산화마그네숨을 주성분으로 하고 있어 시멘트 고화로 문제가 되는 육가 크롬을 포함하지 않을 뿐만 아니라 시멘트, 석회류와 마찬가지로 내구성이 있는 경화물이 생성되기 때문에 불용화 처리 효과의 장기 안정성이 우수하며 인산염 시멘트의 압축강도는 $21^\sim$28MPa로서 포틀랜드 시멘트와 비교할만하다. 본 연구에서는 이러한 인산염 마그네시아의 특성을 이용하여 중금속인 Cr과 Pb의 고용화 적용 가능성을 실험하였으며, 중금속 이온과 마그네시아 시멘트에 의한 고용체의 생성 및 고정화 된 고용체에 서의 중금속 이온의 용출특성을 검토 하였다.
최근 농촌의 생활환경 개선 및 소득기반 조성을 위한 문화마을, 밭 기반 정비사업의 도로포장사업에서는 토양 고형화를 이용한 기계화 경작로 시공이 이루어지고 있다. 기계화 경작로 포장은 도로로서의 기능을 장기적으로 유지할 수 있는 소요강도 및 내구성을 확보할 수 있어야 하며, 금후 추진될 사업량에 대비하여 경제성, 내구성, 유지관리의 용이성, 환경 친화성 등을 만족시킬 수 있는 공법의 개발이필요하다. 본 연구는 이러한 농어촌 기계화 경작로를 대상으로 속경성이며, 수화 특성이 우수한 인산염 마그네시아 시멘트의 토양 고화재로서의 적용여부에 대해 연구하였다. 연구 결과 인산염 마그네시 시멘트 배합은 인산염 마그네시아(MAP:MgO)의 배합이 4 : 6에서 W/B = 50 wt%일 때 14MPa로 가장 큰 압축강도와 높은 수화열 특성을 나타냈으며, 대상토-고화재 동결융해 저항성 실험 결과, 인산염마그네시아 시멘트(MAP:MgO=4:6), W/B=50wt%를 기준으로 치환시료(점성토:표준사=4:6, 3:7) 배합이가장 우수하였으며, 인산염 마그네시아 시멘트(MAP:MgO=4:6):대상토의 비율이 4:6과 5:5 배합이 동결융해 후의 압축강도 값이 7.0 MPa 이상으로써 가장 우수한 것으로 나타났다.
Four mortar mixes tested to evaluate the early-age compressive strength of magnesia-phosphate composite with phosphate type. Monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, ammonium dihydrogen phosphate and diammonium phosphate used as phosphate. Test results show that the compressive strength of mortar used monopotassium phosphate as phosphate was highest, while compressive strength of mortars used dipotassium phosphate and diammonium phosphate as phosphate were not developed.
본 연구는 물-결합재비(water-to-binder ratio, W/B) 및 인산염-결합재비(phosphate-to-binder ratio, P/B)가 마그네시아-인산칼륨 시멘트(magnesium-potassium phosphate cement, MKPC) 모르타르의 플로, 응결시간, 압축강도발현 및 pH 변화에 미치는 영향성에 대한 평가이다. MKPC 모르타르의 P/B가 0.3 및 0.5일 때 W/B 범위 20~40%에 대하여 10 배합의 모르타르 실험을 실시하였으며, X-선 회절 분석(X-ray diffraction, XRD), 전자현미경(scanning electron microscope, SEM) 및 수은압입법(mercury intrusion porosimetry, MIP) 분석을 위해 MKPC의 반응생성물 및 미세공극분포를 평가하였다. 실험결과, MKPC 모르타르의 플로 및 응결시간은 P/B의 증가에 따라 감소하였으며, P/B가 0.3에서 0.5로 증가함에 따라 종결시간은 약 24% 감소하였다. MKPC 모르타르의 초기 압축강도 발현 기울기의 경우 콘크리트 구조기준에서 제시하는 시멘트 콘크리트 대비 높은 수준에 있었다. 재령 28일의 압축강도 30 MPa 이상 및 pH 9.0 이하를 만족하기 위해 MKPC 모르타르의 P/B 및 W/B는 각각 0.5이상 및 30% 이하가 추천된다. MKPC의 반응생성물인 스트루바이트(struvite)-K의 결정은 MKPC의 P/B 및 W/B가 높을수록 증가하였는데, 이로 인해 거대 모세관 공극은 감소하였다.
