Numerous factors contribute to the deterioration of reinforced concrete structures. Elevated temperatures significantly alter the composition of the concrete ingredients, consequently diminishing the concrete's strength properties. With the escalation of global CO2 levels, the carbonation of concrete structures has emerged as a critical challenge, substantially affecting concrete durability research. Assessing and predicting concrete degradation due to thermal effects and carbonation are crucial yet intricate tasks. To address this, multiple prediction models for concrete carbonation and compressive strength under thermal impact have been developed. This study employs seven machine learning algorithms—specifically, multiple linear regression, decision trees, random forest, support vector machines, k-nearest neighbors, artificial neural networks, and extreme gradient boosting algorithms—to formulate predictive models for concrete carbonation and thermal impact. Two distinct datasets, derived from reported experimental studies, were utilized for training these predictive models. Performance evaluation relied on metrics like root mean square error, mean square error, mean absolute error, and coefficient of determination. The optimization of hyperparameters was achieved through k-fold cross-validation and grid search techniques. The analytical outcomes demonstrate that neural networks and extreme gradient boosting algorithms outshine the remaining five machine learning approaches, showcasing outstanding predictive performance for concrete carbonation and thermal effect modeling.

PURPOSES : This paper presents the experimental results of tests conducted on concrete produced with air-cooled (AS) and water-cooled (WS) ground blast-furnace slag exposed to multi-deterioration environments of carbonation and scaling. METHODS : Carbonated and uncarbonated concrete specimens were regularly monitored according to the ASTM C 672 standard to evaluate the durability of concrete exposed to both scaling and combined carbonation and scaling conditions. Additionally, mechanical properties, such as compressive strength, flexural strength, and surface electric resistivity, were analyzed. RESULTS : It was found that concrete specimens produced with AS and WS had a beneficial effect on the mechanical properties because of the latent hydraulic properties of the AS and WS mineral admixtures. Moreover, carbonated concrete showed good scaling resistance in comparison to uncarbonated concrete, particularly for concrete produced with AS and WS. CONCLUSIONS : The improved scaling resistance of carbonated concrete showed that AS is a suitable option for binders used in cement concrete pavements subjected to combined carbonation and scaling.

본 연구에서는 건축폐기물로 분류되는 레미콘회수수를 재활용함과 동시에 지구온난화의 주범 인 CO2의 자원화를 위한 시스템의 공정최적화를 진행하였다. 레미콘회수수를 이용한 액상탄산화 반응에 서 가장 중요한 공정은 Ca2+를 용출하는 공정이다. 일정량의 레미콘회수수를 이용해 고순도의 CaCO3을 생성하기 위해 Ca2+ 용출시 질산에 의해 낮아지는 pH 농도를 기준으로 실험을 진행하였으며, CO2는 발전기 배기가스를 이용해 MEA용액에 포집하였다. 본 연구를 통해 1톤의 레미콘회수수에서 최대 11 kg의 CaCO3를 합성할 수 있었다. 생성된 CaCO3 분석결과 제지용으로 사용 가능한 것을 확인하였다.

본 연구에서는 이산화탄소 고정화에 있어 이산화탄소 전환을 위해 MEA를 이용한 습식화학흡 수법의 셔틀메카니즘을 도입하였다. 또한 알칼리 무기물질을 다량 함유한 산업부산물을 습식탄산화법을 이용해 처리하고자 하였다. 즉, 산업부산물의 화학적 처리를 통해 칼슘이온을 용출하였다. 산성물질을 이용한 용출상징수를 ICP로 분석한 결과, 칼슘이온이 최대 17,900 ppm(1.79%)을 확보하였다. 또한 MEA를 이용한 습식 흡수공정을 통해 상온, 상압조건의 이산화탄소 분위기에서 94%의 전환률을 얻었 다. 슬러지의 액상탄산화를 통해 슬러지 mg 당 0.175 mg의 이산화탄소를 고정하였으며, 최종생성물의 XRD 분석결과 일반적인 탄산칼슘의 결정구조인 calcite 형상을 확인하였다.

In this study, a liquid carbonation method was applied for producing precipitate calcium carbonate by liquid-liquid reaction. We recycled the recycling water of ready-mixed concrete, one of construction waste for use source of carbonate ion. A supernatant separated from the recycling water of ready-mixed concrete, as a result of ICP analysis of a cation, Ca²+ was contained up to 1100 ppm. We used MEA as a CO₂ absorbent for the liquid carbonation. A precipitate CaCO₃ was produced at more than MEA 20 wt%. The precipitate CaCO₃ as a final product was separated and dried. The result of XRD was confirmed the generation of CaCO₃ to calcite structure.

