황산 중화 액상레드머드를 사용한 슬래그 시멘트 모르타르의  수화 특성

강석표,박규은,김상진 대한건축학회 2024 대한건축학회논문집 Vol.40 No.1

본 논문에서는 알루미늄 제조공정의 부산물인 레드머드 슬러지를 재활용하기 위해 액상레드머드와 황산 중화 액상레드머드를 제조하고, 이를 슬래그 시멘트 모르타르에 적용하여 건축 재료로서의 활용 가능성을 검토하였다. 액상레드머드와 황산 중화 액상레드머드를 슬래그 시멘트 모르타르로 대체한 결과, 초기 응결 시간이 단축하고 초기 강도를가 향상되는 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히, 레드머드에 황산을 첨가하면 NaOH와 반응하여 Na2(SO4)3 형태의 화합물이 생성되는데, 이는 황산 중화 액상레드머드를 첨가한 슬래그 시멘트 모르타르의 급결 현상을 저하시키는 요인으로 작용하여 28일 강도 결과에서 액상레드머드 첨가 슬래그 시멘트 모르타르 보다 높은 강도를 나타내었다. XRD 분석 결과에서는 새로운 A 피크로 Xonotlite와, B 피크로 Gismondite가 확인되었으며, 이는 초기 압축강도 결과에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 레드머드 슬러지를 활용한 황산 중화 액상 레드머드는 건설산업에서의 활용성이 높은 것으로 판단된다. In this paper, liquid red mud and sulfuric acid neutralized liquid red mud were manufactured to recycle red mud sludge, a by-product of thealuminum manufacturing process, and applied to slag cement mortar to examine the possibility of its use as a building material. Liquid redmud and sulfuric acid neutralization As a result of replacing liquid red mud with slag cement mortar, it was found to have a positive effectby shortening the initial setting time and improving initial strength. In particular, when sulfuric acid is added to red mud, it reacts withNaOH to produce a compound in the form of Na2(SO4)3, which acts as a factor in reducing the rapid setting phenomenon of slag cementmortar added with sulfuric acid-neutralized liquid red mud, reducing the 28-day strength. The results showed higher strength than slag cementmortar added with liquid red mud. In the XRD analysis results, Xonotlite and Gismondite were identified as the new A peak and Gismonditeas the B peak, which appeared to affect the initial compressive strength results. Therefore, it is believed that sulfuric acid neutralizationliquid red mud using red mud sludge has high utility in the construction industry.

