• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제4권4호
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• pp.363-370
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• 2016

경량 지오폴리머는 경량 시멘트 콘크리트보다 단순한 공정으로 제조가 가능하고 탁월한 내열 성능까지 갖춘 재료이다. 고형 지오폴리머의 밀도는 발포제와 지오폴리머 배합물과의 화학반응으로 발생되는 가스가 기공을 형성함으로서 감소시킬 수 있기 때문이다. 본 논문에서는 다양한 함량의 알루미늄 분말을 첨가하여 다공성 지오폴리머의 특성에 어떤 영향을 주는지 살펴보고자 하였다. 경량 지오폴리머의 겉보기 밀도는 알루미늄 분말 함량이 0.025, 0.05, 0.10wt% 범위에서 0.7에서 $1.2g/m^3$로 나타났는데 이는 고형 지오폴리머의 겉보기 밀도 값 $1.96g/cm^3$의 약 37~60%에 해당하였다. 경량 다공성 지오폴리머의 압축강도는 고형 지오폴리머의 압축강도 45MPa의 6~18%에 불과하였다. 고형 지오폴리머와 경량 지오폴리머 겔의 미세조직 형상은 유사하였다. 폴리프로필렌 섬유를 첨가한 지오폴리머 배합물의 작업성은 섬유 보강 시멘트 콘크리트에서와 마찬가지로 개선될 필요가 있다. 경량 다공성 지오폴리머는 현무암과 유사한 외관뿐만 아니라 뛰어난 내열 성능을 갖기 때문에 타일이나 보드 등 건축용 내장재로서의 활용 가능성이 높다고 본다.

• Journal of Ceramic Processing Research
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• 제19권5호
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• pp.378-382
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• 2018

It is a known fact that the cement production is responsible for almost 5% of total worldwide $CO_2$ emission, the primary factor affecting global warming. Geopolymers are valuable as ordinary Portland cement (OPC) substitutes because geopolymers release 80% less $CO_2$ than OPC and have mechanical properties sufficiently similar to those of OPC. Therefore, geopolymers have proven attractive to eco-friendly construction industries. Geopolymers can be fabricated from aluminum silicate materials with alkali activators such as fly ash, blast furnace slag, and so on. Integrated gasification combined cycle (IGCC) slag has been used for fabricating geopolymers. In general, IGCC slag geopolymers are fabricated with finely ground and sieved (<128 mesh) IGCC slag. The grinding process of as-received IGCC slag is one of the main costs in geopolymer production. Therefore, the idea of using as-received IGCC slag (before grinding the IGCC slag) as aggregates in the geopolymer matrix was introduced to reduce production cost as well as to enhance compressive strength. As-received IGCC slag (0, 10, 20, 30, 40 wt%) was added in the geopolymer mixing process and the mixtures were compared. The compressive strength of geopolymers with an addition of 10 wt% as-received IGCC slag increased by 19.84% compared to that with no additional as-received IGCC slag and reached up to 41.20 MPa. The enhancement of compressive strength is caused by as-received IGCC slag acting as aggregates in the geopolymer matrix like aggregates in concrete. The density of geopolymers slightly increased to $2.1-2.2g/cm^3$ with increasing slag addition. Therefore, it is concluded that a small addition of as-received IGCC slag into the geopolymer can increase compressive strength and decrease the total cost of the product. Moreover, the direct use of as-received IGCC slag may contribute to environment protection by reducing process time and $CO_2$ emission.

• 한국세라믹학회지
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• 제52권4호
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• pp.253-263
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• 2015

Ordinary Portland cement is a widely favored construction material because of its good strength and durability and its reasonable price; however, spalling behaviour during fire exposure can be a serious risk that can lead to strength degradation or collapse of a building. Geopolymers, which can be synthesized by mixing aluminosilicate source materials such as metakaolin and fly ash, and alkali activators, are resistant to fire. Because the chemical composition of geopolymers controls the properties of the geopolyers, geopolymers with various Si:Al ratios were synthesized and evaluated as fire resistant construction materials. Rejected fly ash generated from a power plant was quantitatively analyzed and mixed with alkali activators to produce geopolymers having Si:Al ratios of 1.5, 2.0, and 3.5. Compressive strength of the geopolymers was measured at 28 days before and after heating at $900^{\circ}C$. Geopolymers having an Si:Al ratio of 1.5 presented the best fire resistance, with a 44% increase of strength from 29 MPa to 41 MPa after heating. This material also showed the least expansion-shrinkage characteristics. Geopolymer mortar developed no spalling and presented more than a 2 h fire resistance rating at $1,050^{\circ}C$ during the fire testing, with a cold side temperature of $74^{\circ}C$. Geopolymers have high potential as a fire resistant construction material in terms of their increased strength after exposure to fire.

