𝛾-dicalcium silicate (𝛾-C2S) is characterized by its strong carbonation reactivity and has the prospect to be utilized as a building material with the added benefit of CO2 capture. This paper aims to point out the impact of 𝛾-C2S on the microstructure characteristics and mechanical properties of GGBFS paste, and mortar samples. The compressive strength of 𝛾-C2S added GGBFS cement mortar is higher compared to without 𝛾-C2S in accelerated carbonation (AC) up to 14 days of curing but once the curing duration is increased, there is no significant improvement in compressive strength. This study suggests that 𝛾-C2S can capture the atmospheric CO2 (mostly generated from cement and metallurgy industries) and utilized in construction.
Corrosion of reinforcement is the main factors affecting the durability of reinforced concrete in the world which lead to the failure of structures of reinforced concrete buildings. In this research, mixed brucite(Mg(OH)2) into ordinary portland cement paste in ratio of 5, 10 and 15% as a kind of CO2 fixation material. Samples were exposed to an accelerated carbonation enslavement of 20% CO2 concentration, 60% relative humidity, and a temperature of 20℃ until tested at 3d, 7d, 14d and 28d. After 28d CO2 accelerated curing, in the paste containing MH megnesian calcite was found by XRD and SEM-EDX. Meanwhile, paste containing Mg(OH)2 exhibit the better pore distribution than ordinary portland cement paste and relatively good compressive strength.
철근콘크리트 구조물의 장수명화가 대두됨에 따라 내구성 문제에 대한 중요성이 증대되고 있다. 이에 대해 본 연구에서는 $Mg(OH)_2$를 혼입한 시멘트 페이스트의 탄산화 저항성에 대한 연구를 진행하였다. $Mg(OH)_2$가 $CO_2$의 고정 재료로서 5%, 10%, 15%의 비율로 $Mg(OH)_2$를 보통 시멘트 페이스트에 치환하여 $CO_2$ 농도 20%, 상대습도 60%, 온도 $20^{\circ}C$의 환경에서 양생 시킨 3, 7, 14, 28일 후에 탄산화 깊이 측정, 압축강도 측정, XRD, TG/DTA, MIP과 SEM등을 통해 샘플의 특성에 대해 연구를 진행했다. 그 결과, $Mg(OH)_2$의 혼입률이 증가할수록 탄산화 깊이가 더 작아지며 $Mg(OH)_2$ 혼입한 페이스트는 Magnesium calcite가 형성되어, $0.3{\mu}m$ 이하의 공극 비율이 높아 탄산화 저항성이 더 높아지는 것을 알 수 있었다.
Gamma-C2S (γ-C2S) is a substance that is difficult to react with water under normal temperature but can absorb a large amount of CO2 in the air. The addition of γ-C2S to cementitious materials through the curing of CO2 can improve the pore structure and improve the durability of the material. In this study, three kind of Ca-bearing materials : CaO, Ca(OH)2, CaCO3, were calcined 2.5h at 1450℃ to synthesize γ-C2S after mixing with SiO2 respectively. Among them, Ca(OH)2 mixed with SiO2 after calcining shows highest content. Synthesized γ-C2S was added to the cement mortar, after water curing for 1 month, accelerated carbonation test was experimented. After 28d accelerated carbonation test, pore structure will be detectived by MIP. Based on the MIP result, following the calculation method of Fractal theory, the pore structure will be quantitative described.
본 연구에서는 500℃·hr의 증기양생을 실시한 OPC 페이스트에 대하여 1atm 20% 농도의 CO2와 5atm 99% 농도의 고농도 CO2 조건 하의 촉진 탄산화의 영향평가를 수행하였다. 이를 위하여 XRD, FT-IR을 통한 화학적 분석과 SEM, 압축강도 측정을 통한 물리적 특성 분석을 실시하였다. 그 결과 CO2 20% 농도의 상압 탄산화를 수행하는 경우 뚜렷한 내부 조직구조 치밀화 및 압축강도 증진 효과를 관찰할 수 있었고, CO2 99% 농도의 5atm 가압 탄산화를 실시할 경우 표면조직구조가 빠르게 치밀해지며 CO2 확산침투율이 크게 떨어지게 되어 압축강도 등 유의미한 수준의 물리적 특성 개선이 일어날 정도의 탄산화를 진행할 수 없었다.
