• 한국결정성장학회지
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• 제28권5호
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• pp.199-205
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• 2018

IGCC(integrated gasification combined cycle) 발전소에서 발생된 석탄회로부터 발포 및 비발포 지오폴리머를 제조하고, 그 내수성을 평가하였다. 시편을 30일간 물에 침지하여 미세구조 변화 및 침지액의 알칼리도 변화를 측정함에 있어 지오폴리머 발포여부, 상온재령 조건, 그리고 침지시간을 변수로 실험하였다. Si-sludge를 0.1 wt% 첨가한 지오폴리머에는 직경이 1~3 mm인 기공들이 발생하여 우수한 발포성을 보였고, calcium-silicate-hydrate 결정상이 생성되었다. 침지실험에서 침지액의 pH가 시간에 따라 증가하는 것은 경화제로 사용된 알칼리 활성화제 중에서 미반응된 것이 물에 녹아나왔기 때문이다. 침지액의 pH 변화로부터 발포된 시편이 제조과정에서 비발포 시편에 비해 지오폴리머 반응이 더 빨리 완결됨을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여 IGCC 석탄회를 재활용한 발포 및 비발포 지오폴리머를 성공적으로 제조할 수 있었으며, 향후 내수성이 필요한 분야에 IGCC 석탄회 기반 지오폴리머를 적용하기 위해 필수적인 상온재령 시간, 발포/비발포 유무, 침지 시간 등에 대한 공정 데이터들을 확보하였다.

• 한국재료학회지
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• 제20권1호
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• pp.1-6
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• 2010

Geopolymer materials are attractive as inorganic binders due to their superior mechanical and eco-friendly properties. In the current study, geopolymer-based cement was prepared using aluminosilicate minerals from fly-ash with KOH as an alkaline-activator and $Na_2SiO_3$ as liquid glass. Then, calcium carbonate powder from a clam shell was mixed with the geopolymer and the mixture was coated on a concrete surface to provide points of attachment for environmental organisms to grow on the geopolymers. We investigated the effect of the shell powder grain size on the microstructure and bonding property of the geopolymers. A homogeneous geopolymer layer coated well on the concrete surface via aluminosilicate bonding, but the adhesiveness of the shell powder on the geopolymer cement was dependent on the grain size of the shell powder. Superior adhesive characteristics were shown in the shell powder of large grain size due to the deep penetration into the geopolymer by their large weight. This kind of coating can be applied to the adhesiveness of eco-materials on the surface of seaside or riverside blocks.

• Computers and Concrete
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• 제29권 5호
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• pp.335-346
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• 2022

Geopolymers are an important alternative material supporting recycling, sustainability, and waste management. Durability properties are among the most critical parameters to be investigated; in this study, the durability of manufactured geopolymer samples under the attack of 10% magnesium sulfate and 10% sodium sulfate solution was investigated. 180 cycles of freezing and thawing were also tested. The experimentally obtained results investigate the durability of geopolymer mortar prepared with fly ash (class F) and alkali activator. Three different quarry dust wastes replaced the river sand aggregate: limestone, marble, and basalt powder as fine filler aggregate in three different replacement ratios of 25%, 50%, and 75% to produce ten series of geopolymer composites. The geopolymer samples' visual appearance, weight changes, UPV, and strength properties were studied for up to 12 months at different time intervals of exposure to sulfate solutions to investigate sulfate resistance. In addition, Scanning Electron Microscopy (SEM), EDS, and XRD were used to study the microstructure of the samples. It was beneficial to include quarry waste as a filler aggregate in durability and mechanical properties. The compact matrix was demonstrated by microstructural analysis of the manufactured specimens. The geopolymer mortars immersed in sodium sulfate showed less strength reduction and deterioration than magnesium sulfate, indicating that magnesium sulfate is more aggressive than sodium sulfate. Therefore, it is concluded that using waste dust interrogation with partial replacement of river sand with fly ash-based geopolymers has satisfactory results in terms of durability properties of freeze-thaw and sulfate resistance.

