Journal of the Korea Concrete Institute (콘크리트학회논문집)

Korea Concrete Institute (한국콘크리트학회)
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A Study on Change in Cement Mortar Characteristics under Carbonation Based on Tests for Hydration and Porosity

수화물 및 공극률 관측 실험을 통한 시멘트모르타르의 탄산화 특성 변화에 대한 연구

  • 권성준 (캘리포니아대학교 얼바인) ;
  • 송하원 (연세대학교 사회환경시스템공학부) ;
  • 박상순 (한국건자재시험연구원)
  • Published : 2007.10.31
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Abstract

Due to the increasing significance of durability, much researches on carbonation, one of the major deterioration phenomena are carried out. However, conventional researches based on fully hardened concrete are focused on prediction of carbonation depth and they sometimes cause errors. In contrast with steel members, behaviors in early-aged concrete such as porosity and hydrates (calcium hydroxide) are very important and may be changed under carbonation process. Because transportation of deteriorating factors is mainly dependent on porosity and saturation, it is desirable to consider these changes in behaviors in early-aged concrete under carbonation for reasonable analysis of durability in long term exposure or combined deterioration. As for porosity, unless the decrease in $CO_2$ diffusion due to change in porosity is considered, the results from the prediction is overestimated. The carbonation depth and characteristics of pore water are mainly determined by amount of calcium hydroxide, and bound chloride content in carbonated concrete is also affected. So Analysis based on test for hydration and porosity is recently carried out for evaluation of carbonation characteristics. In this study, changes in porosity and hydrate $(Ca(OH)_2)$ under carbonation process are performed through the tests. Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) for changed porosity, Thermogravimetric Analysis (TGA) for amount of $(Ca(OH)_2)$ are carried out respectively and analysis technique for porosity and hydrates under carbonation is developed utilizing modeling for behavior in early-aged concrete such as multi component hydration heat model (MCHHM) and micro pore structure formation model (MPSFM). The results from developed technique is in reasonable agreement with experimental data, respectively and they are evaluated to be used for analysis of chloride behavior in carbonated concrete.

내구성에 대한 중요성이 부각됨에 따라, 주요 열화현상인 탄산화에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 탄산화에 대한 연구는 주로 탄산화 깊이의 도출에 국한하고 있으며 경화된 콘크리트를 가정하므로 실제적인 탄산화 거동과는 많은 차이를 보이고 있다. 강재와는 다르게 콘크리트는 공극률과 내부의 수화물의 거동이 매우 중요한데, 탄산화 진행에 따라 초기재령에서 결정되어지는 거동 (공극률 및 수화물)이 다르게 변화한다. 열화 물질의 이동은 주로 콘크리트의 공극률 및 포화도에 의존하므로, 탄산화 후의 거동 평가는 장기열화해석 및 복합열화해석 등에 고려되는 것이 바람직하다. 공극률의 경우, 변화된 공극률이 고려되지 않으면 확산계수의 감소가 구현될 수 없으며 이에 따라 과다한 탄산화 해석을 야기하게 된다. 한편 수화물, 특히 수산화칼슘의 잔존량 평가는 탄산화 깊이의 평가 및 내부 공극수의 특성 변화를 결정하기도 하며, 복합열화에서 발생하는 고정화 염화물량에 큰 영향을 주게 된다. 그러므로 실내 실험들을 통한 공극률 및 수화물 분석은 최근들어 탄산화에 대해서도 많이 적용되고 있다. 본 연구는 미세 관측 실험을 통하여, 탄산화 전후의 공극률 분포 변화, 수화물 거동의 변화를 실험적으로 수행하였다. 공극률 측정으로는 MIP 실험을, 수화물 변화에서는 TGA 실험을 수행하였으며, 기존의 해석 모델인 다상복합수화발열모델 및 미세 공극 구조 형성모델을 개선하여 각각의 탄산화 이후의 공극률 변화 및 수화물 변화를 개발하였다. 개발된 각각의 모델의 결과는 탄산화 전후의 공극률 및 수화물의 변화를 잘 예측하였으며, 탄산화 이후의 열화현상 등에 기초적으로 사용될 수 있을 것으로 평가되었다.

Keywords

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