This paper estimates theoretically the diffusion-reaction behaviour of sulfate ion in concrete caused by environmental sulfate attack. Based on Fick's second law and chemical reaction kinetics, a nonlinear and nonsteady diffusion-reaction equation of sulfate ion in concrete, in which the variable diffusion coefficient and the chemical reactions depleting sulfate ion concentration in concrete are considered, is proposed. The finite difference method is utilized to solve the diffusion-reaction equation of sulfate ion in concrete, and then it is used to simulate the diffusion-reaction process and the concentration distribution of sulfate ion in concrete. Afterwards, the experiments for measuring the sulfate ion concentration in concrete are carried out by using EDTA method to verify the proposal model, and results show that the proposed model is basically in agreement with the experimental results. Finally, Numerical example has been completed to investigate the diffusion-reaction behavior of sulfate ion in the concrete plate specimen immersed into sulfate solution.
Mutual diffusion coefficients of choline chloride were determined by using the diaphragm cell method in aqueous solutions of chondroitin sulfate A at $25^{\circ}C$. The diffusion coefficients of choline chloride in 0.1g/100ml, 0.5g/100ml and 1g/100ml respectively of chondroitin sulfate solutions were compared with those of binary systems of water-choline chloride. At low concentrations, the diffusion coefficients of the choline chloride in the presence of chondroitin sulfate were significantly smaller than the values obtained in the absence of chondroitin sulfate, indicating a strong interaction between these solutes. The effect of this interaction on the diffusion of choline ion is largest at higher chondroitin sulfate concentrations and at lower choline chloride concentrations. The influence of chondroitin sulfate is overcome at higher choline chloride concentrations. Self-diffusion coefficients of choline ion in the presence of chondroitin sulfate are also obtained. Excellent agreements were obtained between the experimental data and the calculated values obtained by using the Manning's equations. These observations suggest that the interaction between choline chloride and chondroitin sulfate involves primarily a long range electrostatic effect and there is no appreciable "condensation" or binding of choline ion to the chondroitin sulfate.
The paper considers a theoretical model to study sulfate ion diffusion in saturated porous media - cement based mineral composites, accounting for simultaneous effects, such as filling micro-capillaries (pores) with ions and chemical products and liquid push out of them. Pore volume change and its effect on the distribution of ion concentration within the specimen are investigated. Relations for the distribution of the capillary relative radius and volume within the composite under consideration are found. The numerical algorithm used is further completed to consider capillary size change and the effects accompanying sulfate ion diffusion. Ion distribution within the cross section and volume of specimens fabricated from mineral composites is numerically studied, accounting for the change of material capillary size and volume. Characteristic cases of 2D and 3D diffusion are analyzed. The results found can be used to both assess the sulfate corrosion in saturated systems and predict changes occurring in the pore structure of the composite as a result of sulfate ion diffusion.
The paper considers a theoretical model for the study of the process of transfer of sulfate ions in saturated porous media - mineral composites. In its turn, the model treats diffusion of sulfate ions into cement based composites, accounting for simultaneous effects such as filling of micro-capillaries with ions and chemical products and liquid push out of them. The proposed numerical algorithm enables one to account for those simultaneous effects, as well as to model the diffusive behavior of separate sections of the considered volume, such as inert fillers. The cases studied illustrate the capabilities of the proposed model and those of the algorithm developed to study diffusion, considering the specimen complex configuration. Computations show that the theoretical assumptions enable one to qualitatively estimate the experimental evidence and the capabilities of the studied composite. The results found can be used to both assess the sulfate corrosion in saturated systems and predict and estimate damage of structures built of cement-based mineral composites.
This study aimed to develop models of sulfate diffusion and ettringite content profile in cement paste for the predication of the damage behavior in cement paste subject to external sulfate. In the models, multiphase reaction equilibrium between ions in pore solution and solid calcium aluminates phases and the microstructure changes in different positions of cement paste were taken into account. The distributions of expansive volume strain and expansion stress in cement paste were calculated based on the ettringite content profile model. In addition, more sulfate diffusion tests and SEM analyses were determined to verify the reliability and veracity of the models. As the results shown, there was a good correlation between the numerical simulation results and experimental evidences. The results indicated that the water to cement ratio (w/c) had a significant influence on the diffusion of sulfate ions, ettringite concentration profile and expansion properties in cement paste specimens. The cracking points caused by ettringite growth in cement paste specimens were predicted through numerical methods. According to the simulation results, the fracture of cement paste would be accelerated when the specimens were prepared with higher w/c or when they were exposed to sulfate solution with higher concentration.
