• 제목, 요약, 키워드: 확산계수

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Experimental Study on the Relationship between Time-Dependent Chloride Diffusion Coefficient and Compressive Strength (시간의존성 염화물 확산계수와 압축강도 상관성에 대한 실험적 연구)

  • Lee, Seung-Hoon;Kwon, Seung-Jun
    • Journal of the Korea Concrete Institute
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    • v.24 no.6
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    • pp.715-726
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    • 2012
  • Since strength and diffusion coefficient of concrete, representative concrete properties that in change with age, the time effect must be considered in the analysis of chloride penetration. In this study, an evaluation of correlation between accelerated diffusion coefficient, apparent diffusion coefficient, and compressive strength in high performance concrete with various mineral admixtures such as ground granulated blast furnace slag, fly ash, and silica fume was performed. For this work, thirty mix proportions were prepared. Accelerated diffusion coefficients at the age of 28, 91, 180, and 270 days were evaluated. For apparent diffusion coefficient, submerging test for 6 months was performed. For evaluation of compressive strength with ages, the compressive strength test was carried out at an age of 7, 28, 91, 180 days. The results of accelerated diffusion coefficient, apparent diffusion coefficient, and strength were compared, and the correlation was analyzed considering time dependency. From this study, linear relationship between accelerated diffusion and apparent diffusion coefficient were obtained regardless of concrete age. The linear relations were also observed in strength-accelerated diffusion coefficient and strength-apparent diffusion coefficient regardless of concrete age.

Analysis of pollutant mixing on the water surface in rivers with GPS floaters (GPS부자를 이용한 하천 표면에서의 오염물질 혼합 거동 해석)

  • Seo, Il Won;Park, Inhwan;Kim, Young Do;Han, Eun Jin
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.103-103
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    • 2015
  • 유류유출사고와 같이 하천 수표면의 흐름에 따라 이동 확산하는 부유성 오염물질의 혼합해석을 위해 많은 연구자들은 입자추적모형을 사용한 혼합모의를 수행해왔다. 입자추적모형에서 오염물질의 혼합은 평균 유속 분포에 의한 결정론적인 이동과 난류유동에 의한 무작위적인 혼합으로 나타내며, 난류혼합에 의한 수평확산은 난류확산계수로 조절한다. 따라서 표면흐름에 의한 난류확산계수의 산정을 위해 많은 연구자들은 부유성 입자를 이용한 실내실험을 수행하여 수평확산계수를 산정했고(Engelund, 1969; Cederwall, 1971), 최근에는 GPS의 발전으로 인해 해양영역에서 GPS를 장착한 표면부자를 활용한 확산실험을 통해 수평확산계수를 산정한 바 있다(Kjellson and $D{\ddot{o}}{\ddot{o}}s$, 2012; Alpers 등, 2013). 하천수질오염사고의 약 43.5%가 유류유출에 의한 것이며(환경부, 2013), 이에 따라 표면흐름에 의한 오염물질 혼합해석이 필요하나, 하천에서 수평확산계수 산정을 위한 현장실험연구는 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 낙동강 본류에서 GPS부자를 이용한 입자추적실험을 수행하여 표면흐름에 의한 확산계수를 산정했다. GPS부자를 이용한 입자추적실험은 낙동강의 강정고령보 하류와 구미보 하류의 각각 세 지점에서 수행되었다. GPS부자는 바람에 의한 교란을 최소화하기 위해 지름 10 cm의 구형으로 제작하였으며 시범테스트를 통해 입자의 주 궤적 변화가 크지 않은 지점에 GPS부자를 투입했다. GPS부자는 오염물질의 사고유출을 가정하여 한 지점에 투입했고 GPS부자 사이의 간섭을 최소화하기 위해 25 ~ 35개의 GPS부자를 이용했다. 표면흐름에 의해 이동하는 부자의 위치는 GPS에 시계열로 저장됐고 ADCP를 이용하여 실험당시의 수리량을 측정했다. 입자위치의 시계열자료로부터 GPS부자의 확산범위의 시간변화를 계산했고 단순 모멘트법을 이용하여 종, 횡 방향 확산계수를 계산했다. 그 결과, 종 방향 확산계수는 $0.003{\sim}0.041m^2/s$로 계산되었고 횡 방향 확산 계수는 $0.001{\sim}0.012m^2/s$로 계산되어, 흐름방향의 유속성분에 의한 확산이 지배적인 것으로 나타났다. 지류 합류부에서는 이송이 지배적인 혼합이 발생되었고(Pe>1) Pe의 증가에 따라 수평확산계수가 감소되었다. 25~35개 GPS부자 궤적의 앙상블 평균으로부터 계산한 Integral time scale은 모멘트법으로부터 계산한 종, 횡 방향 확산계수와 비례하는 것으로 나타나, Taylor(1921)의 이론과 일치했다. 또한 실험수로에서 수행된 기존연구결과와 비교한 결과, 하폭 대 수심비, 마찰항의 증가에 따라 수평확산계수가 증가하는 경향을 나타내었다.

