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시멘트 경화체의 알칼리이온 침출성능 및 침출속도
Leaching Capacity and Rate of Alkali Ions from Hardened Cement Paste 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.18 no.1, 2014년, pp.111 - 118  

심현보 (한국콘크리트학회) ,  황준필 (한양대학교) ,  안기용 (한양대학교)

초록
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본 연구는 시멘트 경화체로부터의 알칼리 침출에 의한 pH 증가와 알칼리 침출속도에 관하여 수행되었다. 배합, 물-시멘트 비, 결합재에 따른 영향을 평가하기 위해 각각을 변수로 하여 시험체를 제작하였다. 시험체는 정사각형 수조형태로 내부에 물을 저장하여 이온이 해리되어 침출될 수 있도록 하였다. 또한 시험체 내부 용액의 대기접촉으로 인한 예기치 못한 화학적 반응을 방지하기 위해 폴리에틸렌 수지로 포장했다. 침투능과 침투속도를 결정하기 위해 용액의 pH는 더 이상 변화가 없을 때까지 시간 경과에 따라 측정하였다. 알칼리 침출에 의한 용액의 pH 변화에 있어서 물-시멘트 비의 영향은 거의 없는 것으로 나타났으며, 반면에 결합재에 따른 영향은 큰 것으로 나타났다. 결합재로 OPC 만을 사용한 경우에 알칼리 침출이 높았으며, 30% PFA와 60% GGBS의 경우에 알칼리 침출이 낮았다. pH 측정이 종료된 후, 시험체 내부 표면으로부터 깊이 1.0 mm 간격으로 채취한 시료를 증류수로 현탁시켜 현탁액의 pH를 측정하였다. OPC의 경우에는 약 7-8 mm 깊이까지 침출의 영향을 받고, 30% PFA와 60% GGBS의 경우에는 침출 영향을 받는 깊이가 더 깊어짐을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The present study concerns the leachability of alkali ions from hardened cement paste in terms of an increase in the pH together with the rate of alkali leaching. To evaluate the influence of mix design on the leaching capacity and rate of alkali, different water-cement ratios (W/C) and binders were...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 콘크리트의 침출성능 특성을 규명하기 위해 수조형태의 시멘트 경화체를 이용하여 시험체에 저장된 증류수의 pH 변화를 시간 경과에 따라 관찰하였다. 증류수의 pH 측정이 완료된 후에는 시험체의 깊이별 pH 분포를 나타내었다.
  • 본 연구에서는 콘크리트의 침출속도 및 침출성능에 대한 평가를 위해 수조 형상의 시멘트 경화체를 제작하여 접촉한 증류수의 pH 변화를 측정하여 알칼리이온 침출에 관한 연구를 수행하였다.
  • 플라이애시 (Pulverised fuel ash; PFA) 치환율 30%인 시멘트 경화체와 고로슬래그 (Ground granulated blast furnace slag; GGBS) 치환율 60%인 시멘트 경화체로 제작된 시험체도 제작하여 포졸란 물질의 알칼리 침출 특성에 미치는 영향에 대해 연구하였다.물-시멘트 비를 각각 0.