Usually, carbonation of concrete causes pH reduction and corrosion of steel, it leads to decrease of durability. However, CaCO3, as results of reaction with hydrates products and CO2, can contribute to improvement of compressive strength. Based on this theory, using carbonation depth, the researches about CO2 absorption of plain concrete and concrete containing CO2 reactive materials has been performed. But, the researches has limitation about using one material, therefore, for this study, considering various CO2 reactive materials, experiment has been proceeded. With water to binder ratio 50%, after initial curing for 2days, accelerated carbonation was performed for 28days, and carbonation depth and compressive strength were measured. As results of carbonation depth, specimen containing desulfurized slag, zeolite showed the highest CO2 absorption, in case of compressive strength, specimens with MgO were indicated as highest compressive strength.
Currently, CO2 existed in the air usually reacts concrete, and then CaCO3 can be appeared. As time goes by, pH of concrete is decreased and corrosion of steel can be happened. This phenomenon is called carbonation. For preventing carbonation of concrete, various methods like using corrosion inhibitor, high compressive strength concrete, and enough covering depth are adopted. But these method are usually passive methods focused on corrosion of steel and have limitation on economic. Thus, as basic study for active method of carbonation, cement pastes with CO2 reactive material (γ-C2S, MgO) and GBFS were in accelerated carbonation, and the compressive strengths were measured. On the result, the compressive strength was improved better than non-carbonation. Through measuring the weight change using TG-DTA, as specimens were carbonated, according to decreasing of Ca(OH)2 and Mg(OH)2, CaCO3 and MgCO3 were increased. Therefore it can be shown that carbonation curing can be realized.
MgO recently has been regarded as the alternative material for replacement of cement. The aim of this study is to investigate the effects of accelerated carbonation on the strength development of MgO-based binder which is binary mixtures of magnesium oxide (MgO) with portland cement (PC) or ground granulated blast furnace slag (GGBS) or fly ash (FA). The compressive strengths of all binders were higher in the 20% $CO_2$ condition and for longer curing time. The strength were generally higher as the following order: MgO/PC > MgO/GGBS > MgO/FA system. The binder composed of 20% MgO and 80% PC showed highest compressive strength (38.0MPa) which was higher than PC. The correlation analysis of the porosity and compressive strength showed that compressive strength was higher when porosity was lower. The hydration and carbonation products of MgO including brucite ($Ca(OH)_2$), magnesite ($MgCO_3$) and nesquehonite ($MgCO_3{\cdot}3H_2O$) presumably filled the pores and contributed to strength development. Thermogravimetric analyses elucidated that 0.34 kg of $CO_2$ could be stored the 50% MgO/50% PC binder which performed the maximum $CO_2$ uptake at 20% $CO_2$ condition.
γ-dicalcium silicate (γ-C2S) is characterized by its strong carbonation reactivity and has the prospect to be utilized as a building material with the added benefit of CO2 capture. This paper aims to point out the impact of γ-C2S on the microstructure characteristics and mechanical properties of GGBFS paste, and mortar samples. Three curing conditions including un-carbonation, natural carbonation, and accelerated carbonation were applied to the research. Besides, hydration products after the carbonation process are also detected. What's more, the carbonation treatment method also meets the requirement of capture more greenhouse gas and recycles the waste products of metallurgy.
최근 각종 산업화에 따른 탄산가스 배출량의 증가는 철근콘크리트구조물의 탄산화를 촉진시켜 구조물의 내 구성을 저하시키고 있다. 이미 선진 각국에서는 탄산가스 증가량을 고려하여 철근콘크리트구조물의 탄산화에 관한 안 전 관리 대책을 마련하고 있지만 현재까지도 실 구조물의 탄산화를 정확하게 예측하기 어렵고 탄산화 측정하기 위해서 는 많은 시간과 노력이 소요된다. 최근에 개발된 급속 촉진 탄산화 시험은 대기 중 $CO_2$농도를 100%로 하여 보다 신속 하게 탄산화 시험 결과를 제공할 수 있다. 본 논문에서는 플라이애쉬 콘크리트의 탄산화 특성을 알아보기 위하여 기존 에 주로 사용된 촉진 탄산화 시험과 급속 촉진 탄산화 시험에 의한 탄산화 결과를 비교, 분석하였다. 또한 장기재령에 서 플라이애쉬 콘크리트의 탄산화 특성을 알아보기 위하여 급속 촉진 탄산화 시험을 이용하여 재령 180일의 콘크리트 시편의 탄산화 실험을 수행하였다. 그 결과 플라이애쉬 콘크리트는 초기재령에서 탄산화에 다소 취약하였지만, 장기재 령에서는 OPC에 비하여 탄산화 저항성이 향상됨을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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