최근 세계적으로 탄소포집 및저장(CCS, carbon capture and storage)기술에 대한 연구가 많이 수 행되고 있다. 이번 연구는 폐시멘트 미분을 이산화탄소를 포집하는 광물탄산화(mineral carbonation)의 효율적인 재료로 활용하기 위한 연구의 일환으로 수행하였다. 0.15 mm 미만으로 체가름된 시멘트 풀 (W:C = 6:4)과 200 ㎖ 용액을 포함하는 반응용기에 순도 99%의 CO2 가스를 주입하는 직접수성탄산화 실험을 수행하고, 두 종류 첨가제(NaCl, MgCl2)의 탄산화에의 영향을 분석하였다. 특히, 첨가제의 종류 와 pH변화에 따른 탄산화 과정, 생성되는 탄산염광물의 종류와 특성에 대하여 자세히 연구하였다. 직접수성탄산화 실험 결과 pH는 CO2의 주입으로 지속적으로 감소하였다. Ca2+ 이온 농도는 MgCl2가 첨가제로 활용한 경우에는 지속적으로 감소하였지만 MgCl2를 첨가하지 않은 경우에는 감소하다가 pH 가 낮아짐에 따라 생성된 탄산염광물의 용해로 다시 증가하는 경향을 보였다. 생성물질에 대한 X-선 회절분석 결과, MgCl2를 첨가하지 않은 경우에는 방해석이 우세하게 나타났고, MgCl2를 첨가제로 활용 한 경우에는 Mg2+ 이온의 영향으로 아라고나이트가 우세하게 나타났다. 또한 pH 단계별 직접수성탄산 화 실험결과, MgCl2를 첨가하지 않은 경우에는 pH가 높은 실험 초기에 나타난 바테라이트는 pH가 낮 아질수록 결정도가 좋은 방해석으로 전환되는 것을 확인하였고, MgCl2를 첨가제로 활용한 경우에는 pH가 낮아질수록 방해석의 함량은 감소하고 아라고나이트의 함량이 증가하는 것을 알 수 있었다.

Carbonation is one of the most critical deterioration phenomena to concrete structures exposed to high CO2 concentration, sheltered from rain. Lots of researches have been performed on evaluation of carbonation depth and changes in hydrate compositions, however carbonation modeling is limitedly carried out due to complicated carbonic reaction and diffusion coefficient. This study presents a simplified carbonation model considering diffusion coefficient, solubility of Ca(OH)2, porosity reduction, and carbonic reaction rate for low concentration. For verification, accelerated carbonation test with varying temperature and MIP (Mercury Intrusion Porosimetry) test are carried out, and carbonation depths are compared with those from the previous and the proposed model. Field data with low CO2 concentration is compared with those from the proposed model. The proposed model shows very reasonable results like carbonation depth and consuming Ca(OH)2 through reduced diffusion coefficient and porosity compared with the previous model.

최근 전력 전송을 위해 지하에 건설되는 전력구 구조물이 증가함에 따라, 이러한 구조물의 수명 연장은 매우 중요한 문제로 대두되고 있다. 현재까지의 현장 및 실험결과들은 콘크리트 내부의 철근이 콘크리트 피복의 탄산화 현상에 의해 부식될 수 있음을 보이고 있으며,이러한 탄산화에 의한 철근의 부식은 구조물 주변의 높은 이산화탄소 농도에 의해 빈번히 발생할 가능성을 내포하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 실제 전력구 현장에서의 철근 깊이와 탄산화 깊이를 측정한 결과를 바탕으로 우리나라의 전력구 콘크리트 구조물에 대한 탄산화위험도를 평가하였다. 현장 데이터를 기반으로 철근 주변에서의 탄산화에 의한 전력구의 사용수명을 평가하였으며, 이를 위해 확률론적 방법인 몬테카를로 기법을 적용하였다. 또한 균열을 유발한 시험체에 대한 탄산화 촉진 실험을 수행하여, 그 실험결과를 바탕으로 균열을 고려한 경우의 전력구의 사용수명을 수치적으로 평가하고 분석하였다.