건설폐기물 중간처리공정에서 발생되는 순환토사의 재활용 확대방안

강석표,이원표,Kang, Suk-Pyo,Lee, Weon-Pyo 한국건설순환자원학회 2014 한국건설순환자원학회지 Vol.9 No.3

황산으로 중화시킨 액상 레드머드를 혼입한 시멘트 페이스트의 수화특성

강석표,홍성욱,김상진,인병은 한국건축시공학회 2022 한국건축시공학회지 Vol.22 No.5

본 연구에서는 액상 레드머드를 첨가한 시멘트계 재료의 강도저하를 개선하기 위해서, pH가 10~12인 액상 레드머드(LRM)에 황산을 첨가하여 pH를 6~8로 조절한 중화레드머드(LRM+S)를 제조하였다. LRM과 LRM+S를 각각 시멘트 페이스트에 첨가하여 수화열, 압축강도, 수화생성물을 확인하였다. 수화열 측정결과 LRM을 첨가한 시멘트 페이스트는 Plain와비교하여 발열량이 낮고 수화속도가 지연되었지만, LRM+S를 첨가한 시멘트 페이스트는 Plain의 수화열 피크와 유사하게나타났다. 압축강도 측정결과 PS-LRM의 압축강도는 모든 재령에서 Plain의 압축강도보다 저하되었고 28일 재령에서 55%수준을 나타내었다. 반면에 PS-LRM+S의 압축강도는 Plain의 압축강도와 비교하여 28일 재령에서 유사한 수준을 나타내었다. XRD 분석 결과 PS-LRM는 3일부터 Ca(OH)2 피크가 확인되었지만, PS-LRM+S의 경우 Plain과 유사하게 1시간부터Ca(OH)2 피크가 나타났다. 따라서 강알칼리성의 액상 레드머드에 황산을 첨가하여 중화레드머드를 제조하여 시멘트계 재료에 첨가하면 강도저하를 개선할 수 있을 것으로 판단된다. In this study, Neutralized red mud(LRM+S) at a pH of 6–8 was prepared by adding sulfuric acid toliquefied red mud(LRM) at a pH of 10~12. After adding LRM and LRM+S to the cement paste, thehydration heat, compressive strength, and hydration products were examined. The observed accumulatedhydration heat revealed that the calorific value of the cement paste with LRM was low and its and peakwas delayed when compared with that of plain cement paste(referred to as Plain), whereas thecalorific value of the cement paste with LRM+S was similar to that of Plain. At the age of 28 days, thecompressive strength of the cement paste with 20% LRM was 55% of the strength of Plain. Using X-raydiffraction, it was determined that the cement paste with 20% LRM exhibited a Ca(OH)2 peak after 3days, whereas the cement paste with 20% LRM+S and Plain exhibited a Ca(OH)2 peak after an hour. Thus, the strength degradation of cementitious materials was improved by adding neutralized red mudprepared by adjusting the pH of highly alkaline LRM with sulfuric acid.

발수제 혼입에 따른 시멘트 모르타르의 표면 얼음 제거성능에 관한 연구

강석표,홍성욱,인병은,김상진 한국건축시공학회 2022 한국건축시공학회지 Vol.22 No.6

본 논문은 발수제 혼입에 따른 시멘트 모르타르 표면의 얼음 제거성능에 다양한 요인 중 발수제 첨가 및 종류에 대한 영향을 검토하였다. 그 결과 발수제 첨가 시멘트 모르타르의 압축강도는 무첨가 시멘트 모르타르와 비교하여 감소하였고, 올리고머계 발수제 첨가 모르타르의 압축강도는 모노머계 발수제와 비교하여 높게 나타났다. 발수제 첨가 모르타르의 접촉각은무첨가 모르타르와 비교하여 증가하였고 모노머계 발수제보다는 올리고머 발수제가 상대적으로 증가하였다. 발수제 혼입에 따른 시멘트 모르타르의 얼음형성시간 측정 결과 발수제를 첨가하였을 때 25분까지 지연시키는 것으로 나타났다. 얼음제거하중 측정결과 발수제를 첨가하지 않은 모르타르는 342N을 발현하였고 발수제를 첨가한 모르타르는 31N을 발현하여발수제를 모르타르에 첨가하는 경우 얼음제거성능이 감소하였다.

폴리머혼입 알칼리활성화 무시멘트 결합재 모르타르의 강도특성

강석표 청운대학교 건설환경연구소 2013 청운대학교 건설환경연구소 논문집 Vol.8 No.1

Alkali-activated Cementless Binder(NC) is one of the most sustainable construction materials because it reduce portland cement content in concrete, resulting in decreased emission greenhouse gas and decreased use of natural raw materials. This study is to investigate strength properties of Alkali-activated Cementless Binder(NC) and ordinary portland cement(C) mortars using redispersible polymer powder. It is found that the compressive and bend strength of NC and C mortar increase as addition ratio of polymer increase, and NC based blast furnace slag using red mud has almost integrated and very compacted structure, which is believed to be the physical reasons for its high strength similar to that of C. 알칼리활성화 무시멘트 결합재는 콘크리트배합에서 시멘트를 전혀 사용하지 않음으로서 온실가스를 감소시키고 천연자원을 보존한다는 측면에서 지속가능한 건설재료 중의 하나로서 주목을 받고 있다. 따라서 본 연구는 알칼리활성화 무시멘트 결합재의 용도를 확대하고자 재유화형 폴리머 분말을 사용한 NC 및 C 모르타르의 압축강도 및 휨강도 특성을 검토하였다. 그 결과 폴리머 첨가율이 증가할수록 NC 및 C 모르타르의 압축강도 및 휨강도도 증가하였으며, 고로슬래그미분말을 주성분으로 하는 NC에 레드머드를 대체하게 되면 강도를 향상시킬 수 있는 밀실한 구조를 형성시키게 되는 것을 확인할 수 있었다.

