폐석분을 사용한 시멘트 2차 제품의 물리적 특성에 관한 연구

A Study on the Variation of Physical Properties on the Secondary Product of Cement by Using Crushed Stone Powder

압축강도 50 MPa이상의 압출성형 시멘트 패널은 고온고압 증기양생으로 생산된다. 고온고압 증기양생에서 요구 강도를 얻기 위해서는 시멘트에 포함되어 있는 CaO와의 반응에 필요한 적정량의 $SiO_2$를 공급하는 것이 관건이다. $SiO_2$의 공급원으로 가장 널리 사용되는 원료는 규석분인데, 이는 환경파괴를 전제로 하기 때문에 친환경적인 제품 생산을 위하여 본 연구에서는 규석분을 대신하여 폐석분을 활용한 시멘트 2차 제품을 생산하고 이에 대한 압출성과 물리적인 특성비교를 실시하였다. 이를 위하여 화성 석산에서 채취한 폐석분을 건조 파쇄한 후 이를 규석분 사용량의 최대 50%까지 치환하여 압출성 및 물리적 특성 실험을 수행하였다. 실험결과 평균 입경은 폐석분과 규석분의 크기가 유사하였으나 물리적 특성은 규석분을 폐석분으로 단순 치환하였을 경우, 대부분 낮게 발현되었다. 따라서 폐석분을 활용할 경우 수화활성을 위한 첨가제 등의 활용이 필요할 것으로 판단된다.

One of the basic physical properties of the hardened cement paste, the rigidity, is deteriorated during concrete matrix forming, depending on the replacement rate of the crushed stone powder, and due to drying shrinkage. Therefore, the concrete containing crushed stone powder has been limitedly used as non-structural construction material. To improve these disadvantages, a hydrothermal reaction employing method can be considered. High-temperature and high-pressure water is involved in the hydrothermal reaction in the mixing with specific materials. The rigidity improving mechanism is related to the synthesis of calcium silicate. The calcium silicate is produced through reaction between calcium compounds and the silicic acid. Various kinds of calcium silicate can be produced depending on the CaO/$SiO_2$ mole ratio, the temperature of the hydrothermal synthesis, the pressure, and the reaction time. The product of the synthesis mechanism, tobermorite crystal, plays a pivotal role for the rigidity reinforcement. The crushed stone powder, analyzed in this study, contains 50 to 60% of $SiO_2$ and 10 to 20% $Al_2O_3$. The composite rate is appropriate to create the tobermorite crystal through formation of hardened cement matrix under the hydrothermal synthetic conditions and with the CaO in the cement. Moreover, further reinforcement was promoted using the property of material under the identical density through promoting the formation of tobermorite crystal.