전기저항은 콘크리트의 내구성을 판단하기 위하여 빠르고 간단히 측정하여 활용될 수 있으나, 탄산화가 진행되면 콘크리트의 미세구조가 크게 변화하기 때문에 측정의 오차를 초래한다. 본 연구의 목적은 콘크리트의 탄산화가 전기저항에 미치는 영향을 분석하고 정량화 하는데 있다. 다양한 물시멘트비 조건에서 시험편을제조하여 330일동안 탄산화 촉진을 시키면서 전기저항의 변화율을 고찰하였다. 탄산화된 콘크리트에서 전기저항 측정치가 높은 것으로 나타났으며, 이러한 경향은 탄산화가 진행됨에 따라 더욱 뚜렷한 경향을 보였다. 전기저항과 탄산화깊이와의 상관관계를 도출하였으며, 기중상태 대비 탄산화된 콘크리트의 전기저항 비율은 일정한 탄산화깊이까지는 급격히 낮아지는 경향을 보였으나, 포화상태 대비 탄산화된 콘크리트의 전기비율은 탄산화 깊이와 선형관계를 보였다. 본 연구를 토대로 탄산화로 인하여 전기저항치의 측정오차를 보정할 수 있는데 실질적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

서울지역 28개 지하구조물에 대한 정밀안전진단 결과를 활용하여 제안된 균열집중구간 및 탄산화 기반 한계상태함수를 산정하여 우선적인 보수구간을 선별하고자 하였다. 상태평가를 위해 분할된 503개 쉬트에 대한 균열밀도는 로그정규분포, 탄산화 및 피복은 정규분포의 현장조사 결과를 얻었다. 각 구간별 실시한 강도, 초음파속도, CO2농도, 철근부식도, 염화물함유량 등을 고려할 수 있도록 환경지수를 도입하여 합리적인 보수 우선순위를 제안하고자 하였다.

Reinforced concrete structures are deteriorated in a few decades due to various causes, such as carbonation. Therefore it is important to evaluate the accurate carbonation depth in order to secure the durability of the structure. In this paper, carbonation depth by drilling excavation and splitting core sample are compared. Also, the procedure for estimating the appropriate repair zone is proposed, with the result of carbonation depth and steel bar detection.

In this study, an accelerated carbonation process was applied to stabilize hazardous heavy metals of industrial solid waste incineration (ISWI) bottom ash and fly ash, and to reduce CO2 emissions. The most commonly used method to stabilize heavy metals is accelerated carbonation using a high water-to-solid ratio including oxidation and carbonation reactions as well as neutralization of the pH, dissolution, and precipitation and sorption. This process has been recognized as having a significant effect on the leaching of heavy metals in alkaline materials such as ISWI ash. The accelerated carbonation process with CO2 absorption was investigated to confirm the leaching behavior of heavy metals contained in ISWI ash including fly and bottom ash. Only the temperature of the chamber at atmospheric pressure was varied and the CO2 concentration was kept constant at 99% while the water-to-solid ratio (L/S) was set at 0.3 and 3.0 dm3/kg. In the result, the concentration of leached heavy metals and pH value decreased with increasing carbonation reaction time whereas the bottom ash showed no effect. The mechanism of heavy metal stabilization is supported by two findings during the carbonation reaction. First, the carbonation reaction is sufficient to decrease the pH and to form an insoluble heavy metal-material that contributes to a reduction of the leaching. Second, the adsorbent compound in the bottom ash controls the leaching of heavy metals; the calcite formed by the carbonation reaction has high affinity of heavy metals. In addition, approximately 5 kg/ton and 27 kg/ton CO2 were sequestrated in ISWI bottom ash and fly ash after the carbonation reaction, respectively.

On this study, carbonation rate and W/C ratio were estimated by collecting actual data of each carbonation depth and compression strength from inner wall, outer wall, stair hall, and balcony floor of certain remodeling apartments. Through above tests, this study can be reference data of the method of life time prediction for the apartments that subject to remodel.

The purpose of this study is to examine the effect of crack and water cement ratio on concrete carbonation. The influence factors of concrete carbonation were verified through the laboratory experiments considering crack width and depth of concrete. From this study, a method for evaluating of concrete carbonation with crack is suggested.

