• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제20권2호
• /
• pp.94-101
• /
• 2016

본 연구는 플라이애시 및 고로슬래그를 활용하여 알칼리 활성화 결합재로 제조된 모르타르 및 페이스트 샘플의 황산염 저항성을 평가하고 황산염 침투에 대한 고저항성 결합재를 제시하는 것이다. 이를 위하여 플라이애시 및 고로슬래그미분말 등의 광물질 혼화재를 결합재로 활용하여 고로슬래그미분말 치환율을 0, 30, 50 및 100%로 제작하였다. 규산나트륨 모듈 $Ms[SiO_2/Na_2O]$은 1.0, 1.5 및 2.0으로 조정하였으며, 초기 24시간 양생조건을 $23^{\circ}C$ 및 $70^{\circ}C$로 하고, 10% 황산나트륨 및 10% 황산마그네슘 용액에 각각 침지시키고, 황산염 저항성을 평가하기 위하여 압축강도, 질량변화율, 길이변화율 및 X선 회절분석을 측정하였다. 그 결과 고로슬래그미분말 치환량 및 Ms비가 증가할수록 재령 28일 압축강도 발현이 우수한 결과가 나타났다. 10% 황산나트륨에 침지한 경우에는 모든 시험조건에서 장기적인 강도발현과 질량 및 길이변화율이 작아 황산나트륨 침투에 대한 저항성이 우수한 것으로 나타났으나, 10% 황산마그네슘에 침지한 경우에는 장기적인 강도저하와 질량 및 길이변화가 크게 나타났으며, 그 경향은 고로슬래그미분말 치환량 및 Ms비가 증가할수록 현저하였다. 이것은 황산마그네슘의 경우 규산마그네슘수화물의 생성으로 인한 열화가 지배적으로 작용한 결과로 판단된다. 또한, X선 회절분석 결과 $MgSO_4$ 용액 침지에서의 알칼리 활성화 결합재의 팽창은 Gypsum($CaSO_4{\cdot}2H_2O$) 생성 반응에 의한 것으로 확인되었으며, 침지 6개월까지는 Gypsum의 생성이 지속적으로 증가되는 것을 알 수 있다.

• 한국건설순환자원학회논문집
• /
• 제7권1호
• /
• pp.22-28
• /
• 2019

시멘트는 건설업에의 기초소재이지만 시멘트 제조시 고온의 소성이 필요하고, 소성시의 원료 및 연료로부터 발생하는 $CO_2$는 새로운 환경문제로 인식되어 이를 저감하기 위한 노력이 지속되고 있다. 콘크리트 분야에서의 $CO_2$ 저감을 위한 기술은 고로슬래그 및 플라이애시 등의 혼합시멘트 사용을 권장하는 것이 저감 대책의 대부분을 차지하고 있다. 또한 콘크리트 구조물 해체 시 발생하는 건설폐기물도 또 다른 환경문제로 인식되며 재활용률을 높이기 위한 여러 가지 방안들이 시행되고 있다. 본 연구는 구조물 해체 시 발생하는 무기계 재생원료를 리사이클을 통해 시멘트 제조의 원료로서 활용하기 위한 것이다. 폐콘크리트, 폐시멘트블록, 폐점토벽돌 및 폐천장재 미분말의 원료조성 검토를 통해 시멘트의 원료로서 활용하고자 한다. 연구결과 재생원료의 원료조성 및 조합을 통해 저탄소형 수경성 시멘트 결합재 제조가 가능한 것을 확인하였다.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제29권2호
• /
• pp.61-70
• /
• 2019