액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 모르타르의 강도특성 및 색차 분석

강석표,강혜주 한국건설순환자원학회 2018 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.6 No.2

건설분야에서는 구조적 안정성과 더불어 생활수준과 의식수준의 향상으로 미관에 대한 새로운 요구가 증대되고 있다. 한편보크사이트로(Bauxite)부터 수산화알루미늄 추출공정에서 발생되는 레드머드 슬러지는 Fe2O3를 약 20% 함유하고 있어 자연스런 천연 황토색을 나타내며 건설산업분야에 활용 가능성이 높다. 본 논문에서는 산업부산물인 함수율 50%의 레드머드슬러지를 액상으로 제조하여, 제조된 액상화 레드머드를 시멘트 모르타르에 첨가하여 액상화 레드머드의 첨가량에 따른시멘트 모르타르의 강도 및 색차를 검토하였다. 그 결과 액상화 레드머드 첨가량이 증가할수록 압축강도는 증가하였으며액상화 레드머드를 첨가한 시멘트 모르타르는의 색채는 모든 시험체에서 YR계열의 범위에 분포하는 것으로 나타나며 액상화레드머드 첨가량이 증가할수록 색채는 뚜렷해지는 경향을 나타내었다.

생활계 복합재질 폐합성수지의 고품질 물질재활용 적용 사례

강석표,김상진,이재술,김영식,신성철,Suk-Pyo Kang,Sang-Jin Kim,Jae-Sul Lee,Yeong-Sik Kim,Sung-Chul Shin 한국건설순환자원학회 2023 한국건설순환자원학회지 Vol.18 No.2

콘크리트의 투기계수를 이용한 CO₂확산 탄산화진행 예측모델

강석표,김영선,송하원,김규용,Kang, Suk-Pyo,Kim, Young-Sun,Song, Ha-Won,Kim, Gyu-Yong 한국콘크리트학회 2010 콘크리트학회논문집 Vol.22 No.2

최근 콘크리트의 탄산화 진행 예측을 위한 수식적 모델들이 보고되고 있으며, 이러한 모델들은 $Ca(OH)_2$과 $CO_2$의 화학적 반응과 $CO_2$의 확산에 대한 관계를 연구하고 있다. 이 모델들은 콘크리트의 탄산화 영역에서 $CO_2$가 확산하고 콘크리트 중의 탄산화 영역과 미탄산화 영역과의 경계면에서 $Ca(OH)_2$와 반응한다는 가정에 기초하고 있다. 이 연구에서는 콘크리트중의 $CO_2$ 확산 및 탄산화진행영역에서의 $CaCO_3$와 $Ca(OH)_2$의 공존을 고려한 $CO_2$와 $Ca(OH)_2$와의 반응을 모델화한 것이다. 콘크리트 탄산화진행을 보다 정확하게 표현하기 위해 콘크리트 투기계수로서 탄산화진행모델에 적용하여 $CO_2$확산 계수를 유추하였다. 모델에 의한 예측은 W/C에 따라 페인트처리를 실시한 콘크리트의 촉진탄산화의 실험 결과와 아주 유사하게 나타나, 콘크리트 투기계수를 이용한 탄산화 진행속도 기본방정식을 활용하여 촉진환경 및 일반 대기환경에서 탄산화 진행예측이 가능함으로서 철근콘크리트구조물의 내구성설계를 위한 보다 정량적인 수명예측이 가능할 것으로 사료된다. Recently, some mathematical models for the prediction on progress of carbonation of concrete were reported. These models take account for $CO_2$ diffusion and chemical reaction between $Ca(OH)_2$ and $CO_2$. Based on the assumption that $CO_2$ diffuses in the carbonation zone and reacts with $Ca(OH)_2$ at the outer face of carbonation zone and non-carbonation zone. In this study, a mathematical model to predict the progress of carbonation of concrete has been established based on the reducing concentration of $Ca(OH)_2$ in the carbonation progress zone, where $Ca(OH)_2$ reacts with $CO_2$ and $Ca(OH)_2$ and $CaCO_3$ coexist. Also, the prediction model of carbonation progress rate of concrete using the air permeability coefficient regarding to $CO_2$ diffusion is developed. As a result of this study, an expression, the model equation is obtained for the prediction of carbonation based on the time and interaction velocity between $CO_2$ and Ca(OH)$_2$ dependent air permeability coefficient. The prediction by the model satisfied the experimental data of the accelerated carbonation for painted concrete. Consequently, the model can predict the rate of carbonation and the potential service life of concrete structure exposed to atmosphere.