• 한국결정성장학회지
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• 제24권1호
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• pp.15-20
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• 2014

본 연구에서는 도시 쓰레기 소각재 슬래그에 알칼리 활성화제로서 NaOH를 첨가하여 지오폴리머를 합성하고 그 물성을 평가하였다. 특히 NaOH의 몰농도, 원료의 입도 그리고 액체/고체 비율이 제조된 지오폴리머의 압축강도에 미치는 영향을 조사하였다. 원료의 입도가 미세할수록 합성된 지오폴리머의 강도는 증가하였으며, 액체/고체 비율의 최적 값은 0.13으로 나타났다. 합성된 지오폴리머의 압축강도는 첨가된 NaOH의 몰농도가 증가함에 따라 함께 증가하는 경향을 나타내었으나, 20 M 이상의 농도에서는 일정 값에 수렴하였다. 20 M 이상의 NaOH 농도로 제조된 지오폴리머에는 sodium aluminum silicate 및 sodium aluminum silicate hydrate 형태의 2종류 zeolite 결정상이 생성되었다. 20 M NaOH 및 $70^{\circ}C$ 양생조건으로 제조된 시편에서 가장 높은 압축강도, 163 MPa이 발현되었으며, 이것은 고농도의 NaOH가 지오폴리머 반응 및 치밀한 미세구조 형성을 촉진시켰기 때문인 것으로 사료된다. 본 연구에서 제조된 고강도의 지오폴리머는 향후, 도시쓰레기 소각재 슬래그의 재활용율 제고는 물론 시멘트 대체 분야 발전에 일조할 것으로 기대된다.

• 자원리싸이클링
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• 제23권2호
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• pp.81-89
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• 2014

화력발전소 석탄재는 2010년을 기준으로 약 850만톤, 연탄재는 약 74만톤 배출된다. 이는 대량 재활용되지 않아 경제적, 환경적으로 부담이 되고 있는 실정이므로, 석탄 연소부산물의 자원화기술개발이 시급하다. 석탄 연소부산물을 균질하게 가공하는 분쇄 및 선별 등의 자원처리기술을 적용하고, 석탄 연소부산물의 품질을 관리하여, 비소성 그린시멘트인 지오폴리머의 원료로 재활용하고자 본 연구에서는 석탄 연소부산물의 지오폴리머 원료화 기술에 대한 특허와 논문을 분석하였다. 분석범위는 1979년 ~ 2013년까지의 미국, 유럽연합, 일본, 한국의 등록/공개된 특허와 SCI 논문으로 제한하였다. 특허와 논문은 키워드를 사용하여 수집하였으며, 기술의 정의에 의해 필터링하였다. 특허와 논문의 동향은 연도, 국가, 기업, 기술 등에 따라 분석하여 고찰하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제49권6호
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• pp.575-580
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• 2012

Geopolymers were synthesized using raw materials produced from two different areas: one was from Indonesia and the other was from Habcheon, Korea. The constituting phases of the Indonesian raw material were quartz and kaolinite, while those of the Habcheon sample were quartz, halloysite and albite. They were both calcined at $750^{\circ}C$ for 6 hours, and solution of NaOH and water glass was added to activate the geopolymeric reaction. The compressive strength of geopolymer synthesized from the Indonesian raw material showed a low value of $151\;kgf/cm^2$ after curing for 28 days. However, it could be greatly increased by adding blast furnace slag powders of $1188\;kgf/cm^2$ and $1969\;kgf/cm^2$ at 20 wt% and 40 wt% additions, respectively. The compressive strength of the geopolymer synthesized from the Habcheon raw material was high, at $557\;kgf/cm^2$, after 28 days, and the very high early-stage (3 days) strength of $556\;kgf/cm^2$ for this sample was remarkable. Commercially available Habcheon metastate raw material, of which composition showed low CaO and $Na_2O$ contents compared to the calcined Habcheon raw material, was also examined. It was found that the compressive strength of the commercial metastate type was nearly identical to that of the calcined Habcheon raw material except for the relatively low value at an early curing stage and at a high curing temperature of $60^{\circ}C$.

