Factors causing deterioration of concrete structures under marine environment are various, especially penetration and diffusion of chloride ion, carbon dioxide, and water through pore effects on the durability of concrete as well as mechanical properties of concrete. Pore of porous materials like concrete can be classified as micro-, meso-, and macro-pore. And pore of cement matrix is classified as pore which occupied by water, air void, and ITZ between cement paste and aggregates. In this study, to verify the relationship between pore of cement matrix and the property of chloride ion diffusivity, the regression analysis is producted. From the result of regression analysis, the average pore diameter more than total pore volume effects on the diffusivity of chloride ion.
In a hardened concrete, diffusion of oxygen, carbon dioxide, aggressive ions, and moisture from the environment to the concrete takes place through the pore network. It is well known that making dense cement matrix enhances the durability of concrete as well as all the characteristics including strength of concrete. In this paper,9 mix concretes with water to cementitious material ratio (40,45, and $50\%$) and replacement ratio of GGBFS (40 and $60\%$ of cement by weight) were studied on the micro-pore structure by mercury intrusion porosimetry and the accelerated chloride diffusion test by potential difference. From the results the average pore diameter and accelerated chloride diffusivity of concrete were ordered NPC > G4C > G6C. It is concluded that there is a good correlation between the average pore diameter and the chloride diffusivity, and the mineral admixtures has a filling effect, which increases the tortuosity of pore and makes large pores finer, on the pore structure of cement matrix due to the latent hydraulic reaction with hydrates of cement.
Metakaolin (MK), which is increasingly being used to produce high performance concrete, is produced by calcining purified kaolinite between 650 and $700^{\circ}C$ in a rotary kiln. The carbonation resistance of metakaolin blended concrete is lower than that of control concrete. Hence, it is critical to consider carbonation durability for rationally using metakaolin in the concrete industry. This study presents microstructure modeling during the carbonation of metakaolin blended concrete. First, based on a blended hydration mo del, the amount of carbonatable substances and porosity are determined. Second, based on the chemical reactions between carbon dioxide and carbonatable substances, the reduction of concrete porosity due to carbonation is calculated. Furthermore, $CO_2$ diffusivity is evaluated considering the concrete composition and exposed environment. The carbonation depth of concrete is analyzed using a diffusion-based model. The proposed microstructure model takes into account the influences of concrete composition, concrete curing, and exposure condition on carbonation. The proposed model is useful as a predetermination tool for the evaluation of the carbonation service life of metakaolin blended concrete.
Carbonation is one of the most important factors causing the corrosion of reinforcement concrete. Nevertheless, experimental studies on the concrete carbonation have not been carried out sufficiently because of the slow process of carbonation process. Therefore, this study adopts an experimental system exploiting a vacuum instrument that has been recently developed to accelerate carbonation instead of existing experimental system to conduct rapid carbonation tests on Portland cement and fly-ash cement concretes. Test results revealed that, compared to water-cement ratio of 40%, the carbonation depth increases from 103% to 138% for an increase of water-cement ratio from 45% to 60%. These results are larger than the carbonation depths obtained by mathematical model, and such difference is increasing with larger water-cement ratios. The results also indicated that larger fly-ash contents lead to sharp increase of the carbonation depth, which is in agreement with previous experimental researches. The adoption of the new accelerated carbonation test system enabled to shorten effectively the time required to produce experimental data compared to the existing carbonation test method. The experimental data obtained in this study together with ongoing acquisition of data using the new carbonation test method are expected to contribute in the understanding of the carbonation process of concrete structures in Korea.
The counter-diffusion of two gaseous substances permeating a polymeric membrane has been investigated both experimentally and theoretically. The aim of the study was to find mutual effects, if any, that could influence the permeability and diffusivity data. The experimental data were obtained with an isostatic permeameter operating at ambient pressure and 303 K: helium, nitrogen, carbon dioxide methane were used as permeating gas at different partial pressure; helium or nitrogen as equilibrating or carrier gas. No evident mutual effect of the counter-diffusing gas was observed. The theoretical analysis gave some insight into the phenomena and it was concluded that at near-atmospheric pressures, and in the absence of swelling phenomena no mutual interaction exists. On a theoretical basis any mutual interaction between diffusing and counter-diffusing gases could only occur: i) at high pressures , when the free movement of permeating gas molecules within the polymer is hindered by the counter-diffusing gas; ii) when a large part of the free volume fraction is occupied by the counter--diffusing gas; iii) swelling phenomena modify the structure and free volume fraction of the polymer.