산업부산물을 활용한 CSA 첨가량에 따른 광산 차수재 특성에 관한 연구

강석표,이영훈,강혜주,조성현,조용광 한국건설순환자원학회 2019 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.7 No.1

본 연구에서는 산업부산물을 활용한 CSA와 이수석고를 광산 차수재에 적용하기 위한 기초자료를 제시하고자 CSA와 이수석고첨가량에 따른 차수재의 특성을 검토하였으며 그 결과를 다음과 같이 나타내었다. CSA 첨가량에 따른 광산 차수재의 압축강도, 길이변화, 흡수율 측정결과 CSA30%까지는 초기재령에서의 강도증가와 더불어 수축 및 흡수율저감 효과에 긍정적인 영향을미치는 것으로 나타났다. 그러나 CSA50%에서는 과량 사용으로 인하여 수축보상 및 공극충진보다는 과팽창으로 인한 흡수율증가와 시멘트양 감소로 인하여 OPC와 비교하여 15% 감소하였다.

간이 내화시험에 의한 석고계 모르타르의 내화성능

강석표 한국건축시공학회 2011 한국건축시공학회지 Vol.11 No.2

고강도콘크리트 부재 표면에 내화모르타르를 피복하여 화재시 콘크리트 표층부의 온도상승을 저감시킴으로서 내부철근온도 상승을 억제한다. 본 논문은 간이내화시험을 통하여 시멘트 및 석고계 내화모르타르 피복 고강도콘크리트의내부철근 온도상승을 검토하기 위한 것이다. 그 결과 석고계 내화모르타르가 시멘트계 내화모르타르보다 고강도콘크리트의 내부철근 온도상승을 저감시키는데 효과적인 것으로나타났으며 내화모르타르 피복두께가 작을수록 시멘트계 내화모르타르와의 내부 철근 온도차이가 증가하였다. 또한 α형 반수석고와 β형 반수석고 종류에 따른 내화모르타르의온도상승 저감효과의 차이는 없는 것으로 나타났지만, α형반수석고 내화모르타르의 압축강도가 β형 반수석고 내화모르타르보다 높게 나타났다. Spalling must be considered when designing high-strength concrete to cope with fire. This study investigates the temperature rise of steel bar in high-strength concrete coated with fireproof mortar using gypsum exposed to fire. It was found that fireproof mortar using gypsum is more effective in constraining the temperature rise of steel bar in the high strength concrete than fireproof mortar using cement, and that the thinner the cover depth of the fireproof mortar, the more significant the influence of the gypsum. In addition, while there was no difference between α-hemihydrate mortar and β-hemihydrate mortar on the temperature rise of steel bar, the compressive strength of α-hemihydrate mortar is higher than that of β-hemihydrate mortar.