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[국내논문] 수산화칼슘 용해도와 공극률 감소를 고려한 간략화 된 탄산화 모델
Simplified Carbonation Model Considering Ca(OH)2 Solubility and Porosity Reduction 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.19 no.1, 2015년, pp.128 - 138  

이윤 (대전대학교 토목공학과) ,  권성준 (한남대학교 건설시스템 공학과) ,  박기태 (한국건설기술연구소)

초록
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탄산화는 지하구조물과 같이 이산화탄소의 농도가 높고 강우로부터 보호되는 콘크리트 구조물에 매우 심각한 열화현상이다. 탄산화 깊이 및 수화물의 변화를 평가하기 위해 많은 연구가 진행되고 있으나 해석모델의 복잡성, 이산화탄소 확산계수 모델링 등의 어려움으로 인해 실제 탄산화 거동을 제한적으로 모사하고 있다. 본 연구에서는 기존의 탄산화 모델링 (Ducom)에 대하여 확산계수 모델링, 공극률 감소 모델, 이산화탄소의 장기반응률 등을 개선하여 개선된 탄산화 모델을 제시하였다. 검증을 위하여 온도변화를 고려한 촉진탄산화 시험. 공극률 평가 시험 (수은압입법)을 수행하였으며, 탄산화 깊이를 개선되기 전/후의 모델과 비교하였다. 또한 수산화칼슘의 중량변화와 실태조사결과를 이용하여 낮은 이산화탄소에 노출된 콘크리트 구조물의 탄산화 깊이를 제안된 모델과 비교하였다. 제안된 모델은 확산계수 감소성, 공극률 감소성을 적절하게 반영하여 기존의 모델에 비해 합리적인 결과 (수산화칼슘 소모량, 탄산화 깊이)를 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Carbonation is one of the most critical deterioration phenomena to concrete structures exposed to high $CO_2$ concentration, sheltered from rain. Lots of researches have been performed on evaluation of carbonation depth and changes in hydrate compositions, however carbonation modeling is ...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 초기재령 콘크리트의 대표적인 열화모델인 Ducom FE 프로그램에 대하여 개선된 탄산화 모델을 제안하였다. 프로그램내의 이산화탄소 확산계수의 변화, 공극률 감소(Deacy function), 장기 탄산화 반응률 등이 개선되어 실험 및 실태조사 결과와의 비교가 수행되었다.

가설 설정

  • 특히 외부의 이산화탄소 농도가 대기와 같이 낮은 경우에는 탄산화 깊이가 초기에 낮게 평가되어 실태조사 결과와 비교적 큰 차이가 발생한다. 기존의 연구에서는 민감도 분석을 통한 반응값을 가정하여 사용하였는데 (Maekawa et al., 2009; Song et al., 2006), 본 연구에서는 식 (19)와 같이 농도의존 반응률을 이산화탄소의 농도의 함수로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
탄산화 진행을 예측하기 위한 연구중 1980년대 제안된 반경험식 형태의 예측식들은 어떠한 실험을 통해 제안되었는가? 탄산화 진행을 예측하기 위해 많은 연구가 수행되었는데, 1980년대에는 반경험식 형태의 예측식들이 많이 제안되었다. 이러한 식들은 촉진 및 장기 실험을 통하여 제안되었는데 주로 실험상수를 도입하여 탄산화 깊이를 시간의 제곱근에 비례하도록 고안되었다(Izumi et al., 1986; Abe, 1999).
탄산화는 콘크리트 내부에 어떠한 현상을 야기하는가? 탄산화란 외부 이산화탄소의 유입을 통하여 공극수의 pH가 저감하고 이로 인해 철근이 부식하는 열화현상을 의미한다. 탄산화는 콘크리트 구체만 고려하면 크게 문제가 되지 않는다고 알려져 있지만 콘크리트 내부의 수산화칼슘이 탄산칼슘으로 변화하면서 증가된 체적으로 인해 공극이 감소하며(Papadakis et al., 1991a; 1991b), 이는 투수성 감소, 중량의 증가, 표면강도 증가 등을 야기한다 (Song and Kwon, 2007; Saeki et al., 1991).
탄산화는 어떠한 현상인가? 탄산화는 지하구조물과 같이 이산화탄소의 농도가 높고 강우로부터 보호되는 콘크리트 구조물에 매우 심각한 열화현상이다. 탄산화 깊이 및 수화물의 변화를 평가하기 위해 많은 연구가 진행되고 있으나 해석모델의 복잡성, 이산화탄소 확산계수 모델링 등의 어려움으로 인해 실제 탄산화 거동을 제한적으로 모사하고 있다.
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참고문헌 (33)

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  25. Papadakis, V. G., Vayenas, C. G., Fardis, M. N. (1991a), Physical and chemical characteristics affecting the durability of concrete, ACI Materials Journal, 8(2), 186-196. 

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  30. Song, H. W., Kwon, S. J., Byun, K. J., Park, C. K. (2006), Predicting carbonation in early-aged cracked concrete, Cement and Concrete Research, 36(5), 979-989. 

  31. Stewart, M. G, Mullard, J. A. (2007), Spatial time-dependent reliability analysis of corrosion damage and the timing of first repair for RC structures, Engineering Structure, 29(2), 1457-1464. 

  32. Vesikari, E. (1988), Service Life of Concrete Structures with regard to Corrosion of Reinforcement, Technical Reports 533, Technical Report Center of Finland, 29-128. 

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