• 한국세라믹학회지
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• 제50권2호
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• pp.134-141
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• 2013

Pond ash produced from Seochun Power Station was quantitatively characterized to manufacture geopolymers with a range of Si/Al compositional ratios. Mix consistency was kept nearly constant for comparing the compressive strengths of geopolymers. The amorphous composition of coal ash was determined using XRF and quantitative X-ray diffraction. Different mix compositions were used in order to achieve Si/Al ratios of 2.0, 2.5 and 3.0 in the geopolymer binder. Geopolymers synthesized from coal ash with a Si/Al ratio of 3.0 exhibited the highest compressive strength in this study. It was found that geopolymers activated with aluminate produced different microstructure from that of geopolymers activated with silicate. High silica in alkali activators produced the fine-grained microstructure of geopolymer gel. It was also found that high compressive strength was related to low porosity and a dense, connected microstructure. The outcome of the reported experiment indicates that quantitative formulation method made it possible to choose suitable activators for achieving targeted compositions of geopolymers and to avoid efflorescence.

• 한국재료학회지
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• 제23권9호
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• pp.510-516
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• 2013

Fly ash is one of the aluminosilicate sources used for the synthesis of geopolymers. The particle size distribution of fly ash and the content of unburned carbon residue are known to affect the compressive strength of geopolymers. In this study, the effects of particle size and unburned carbon content of fly ash on the compressive strength of geopolymers have been studied over a compositional range in geopolymer gels. Unburned carbon was effectively separated in the $-46{\mu}m$ fraction using an air classifier and the fixed carbon content declined from 3.04 wt% to 0.06 wt%. The mean particle size ($d_{50}$) decreased from $22.17{\mu}m$ to $10.79{\mu}m$. Size separation of fly ash by air classification resulted in reduced particle size and carbon residue content with a collateral increase in reactivity with alkali activators. Geopolymers produced from carbon-free ash, which was separated by air classification, developed up to 50 % higher compressive strength compared to geopolymers synthesized from raw ash. It was presumed that porous carbon particles hinder geopolymerization by trapping vitreous spheres in the pores of carbon particles and allowing them to remain intact in spite of alkaline attack. The microstructure of the geopolymers did not vary considerably with compressive strength, but the highest connectivity of the geopolymer gel network was achieved when the Si/Al ratio of the geopolymer gel was 5.0.

• 자원리싸이클링
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• 제25권6호
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• pp.73-81
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• 2016

지오폴리머는 메타카올린 혹은 석탄재와 같은 알루미노실리케이트 원료를 알칼리 활성화제와 반응시켜 제조된 비정질 무기 폴리머로서 포틀랜드 시멘트보다 우수한 내열성을 보인다. 지오폴리머의 고온 수축률은 $600^{\circ}C$까지는 0.5 %이하 ~ 3 %정도이며 용융되기 전까지 총 수축률은 5 ~ 7 %정도이다. 본 연구는 Si/Al비 1.5인 지오폴리머 페이스트에 탄소 나노 섬유, 탄화규소, 파이렉스 유리, 질석 및 ISO 표준사를 첨가하여 지오폴리머의 압축강도와 고온 수축에 미치는 효과를 알아보았다. 탄소 나노 섬유, 탄화규소, 파이렉스 유리와 질석이 첨가된 지오폴리머의 압축강도는 35 ~ 40 MPa범위로 유사하였다. ISO 표준사를 30 wt.% 첨가한 지오폴리머 모르타르의 평균 압축강도는 28 MPa로 가장 낮았다. ISO 표준사를 첨가하면 압축강도는 감소하였고 고온 수축률은 페이스트 수축률의 약 25 %까지 감소되었다. 이는 석영이 대부분인 잔골재 입자가 팽창하여 지오폴리머 겔 조직의 수축을 보상하였기 때문이다. 충전재의 종류와 관계없이 $900^{\circ}C$ 가열 후 지오폴리머 겔 조직은 소결현상에 의해 치밀해졌다.

