Microscopic Influence of Temperature on Carbonation for Marine Concrete Structure

Some recent researches reported that high temperature rising decreases the carbonation depth of concrete, which is contrary to the previous research results. Carbonation has been known as a reaction between calcium hydroxide and carbon dioxide. But a few researches showed that the other cement hydrates as well as calcium hydroxide react with carbon dioxide. This paper investigates the influence of temperature on carbonation and the variation of $Ca(OH)_2$ and $CaCO_3$ by carbonation. In order to estimate the carbonation depth and the quantities of reactant and product of carbonation reaction, phenolphthalein testing and thermagravimetric analyzer test were conducted. The measurement of carbonation depth with temperature showed that the temperature increase from $20^{\circ}C$ to $30^{\circ}C$C in carbonation environment makes the carbonation depth larger, but the increase from $30^{\circ}C$ to $40^{\circ}C$ has a small influence on the carbonation depth. Comparing calcium hydroxide and calcium carbonate with temperature, the quantity of $CaCO_3$ of specimen carbonated at $30^{\circ}C$ is greater than that of specimen carbonated at $40^{\circ}C$ and the quantity of $Ca(OH)_2$ of specimen carbonated at $30^{\circ}C$ is similar to that of specimen carbonated at $40^{\circ}C$. This observation shows that there is the optimum temperature increasing carbonation depth and the optimum temperature is close to $30^{\circ}C$.

항만콘크리트 구조물의 탄산화에 미치는 온도의 미세구조적 영향

탄산화에 미치는 온도의 영향에 대해서는 매우 상반된 2가지의 주장이 존재하는데, 온도증가는 탄산화 반응을 가속화시켜 탄산화 깊이를 증가시킨다는 주장과 탄산화 반응을 일으키는 최적의 온도조건이 있으며, 탄산화 깊이는 이러한 최적의 온도조건에서 가장 큰 값을 가진다는 주장이다. 일반적으로 탄산화는 시멘트 수화물 중 수산화칼슘과 이산화탄소의 화학반응으로 생성되는 것으로 알려져 왔고 많은 탄산화 연구들도 이에 집중되어 왔다. 그러나, 최근의 몇몇 연구에서는 수산화칼슘을 제외한 다른 시멘트 수화물도 탄산화 반응이 일어난다는 결과를 발표하고 있다. 본 연구에서는 온도의 탄산화에 미치는 영향을 파악하기 위하여 탄산화 온도에 따른 탄산화 깊이와 탄산화 반응물과 생성물에 대한 실험을 수행한다. 또한, 실험결과의 분석을 통하여 수산화칼슘이외의 수화생성물이 탄산화에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 탄산화 깊이는 페놀프탈레인 용액법으로 측정하였고, 탄산화 전후의 반응물과 생성물은 열중량분석기(Thermogravimetric analyzer)를 이용하여 측정하였다. 탄산화 온도가 $20^{\circ}C$에서 $30^{\circ}C$로 증가하면 탄산화 깊이가 크게 증가하였지만 온도가 $30^{\circ}C$에서 $40^{\circ}C$로 증가하면 탄산화 깊이가 거의 증가하지 않았다. 이것은 탄산화 반응에 대한 최적의 온도조건이 존재할 수 있다는 증거일 수 있다. 페놀프탈레인 용액법에 의한 탄산화 깊이는 수산화칼슘과 탄산칼슘의 양이 변화하여 교차하는 영역에 존재한다. 탄산화 온도 $30^{\circ}C$와 $40^{\circ}C$에서의 수산화칼슘 이외의 시멘트 수화물에 의해 생성된 탄산칼슘양은 온도가 증가하면 감소함을 관찰할 수 있었다.