Journal of the Korea Concrete Institute (콘크리트학회논문집)

Korea Concrete Institute (한국콘크리트학회)
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The Prediction Model of Carbonation Process by CO2 Diffusion Using the Air Permeability Coefficient for Concrete

콘크리트의 투기계수를 이용한 CO2확산 탄산화진행 예측모델

  • Kang, Suk-Pyo (Dept. of Architecture and Interior Design, Woosuk University) ;
  • Kim, Young-Sun (Dept. of Architectural Engineering, Chungnam National University) ;
  • Song, Ha-Won (Dept. of Civil and Environmental Engineering, Yonsei University) ;
  • Kim, Gyu-Yong (Dept. of Architectural Engineering, Chungnam National University)
  • 강석표 (우석대학교 건축.인테리어디자인학과) ;
  • 김영선 (충남대학교 건축공학과) ;
  • 송하원 (연세대학교 사회환경시스템공학부) ;
  • 김규용 (충남대학교 건축공학과)
  • Received : 2009.09.29
  • Accepted : 2010.01.15
  • Published : 2010.04.30
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Abstract

Recently, some mathematical models for the prediction on progress of carbonation of concrete were reported. These models take account for $CO_2$ diffusion and chemical reaction between $Ca(OH)_2$ and $CO_2$. Based on the assumption that $CO_2$ diffuses in the carbonation zone and reacts with $Ca(OH)_2$ at the outer face of carbonation zone and non-carbonation zone. In this study, a mathematical model to predict the progress of carbonation of concrete has been established based on the reducing concentration of $Ca(OH)_2$ in the carbonation progress zone, where $Ca(OH)_2$ reacts with $CO_2$ and $Ca(OH)_2$ and $CaCO_3$ coexist. Also, the prediction model of carbonation progress rate of concrete using the air permeability coefficient regarding to $CO_2$ diffusion is developed. As a result of this study, an expression, the model equation is obtained for the prediction of carbonation based on the time and interaction velocity between $CO_2$ and Ca(OH)$_2$ dependent air permeability coefficient. The prediction by the model satisfied the experimental data of the accelerated carbonation for painted concrete. Consequently, the model can predict the rate of carbonation and the potential service life of concrete structure exposed to atmosphere.

최근 콘크리트의 탄산화 진행 예측을 위한 수식적 모델들이 보고되고 있으며, 이러한 모델들은 $Ca(OH)_2$과 $CO_2$의 화학적 반응과 $CO_2$의 확산에 대한 관계를 연구하고 있다. 이 모델들은 콘크리트의 탄산화 영역에서 $CO_2$가 확산하고 콘크리트 중의 탄산화 영역과 미탄산화 영역과의 경계면에서 $Ca(OH)_2$와 반응한다는 가정에 기초하고 있다. 이 연구에서는 콘크리트중의 $CO_2$ 확산 및 탄산화진행영역에서의 $CaCO_3$와 $Ca(OH)_2$의 공존을 고려한 $CO_2$와 $Ca(OH)_2$와의 반응을 모델화한 것이다. 콘크리트 탄산화진행을 보다 정확하게 표현하기 위해 콘크리트 투기계수로서 탄산화진행모델에 적용하여 $CO_2$확산 계수를 유추하였다. 모델에 의한 예측은 W/C에 따라 페인트처리를 실시한 콘크리트의 촉진탄산화의 실험 결과와 아주 유사하게 나타나, 콘크리트 투기계수를 이용한 탄산화 진행속도 기본방정식을 활용하여 촉진환경 및 일반 대기환경에서 탄산화 진행예측이 가능함으로서 철근콘크리트구조물의 내구성설계를 위한 보다 정량적인 수명예측이 가능할 것으로 사료된다.

Keywords

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