• 한국광물학회지
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• 제27권1호
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• pp.17-30
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• 2014

폐콘크리트 처리 시 발생하는 시멘트 미분은 $CO_2$ 포집을 위한 광물탄산화 재료로 활용할 수 있다. 이번 연구에서는 폐콘크리트를 활용한 $CO_2$ 포집을 위한 기초연구로 수화시멘트의 수성탄산화 방안과 탄산염광물 형성 특성에 대한 자료를 확보하고자 하였다. 실험을 위해 물 : 시멘트 비를 6 : 4로 하여 28일간 수중 경화하여 시멘트 풀을 제작하고, 첨가제(NaCl과 $MgCl_2$)를 활용한 용출실험과 두 종류의 수성탄산화(직접수성탄산화와 간접수성탄산화)실험을 수행하였다. 용출실험 결과, $Ca^{2+}$ 이온의 용출은 시험된 최대 농도에서 보다 0.1 M NaCl과 0.5 M $MgCl_2$에서 최대로 나타났으며, $MgCl_2$는 NaCl에 비해 10배 이상의 $Ca^{2+}$ 이온을 용출력을 보였다. 미분(< 0.15 mm)의 시멘트 풀은 직접수성탄산화에 의해 1시간 이내에 탄산화에 의해 포트랜다이트가 거의 모두 탄산염 광물로 변화하고, CSH(calcium silicate hydrate)의 분해에 의한 탄산화도 진행되는 것으로 나타났다. 그러나 직접수성탄산화에는 NaCl과 $MgCl_2$와 같은 첨가제가 크게 효율적이지 못하였다. NaCl과 $MgCl_2$를 첨가제로 사용한 용출액에 대한 간접수성탄산화로 100% 순수한 방해석을 생성되었다. $MgCl_2$에 의한 용출액의 경우 탄산화를 위해 알칼리용액 의한 pH의 조절이 필요하였으며, $Mg^{2+}$ 이온의 영향으로 탄산화가 느리게 진행되었다. 수성탄산화 방법과 첨가제의 종류가 생성되는 탄산칼슘광물의 종류와 결정도 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.715-722
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• 2019

콘크리트 구조물은 외부로부터 콘크리트 내부로 침투 및 확산하는 유해 이온(CO₃^2-, Cl^-, SO₄^2- 등)에 의하여 철근의 부식 및 콘크리트 열화가 발생하여 내구성이 저하된다. 따라서 콘크리트의 열화를 방지 또는 지연시키기 위하여 콘크리트 표면 보호용 마감 모르타르의 사용은 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 실리카 졸과 칼슘 이온으로 개질한 천연 라텍스 성분을 열화 콘크리트의 보수용 모르타르 또는 콘크리트 표면 보호용 마감 모르타르에 사용할 수 있는 시멘트 모르타르에 사용함으로써 콘크리트의 열화 방지 또는 열화 지연의 가능성에 대해 검토하였다. 연구 결과, 개질 라텍스 성분 중에 함유된 칼슘 이온과 실리카 졸의 성분에 의해 미세한 칼슘 실리케이트 수화물이 시멘트 재료의 공극에 생성되어 시멘트 모르타르의 공극 분포를 감소시켜 유해 이온(CO₃^2-, Cl^-, SO₄^2- 등)의 침투 및 확산을 저감 시키고, 라텍스 성분이 시멘트 경화체의 공극 내부에 존재함으로 내알칼리성 및 중성화 저항성이 향상됨을 확인할 수 있었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제25권5호
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• pp.29-37
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• 2024

본 연구는 산화칼슘 개질제로 제강슬래그를 사용하여 연약점토와 혼합 시 발생하는 화학적 성분의 변화가 수경성 및 양생시간에 따른 압축강도 발현 특성을 파악하고자 XRF시험과 SEM 촬영, 베인전단강도, 일축압축강도시험을 수행하였다. 제강슬래그로부터 용출되는 칼슘(Ca)은 점토 내 Ca 함량을 증가시키고, SiO₂ 및 Al₂O₃ 성분과의 화학적 반응으로 칼슘실리카게이트 수화물 (CaO-SiO₂-H₂O) 반응으로 점토의 피막층이 형성되어 결정체 입자수를 증가시킨다. 따라서, 중량혼합비 Rss 30%(제강슬래그 30% + 점토 70%) 상태에서 초기 비활성영역의 베인전단강도는 4.4~18.4kN/m²로 나타났다. 활성영역의 경우 양생시간 480시간 경과 시 최대일축압축강도는 431.8kN/m²까지 증가되었으며, 이는 포졸란 반응에 의해 점토의 겉보기 점착(Attraction) 강도를 증가시킨다. 본 연구를 통해 토목현장에서 제강슬래그의 재활용을 위해 연약점토와 혼합 시 제강슬래그의 혼합율(Rss)에 따라 연약점토는 강도발현이 되므로 활용성을 높일 수 있다.