온실가스의 대기 방출에 기인된 지구온난화는 범세계적인 주요 문제로 다루어지고 있으며, 이에 대한 많은 대책 중의 하나로 광물탄산화가 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 다양한 조건에서 경량 기포콘크리트를 이용한 광물탄산화 실험을 수행하여 이들의 탄산화 재료로써의 가능성을 파악코자 하였다. 경량 기포콘 크리트는 광물탄산화의 주요성분인 CaO의 함량이 약 27wt.%에 달하여 탄산화를 위한 유망한 재료로 간주 할 수 있다. 이 함량 모두가 광물탄산화에 참여한다는 가정 하에 계산된 CaCO3 함량은 약 40wt.%이다. 경량 기포콘크리트로부터 광물탄산화 반응의 최적 조건은 단일상의 방해석이 형성된 고액비 0.01, 반응시간 180 분이며, 그리고 단일상 여부와 무관하게 즉 방해석과 바테라이트가 공존하는 경우, 고액비 0.06, 반응시간 180 분인 것으로 확인된다. 고액비 0.06이상인 경우, 방해석과 더불어 바테라이트가 공존하였으며, 이는 광물탄산화에 따라 초기에 형성된 바테라이트가 점차 방해석으로 상전이 된 데 반하여 후기에 형성된 바테라이트는 반응 종료 시까지 방해석으로 상전이 되지 못한데 원인이 있는 것으로 해석된다.

이산화탄소 농도가 높은 도심지의 경우 탄산화로 인한 철근부식이 발생하기 쉬우며 이는 콘크리트 구조물의 내구수명을 감소시킨다. 콘크리트 구조물의 경우 다양한 구속조건을 가지며 항상 외부의 재하하중을 받고 있다. 도입된 응력수준은 이산화탄소와 같은 유해인자의 확산을 변화시키며 탄산화 깊이의 변동성을 야기한다. 본 연구에서는 응력재하수준에 따른 탄산화 변동성을 정량화하였으며, 이를 이용하여 탄산화 예측식을 도출하였다. 내구성 설계인자인 피복두께, 이산화탄소 확산계수, 탄산화 반응 수화물, 그리고 외부 이산화탄소 농도를 확률 변수로 정의하였으며, MCS을 통하여 영향인자의 변동성에 따른 내구수명을 도출하였다. 또한 응력수준에 따라 변화하는 내구수명을 도출하였으며, 이를 결정론적인 방법의 결과와 비교하였다. 피복두께 및 내부 수화물 생성이 내구수명 변동성에 가장 큰 영향을 미쳤으며, 응력수준 을 고려한 내구수명평가는 유지관리 우선순위 설정에 합리적으로 적용할 수 있다.

온실 가스의 대부분을 차지하는 이산화 탄소는 시멘트 제조과정에서 많이 발생한다. 최근에 배출된 이산화 탄소를 활용하기 위한 방안으로 탄산화 양생 기법이 연구 중이다. 탄산화 양생은 굳지않은 콘크리트의 초기 강도 발현을 급속으로 증진 시킨다. 본 연구에선 탄산화 양생의 효율을 높이고 정량적으로 평가를 하였다. (1) 압력 챔버 내 시편에 이산화 탄소를 350 kPa로 가압하여 양생하는 방법, (2) 챔버 내 시편을 이산화 탄소 농도 20%와 상대습도 75±5%의 조건에서 양생하는 방법을 활용하였다. (1)번 양생 기법에서 이산화 탄소 압력 감소량을 모니터링하여 반응한 이산화 탄소 양을 정량적으로 평가하였다. 또한, 시편을 크기별로 달리하여 탄산화 양생이 미치는 영향을 평가하였다.

Carbonation of reinforced concrete is a major factor in the deterioration of reinforced concrete, and prediction of the resistance to carbonation is important in determining the durability life of reinforced concrete structures. In this study, basic research on the prediction of carbonation penetration depth of concrete using Deep Learning algorithm among artificial neural network theory was carried out. The data used in the experiment were analyzed by deep running algorithm by setting W/B, cement and blast furnace slag, fly ash content, relative humidity of the carbonated laboratory, temperature, CO2 concentration, Deep learning algorithms were used to study 60,000 times, and the analysis of the number of hidden layers was compared.

