스너 부식
강철 데크 조립의 경우 단열재 또는 보드의 하단 층을 체결해야합니다. 단열재 고정은 대부분의 일반적인 막 지붕에 존재합니다. 바람의 상승으로 지붕의 실패로부터 보호하기 위해서는 고정 장치 및 관통형 데크의 장기 성능이 필요합니다. 강판과 시트로 제조된 지붕, 벽, 부속품을 고정하는 데 사용되는 패스너는 부식 효과 측면에서 양성에서 심각한 환경까지 대기에 노출될 경우 오랫동안 문제없이 제공해야합니다. 겨울철 데크에 적절한 단열재가 있으면, 이 영역을 이슬점 온도보다 높게 유지하여 패스너 데크 접합의 응축을 방지합니다.
액체 수분이 부족하면 데크 또는 패스너 부식 양이 제한됩니다. 증기 억제제가 있으면 겨울 동안 조립에 축적될 수 있는 습기의 양이 제한됩니다. 축적된 수분은 더운 날씨와 태양열 부하에 의해 조립 상단에서 하단으로 이동합니다. 내부 및 지지 데크 온도가 조립 공기의 이슬점보다 높으면 응축은 발생하지 않습니다. 온도가 낮으면, 데크가 아닌 증기 억제제에서 응축이 발생하며, 증기 억제제가 없는 경우 패스너 데크 접합 또는 보호되지 않은 데크 표면에서 부식이 가속화됩니다.
5. 보존 처리된 목재와 접촉시 더 빠른 부식
베이스 코팅이 된 패스너는 습식 젖은 목재 섬유판 단열재를 재지정할 때 불충분하게 보호되는 반면, 중질 밀 코팅을 하거나 스테인리스 강으로 된 패스너는 같은 환경에서 부식에 저항하는 것으로 보입니다. 환경 및 규제 문제로 인해 목재 산업은 새로운 부식 방부제 화학 물질을 사용하기 시작했습니다. 이러한 새로운 화학물질 중 일부가 특정 유형의 금속 패스너를 부식시킬 수 있다는 우려가 제기되었습니다.
역사적으로 가장 널리 사용되는 방부제는 CCA(Chromated Copper Arsenate)였습니다. 2004년 1월부터 이 방부제의 사용은 건강 및 환경 문제로 인해 주거용으로 금지되었지만, 등장한 CCA의 대체물은 ACQ(Alkaline Copper Quaternary) 및 CA-B(Copper Boron Azole)입니다. 방부 처리된 목재는 지붕 막 및 지붕 가장자리 제품의 고정을 위한 못으로 사용됩니다. 못은 금속 패스너로 건물 구조에 부착된 다음, 그 후 방부처리 목재와 직접 접촉합니다. 많은 적용에서 목재 못은 강철 지붕 데크와 직접 접촉합니다. 금속 패스너의 부식이 발생하고 가장자리 보호 시스템의 부착을 약화시킨다면, 전체 지붕 조립체는 높은 바람에 손상이 더 취약할 것입니다.
RICOWI(Roofing Industry Committee on Weather Issues)에 의해 수행된 허리케인 이후 조사에 따르면 많은 경우에 주택의 가장자리가 건물 구조에서 분리될 때 높은 바람이 발생하는 동안 낮은 경사 지붕시스템의 손상이 시작되고 이 문제가 발생하면 지붕시스템의 구성 요소(막, 단열재 등)가 노출됩니다. 상대 습도는 목재가 갈바닉 전지가 작동할 수 있도록 충분한 수분을 유지하기 위해 90%에 가까운 높은 수준으로 유지되어야하므로 부식이 발생하기 위한 요구 사항입니다. 부식이 발생하려면 목재 내에 수분이 지속적으로 존재해야하므로 온도가 부식 정도의 핵심 요인인 것으로 보입니다. 스테인리스 스틸에서는 측정 가능한 부식이 발견되지 않았습니다.
6. 결론
① 강철의 부식은 액체 수분, 산소 및 온도 세 가지 주요 변수의 영향을 받습니다. 산소의 수분 또는 둘 다 존재하지 않으면 부식이 중지됩니다. 부식은 액체 물이 증발할 때까지 온도에 따라 증가합니다.
② 갈바닉 부식 발생 위험은 여러 요인에 따라 달라집니다. 사용되는 재료 외에도 환경과 설계가 중요합니다. 갈바닉 부식을 방지하는 확실한 방법은 설계 단계에서 적합하게 호환되는 재료를 선택하는 것입니다. 사용해야하는 재료가 서로 간섭할 수 있는 경우 보호 조치를 취해야합니다.
③ 갈바닉 부식을 방지하려면 해당 갈바닉에서 구성 성분이 가능한 한 가까운 금속 조합을 선택해야 하며, 바람직하지 않은 표면적 비율을 피해야합니다. 밀봉, 단열재, 코팅 등을 사용하여 가능한 한 두 개의 서로 다른 금속 사이의 직접 접촉을 피할 수 있습니다.
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