• 한국세라믹학회지
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• 제47권3호
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• pp.223-231
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• 2010

The serious issue of tall building is to ensure the fire-resistance of high strength concrete. The fire resistant finishing method is necessarily essential in order to satisfy the fire resistance time of 3 h required by the law. The fire resistant finishing method is installed by applying a fire resistant material as a method of shotcrete or a fire resistant board to high strength concrete surface. This method can reduce the temperature increase of the reinforcement embedded in high strength concrete at high temperature due to the installation thickness control. This study is interested in identifying the effectiveness of inorganic alumino-silicate compounds including the inorganic admixture such as fly ash and meta-kaolin as the fire resistant finishing materials through the analysis of fire resistance and components properties at high temperature. The study results show that the fire resistant finishing material composed of fly ash and meta-kaolin has the thermal stability of the slight decrease of compressive strength at high temperature. These thermal stability is caused by the ceramic binding capacity induced by alkali activation reaction by the reason of the thermal analysis result not showing the decomposition of calcium hydrate. Inorganic compounds composed of fly ash and meta-kaolin is evaluated to be very effective as the fire resistance material for finishing to protect the concrete substrate by the reason of those simplicity in both application and manufacture. The additional study about the adhesion in the interface with concrete substrate is necessary for the purpose of the practical application.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제8권3호
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• pp.213-228
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• 2014

Alkali-activated binder (AAB) is recently being considered as a sustainable alternative to portland cement (PC) due to its low carbon dioxide emission and diversion of industrial wastes and by-products such as fly ash and slag from landfills. In order to comprehend the behavior of AAB, detailed knowledge on relations between microstructure and mechanical properties are important. To address the issue, a new approach to characterize hardened pastes of AAB containing fly ash as well as those containing fly ash and slag was adopted using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectra microanalyses. The volume stoichiometries of the alkali activation reactions were used to estimate the quantities of the sodium aluminosilicate (N-A-S-H) and calcium silicate hydrate (CSH) produced by these reactions. The 3D plots of Si/Al, Na/Al and Ca/Si atom ratios given by the microanalyses were compared with the estimated quantities of CSH(S) to successfully determine the unique chemical compositions of the N-A-S-H and CSH(S) for ten different AAB at three different curing temperatures using a constrained nonlinear least squares optimization formulation by general algebraic modeling system. The results show that the theoretical and experimental quantities of N-A-S-H and CSH(S) were in close agreement with each other. The $R^2$ values were 0.99 for both alkali-activated fly ash and alkali-activated slag binders.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권4호
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• pp.53-59
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• 2012

본 연구에서는 지오폴리머계 그라우트재(HIT)의 강도 및 내구성 특성을 분석하기 위하여 일축압축강도시험, SEM, 공시체 표면변화관찰 및 용탈시험을 실시하였다. 일축압축강도시험 결과, HIT의 경우 초기강도가 높고, 재령일이 경과할수록 강도가 증가하는 경향을 보였으나, SGR과 LW 경우 재령 28일 이후 강도가 감소하는 경향을 보였다. 이는 SEM 결과와 일치하였으며, HIT의 경우 지속적인 수화반응을 통하여 밀실한 형태의 C-S-H 수화물이 다수 분포함을 확인할 수 있어 물유리계 재료보다 강도 및 내구성이 우수한 칼슘실리케이트 수화물을 형성함을 알 수 있었다. 또한 공시체의 표면변화 및 용탈시험 결과에서도 양생 6개월이 지난 시점에서 HIT의 경우 양호한 표면을 유지했으며 중량감소율도 극히 미미했다. LW, SGR의 경우에는 표면의 수축정도가 심했으며, 중량감소율도 HIT보다 큰 것으로 나타나 내구성이 떨어지는 것으로 나타났다. 종합적으로 HIT가 물유리계 재료보다 강도, 내구성면에서 우수한 특성을 나타내는 것으로 나타나 해상구조물 그라우트재로 적합할 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권8호
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• pp.338-343
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• 2017

본 논문은 이산화탄소 배출저감 및 산업폐기물을 재활용하기 위한 일환으로 산업부산물인 고로슬래그 미분말을 사용하였다. 고로슬래그 미분말은 선철의 제련 시 부산물로서 발생하는 고온 용융상태의 고로슬래그를 물로 급냉 시켜 유리화한 것으로 반응성이 높아 시멘트 및 콘크리트용 혼화재료로 다양하게 사용되고 있다. 고로슬래그 미분말을 치환한 콘크리트는 수화발열속도 저감, 온도상승 억제, 장기강도 향상, 수밀성 증대에 의한 내구성 향상 및 염화물 이온 침투억제에 의한 철근의 발청 억제 등의 다양한 효과를 기대할 수 있다. 그러나, 재령 초기 낮은 압축강도로 인해 사용량이 적은 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 고로슬래그 미분말을 치환할 경우 낮은 압축강도를 보완하기 위해 증기양생이 초기 강도 발현에 미치는 영향을 평가하였고, 압축강도, SEM, EDS, XRD와의 관계를 분석하여 콘크리트의 압축강도 발현특성을 검토하였다. 그 결과 고로슬래그 미분말을 30% 치환한 콘크리트가 가장 우수하였으며, 이는 증기양생에 의해 고로슬래그 미분말의 피막을 파괴하여 ettringite 및 C-S-H겔 등의 수화물을 생성함으로 압축강도에 영향을 마친 것으로 판단된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제21권2호
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• pp.29-37
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• 2016