콘크리트에서 염소 이온과 같은 열화물질의 이동은 응력상태 및 재령의 증가에 기인한 공극구조에 따라 변화한다. 본 연구에서는 재령 28일, 91일, 그리고 365일 양생된 OPC 콘크리트의 압축 및 인장 하중조건을 고려하여 촉진탄산화 실험을 실시하였으며, 탄산화 거동을 평가하였다. KS F 2584에 의거하여 탄산화 속도계수를 도출하였는데, 하중을 고려하지 않을 경우 탄산화 속도계수는 재령 28일 대비 재령 91일은 50.0 % 수준으로, 재령 365일에서는 44.8 % 수준으로 감소하였다. 28일 재령 시, 하중의 영향으로 인해 인장재하영역에서는 103.9 ~ 108.8 % 수준으로 압축재하영역에서는 91.9 ~ 104.6 % 수준으로 변화하였다. 재령이 증가함에 따라 탄산화 속도는 크게 감소하였는데, 30 % 인장재하영역에서는 탄산화 속도계수가 1년 경과시 47.3 % 수준으로, 60 % 인장재하영역에서는 52.5 % 수준으로 감소하였으며 30 % 압축재하영역에서는 45.8 %로, 60 % 압축재하영역에서는 44.9 % 수준으로 감소하였다. 압축재하영역 30 %에서는 공극압밀로 인해 탄산화 속도계수가 감소하였으나 하중의 증가에 따라 압축재하영역 60 %에서는 미세균열의 영향으로 탄산화 속도계수가 증가하였다. 또한 인장재하영역은 압축부와는 다르게 탄산화 속도계수가 선형적으로 증가하는 경향을 나타내었다.

최근 산업 활동에 의해 발생하는 CO2에 대한 처리와 산업부산물에 대한 유효처리 및 자원화 방안이 시급히 요구되고 있다. 본 연구는 콘크리트 혼합재료로 활용이 가능한 산업부산물를 대상으로 탄산화 양생에 의한 건설재료로의 적용성 평가를 목적으로 한다. 이러한 목적을 위해 연구용 시멘트(research cement, RC), 고로슬래그 미분말(GGBFS) 및 유동층 보일러 애시(CFBC)를 대상으로 탄산화 양생에 의한 물리·화학적 변화를 비교 검토하였다. 페이스트 내부의 미세조직 변화를 살펴보기 위해 XRD, SEM 분석을 수행하였다. 실험결과 탄산화 양생을 통해 생성된 반응 생성물인 탄산칼슘은 페이스트 내부의 공간을 채우며 밀도가 높은 미세 구조를 형성함을 확인하였다. 또한, CO2 양생시간이 길어짐에 따라 탄산칼슘 결정이 함께 성장하여 밀실한 미세구조를 이루는 것을 확인하였다.

This study assesses greenhouse gas evolution from construction-material manufacturing facilities and estimates the potential reduction of these gases via the future massive sequestration of carbon dioxide. The scope of the evaluation specifically targets the global-warming potential in terms of kg-CO2 equivalent/tonnage industrial waste. Life cycle assessment (LCA) is a method to quantitatively analyze the input and output of a specific material resource during its life cycle from raw-material acquisition to final disposal as well as its environmental effect(s). LCA comprises four steps: its objective and definition of the scope, the entire life-cycle analysis list, an evaluation of its effects, and life-cycle analysis. The annual inflow of petro-ash reaches 300,000 tons, and this material is transported via screw-driving systems. The composition of the petro-ash is 1.2% volatile compounds, 6.8% fixed carbon and 92% ash contents. A total of 38,181,891 Nm3/yr of carbon dioxide is sequestrated, which is equivalent to 75,000 tons per annum and 304.5 kg/ton of petro-ash waste, with 250 kg/ton of the latter sequestrated as calcium carbonate. The final analysis on the effect of one ton of petro ash in construction materials showed 27.6 kg-CO2 eq emission. According to the final LCA analysis, only 27.6 kg-CO2 eq/ton was emitted by the petro-ash that was used in construction materials if CO2 fixation during carbonate mineralization was considered, where -250 kg-CO2 eq/ton positively contributed to the LCA. In the future, commercial-scale process modification via the realization of continuous processes and the more efficient reduction of carbon dioxide is anticipated.

