수산화칼슘 활성화제가 초고강도 무시멘트 콘크리트의 응결 및 강도발현에 미치는 영향에 관한 연구 = A Study on the Effects of Calcium Hydroxide Activators on the Setting Behavior and Strength Development of Ultra-High-Strength Cementless Concrete

국문 초록 (Abstract)

수산화칼슘 활성화제가 초고강도 무시멘트 콘크리트의 응결 및 강도발현에 미치는 영향에 관한 연구 전 세계적으로 기후위기가 가속화됨에 따라, 산업 전반의 온실가스 저 감과 탄소중립 이행이 중요한 과제로 대두되고 있다. 특히 건설산업은 전체 온실가스 배출의 약 40 %를 차지하는 분야로, 그 중에서도 시멘트 제조 과정에서 발생하는 이산화탄소는 건설 분야 배출량의 상당 부분을 차지한다. 시멘트 1톤 생산 시 약 0.8 ~ 0.9 톤의 이산화탄소가 발생되 는 것으로 알려져 있어, 시멘트 사용량 저감 및 대체 결합재 개발에 대 한 요구가 지속적으로 증가하고 있다.한편, 철강 산업에서는 매년 대량 의 고로슬래그가 발생하고 있으며, 이를 건설재료로 고부가가치화 하는 것은 순환경제 및 탄소저감 측면에서 매우 효과적인 방안으로 평가된다. 고로슬래그는 잠재수경성을 갖고 있어 적절한 활성화 기술이 적용될 경우 시멘트를 대체할 수 있는 결합재로 활용될 가능성이 크다. 그러나 초고강도 수준의 무시멘트 콘크리트에서는 낮은 물-결합재비와 높은 분 말도로 인해 초기 반응 제어가 복잡하며, 활성화제 종류 및 조합에 따른 체계적인 연구는 충분히 이루어지지 않은 상태이다. 따라서, 본 연구에서는 슬래그 기반 초고강도 무시멘트 콘크리트에서 수산화칼슘 기반 알칼리 활성화 시스템을 중심으로 보조 활성화제 조합 에 따른 물리적, 역학적 특성 및 미세구조 특성을 평가하고, 최적 활성 화 조건을 도출하고자 하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 수산화칼슘을 단독 혼입할 경우 10~15 % 범위에서 유동성 변화 는 미비하였으며 전반적으로 안정적인 작업성을 나타내었다. 응결특성에 서는 수산화칼슘 혼입량 증가에 따라 초결 및 종결이 점진적으로 지연되 는 경향을 보였다. (2) 수산화칼슘을 단독 혼입할 경우 압축강도는 수중양생 조건에서 크 게 향상되지 않았으나, 증기양생 조건에서는 슬래그 활성화가 촉진되어 강도 증가가 뚜렷하게 나타났다. (3) 수산화칼슘 기반 알칼리 활성화제에 나트륨계 및 수산화물계 활성 화제를 병용한 경우, 높은 알칼리 반응성으로 인해 유동성이 감소하고 응결이 빠르게 진행되었다. 반면, 칼슘계 활성화제를 병용한 경우에는 작업성이 비교적 안정적으로 유지되었으며 급격한 응결 현상은 나타나지 않았다. (4) 수산화칼슘 기반 알칼리 활성화제에 나트륨계 및 수산화물계 활성 화제를 병용한 경우, 초기 반응성은 우수하였으나 장기 압축강도는 Plain 대비 유사하거나 낮은 압축강도를 보였다. 반면, 칼슘계 활성화제 의 경우 전반적으로 높은 압축강도를 나타냈다. (5) 미세구조 분석결과, 수산화칼슘 기반 알칼리 활성화제에 칼슘계 활 성화제를 병용한 경우, 나트륨계 및 수산화물계 활성화제 병용 배합에 비해 기공률이 낮고 조밀한 구조를 나타냈다. 라만 분광 분석에서 칼슘 계 활성화제를 병용한 경우 저주파 영역의 밴드가 상대적으로 증가하는 경향을 보였는데, 이는 C-(A)-S-H 계열 겔 형성에 기인한 것으로 판단 된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구범위 및 범위 3
• 1.3 국내외 연구 동향 6
• 1.3.1 국내 연구 동향 6
• 1.3.2 국외 연구 동향 8
• Ⅱ. 이론적 고찰 11
• 2.1 알칼리 활성 콘크리트 11
• 2.1.1 알칼리 활성 콘크리트 정의 11
• 2.1.2 알칼리 활성 콘크리트 중합반응 메커니즘 12
• 2.1.3 알칼리 활성화제 14
• (1) 알칼리 활성화제 역할 14
• (2) 알칼리 활성화제 종류 15
• 2.2 초고강도 무시멘트 콘크리트 21
• 2.2.1 초고강도 무시멘트 콘크리트 정의 21
• 2.2.2 초고강도 무시멘트 콘크리트 특징 22
• Ⅲ. 실험계획 및 방법 23
• 3.1 실험계획 23
• 3.2 사용재료 26
• 3.2.1 결합재 26
• 3.2.2 알칼리 활성화제 27
• 3.2.3 잔골재 29
• 3.2 실험방법 30
• 3.2.1 초고강도 무시멘트 콘크리트의 혼합 30
• 3.2.2 초고강도 무시멘트 콘크리트의 양생 31
• 3.2.3 테이블 플로 31
• 3.2.4 응결시간 32
• 3.2.5 압축강도 32
• 3.2.6 기공률 33
• 3.2.7 라만 분광 분석법 34
• Ⅳ. 실험결과 및 분석 35
• 4.1 초고강도 무시멘트 콘크리트 수산화칼슘 최적 혼입비 35
• 4.1.1 테이블 플로 35
• 4.1.2 응결시간 37
• 4.1.3 압축강도 39
• 4.2 수산화칼슘 기반 알칼리 활성화제 조합에 따른 특성 41
• 4.2.1 테이블 플로 41
• 4.2.2 응결시간 45
• 4.2.3 압축강도 49
• 4.2.4 기공률 53
• 4.2.5 라만 분광 분석법 54
• Ⅴ. 결론 59