CO₂ injection well sealant is vulnerable to supercritical CO₂ (scCO₂) exposure. To develop an alternative to the conventional sealant system (class G cement/class F fly ash), the performance of slag cement (SPC) systems containing class F fly ash (FFA) or class C fly ash (CFA) was evaluated and compared with the conventional sealant under scCO₂ conditions. All sealant systems showed an immediate increase in compressive strength upon scCO₂ exposure and, at 37.6 MPa, SPC/CFA showed the highest compressive strength after 14 days, which was much higher than the 29.8 MPa of the conventional sealant system. Substantial decreases in porosity were observed in all sealant systems, which were partly responsible for the increase in strength. Carbonation reactions led to pH decreases in the tested sealants from 12.5 to 10~11.6. In particular, the greatest decrease in pH in slag cement/class C fly ash probably supported relatively sustainable alkali activation reactions and the integrity of cement hydrates in this system. XRD revealed the presence of CaCO₃ and a decrease in the content of cement hydrates in the tested sealants upon scCO₂ exposure. TGA demonstrated a greater increase of CaCO₃ and calcium-silicate-hydrate phases in SPC/CFA than in the conventional sealant upon scCO₂ exposure.

• Advances in concrete construction
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• 제8권1호
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• pp.21-31
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• 2019

The rich recipe of ultra high performance concrete (UHPC) offers the higher mechanical, durability and dense microstructure property. The variable like cement/sand ratio, amount of supplementary cementitious material, water/binder ratio, amount of fiber etc. alters the UHPC hardened properties to any extent. Therefore, to understand the effects of these variables on the performance of UHPC, inevitably a stage-wise development is required. In the present experimental study, the effect of sand/cement ratio, the addition of finer material (fly ash and quartz powder) and, hybrid fiber on the fresh, compressive and microstructural property of UHPC is evaluated. The experiment is conducted in three phases; the first phase evaluates the flow value and strength attainment of ingredients, the second phase evaluates the efficiency of finer materials (fly ash and quartz powder) to develop the UHPC and the third phase evaluate the effect of hybrid fiber on the flow value and strength of ultra high performance hybrid fiber reinforced concrete (UHP-HFRC). It has been seen that the addition of fly ash improves the flow value and compressive strength of UHPC as compared to quartz powder. Further, the usage of hybrid fiber in fly ash contained matrix decreases the flow value and improves the strength of the UHP-HFRC matrix. The dense interface between matrix and fiber and, a higher amount of calcium silicate hydrate (CSH) in fly ash contained UHP-HFRC is revealed by SEM and XRD respectively. The dense interface (bond between the fiber and the UHPC matrix) and the higher CSH formation are the reason for the improvement in the compressive strength of fly ash based UHP-HFRC. The differential thermal analysis (DTA/TGA) shows the similar type of mass loss pattern, however, the amount of mass loss differs in fly ash and quartz powder contained UHP-HFRC.

• Geomechanics and Engineering
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• 제19권1호
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• pp.37-47
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• 2019

The main objective of this study is to evaluate and compare the efficiency of ordinary Portland cement (OPC) in enhancing the unconfined compressive strength of soft soil alone and soft soil mixed with recycled tiles. The recycled tiles have been used to treat soft soil in a previous research by Al-Bared et al. (2019) and the results showed significant improvement, but the improved strength value was for samples treated with low cement content (2%). Hence, OPC is added alone in this research in various proportions and together with the optimum value of recycled tiles in order to investigate the improvement in the strength. The results of the compaction tests of the soft soil treated with recycled tiles and 2, 4, and 6% OPC revealed an increment in the maximum dry density and a decrement in the optimum moisture content. The optimum value of OPC was found to be 6%, at which the strength was the highest for both samples treated with OPC alone and samples treated with OPC and 20% recycled tiles. Under similar curing time, the strength of samples treated with recycled tiles and OPC was higher than the treated soil with the same percentage of OPC alone. The stress-strain curves showed ductile plastic behaviour for the untreated soft clay and brittle behaviour for almost all treated samples with OPC alone and OPC with recycled tiles. The microstructural tests indicated the formation of new cementitious products that were responsible for the improvement of the strength, such as calcium aluminium silicate hydrate. This research promotes recycled tiles as a green stabiliser for soil stabilisation capable of reducing the amount of OPC required for ground improvement. The replacement of OPC with recycled tiles resulted in higher strength compared to the control mix and this achievement may results in reducing both OPC in soil stabilisation and the disposal of recycled tiles into landfills.