Time Evolution of Material Parameters in Durability Design of Marin Concrete

해양콘크리트의 내구성 설계를 위한 재료 매개변수의 시간단계별 해석

Material parameters such as surface chloride content, water permeability coefficient, chloride diffusivity and critical chloride content are a substantial key parameter for understanding the durability performance of concrete and its micro-structural densification. Over the past few decades, a considerable number of studies on the durability design for marine concrete structures have been carried out. However, the results are different to each other. In order to establish a consistent durability design system of concrete, it is a precondition to define material parameters, which affect deterioration of concrete due to chloride penetration. Such parameters are surface chloride content, chloride diffusivity, and critical chloride content. Usually these parameters are assumed as temporary constant values or obtained from the experimental results for short term. However, it is necessary to define these parameters reasonably, because these significantly influence the calculation of service life of concrete. In this paper, it is introduced to define material parameters of concrete for chloride diffusion, such as surface chloride content $[Cl]_s$, water permeability coefficient K, chloride diffusivity $D_{Cl}$, critical chloride content $[Cl]_{cr}$. These are expressed as time function considering hydration evolution of hardened cement paste. The definition of the material parameters is a prerequisite to simulate chloride penetration into concrete as time elapsed.

표면염소이온량, 투수계수, 염소이온 확산계수, 임계 염소이온량과 같은 재료 매개변수는 콘크리트의 내구성능을 이해하는데 매우 중요한 재료 매개변수이다. 지난 수십 년간, 해양성 콘크리트 구조물의 내구성 설계에 대한 많은 연구가 이루어졌으나 그 결과는 서로 상이하다. 콘크리트의 통합적인 내구성 설계 시스템을 개발하기 위해서 염소이온의 침투에 영향을 미치는 재료매개변수를 정립하는 것은 반드시 필요한 연구이다. 본 고의 목적은 콘크리트의 재료 매개변수를 시간단계별로 추정할 수 있는 기초적 접근방법을 정리하는 것이다. 미세구조 모델 및 시멘트의 경화특성을 기초로 표면 염소이온량 $[Cl]_s$, 투수계수 K, 염소이온 확산계수 $D_c$, 임계 염소이온량 $[Cl]_{cr}$ 을 산정할 수 있는 해석적 기법이 소개되었다. 이는 시멘트 경화체의 수화단계별 특성을 고려하여 시간의 함수로 표현하였다. 본 고에서 소개한 재료 매개변수의 정립은 시간경과에 따른 염소이온 침투를 시뮬레이션하기 위한 필수적인 선행연구로서, 향후에는 침투 특성을 묘사할 수 있는 지배방정식 등과 같은 다양한 해석적 기법들이 개발될 예정이다.