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문제 정의
- 이를 위해서는 보수된 콘크리트 구조물(repaired concrete structure)의 부재에 대한 열화속도 및 과정을 예측할 수 있는 모델식이 필요한데 이 부분에 대한 연구가 아직은 미진한 상태이다. 이에 본 연구에서는 탄산화에 의해 열화를 받은 콘크리트 부재의 보수 후 재열화과정을 Fick의 확산(diffusion) 제1법칙을 이용하여 모델링함으로써 보수된 콘크리트 부재의 독특한 상황을 고려한 합리적인 예측식을 제시하고자 한다.
가설 설정
- 3에는 단면복구재를 적용한 탄산화된 콘크리트의 보수 직후의 이산화탄소와 탄산칼슘의 프로파일이 도시적으로 풀이되어 있다. 단면복구재에 의한 보수 직후에는 구체콘크리트의 탄산화 침투는 멈추지만(a), 콘크리트의 표면에 설치된 단면복구재가 탄산화가 되면서 외기에 면하는 부분부터 콘크리트 내부 방향으로 서서히 탄산화가 일어날 것이다. 즉 보수 후 시간의 흐름에 따라 이산화탄소의 침투가 단면복구재에서 일어나 Fig.
- 즉 보수 후 시간의 흐름에 따라 이산화탄소의 침투가 단면복구재에서 일어나 Fig. 2(b)와 같은 이산화탄소 침투 및 탄산칼슘 생성의 프로파일을 보이게 될 것이다. 시간이 더 흐르면 단면복구재는 완전히 탄산화가 되어버리겠지만(c), 탄산화에 의한 조직의 변화 등으로 인하여 구체콘크리트의 이산화탄소 표면농도를 낮추는 효과로 인하여 이산화탄소의 확산을 다소 낮추는 내탄산화의 역할을 어느 정도 수행할 것이다.
- (c), 탄산화에 의한 조직의 변화 등으로 인하여 구체콘크리트의 이산화탄소 표면농도를 낮추는 효과로 인하여 이산화탄소의 확산을 다소 낮추는 내탄산화의 역할을 어느 정도 수행할 것이다.
- 하지만 더욱 시간이 흐르면 탄산화의 침투깊이는 구체콘크리트 내부로 진행하게 되고 Fig. 2(c)에서처럼 구체콘크리트는 탄산화 속도는 느리지만 다시 탄산화가 개시될 것이다. 결국에는 탄산화전면부(front)가 철근이 이르지만 그 과정은 기존 구체콘크리트의 탄산화에 비하여 지연되므로 잔존수명(remaining service life)을 증가시키는 효과를 내게 되는 것이다.
- 본 연구에서 제시한 탄산화 침식을 받은 콘크리트 부재의 보수후 탄산화 모델을 통해 보수 후 잔존수명을 계산해본다. 먼저 대상 부재는 설계수명 50년의 주차장 구조물의 지하층의 일부분이며, 보수시점은 건설 후 10년 째 이뤄졌다고 가정한다. 해석을 위한 입력변수의 내용과 해당값이 Table 1에 나타나 있다.
- 즉 PCM의 촉진 탄산화에 대한 연구결과를 보면 약 50∼80%의 탄산화억제효과가 있으므로 위의 보통 포틀랜드 시멘트의 산화칼슘 고정화율의 약 65%으로 가정하여 단면복구재의 산화칼슘 고정화율을 약 50%정도로 가정한다(Chandra and Ohama, 1994).
- 즉, 확산과정은 Fick's 1st 확산의 법칙에 따라 이뤄지며 확산속도에 영향을 주는 확산계수의 경우 본 연구에서는 재료의 상대습도와 재료의 공극률(porosity)에 영향을 받는 것으로 가정하였다(Kropp and Hilsdorf, 1996).
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