Geopolymer는 시멘트와 비교하여 $CO_2$ 배출량의 감소, 내화성, 낮은 열전도성 등 다양한 장점을 보유하고 있는 eco-friendly 건설재료이다. 그러나 표면에 화염을 가할 경우 geopolymer panel 표면의 열적거동에 대한 연구결과는 많지 않다. 본 연구에서는 내열성 건축자재로서 화염노출시 geopolymer 경화체의 표면특성을 조사하기 위하여 alumina 골재가 사용된 geopolymer 경화체 표면의 화염노출 특성에 대하여 조사하였다. 화염노출시 panel의 외형변형 및 열충격에 의한 크랙은 없었으며, calcite의 잔존량과 aluminosilicate gel의 halo 패턴으로 보아 화염에 의한 탈탄산 및 탈수는 표면에 국한되어 발생했으며, geopolymer 경화체의 내구성은 화염조사 후에도 유지되고 있는 것으로 판단된다. Quartz와 calcite가 감소함에 따라 gehlenite와 calcium silicate가 증가하는 경향을 나타내고 있으며, BFS의 치환량이 많을수록 현저하게 나타난다. 화염노출에 따른 미세구조의 변화는 탈탄산, 결정수의 탈수 등으로 기공의 형성과 발전되는 과정을 거쳐 calcium silicate, gehlenite 등과 같은 새로운 결정상의 형성에 의해 geopolymer panel 표면의 치밀화와 강화기구로 작용하여 내구성이 향상된 것으로 생각된다.

• 한국지반신소재학회논문집
• /
• 제22권3호
• /
• pp.87-95
• /
• 2023

최근 원도심을 대상으로 한 재개발이 이루어짐에 따라 구조물의 대형화 및 초고층화로 인한 인접 위치에서의 시공 필요성이 높아지고 있다. 하지만 밀집화된 도심지에서의 굴착공사는 다양한 원인에 의해 지반 문제가 유발되기 때문에 이를 최소화할 수 있는 재료 및 공법의 활용이 요구되고 있다. 일반적인 흙막이공법으로는 시멘트를 사용하여 지하연속벽, CIP공법 등 다양한 방법이 적용되고 있다. 그러나 흙막이공법의 시공을 위해서는 많은 양의 시멘트가 사용되기 때문에 온실가스 배출량을 획기적으로 감축시키기 위해서는 새로운 시멘트 대체 재료의 개발을 위한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 고로슬래그 미분말과 탈황석고 및 고칼슘 플라이애시의 알칼리 자극 반응에 따른 경화반응을 활용하여 SCW공법에 적용하고자 하였다. 연구결과, 개발 고화재를 사용한 고화토의 경우, 재령 28일 압축강도는 OPC 대비 96.2 ~ 106.3%를 확보할 수 있는 것으로 분석되었다. 또한 압축강도 증가율은 사질토의 경우 2.06, 점성토의 경우 2.41로 OPC의 1.85 보다 높은 값을 나타내어 장기강도 측면에서 유리한 것으로 분석되었다. 그리고 환경성 측면에서 중금속 용출은 없고, 온실가스 발생량을 획기적으로 감소시킬 수 있어 추가적인 검토가 이루어진다면 SCW공법으로 적용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제28권3호
• /
• pp.37-46
• /
• 2024

본 연구에서는 충격반향법(IE)을 활용하여 철근 부식 진전에 따른 콘크리트 손상 상태를 모니터링하였다. 길이 1500 mm, 폭 400 mm, 두께 200 mm를 갖는 세 개의 철근 콘크리트 시험체를 제작하였다. 각 시험체는 보통 포틀랜드 시멘트, 고로 슬래그 미분말, 플라이 애쉬를 혼합한 세 가지 콘크리트 배합을 활용하여 제작하여, 결합재 특성에 따른 손상특성을 관찰하였다. 콘크리트 내 철근 부식은 3% NaCl 용액에서 35일 주기의 습윤 및 건조 포화 과정을 거친 후 0.5 A 전류를 인가하여 가속화되었다. 전류인가 전 습윤-건조반복(철근부식 환경조성 또는 잠재기)단계에서 수집된 초기 IE 데이터는 건조상태가 IE 신호에 미치는 영향이 크기 않음을 보여주었다. 전류를 인가한 후에는 인가 시간 증가에 따라 IE 탁월주파수와 콘크리트 P파속도의 점진적인 감소 특성을 관찰할 수 있었다. 이러한 실험결과는 IE 데이터 모니터링으로 철근 부식으로 인한 콘크리트의 점진적 손상의 주요 특성(내부 손상 개시 및 전파 속도 등)을 포착할 수 있음을 보여준다. 따라서, 철근 부식에 따른 콘크리트의 점진적 손상의 평가 및 예측에 IE 모니터링이 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국건설순환자원학회논문집
• /
• 제12권1호
• /
• pp.82-93
• /
• 2024