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Analysis Technique for Chloride Penetration in High Performance Concrete Behavior Considering Time-Dependent Accelerated Chloride Diffusivity (촉진염화물 확산계수의 시간의존성을 고려한 고성능 콘크리트의 염화물 침투 해석기법)

  • Kwon, Seung-Jun;Park, Sun-Gyu
    • Journal of the Korea Concrete Institute
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    • v.25 no.2
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    • pp.145-153
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    • 2013
  • Recently, accelerated chloride diffusion coefficients are used for an evaluation of chloride behavior. Similar as apparent diffusion coefficients, accelerated diffusion coefficients decrease with time. In this study, decrease in diffusion coefficient with time is simulated with porosity. Utilizing DUCOM-program, porosities from 15 mix proportions are obtained and diffusion coefficients are modelled with regression analysis of porosity for 270 days. Considering non-linear binding capacity which means the relation between free and bound chloride ion, chloride behavior in high performance concrete is evaluated. Through utilizing the previous test results for concrete under chlorides for 180 days, the applicability of the proposed technique is verified. The proposed technique is evaluated to reasonably predict the chloride behavior in concrete with various w/c (water to cement) ratios and mineral admixtures (GGBFS and FA). It is also shown that decrease in chloride diffusion should be considered for chloride prediction in concrete with mineral admixture since it has very clear decrease in diffusivity with time.

Influence of Relative humidity on the CO2 Diffusion Coefficient in Concrete (콘크리트 중의 이산화탄소 확산계수에 대한 상대습도 영향 연구)

  • Oh, Byung-Hwan;Jung, Sang-Hwa;Lee, Myung-Kun
    • Journal of the Korea Concrete Institute
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    • v.15 no.6
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    • pp.778-784
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    • 2003
  • The carbonation of concrete is one of the major factors that cause durability problems in concrete structures. The rate of carbonation depends largely upon the diffusivity of carbon dioxide in concrete. The purpose of this study is to identify the diffusion coefficients of carbon dioxide for various concrete mixtures. To this end, several series of tests have been planned and conducted. The test results indicate that the diffusion of carbon dioxide reached the steady-state within about five hours after exposure. The diffusion coefficient increases with the increase of water-cement ratio and decreases with the increase of relative humidity at the same water-cement ratio. The content of aggregates also influences the diffusivity of carbon dioxide in concrete. It was found that the diffusion coefficient of cement paste is larger than that of concrete or mortar. The experimental study of carbon dioxide diffusivity in this study will allow more realistic assessment of carbonation depth in concrete structures.

Lateral Eddy Viscosity for Open-Channel Flows through Emergent Vegetation (정수식생 개수로 흐름에서 횡방향 와점성 계수)

  • Lee, Jin-Hwi;Choi, Sung-Uk
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.74-78
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    • 2012
  • 본 연구는 하천에서 식생에 의한 흐름구조 변화가 오염물질 이동에 미치는 영향을 알아보기 위해 흐름방향 확산계수를 산정하였다. 정수식생 조건에서 횡방향 수심적분된 와점성계수는 비식생 조건에서의 와점성계수와 다르게 적용되어야 하며 이를 위해 유량 횡분배법을 Jordanova and James (2003) 실험에 적용하였다. 제시된 실험조건을 잘 재현하는 와점성계수의 값을 역산하였으며, 이에 관한 산술평균 값을 향후 수리모형의 적용을 위해 정수식생 조건에서의 무차원 와점성계수로 제안하였다. 결정된 무차원 와점성계수를 이용하여 부분식생 개수로 흐름에서 흐름방향 확산계수를 산정하여 오염물질의 이동에 대한 특성을 분석하였다.

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Influence of Porosity on the CO2 Diffusion Characteristic in Concrete (공극률을 고려한 콘크리트 중의 이산화탄소 확산특성에 관한 연구)

  • Oh, Byung-Hwan;Jung, Sang-Hwa;Lee, Myung-Kue
    • Journal of the Korea Concrete Institute
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    • v.15 no.3
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    • pp.443-453
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    • 2003
  • The diffusivity of carbon dioxide in concrete is very important in that it directly affects the degree of carbonation in concrete structures. The purpose of the present study is to explore the diffusivity of carbon dioxide and to derive a realistic equation to estimate the diffusion coefficient of carbon dioxide in concrete. For this purpose, several series of concrete specimens have been tested. Major test variables were the water-cement ratios. The total porosities and the diffusion coefficients of carbon dioxide were measured for the specimens. The present study indicates that the measured porosities agree well with the calculated ones. The effects of porosity and relative humidity on the diffusion coefficient of carbon dioxide were examined. A prediction equation to estimate the diffusion coefficient of carbon dioxide was derived and proposed in this study. The proposed equation shows reasonably good correlation with test data on the $CO_2$ diffusion coefficient of concrete

Hydrodynamic Diffusivity of Spherical Particles Suspended in Polymer Solution (고분자용액에 분산된 구형입자의 수력학적 확산계수)