산업체에서 많이 사용되는 연소공정은 배가스 성분의 회수나 제거를 필요로 한다. 최근에는 배가스로부터 이산화탄소를 회수하기 위해 제올라이트 13X를 사용하는 MBA(이동상흡착) 공정이 개발되었다. 본 연구에서는 제올라이트 13X에 대한 이산화탄소, 질소, 이산화황 및 수증기의 흡착 실험을 수행하여 흡착평형 및 고체입자 안으로의 흡착속도를 조사하였다. 여러 실험온도에서의 흡착데이터를 Langmuir, Toth, Freundlich 등온흡착식에 적용하여 각 흡착등온식의 파라미터를 구했고, 이론식에 의한 예측값과 실험데이터가 잘 일치함을 확인하였다. 이산화황과 수증기가 불순물로 존재할 경우에 주성분인 이산화탄소의 흡착량을 측정하였다. 이성분 흡착 데이터는 순수 성분에 대해 얻어진 파라미터를 extended Langmuir 등온흡착식에 적용하여 예측한 결과와 잘 일치하였다. 다만, $H_2O$ 불순물이 대략 ${\sim}10^{-5}H_2O\;mol/g$ zeolite 13X 이하 존재할 때에는 $CO_2$ 흡착량이 순수 $CO_2$의 흡착보다 오히려 소량 증가하는 현상이 관찰되었다. 실험으로 측정한 흡착속도를 구형 입자 확산모델에 적용하여 이산화탄소, 이산화황, 질소, 수분의 확산계수와 활성화에너지를 구했다. 미량의 불순물이 흡착되어있을 때는 이산화탄소나 이산화황의 확산계수가 줄어들었다. 본 연구에서 얻어진 파라미터 값들은 실제 흡착공정의 설계에 유용할 것이다.
최근 자원과 에너지를 절약하고 효과적으로 사용하여 환경 훼손을 줄이고 청정에너지를 이용할 수 있는 기술의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이와 관련 하여, 친환경적이고 경제적이며 독성이 거의 없는 초임계 유체가 물질의 합성과 프로세스에 많이 응용되고 있다. 이산화탄소는 낮은 임계온도와 압력, 가격 경쟁력 그리고 무독성 등의 장점을 가짐으로써 초임계 공정에 많이 사용되고 있는 용매중에 하나이다. 그러나 분자량이 높은 고분자들에게는 낮은 용해력이 단점으로 있어서 사용에 제한적이다. 따라서, 분자량이 높은 고분자를 용해하기 위해선 하이드로카본 계열의 용매를 사용하여야 한다. 본 연구에서는, 초임계 유체를 이용하여 Poly (methyl methacrylate)/클레이 나노 복합체 제조에 관한 연구를 진행 하였다. 또한, 초임계 유체 내에서 분산성을 극대화 할 수 있도록 $Na^+$-MMT 클레이 표면을 플로린 계열의 surfactant로 개질 시키어 복합체 제조에 응용 하였다. 개질된 클레이를 이용하여 제조 된 복합체는 neat Poly (methyl methacrylate)보다 향상된 기계적, 열적 특성을 보였으며, 제조 된 복합체는 X-ray 회절 방법, 열적 안정성 그리고 TEM 으로 나노 클레이의 분산성을 분석 하였다.
인위적인 온실 가스 배출로 인한 자연 재해가 증가하고 있으며 이로 인해 기체 분리막의 개발이 촉진되게 되었다. 이산화탄소($CO_2$)는 지구 온난화의 주요 원인이다. 고유의 유연성을 가지는 유기 고분자 막은 기체 분리막의 좋은 후보군 중 하나이며, 이 중 이산화탄소에 대한 높은 확산도를 가지고 있는 폴리디메틸실록산(PDMS)은 유망한 소재이다. 또한, 폴리비닐피롤리돈(PVP)은 이산화탄소에 대한 높은 용해도를 가지고 있는 고분자로 기체 분리막에 활용될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 용이한 조건에서 간단한 단일 반응 자유 라디칼 중합에 의하여 다양한 조성의 폴리디메틸실록산-폴리비닐피롤리돈(PDMS-PVP) 빗살 공중합체를 합성하였다. PDMS와 PVP로 합성된 공중합체는 FTIR을 통해 분석하였다. 고분자의 형태학 및 열적 특성은 TEM, TGA 및 DSC를 통하여 분석하였다. PDMS-PVP 빗살 공중합체를 다공성 폴리설폰 지지체 위에 코팅하여 복합막을 제조했으며, 제조한 복합막의 기체 투과 특성을 분석하였다. 그 결과 이산화탄소의 투과도 및 이산화탄소/질소 선택도가 각각 140.6 GPU 및 12.0에 도달하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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