해양 환경에서 칼슘 설포알루미네이트 기반 재료의 염소 이온 확산에 대한 염소 결합 및 황산 이온 공격의 영향

해양 환경에서 철근 콘크리트의 염소 이온 확산은 물리적 또는 기계적 특성과 내구성에 영향을 미친다. 황산 이온은 물리적 및 화학적 반응을 통해 팽창 생성물을 생성함으로써 염소 이온의 확산에도 영향을 준다. 염소 결합 및 황산 이온 공격이 염소 이온 확산에 미치는 영향을 추가 연구함으로써 콘크리트 고장 메커니즘에 대한 이해를 더욱 심화시킬 것이다. 본 논문에서는 칼슘 설포알루미네이트(CSA) 시멘트를 기반으로 한 사분제 조합을 준비하였고, 인공 해수에서 다양한 염 농도로 실험실 침수 테스트를 수행했다. 초기에는 서로 다른 부식 나이와 염 농도에서 염소 이온 농도 측정 및 XRD 테스트가 수행되었다. 이후 CSA 기반 재료의 염소 결합 특성은 염소 이온 농도 및 수화 생성물의 상 분석을 통해 정량화되었다. 한편, 염소 이온 확산에 대한 황산 이온의 부식 효과는 팽창성 수화 생성물의 함량에 따라 결정되었다. 또한, 수치 시뮬레이션을 이용하여 황산 이온 부식, 염소 결합 및 이들의 결합 효과가 염소 이온 확산에 미치는 영향을 평가하고, 결과를 자유 염소 이온 농도(Cf)와 비교하였다. 결과는 CSA 기반 재료에서 총 염소 이온 농도(Ct)가 해수의 염 농도가 증가함에 따라 선형 관계를 나타낸다는 것을 보여준다. 한편, 결합 염소 이온 농도(Cb)는 로그 성장 패턴을 따른다. 결합 염소 이온 비율은 인공 해수에서 염소 이온 농도가 증가함에 따라 선형적으로 감소한다. 또한, Cf와 Cb 또는 Ct 간의 관계는 CSA 기반 재료에 대한 서로 다른 등온 흡착 모델을 사용하여 설명할 수 있다. 이러한 모델 중에서 Langmuir 모델은 Cf와 Cb 간의 관계를 특성화하는 데 적합하며, Freundlich 모델은 Cf와 Ct 간의 관계를 설명하는 데 적합하다. 더 나아가, 황산 이온 공격과 염소 결합이 CSA 기반 재료에서 짧은 부식 나이와 낮은 염소 이온 농도에서 염소 이온 확산에 거의 동일한 영향을 미친다는 점은 주목할 만하다. 그러나 시간 경과에 따른 황산 이온의 부식적 영향은 점차적으로 부식 진행의 주요 요인으로 진화하며 해수 염 농도의 증가와 관련이 있다.