In this study, it was evaluated the carbonation properties of concrete by replacement of the flyash after it was ground by vibration mill and was modified chemically. Also, it was compared to 1day, 3day, 7day, 28day and 56day-strength of the concrete, respectively.

Chloride adsorption is very ambiguous in the mechanisms of deterioration of concrete exposed to marine environment. Author suggested that chloride adsorption with cement hydrates depends on pH value of pore solution. However, adsorbed chloride ions can be dissolved in concrete under the combined deterioration environment of carbonation and chloride penetration. In the condition, the most crucial issue is the amount of dissolved chloride ions in cement paste due to carbonation. In this study, dynamics experiment was designed to quantify the effect of CaCO3 on chloride adsorption. Based on the experiment results, the final goal of this study is to develop integrated system for predicting chloride adsorption /desorption behaviors.

In this paper, analysis on chloride content and carbonation of concrete members in highway bridge is realized. As a result, it is considered that the amount of snowfall, de-icing salt, freeze and thaw affect chloride content, and concrete members with respect to carbonation in highway bridge are safety at least for now

The amount of municipal solid waste (MSW) is steadily increasing leading to an urgent need for the effective treatment of these wastes. Incineration is one of the methods for the treatment of these solid wastes. The bottom ashes produced from the incineration process are very unstable at standard atmospheric conditions, so there is need for process to alleviate the ash problems. In this study, the bottom ashes were first converted into the slurry form and then the slurry was made to react with CO2 to produce the carbonates. This carbonate process by using bottom ashes and carbon dioxide will be source recovery technology from waste material and, moreover, will also help to reduce the amount of CO2 emissions. The aim of this study was to determine the optimum conditions for the precipitation of CaCO3 using Aspen plus modeling program. The temperature and pressure for the precipitation of CaCO3 process were varied 25 to 500oC and 1.05 bar to 90bar, respectively. For producing the slurry, the optimum ratio of H2O to calcium oxide was determined to be 10 : 1. And the optimum precipitating conditions for calcium carbonate process system were found to be at 35 bar - 210oC.

This study investigates the effect of surface coating materials on the level of resistance of concrete carbonation. For the surface coating materials, paint (Pa), waste cooking oil (WCO) and waste cooking oil + paint (WCO + Pa) were prepared and applied on the surface of concrete specimens after exposure to accelerated carbonation environment for four weeks.

박스형 전력구와 같은 지하구조물의 건설은 점점 증가하고 있는 추세이며, 지상구조물에 비해 보수 및 재시공이 어려운 지하구조물의 수명 연장은 매우 중요한 문제로 대두되고 있다. 콘크리트 구조물에서 이산화탄소에 노출된 환경에서 발생하는 탄산화는 콘크리트 내부의 철근을 부식시켜 수명을 저하시키는 요인이 된다. 이 연구에서는 도심지의 두 박스형 전력구에 대한 탄산화 깊이를 측정하여 탄산화에 의한 내구성을 평가하고, 탄산화 측정결과를 바탕으로 몬테카를로 시뮬레이션 기법을 통해 철근의 부식시기를 예측하였다. 탄산화에 의한 기존 도심지의 두 박스형 전력구의 사용수명은 250년 이상으로 예측되었다.

The purpose of this study is to investigate the carbonation resistance of building coating materials applied to the mortar or concrete substrate including their cracked zone. The testing parameters for this experiment were the three crack widths in the substrate including non-crack, and two types of the coating materials.

본 논문에서는 탄산화 콘크리트 구조물의 내구성을 예측하기 위한 새로운 접근 방법을 제시하였다. 제시된 예측 방법은, 새로운 계측 데이터가 있을 때 베이스 이론에 근거하여 지속적인 업데이팅이 가능하며 모델 매개변수의 확률론적인 특성이 고려된다. 탄산화 내구성 해석 모델의 절차는 라틴 하이퍼큐브 샘플 추출법(LHS)으로 간단하게 정리되고, 이를 통해 얻는 표본으로 결정된다. 이 방법은 콘크리트 구조물의 설계에 유용하게 사용될 수 있으며, 모니터링을 통한 콘크리트 구조물의 잔존수명을 예측할 수 있다. 본 논문에서 사전예측치는 탄산화에 노출된 국내 콘크리트 구조물 데이터(3700개 시편)를 이용하여 콘크리트 탄산계수의 확률 특성을 고려하여 나타내었으며, 우도함수는 현장 모니터링 데이터를 이용하였으며 사후예측치는 사전예측치와 우도함수를 조합하여 나타내었다. 또한, 몬테 카를로 시뮬레이션(MCS)과 LHS의 비교를 통하여 본 논문에서 수행된 LHS를 이용한 샘플링기법이 보다 효율적인 시뮬레이션 수행이 가능함을 확인하였다.