대한전자공학회 2001년도 The 6th International Symposium of East Asian Resources Recycling Technology
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pp.508-513
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2001
Recently, ground granulated blast-furnace slag (GGBFS) has been increasingly used as additive for concrete. Many researchers reported that concrete using GGBFS had a better resistance under severe environments, such as marine or sulfate-rich soils, than Portland type cement concrete. The aim, therefore, of this study is to evaluate on the effectiveness of concrete using GGBFS when the concrete exposes to sulfate-rich environment. The detailed items for experiments show 2 series consisted of sulfate immersion test with mortar and sulfate diffusion test with concrete. The sulfate immersion test was performed for 400 days and contained reduction of compressive strength, length change and XRD analysis. For sulfate diffusion test, sulfate ions diffusivity was calculated on tile consideration of electrochemical theory by the diffusion cell test. As the results of this study, it was found that the concrete using GGBFS as additive was superior to portland type cement concrete. Consequently, the use of concrete with GGBFS for recycling may expect the durable and economical benefits.
Hyun-Sub, Yoon;Keun-Hyeok, Yang;Nguyen, Van Tuan;Seung-Jun, Kwon
Computers and Concrete
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제30권6호
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pp.409-419
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2022
The purpose of this study is to examine the effectiveness of biological repairing mortars on restoring the structural performance of a sewage culvert deteriorated by sulfate attack. The biological mortars were developed for protecting concrete structures exposed to sulfate attack based on the block membrane action of the bacterial glycocalyx. The diffusion coefficient of sulfate ions in the biological mortars was determined from the natural diffusion cell tests. The effect of sulfate-attack-induced concrete deterioration on the structural performance of culverts was examined by using the moment-curvature relationship predicted based on the nonlinear section lamina approach considering the sulfuric-acid-induced degradation of the structure. Typical analytical assessments showed that biological mortars were quite effective in increasing the sulfate-resistant service life of sewage culverts.
The effect of copper sulfate/thiourea on the diffusion and the dye exhaustion of two dyes, C. I. Acid Orange 7 and C. I. Food Yellow 3 in nylon 6 fiber has been studied. The results obtained from the experimetal are as follows : 1) Copper sulfate reacted with thiourea at constant temperature and then generated the colorless trasparent coordination compound, and then combinated end group of carboxyl of nylon 6 fiber. 2) The coordination compound [$Cu_{2}$($TU_{6}$)] ($(SO_{4})_2$) is conducted at pH 5-6 in solution intensity and repulsed the sulfonic acid group of dyes, and therefore the diffusion of dyes is restraint. 3) Dye uptake and diffusion coefficient were decreased in the order of untreated > copper sulfate/thiourea-treated > tannin-treated.
Hen egg white Iysozyme과 equine serum albumin을 모델 단백질로 하여 'heterogeneous' vapor diffusion실험을 수행하였다. 즉, droplet과 reseroir용액에 각각 다른 침전제를 사용하여 vapor diffusion에 의하여 평형에 이르도록 하였다. 실험 결과는 NSI 혹은 ammonium sulfate 대신 polyethylene glycol이 reservoir 용액에 포함되므로써 droplet과 reservoir 용액 사이의 평형 속도가 감소되는 것을 보여 주었다. Heterogeneous vapor diffusion 법을 통하여 reservoir용액에 포함된 이온성 염과 비이온성 침전제의 양을 적절히 조절하여 평형속도를 조절할 수 있음을 보였다.
황산염에 의한 원전 콘크리트 구조물의 침식을 예측하기 위하여 경과시간에 따른 팽창응력, 확산계수 등을 종합적으로 고려할 수 있는 Mechanistic 모델을 적용하였다. 적용배합은 원전 구조물 건설에 사용되었던 설계기준강도 385, 280 및 $210kgf/cm^2$의 3종으로 하였으며, 1종과 5종 포틀랜드시멘트를 시용하였다. 또한 시멘트 종류 및 설계기준강도별 로 1년간 10% 황산나트륨 용액에서 침지실험을 실시하여 각 배합별 확산계수 및 압축강도를 구하였으며, 그 결과를 예측모델식에 사용하여 원전 콘크리트 구조물의 황산염 침식을 예측하였다. 대상 배합의 황산염 확산계수는 $0.5763{\sim}3.9002{\times}10^{-12}m^2/sec.$였으며, 원전 콘크리트 구조물의 황산염 침식속도는 0.1~7.1 mm/year로 예측되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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