A Fundamental Study on Nano-cement by Chemical Synthesis

Advanced industries-IT, BT, NT and ET are rapidly developing in 21 century. And the cement industry is becoming the principal factor in air pollution because of the creation of $CO_2$ during manufacturing. Also, the cement industry will be faced with a crisis due to the exhaustion of natural resources. In this study, nano cement by Bottom-up method of a chemical synthesis was developed. The generation of $CO_2$ during the plasticization process of cement manufacturing was avoided. The purpose was to produce building materials that have both high strength and durability as the high value-added growth engine industry of the 21 century. The nano cement was developed using hydrothermal synthesis. This is a method of mixing after ripening, by manufacturing the high density gel and low gel, which does not require special test equipment or pressure conditions to produce. Particle size, SEM, EDX, and porosity tests were conducted. This study investigated the compressive strength of concrete with various compositions. Specimens were tested for compressive strength at 3, 7, 14 and 28 days. The medium-sized (50% by weight) cement particles created by chemical synthesis were less than 168 nm. The compressive strength of the mortar prepared using this cement was 53.9 MPa. But it was judged that succeeding study will be necessary for development of nano building materials with high ability and economical analysis.

화학적 방법에 의한 나노시멘트 개발에 관한 기초 연구

21세기에 접어들면서 IT, BT, NT, ET 등 첨단 산업은 하루가 다르게 발전하고 있으며, 이러한 추세에 맞추어 시멘트 산업에서도 많은 변화가 진행되고 있다. 또한 시멘트 산업은 에너지 다소비형이며 석회석을 원료로 하고 있어 지구온난화의 주범인 $CO_2$를 배출하여, 환경문제로 인해 가까운 시기에 큰 어려움을 겪을 것으로 예상되고 있다. 이 연구에서는 시멘트 제조과정 중 소성과정에서의 $CO_2$ 발생을 방지하고, 나노 크기의 입자를 시멘트화 함으로써 구조적 치밀성을 유지하여, 고강도화내구성에 유리한 건설재료를 개발하기 위한 일환으로 기존 소성과정을 통한 시멘트 제조방식과 달리, 화학적 방법을 통해 Bottom-up 방식으로 나노 크기의 새로운 개념의 건설재료를 개발하는데 그 목적이 있다. 시멘트 화학성분비에 착안하여 실리카, 알루미나 그리고 Ca 이온을 주재료로, 인공적으로 나노시멘트 분말을 합성하여 입도분석, SEM, EDX를 통해 그 재료적 특성을 파악하고, 모르타르를 제조하여, 강도특성을 측정하였다. 그 결과 평균 168 nm 크기의 나노 입자를 제조 할 수 있었으며, 적정 배합비의 모르타르의 7일 압축강도가 53.9 MPa로 측정되는 등 충분히 건설용 재료로서의 사용이 가능할 것으로 판단되었으나, 건설 분야로 응용을 위한 기초연구로써 보다 많은 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.