  • 한민수
    • The Korean Journal of Rheology
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    • v.9 no.4
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    • pp.183-189
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    • 1997
  • 본 연구에서는 고분자용액을 분산매로한 현탁액 내에서 입자의 수력학적확산에 관 한 실험적인 연구를 수행하여다. 입자로는 평균직경 275마이크론의 polymethlmethacrylate (PMMA)구형입자를 사용하였고, 분산매로는 PMMA 입자와 밀도르 맞춘 글리세린과 에틸 렌글리콜의 혼합용액에 고분자를 첨가하여 사용하였다. 고분자로는 분자량 6백만의 시약용 폴리아크릴아마이드를 사용하였다. 입자농도는 50%이었다. 용액의 농도는 0∼700ppm이었으 며 이러한 용액은 전단박화현상을 나타내지 않았다. 확산계수는 쿠엣장치 내에서 입자가 두 원통사이에서 아래쪽의 빈 공간으로 확산할 때 시간에 따른 점도측정결과로부터 예측하여 다. 본 연구의 결과 뉴튼성유체의 경우와는 달리 무차원확산계수(D/2)가 일정하지 않으며 전단율이 증가될수록 점점 감소하는 현상을 나타내었다. 고분자의 농도가 증가하는 경우에 는 무차원 확산계수가 감솨는 것을 볼수있었다. 이러한 무차원 확산계수의 감소는 유동하는 현탁액 내에서 입자간의 상호작용이 뉴튼성유체에 비하여 가역적인 것에 기인하는 것으로 판단된다.

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Temperature Effect on Effective Diffusion Coefficients of Zn and Cd through Column Diffusion Tests (칼럼 확산 실험을 통한 아연 및 카드뮴의 유효확산계수에 미치는 온도영향)

  • Dho, Nam-Young;Lee, Seung-Rae
    • Journal of the Korean Geoenvironmental Society
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    • v.3 no.1
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    • pp.13-26
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    • 2002
  • In this study, column diffusion tests for Cd and Zn were conducted at $15^{\circ}C$ and $55^{\circ}C$ to investigate a temperature effect on effective diffusion coefficient. An increase in temperature from $15^{\circ}C$ to $55^{\circ}C$ caused up to ten times larger diffusion coefficient for each heavy metal. Besides, it caused the increased retardation of heavy metals, and hence the effective diffusion coefficient should be overestimated as we use an overestimated retardation factor to calibrate the coefficient. The results of sequential extraction analyses showed that Zn was occluded in carbonate phase and this trend was getting prominent with the increase in temperature. As for Cd, it was partitioned mainly in the exchangeable phase(over 60%) at any temperature.

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Chloride Diffusion Coefficient at Reference Time for High Performance Concrete for Bridge Pylons in Marine Environment (해상교량 주탑용 고성능 콘크리트의 기준재령 염소이온 확산계수)

  • Yoon, Chul-Soo;Kim, Ki-Hyun;Yang, Woo-Yong;Cha, Soo-Won
    • Journal of the Korea Concrete Institute
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    • v.24 no.4
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    • pp.435-444
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    • 2012
  • High performance concrete mixes are selected and corresponding test specimens are made for the study of chloride diffusion coefficient at reference time. The concrete mixes were same designs as those used in construction of bridges located in a marine environment. Mix design variables included binder type, water-to-binder ratio, mineral admixtures to total binder weight substitution ratio, fine aggregate source, chemical water reducer admixture type for high strength and high flowability, and target slump or slump flow. The test results showed that the diffusion coefficients at reference time varied significantly according to the type of mineral admixtures and their substitution ratios. A model for diffusion coefficient at reference time considering the type of mineral admixture and the substitution ratio was developed. Diffusion coefficients from the developed model were compared with those from literature review, a previous model, and additional test results. All of the comparisons verified that the developed model can reasonably predict diffusion coefficients and the application of the model to the durability design against chloride penetration is appropriate.

스테인레스강의 수소 확산 방지막 효과에 대한 수치 해석

  • Ha, Tae-Gyun;Choe, Ho-Seon;Park, Jong-Do
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.111.1-111.1
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    • 2016
  • 진공 중 산화처리 방법으로 스테인레스강 표면에 형성한 크롬 산화막에 의한 수소 기체방출 저감 효과를 수치해석 방법으로 분석하였다. 스테인레스 강 진공 용기를 진공 중 산화처리하면 표면의 확산 방지막 효과에 의하여 수소 기체방출률을 낮출 수 있다고 알려져 있으나 그 구체적인 원리는 명확하지 않다. 표면 크롬 산화막의 수소 확산계수가 스테인레스 강 내부의 확산계수보다 작으므로 수소의 확산을 지연시켜 기체방출을 낮춘다는 설명이 가능하지만, 크롬 산화막의 두께 및 확산계수가 미치는 영향을 정량적으로 분석한 예는 없었다. 본 발표에서는 스테인레스강 진공용기의 크롬산화막과 모재 내부에 서로 다른 확산계수를 부여한 후 기체방출에 관여하는 확산 방정식을 수치해석으로 풂으로써, 표면의 확산 방지막에 의한 기체방출 저감 효과를 설명하고자 한다.

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