• 한국결정성장학회지
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• 제31권4호
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• pp.174-181
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• 2021

순환자원인 IGCC 슬래그와 Si 슬러지를 활용하여 경량 지오폴리머를 제작하였다. 양생방법 및 침지기간에 따른 압축강도 및 밀도의 변화를 관찰하기 위해 세 가지 양생 방법을 시도하였고, 장기공용성 확인을 위해 침지 기간을 21일까지 변화시켰다. Oven(건조기) 양생 시편의 경우, 침지 기간이 증가할수록 압축 강도가 급격하게 감소하였다. 오토클레이브(autoclave)에서 양생된 시편은 3일과 7일에서는 낮은 압축 강도를 보이다 21일에서 급격한 증가를 보인 반면, 오토클레이브에서 양생 후 oven에서 양생한 시편은 반대로 3일과 7일에서 높은 압축 강도를 보였으나, 21일에서 급격한 감소를 보였다. 따라서 초기강도 발현을 위해서는 oven을 이용한 양생이 효과적이나, 장기간 물에 침지할 경우에는 오토클레이브를 이용한 양생이 바람직 한 것으로 사료되었다.

• 한국재료학회지
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• 제29권11호
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• pp.690-696
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• 2019

Geopolymer is an alumina silicate-based ceramic material that has good heat-resistance and fire-resistance; it can be cured at room temperature, and thus its manufacturing process is simple. Geopolymer can be used as a reinforcement or floor finish for high-speed curing applications. In this manuscript, we investigate a high-speed curing geopolymer achieved by adding calcium to augment the curing rate. Metakaolin is used as the main raw material, and aqueous solutions of KOH and $K_2SiO_3$ are used as the activators. As a result of optimizing the high bending strength as a target factor for geopolymers with $SiO_2/Al_2O_3$ ratio of 4.1 ~ 4.8, the optimum ranges of the active agent are found to be $0.1{\leq}K_2O/SiO_2{\leq}0.4$ and $10{\leq}H_2O/K_2O{\leq}32.5$, and the optimum range of the curing accelerator is found to be $$0.82{\leq_-}Ca(OH)_2/Al_2O_3{\leq_-}2.87$$. The maximum flexural strength is found to be 1.35 MPa at $Ca(OH)_2/Al_2O_3=2.82$, $K_2O/SiO_2=0.3$, and $H_2O/K_2O=11.3$. The physical and thermal properties are analyzed to validate the applicability of these materials as industrial insulating parts or repairing finishing materials in construction.

• Advances in concrete construction
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• 제14권1호
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• pp.1-13
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• 2022

Due to the physical-chemical characteristics of some bottom ash (BA), there are technical, economic and environmental limitations to find a destination that will add value to it. In Brazil, this residue is eventually used for filling coal extraction pits or remains in sedimentation ponds, creating a susceptible panorama to environmental issues. The geopolymers binders are one of the alternatives to the proper use high amounts of these materials. In this work, geopolymeric binder pastes were produced with BA mixed to activators with different alkali contents (expressed as %Na₂O), as well as the incorporation of soluble silicates (Ms content). The production of binary geopolymeric pastes based on the use of two industrial wastes: fluid catalytic cracking (FCC) and aluminum anodizing sludge (AAS), was also assessed. The content in mass of BA/FCC and BA/AAS ranged from 100/0, 90/10; 80/20 and 70/30. Systems with soluble silicates as activator in a molar ratio SiO₂/Na₂O of 1.0 (Ms = 1.0) and Na₂O content of 15%, showed the best results of mechanical strength (42 MPa at day 28^th). The improvement is up to 5X when compared to NaOH based systems. For systems with partial replacement of BA of 10% of AAS and 20% of FCC (80/20), the presence of soluble silicates was also effective to increase compressive strength.

• 한국결정성장학회지
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• 제32권2호
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• pp.68-76
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• 2022

본 연구는 오토클레이브에서 양생된 시편들을 침지했을 때 시편의 압축강도 변화 메커니즘(mechanism) 규명을 위해 수행되었다. 침지는 3일, 7일, 21일간 진행되었으며, 침지 용액은 증류수, 2M, 8M, 14M 알칼리용액에서 진행되었다. 단기간동안 침지한 시편들의 압축강도 변화는 크지 않았으나, 21일 동안 증류수 및 8M 알칼리 용액에 침지한 시편들의 압축강도는 추가적인 지오폴리머 반응에 의해 침지전 시편에 비해 2배 이상 증가하였다. 하지만, 일정농도 이상으로 알칼리를 공급해주면 알칼리 골재 반응에 의해 압축강도가 감소하였다. 따라서 오토클레이브에서 양생한 시편들의 압축강도 증진을 위해서는 증류수 및 8M 알칼리용액에서 21일 이상 장기간 침지하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다.