Chloride Ion Binding Capacity of Portland Cement-based Binder Incorporating Anion Exchange Resin or Calcium Dialuminate

Abstract

This paper investigates the chloride ion binding capacity of Portland cement-based binders incorporating anion exchange resin (AER) or calcium dialuminate (CA2). The chloride ion binding capacity of the cement composites immersed in NaCl solutions was measured using X-ray imaging techniques or the water-soluble chloride extraction method. The AER could reach the maximum chloride ion binding capacity within 1-2 hours in the Ca(OH)2 solutions. It showed no change in its phase physicochemically in the cement composites and approximately 1.8-3.6 times higher chloride ion binding capacity than the Portland cement binders around it. Significantly, the AER could adsorb the diffused chloride ion in the cement composites faster than the cement binders around it. Unlike AER, CA2 in Portland cement-based binders dissolved and contributed to generating layered double hydroxides. The layered double hydroxides such as AFm phases could improve the chloride binding capacity of the Portland cement-based binders. Replacing Portland cement with 15% alumina cement containing CA2 can enhance Portland cement-based binders' chloride ion binding capacity by approximately three times higher. In the chloride natural diffusion test according to NT Build 443 standard, it could be confirmed that the pore distribution characteristics of the cement binder could affect the chloride ion binding process as well as chloride diffusion in the cement composites.|본 연구에서는 음이온 교환 수지 또는 이알루민산 칼슘이 혼입된 포틀랜드 시멘트 결합재의 염소이온 고정 능력에 대한 평가 및 분석을 실시하였다. 상기 포틀랜드 시멘트 결합재의 염소이온 고정 능력은 염화나트륨 (NaCl) 수용액에서 침지된 실험체가 고정한 염소이온의 양을 측정하여 평가하였고, 염소이온 고정량은 X-ray 분석기술 또는 수용성 염화물 측정법을 이용하여 측정하였다. 음이온 교환 수지는 1-2시간 이내에 최대 염소이온 고정능력에 도달할 수 있었고, 시멘트 결합재 내에서도 교환수지는 주변의 시멘트 결합재보다 약 1.8-3.6배 정도 높은 염소이온 고정성능을 보여주었다. 특히, 음이온 교환 수지는 포틀랜드 시멘트 결합재 내부로 침투하는 염소이온을 시멘트 결합재 보다 빠르게 고정할 수 있었다. 시멘트 결합재 내에 혼입될 시 상태 변화가 없는 음이온 교환 수지와 달리, 이알루민산 칼슘은 시멘트 결합재 내에서 용해되어 층상 구조의 이중 수산화물인 AFm 상을 형성을 촉진하였다. 이렇게 생성된 층상 이중 수산화물은 포틀랜드 시멘트 결합재의 염소이온 고정 능력 향상에 기여를 하였고, 이알루민산 칼슘을 포함한 알루미나 시멘트가 포틀랜드 시멘트의 15% 치환된 결합재는 일반 포틀랜드 시멘트 결합재보다 약 3배 이상의 높은 염소이온 고정능력을 보여주었다. NT Build 443 시험방법에 의거한 염소이온 확산 시험에서는 시멘트 결합재의 공극 분포 특성이 염화물 확산뿐만 아니라 염소이온 고정능력에도 영향을 줄 수 있는 것으로 확인하였다.