탄산화는 콘크리트 내부의 알칼리성 수화생성물과 대기 중의 탄산가스가 반응하는 것을 의미하며, 탄산화에 의한 철근부식은 철근 콘크리트의 내구성을 저하시키는 주요원인 중의 하나이다. 본 논문에서는 국내에서 광범위하게 시공된 교량구조물에 대한 실태조사를 이용하여 교량구조물이 위치한 환경에 따른 탄산화의 영향을 파악하였다. 또한 계측결과들을 바탕으로 탄산화에 의한 구조물의 내구적 파괴확률을 신뢰성 이론을 기반으로 하여 분석하고, 국내 시방서에서 제시하는 목표파괴확률을 기준으로 대상구조물의 내구수명을 평가하였다. 현장실험결과를 토대로 한 탄산화의 분석결과 교량의 사용년수가 증가함에 따라 탄산화깊이는 증가함을 보였으며, 교량구조물의 탄산화 속도 분석결과 하천교량에 비하여 도심지 및 해상 교량의 탄산화 속도가 1.6-1.9배 빠르게 나타났다. 또한, 교량구조물의 내구수명을 파악한 결과 하천 교량에 비하여 도심지 및 해상 교량의 내구수명은 약 2.4-3.3배 적게 나타났다.

철근콘크리트의 내구성을 저하시키는 주요 원인중의 하나는 콘크리트 탄산화로 인하여 철근이 부식되는 것이다. 탄산화속도는 구조물이 위치한 환경의 이산화탄소 농도, 콘크리트 품질, 구조물의 형상 등에 의해 영향을 받게 되는데 특히, 도심지 콘크리트 구조물의 탄산화에 대한 문제가 증가되고 있다. 본 논문에서는 국내에서 광범위하게 시공된 교량구조물에 대한 실태조사를 이용하여 탄산화가 교량구조물에 미치는 영향을 파악하였다. 또한 계측결과들을 바탕으로 탄산화에 의한 구조물의 내구적 파괴확률을 신뢰성 이론을 기반으로 하여 분석하였다. 도심지 환경에 따른 탄산화의 분석결과 콘크리트 강도가 증가함에 따라 탄산화 속도가 감소하고, 교량의 사용년수가 증가함에 따라 탄산화깊이는 증가함을 보였다. 또한 신뢰성이론을 기반으로 도심지 교량의 내구적 파괴확률을 분석한 결과, 대부분의 경우 내구적 파괴확률이 10%이상으로 분석되었고, 목표내구수명을 만족하기 위해 최소 피복두께가 70-80mm이상 확보되어야 할 것으로 분석되었다.

일반적으로 일반대기중의 CO2 농도는 낮기 때문에 자연상태에서는 중성화정도는 매우 느리게 된다. 따라서 콘크리트의 중성화 정도를 평가하기 위해서는 일반적으로 진행속도를 빠르게 하기 위하여 촉진 시험조건하에서 진행하게 된다. 따라서 본 논문은 CO2의 확산 및 Ca(OH)2와의 반응을 바탕으로한 수학적 모델을 통하여 일반대기환경하에서의 콘크리트 중성화 진행을 예측하고자 한다. 이를 위하여 본 논문에서는 촉진 중성화시험을 통하여 얻어진 실험치와 가장 유사한 CO2 확산계수를 채택하여 일반대기환경에서의 중성화진행을 예측하고자 하였다. 그 결과 CO2 확산계수를 이용한 수학적 모델을 통하여 마감재 종류에 관계없이 일반대기환경에서의 콘크리트 중성화진행속도를 예측할 수 있었다.