시멘트 산업은 클링커 생산 과정에서 약 60 % 이상의 CO₂가 발생하며 이러한 많은 양의 CO₂를 효율적으로 저감 시키기 위해 범세계적으로 시멘트 대체 재료가 활용되고 있다. 대표적으로 활용되는 시멘트 대체 재료는 고로슬래그와 플라이애시가 있으며, 이들은 시멘트 산업을 비롯한 콘크리트용 혼화재료, 지반 고화재 등 다양한 산업에서도 활용되고 있다. 하지만, 각 산업의 탄소중립 전략에 따라 향후 이들의 가용성은 낮아질 것으로 전망되고 있기 때문에 시멘트 산업의 보통포틀랜드시멘트 혼합재 함량 증대 목표를 달성하기 위해서는 새로운 시멘트 대체 재료를 활용해야 한다. 석회석은 이미 시멘트 산업에서 다량 보유하고 있는 재료로 가용성 측면에서 장점이 있으며 분쇄효율이 높아, 해외 선진국에서는 이미 포틀랜드 석회석 시멘트를 표준으로 제정하여 상용화하고 있다. 이와 같은 배경에서 본 연구에서는 국내 PLC의 활용 가능성을 평가하기 위해 석회석의 분말도와 치환율이 시멘트의 물리적 특성에 미치는 영향을 분석하였으며, 탄소중립 관점에서 CO₂ 배출량을 분석하여 시멘트의 환경 영향 평가를 수행하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제52권5호
• /
• pp.657-666
• /
• 2014

석탄가스화 기술은 온실가스 배출이 많은 석탄을 사용하지만 이산화탄소 포집에 유리한 장점이 있어서 차세대 석탄활용 기술로 주목받고 있다. 석탄 또는 펫코크 슬러리를 이용하는 습식 가스화 기술은 건식 기술에 비하여 효율이 낮지만 낮은 건설비와 슬러리 공급 유연성 등의 장점으로 인하여 현재는 물론 미래에도 여전히 매력적인 기술로 인식될 것으로 판단된다. 본 연구에서는 역청탄을 슬러리화한 시료를 사용하고, 기존의 건식 석탄가스화기에 석탄슬러리 공급장치와 슬러리 공급 버너를 연계하여 가스화 실험을 수행하였다. 기존의 분류층 가스화기의 운전온도보다는 비교적 낮은 온도에서 운전을 수행하여 일부의 회재만이 슬랙으로 전환되고 나머지는 비산재로 배출되는 부분 용융형 가스화 운전을 수행하였다. 운전 종료 후 슬랙과 비산재를 포집하여 탄소전환율을 계산하였고, 탄소 질량 정산 방법을 적용하여 가스화 운전 성능을 나타내는 가장 중요한 지표인 냉가스효율을 계산하였다. 탄소전환율과 냉가스효율은 약 98.5% 및 60.4% 수준으로서 파일롯급 플랜트에서의 실험 결과임을 고려하면 비교적 높은 값을 나타내었다. 또한 실험 결과와 화학적 평형상태 계산 결과를 서로 비교하고 에너지 정산을 통하여 실험 결과의 건전성을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제17권1호
• /
• pp.129-137
• /
• 2005