본 연구에서는 탄소 포집 물질인 γ-C2S를 함유하고 있는 Stainless Steel Slag AOD를 포함한 시멘트 페이스트의 역학적 및 미세구조 변화를 연구하였다. γ-C2S는 비수경성이며 그러므로 물과 반응하지 않는다. 그러나 γ-C2S는 물에 의한 탄산화 양생조건에서 반응성을 가지고 있다. 그 반응은 페이스트 안의 공극을 치밀하게 형성하기 때문에 STS-A를 사용한 시멘트 페이스트의 공극구조는 탄산화 (CO2 농도는 약 5%)후에 수은압입시험에 의해 측정될 수 있다. 또한 Fractal 특성은 시멘트 페이스트의 미세구조변화는 탄산화 영향에 대하여 연구하였다. 그 결과로부터 STS-A를 포함하는 탄산화 시멘트 페이스트는 강도가 증가하였고 공극구조는 더 치밀해졌다.

This study is to investigate and analyze the correlation of carbonation according to strength of concrete members for bridge in marine enviroment. Also depth of carbonation according to age for 100 years is estimated by carbonation rate coefficient. As a result of the measurement, it was found that the depth of carbonation decreases with increasing strength. This is because it is considered that water-cement ratio and amount of unit cement are influenced by the concrete mixing. Also, It is anticipated that rebar corrosion due to carbonation will not occur in concrete members.

The old electric transmission tunnel over thirty years old in northern Seoul is operated with Ttukdo substation as its starting point and 41km-length since March, 1980, and the trend is an icrease in embedded electric power structures over thirty years old beyond sixty kilometers. If the corrosion occur in reinforced concrete structures, it is considered as the important factor among deterioration factors .By examing the seventy-two cases of concrete carbonation and covering depth in order to analyze the concrete carbonation of electric power structures over thirth years old in Gangbuk-gu, this paper atempts to analyze carbonation coefficient, remaning service life, and concrete carbonation of old embedded electric power structures for reference to predict the concrete carbonation progress.

This paper presents an image processing technique to detect carbonation region of concrete using a silhouette coefficient. From the test results, it was exhibited that the developed technique provided accurate detection of carbonation region of concrete.

간접 탄산화(indirect method) 및 양이온 공급원으로 사문암(serpentinite)을 이용하여 광물탄산화 연구를 수행하였다. 이산화탄소와 사문암 내 알칼리 토금속(칼슘과 마그네슘)의 탄산화 반응을 통해 고 순도의 탄산칼슘과 탄산마그네슘을 합성할 수 있었다. 마그네슘 추출을 위해 황산암모늄을 사용하였고 Mg 추출률 향상을 위해 황산암모늄 농도, 반응온도 및 사문암과 추출 용매의 비(고액비) 등 여러 반응 변수를 검토하였다. 본 연구로부터 2 M 황산암모늄을 사용하여 300℃ 반응온도에서 고액비(5 g/66 mL) 실험을 진행한 경우 약 80 wt% 이상의 Mg를 얻을 수 있었다. Mg 추출률은 추출 용매 농도 및 반 응온도와 비례하여 증가하였다. 사문암의 Mg 추출 과정에서 얻어진 암모니아(NH3)는 회수하여 탄산화 과정에서 필요한 pH 복원제(pH swing agent)로 활용하였다. 본 연구를 통해 약 1.78 M 암모니아를 회 수할 수 있었고 지구화학 모델링을 통해 사문암의 Mg 추출 과정의 핵심 단계를 해석하고자 하였다.

The main cause of corrosion in reinforced concrete is diffusion of degradation factors such as chloride ions, carbon dioxide, and sulfate ions. To monitor the extent of the corrosion in reinforced concrete, it is necessary to recognize and track the diffusion of degradation factors. In this paper, we suggest thin-film iron sensorto measure the penetration of chloride ions. The sensor indicates results as electrical resistance and change in electrical resistance. The sensor and contact pad are connected by an anisotropic conducting film (ACF) bonding in order to reduce the influence of the contact electrical resistance. The sensor’s electrical resistance increases with corrosive behavior and external chloride ion concentration. Use of these thin-film iron sensors enables measurement and monitoring of the depth of chloride ion diffusion in concrete.

In this paper, Results of mock-up test for mitigating carbonation of high volume mineral admixture concrete by spreading waste cooking oil. Concrete incorporating 60% of BS and 30% of FA with the size of 900×600×200 are discussed. Denatured Silicate paint is also applied to compare the performance. Test results indicate that the application of ERCO and DSP enhance carbonation resistance.