한중콘크리트 공사에 적용을 검토할 수 있는 초속경 콘크리트는 초기 급속한 발열반응을 통해 동해를 입기 전에 소요의 강도를 확보할 수 있을 것이며, 열 보상을 통해 시공환경이 유지될 경우 강도발현에 필요한 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다. 일반 콘크리트는 영하의 기온에서 타설할 경우 양호한 경화를 얻을 수 없으며, 저온에서 동해를 방지하고 경화성을 확보하기 위하여 내한방동제를 첨가하여 사용하고 있다. 그러나, 내한방동제의 대부분은 염화물을 주성분으로 하고 이를 다량으로 사용할 경우, 콘크리트의 동결을 방지하고 시멘트의 수화반응을 촉진시켜 응결시간을 단축하고 초기강도 증진을 유도하는 효과가 있는 반면, 장기재령에서 강도발현이 문제가 되고, 경제성이 떨어진다는 단점이 있다. 최근 연구되고 있는 마그네시아 인산염 복합체는 초속경성이 있고 저온에서도 수화반응이 가능한 것으로 보고되고 있어 새로운 한중공사 및 극한지용 건설재료로 사용할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구에서는 한중공사 및 극한지에서 사용이 가능한 건설재료의 개발을 위한 사전 연구의 일환으로서, 마그네시아 인산염 복합체를 활용한 모르타르에 대해 온도의 영향을 고려한 재료 물성 평가를 실시하고 적정 배합을 제안하고자 한다.
Building structures are generally large in size and have a long life, and the construction of such structures requires the investment of a huge amount of money and social infrastructure. Furthermore, building structures are closely related to people's life. Recently, however, the rapid development of society has been worsening air pollution, which is in turn accelerating the degradation of building structures. Thus, the safety of building structure is emerging as a critical issue. To cope with this problem, the government enacted "The Special Act on Safety Control for Infrastructure" but we need engineers' higher concern over the maintenance and reinforcement of existing structures. Recently researches are being made actively on repair mortar using ultra rapid hardening cement for recovering the performance of structures. The present study conducted an experiment on the basic physical properties of ultra rapid hardening mortar for repairing and reinforcing building structures using magnesia cement and mono-ammonium phosphate. In the experiment, we changed the water-cement ratio and carried out replacement at different ratio of MAP/MgO(%). We used retarder to have working life, and made comparative analysis through evaluating working life and fluidity and measuring strength by age.
마그네시아 인산염 시멘트를 사용한 보수용 모르타르의 접착강도 특성을 검토하기 위하여 모의 부재 시험체를 이용한 실험을 실시하였다. 접착강도 실험 결과 칩핑 처리를 한 시험체가 표면 처리를 한 시험체 보다 우수한 강도발현을 하였으며, 건식처리가 습식처리보다 우수한 강도발현을 하는 것으로 나타났다. 칩핑 건식 시험체의 경우 온도에 관계없이 재령 28일의 접착강도는 3.0MPa 이상의 높은 강도를 발현을 하는 것으로 나타나 일반 모르타르의 접착강도와 비교 시 매우 높은 접착성능으로써 우수한 접착성능이 요구되는 보수재료로서의 활용을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 콘크리트 보수재료로서의 MgO계 세라믹(Magnesia Phosphate Cement: MPC) 모르타르의 기초물성 평가를 위한 것이다. 이를 위해 응결시간, 압축강도, 부착강도를 측정하였으며 수화물의 측정을 위해 X-ray 회절분석을 실시하였다. 시편은 중질 마그네시아(dead burnt magnesia)를 바인더로 사용하였으며 활성제로 칼륨계 인산염을 사용하였고, 응결시간을 지연 시키기 위해 Borax를 지연제로 사용하였다. 또한, 이온침투저항성 평가를 위해 공극구조와 촉진염화물침투시험을 실시하였다. 그 결과 MPC 모르타르의 응결시간은 M/P 비에 따라 16~21분 사이로 빠르게 경화하였으며 지연제인 Borax는 MPC의 응결시간을 68분까지 늦추는 데 도움이 되었다. MPC 모르타르의 압축 강도는 12시간 재령에서 M/P 비에 따라 11.0~30.0 MPa 범위로 발현되었고 특히 M/P 비가 4인 MPC의 압축 강도는 12시간 이내에 30 MPa 정도의 강도를 발현하였다. MPC의 인장 부착강도와 휨 부착강도는 OPC 모르타르에 비해 각각 19 MPa와 17 MPa로 더 높게 측정되었으며 MPC 모르타르의 총 공극량은 OPC 모르타르에 비해 적게 측정되었고 촉진염화물침투시험에서도 MPC 모르타르를 통과한 총 전하가 OPC 모르타르보다 적었으며 이는 공극량과 공극분포로 설명 할 수 있다.
Since 1980's, many mines have been closed and abandoned due to the exhaustion of deposits and declining prices of international mineral resources. Because of the lack of post management for these abandoned mines, Farm land and rivers were contaminated with heavy metal ions and sludge. We studied on the solidification/stabilization of heavy metal ions, chromium ions and lead ions, using magnesia-phosphate cement. Magnesia binders were used calcined-magnesia and dead-burned magnesia. Test specimens were prepared by mixing magnesia binder with chromium ions and lead ions and activators. We analyzed the hydrates by reaction between magnesiaphosphate cement and each heavy metal ions by XRD and SEM-EDAX, and analyzed the content of heavy metal ions in the eruption water from the specimens for the solidification and stabilization of heavy metal ions by ICP. The results was shown that calcined magnesia binder is effective in stabilization for chromium ions and dead-burned magnesia binder is effective in stabilization for lead ions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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