최근 양질의 하천골재가 고갈상태에 직면함에 따라 쇄석 골재의 사용이 보편화되고 있지만 쇄석 골재 사용으로 야기될 수 있는 알칼리-실리카 반응에 대한 문제를 검토하지 않은 채 콘크리트 재료로 사용하고 있는 실정이다. 알칼리-실리카 반응은 콘크리트에 유해한 팽창을 일으키는 작용으로서, 반응결과 알칼리-실리카 겔이 형성되고 이러한 겔이 수분을 계속 흡수함으로써 체적 팽창을 일으켜 콘크리트에 균열이 발생된다. 골재의 알칼리-실리카 반응성을 판정하는 방법은 암석학적 판정법, 화학법 및 모르타르 바 법이 일반적으로 사용되지만, 이 중에서 모르타르 바 법이 비교적 신뢰성이 높다. 본 연구에서는 모르타르바 시험방법 중 ASIM C 227과 ASIM C 1260을 선택하여 암석 유형별로 수집한 12종의 골재들을 대상으로 쇄석 골재의 반응성을 비교, 분석하였다. 또한 본 연구에서는 반응성 골재의 입자크기 및 입도가 모르타르 바의 알칼리-실리카 반응 팽창에 미치는 영향에 관하여 검토하였다 혼화재의 용도는 상당히 많지만 본 연구에서는 쇄석 골재 사용으로 문제되고 있는 알칼리-실리카 반응에 있어서 플라이애쉬, 고로슬래그미분말, 실리카퓸 및 메타카올린을 혼화재료로 사용할 경우 알칼리-실리카 반응에 미치는 영향을 알아보고자 시멘트에 대한 혼화재의 치환율을 달리하여 ASTM C 1260 시험법으로 알칼리-실리카 반응에 대한 팽창 저감효과를 평가하여 보았다. 본 연구에서는 혼화재의 치환율을 0, 5, 10, 15, 25 및 $35\%$로 하였으며, 모르타르 유동성 시험을 병행하여 어느 정도의 유동성을 갖는 혼화재는 45, $55\%$까지 치환율을 증가하여 길이변화 시험을 수행하였다. 시멘트 중량에 대한 혼화재 치환율이 플라이애쉬는 $25\%$, 실리카퓸은 $10\%$, 메타카올린은 $25\%$, 고로슬래그미분말은 $35\%$일 경우 알칼리-실리카 반응에 의한 팽창을 가장 효과적으로 방지할 수 있는 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
• /
• 제54권2호
• /
• pp.285-297
• /
• 2021

전세계적으로 해체 대상 원자력 시설이 증가하고 있으며, 이러한 원자력 시설을 해체하게 되면 수십만 톤의 콘크리트, 토양, 금속 등의 폐기물이 발생한다. 따라서 고상 방사성 폐기물 감용 및 재활용 기술에 대한 기존 연구를 면밀히 검토할 필요가 있다. 폐콘크리트 미분말은 소성 및 분쇄와 같은 추가적인 공정을 통하여 재수화 반응이 일어나며, 시멘트 수화 반응 및 고화체 압축강도에 영향을 미치는 주요 화합물인 aluminate (C3A), C4AF, C3S, ��-C2S가 생성된다. 기존 연구를 통하여 폐콘크리트 미분말을 재생 시멘트로 재활용할 수 있음을 확인하였으나, 골재의 혼입으로 인한 고화체의 강도 저하와 같은 문제점에 대한 해결방안은 현재까지 연구되지 않았다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여 산업부산물인 고로슬래그, 비산회를 성분 조정재로 혼합하여 재생 시멘트의 성능을 증진시키는 연구가 수행되었으며, 고화체의 압축강도가 증진되는 것을 확인하였다. 그러나, 폐토양을 재활용한 비소성 시멘트의 제조에 대한 연구는 많이 수행되지 않았다. 폐토양 내 함유된 일라이트와 제올라이트는 방사성 핵종에 대한 흡착능이 우수하며, 이를 고화재로 재활용하면 원전 해체 폐기물의 부피를 저감함과 동시에 방사성 폐기물을 안전하게 담지할 수 있는 효과를 도출할 수 있다. 이러한 이유에서 폐토양 내 점토 광물을 이용한 비소성 시멘트의 제조에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 기존에 수행된 국내외 연구를 통하여 원전 해체 폐기물인 콘크리트의 재생 시멘트로서 재활용 가능성 및 개선 방안과 더불어 폐토양 내 점토 광물을 이용한 비소성 시멘트 제조에 대한 연구 필요성에 대하여 고찰하였다.