• 자원리싸이클링
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• 제27권6호
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• pp.59-67
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• 2018

백화는 시멘트 콘크리트의 표면에 흰 가루 물질이 생성되는 것으로 이 현상은 지오폴리머에서도 나타난다. 지오폴리머의 백화는 알칼리 자극제의 나트륨과 대기 중 이산화탄소가 반응하여 나트륨 탄산염 물질이 지오폴리머 표면에 나타나 발생한다. 본 연구에서는 비산재 기반 지오폴리머의 Na/Al 비를 조절하거나 양생온도와 가열 양생 기간을 변화시켰을 때 2차 백화를 억제할 수 있는지 검토하였다. 지오폴리머의 28일 압축강도는 Na/Al 비가 0.8인 시료보다 Na/Al 비가 1.0인 시료에서 높게 나타났으며, 양생온도가 높고 가열 양생 기간이 길수록 강도는 높게 나타났다. 한편 백화는 Na/Al 비가 1.0인 시료의 경우 양생온도가 높고 가열 양생 기간이 길수록 적게 나타났다. Na/Al 비가 0.8인 시료에서는 Na/Al 비가 1.0인 시료에서 보다 백화가 더 빠르게 나타났다. 비산재 기반 지오폴리머의 2차 백화 발생을 억제하기 위해서는 Na/Al 비를 1.0으로 유지하는 것과 양생온도를 높이고 가열 양생 시간을 길게 하는 것이 유리할 것으로 생각된다.

• 한국결정성장학회지
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• 제32권4호
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• pp.143-150
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• 2022

알루미늄제련 폐기물을 IGCC 슬래그와 혼합하여 지오폴리머를 제조하고 물성을 기존 IGCC 슬래그 기반 지오폴리머와 비교하였다. 두 원료를 혼합했을 때 Si/Al 비율 1.78에서 가장 좋은 압축강도 값을 보였으며, Si/Al의 변화에 따라서 압축강도 및 밀도의 변화가 민감하지 않아 즉, 혼합 허용범위가 상당히 넓어 상용화시 유리하다고 판단되었다. 알루미늄제련 폐기물을 첨가한 지오폴리머는 기존 IGCC 슬래그 기반 지오폴리머 대비 압축강도가 높은 것을 확인할 수 있었으며, TCLP법에 의해 안전성 확인을 한 결과 인체에 무해하다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 알루미늄제련 폐기물을 일정 비율로 IGCC 슬래그와 혼합하여 지오폴리머를 제조한다면 지오폴리머의 물성 향상에도 도움이 될 뿐만 아니라 안전한 건축자재로 재활용될 수 있다고 결론지을 수 있었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제30권1호
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• pp.33-39
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• 2020

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.

• 한국재료학회지
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• 제26권10호
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• pp.521-527
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• 2016

Geopolymers have many advantages over Portland cement, including energy efficiency, reduced greenhouse gas emissions, high strength at early age and improved thermal resistance. Alkali activated geopolymers made from waste materials such as fly ash or blast furnace slag are particularly advantageous because of their environmental sustainability and low cost. However, their durability and functionality remain subjects for further study. Geopolymer materials can be used in various applications such as fire and heat resistant fiber composites, sealants, concretes, ceramics, etc., depending on the chemical composition of the source materials and the activators. In this study, we investigated the thermal properties and microstructure of fly ash and blast furnace slag based geopolymers in order to develop eco-friendly construction materials with excellent energy efficiency, sound insulation properties and good heat resistance. With different curing times, specimens of various compositions were investigated in terms of compressive strength, X-ray diffraction, thermal property and microstructure. In addition, we investigated changes in X-ray diffraction and microstructure for geopolymers exposed to $1,000^{\circ}C$ heat.