Manufacturing of geopolymers for replacing autoclaved lightweight concrete panels

Lightweight geopolymers were fabricated by using fused slag from integrated gasification combined cycle as a law material and Si sludge from silicon wafer process as a bloating material for the purpose of replacing autoclaved lightweight concrete (ALC). Density and compressive strength of geopolymers were measured and compared with the properties of ALC according to the variation of mol concentration of alkaline activator, W/S ratio, addition of fibers, and addition of polystyrene and the possibility of replacing ALC panel was estimated through the comparisons. Although the geopolymer satisfying the standard of ALC panel was not made by controlling mol concentration and W/S ratio, addition of inserts such as fibers and polystyrene insert was tried to overcome the obstacle of enhancing properties. Geopolymers cannot satisfying the standard of ALC panel by adding carbon or glass fibers; however, adding fibers can be suggested as one of the methods enhancing compressive strength because the compressive strength of the specimen containing 0.3 wt.% glass fibers was increased by 3 times. The maximum addition of polystyrene insert was turned out to be 50 vol.% and the properties of geopolymers varied by the method of insertion. When using single polystyrene insert, compressive strength was 17.8 MPa and density was 0.996 g/㎤ which were similar values to the standard of ALC panel. If the difficulties of reproductivity of production and insertion method of inserts were overcome through the future research, the geopolymers containing polystyrene inserts could possibly replace ALC panel.

ALC 패널 대체용 지오폴리머의 제조

본 연구에서는ALC 패널을 대체하고자 석탄가스화 복합발전에서 배출되는 용융 슬래그를 주원료로 실리콘 웨이퍼 부산물로 발생하는 Si sludge를 발포제로 경량 지오폴리머를 제조하여 알칼리 활성화제의 몰 농도, W/S 비, Fiber, Polystyrene(스티로폼) 첨가에 따른 비중과 압축강도 등의 물리적 특성을 측정하고 ALC 판넬 대체 가능성을 분석/비교 하였다. W/S 비, 알칼리 활성화제의 몰 농도 조절을 통해 ALC 기준에 부합되는 시편을 만들 수는 없었으나 이를 섬유상 물질 및 스티로폼 등의 외부물질을 첨가하여 물성향상 한계의 벽을 뛰어넘고자 하였다. 유리섬유와 탄소섬유 첨가 지오폴리머는 ALC 패널의 기준에 도달하지 못했지만, 유리 섬유 0.3 wt.%를 첨가한 경우 압축강도가 3배 이상 증가했다는 면에서 경량 지오폴리머의 압축강도를 크게 향상시키는 방법으로 제시될 수 있었다. 스티로폼 첨가 시편의 경우 스티로폼 최대 첨가량은 5 0 vol.%였으며, 삽입물의 첨가 방법에 따라 물성이 크게 변화하였다. 단일 삽입물을 첨가한 경우 강도 17.8 MPa 밀도 0.996 g/㎤으로 ALC 패널 기준과 유사한 물성을 얻을 수 있었다. 향후연구를 통해 시편제조 재현성 및 제조방법의 어려움을 극복한다면, 스티로폼 삽입 지오폴리머는 ALC 패널을 대체할 가능성이 충분히 있다고 판단되었다.