가설 설정

  • 물과 접촉한 콘크리트의 알칼리이온 침출 특성을 규명하기 위해 보통 포틀랜드 시멘트 (Ordinary Portland cement; OPC)와 포졸란 물질이 사용되었다. 골재는 수화과정 중 반응하는 물질이 아니며, 또한 침출과정에도 관여하지 않는 것으로 가정하여 시멘트 경화체로 수조를 제작하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
콘크리트의 물 접촉은 어떤 문제를 일으킬 수 있는가? 콘크리트의 양생 동안에는 물과 접촉하는 것이 시멘트의 수화작용에 이롭게 작용한다. 그러나 콘크리트에 접촉된 물은 다양한 유해성분을 함유하고 있어 수중생태로 유입 시 생태환경에 유해한 변화를 일으킬 수 있다. 콘크리트의 물 접촉으로 인한 알칼리 이온의 침출은 구조물의 공학적 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 알칼리도를 상승시킴으로 생물체에도 유해할 수 있다 (Despand et al.
콘크리트의 침출성능 실험에서 시험체의 깊이별 pH 분포는 어떻게 나타났는가? (3) 시험체의 깊이별 pH 분포는 물-시멘트 비가 작을수록 알칼리이온 침출의 영향을 받은 유효깊이가 작아지는 것으로 나타났다. 물-시멘트 비가 증가할수록 침출이 일어나는 유효깊이는 깊어지지만 상대적으로 침출 시간은 지연되었다. 또한 포졸란계 혼화재를 사용할 경우 알칼리이온의 침출량이 적으나 침출로 인한 유효깊이는 더 깊어지는 것으로 나타났다.
콘크리트의 침출작용에 영향을 주는 인자에는 무엇이 있는가? 침출작용에 영향을 미치는 주된 인자는 단위 시멘트량, 콘크리트의 물 접촉 면적, 물-콘크리트 체적비, 물 접촉 시간, 물 접촉시의 콘크리트 재령이다 (Saeki and Monteiro, 2005). Geankoplis는 콘크리트의 접촉면적과 침출량과의 직접적인 연관성에 관한 연구에서 접촉면적이 클수록 침출량도 크게 증가한다고 하였다.
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참고문헌 (15)

  1. Adenot, F., and Buil, M. (1992), Modelling of the corrosion of the cement paste by deionized water, Cement and Concrete Research, 22, 489-496. 

  2. Despand, L. M., Clark, M. W., Aragno, M., and Vancov, T. (2010), Minimising alkalinity and pH spikes from Portland cement-bound bauxsol (seawater-neutralized red mud) pellets for pH circum-neutral waters, Environmental Science Technology, 44, 2119-2125. 

  3. Duchesne, J., and Reardon, E. J. (1995), Measurement and prediction of portlandite solubility in alkali solutions, Cement and Concrete Research, 25, 1043-1053. 

  4. Eglinton, M. S. (1987), Concrete and its chemical behavior, Telford, London. 

  5. Faucon, P., Adenot, F., Jacquinot, J. F., Petit, J. C., Cabrillac, R., and Jorda, M. (1998), Long-term behavior of cement pastes used for nuclear waste disposal: review of physicchemical mechanisms of water degradation, Cement and Concrete Research, 28, 847-857. 

  6. Geankoplis, C. (2003), Transport processes and deparation process principles, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey. 

  7. Glasser, F. P., and Atkins, M. (1994), Cements in radioactive waste disposal, Materials Research Society Bulletin, 12, 33-39. 

  8. Hong, S. Y., and Rahman, A. A. (1999), Alkali binding in cement pastes Part I. The C-S-H phase, Cement and Concrete Research, 29, 1893-1903. 

  9. Kamali, S., Moranville, M., and Leclerco, S. (2008), Materials and environmental parameter effects on the leaching of cement pastes: experiments and modeling, Cement and Concrete Research, 38, 575-585. 

  10. Lloyd, R. R., Provis, J. L., and van Deventer, J. S. J. (2010), Pore solution composition and alkali diffusion in inorganic polymer cement, Cement and Concrete Research, 40, 1386-1392. 

  11. Lovera, P., Adenot, F., Jorda, M., and Cabrillac, R. (1997), Physico-chemical transformation of sulfated compounds during the leaching of highly sulfated cemented wastes, Cement and Concrete Research, 57, 1523-1532. 

  12. Mehta, P. K. (2004), Concrete: microstructure, properties and materials (3rd edition), Mc Graw Hill, New York. 

  13. Saeki, T., and Monteiro, P. J. M. (2005), A model to predict the amount of calcium hydroxide in concrete containing mineral admixtures, Cement and Concrete Research, 35, 1914-1921. 

  14. Schiopu, N., Tiruta-Barna L., Jayr, E., Mehu J., and Moszkowicz, P. (2009), Modelling and simulation of concrete leaching under outdoor exposure conditions, Science of the Total Environment, 11(27), 1613-1630. 

  15. Taylor, H. F. W. (1990), Cement Chemistry, Academic Press, London. 

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