산업부산물을 이용한 무기결합재의 폴리머 혼화특성에 관한연구

허준오,박성준,이재규,김지훈,형원길 한국폐기물자원순환학회 2013 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2013 No.2

시멘트 모르타르 및 콘크리트는 재료를 비교적 쉽게 구할 수 있고 형상가공이 용이하고, 압축력과 내구성 우수, 안정한 구조물의 시공이 가능한 장점을 가지고 있어 건축재료로서 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 휨 및 인장강도, 접착성, 내약품성 등이 약한 결점을 가지고 있어 이를 보완하기위한 연구들이 진행되고 있으며, 폐기물을 이용한 에코시멘트, 고기능성 시멘트, 강도와 내구성이 뛰어난 시멘트의 개발을 시도하고 있다. 국내에서는 산업부산물을 활용한 무기결합재에 관한 연구는 아직 미미한 상태이며, 대학, 연구소 및 시멘트 업계를 중심으로 산업부산물 10 ~ 40%를 치환 사용하는 혼합시멘트에 관한 연구가 수행되어져 왔다. 본 연구에서는 국내의 K사에서 생산되는 SBR폴리머를 사용하여 제작한 비소성 무기결합재 폴리머와 폴리머를 사용하지 않은 보통 시멘트 모르타르와의 강도특성에 대한 비교 시험을 실시하였다. 본 논문의 연구 내용은 다음과 같다. 1) 실험방법 1종류의 액상 폴리머를 사용하여 비소성 무기결합재 폴리머 비를 5%, 10%, 15%, 20%로 달리하여 제작한 비소성 무기 결합재 폴리머의 물성 비교를 위해 플로우를 170±5 mm로 유지하여 일정한 작업성을 확보 하였다. 이와 같이 제조한 비소성 무기 결합재 폴리머의 휨강도, 압축강도에 대해 28일 강도를 측정하여 보통 시멘트 모르타르와 비교하였다. 2) 비소성 무기 결합재 폴리머의 휨강도 및 압축강도 특성 비소성 무기 결합재 폴리머의 휨강도 및 압축강도는 보통 시멘트 모르타르와 비교하여 개선되는 모습을 나타냈다. 강도는 폴리머 함유랑의 증가에 따라 꾸준히 증가하였으며, A와 B는 폴리머 무기결합재 비 15%에서 최대값을 나타내고 있고, C는 무기결합재는 20%에서 최대값을 나타냈다. 압축강도도 휨강도와 마찬가지로 비소성 무기 결합재폴리머의 성능이 보통 시멘트 모르타르의 압축강도에 비해 개선되었다. 세 종류의 무기결합재 모두 폴리머 시멘트 비 15%에서 최대값을 나타냈다.

D-28 : 산업부산물을 이용한 무기결합재의 폴리머 혼화특성에 관한연구

허준오,박성준,이재규,김지훈,형원길 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

시멘트 모르타르 및 콘크리트는 재료를 비교적 쉽게 구할 수 있고 형상가공이 용이하고, 압축력과 내구성 우수, 안정한 구조물의 시공이 가능한 장점을 가지고 있어 건축재료로서 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 휨 및 인장강도, 접착성, 내약품성 등이 약한 결점을 가지고 있어 이를 보완하기위한 연구들이 진행되고 있으며, 폐기물을 이용한 에코시멘트, 고기능성 시멘트, 강도와 내구성이 뛰어난 시멘트의 개발을 시도하고 있다. 국내에서는 산업부산물을 활용한 무기결합재에 관한 연구는 아직 미미한 상태이며, 대학, 연구소 및 시멘트 업계를 중심으로 산업부산물 10 ~ 40%를 치환 사용하는 혼합시멘트에 관한 연구가 수행되어져 왔다. 본 연구에서는 국내의 K사에서 생산되는 SBR폴리머를 사용하여 제작한 비소성 무기결합재 폴리머와 폴리머를 사용하지 않은 보통 시멘트 모르타르와의 강도특성에 대한 비교 시험을 실시하였다. 본 논문의 연구 내용은 다음과 같다. 1) 실험방법 1종류의 액상 폴리머를 사용하여 비소성 무기결합재 폴리머 비를 5%, 10%, 15%, 20%로 달리하여 제작한 비소성 무기 결합재 폴리머의 물성 비교를 위해 플로우를 170±5 mm로 유지하여 일정한 작업성을 확보 하였다. 이와 같이 제조한 비소성 무기 결합재 폴리머의 휨강도, 압축강도에 대해 28일 강도를 측정하여 보통 시멘트 모르타르와 비교하였다. 2) 비소성 무기 결합재 폴리머의 휨강도 및 압축강도 특성 비소성 무기 결합재 폴리머의 휨강도 및 압축강도는 보통 시멘트 모르타르와 비교하여 개선되는 모습을 나타냈다. 강도는 폴리머 함유랑의 증가에 따라 꾸준히 증가 하였으며, A와 B는 폴리머 무기결합재 비 15%에서 최대값을 나타내고 있고, C는 무기결합재는 20%에서 최대값을 나타냈다. 압축강도도 휨강도와 마찬가지로 비소성 무기 결합재 폴리머의 성능이 보통 시멘트 모르타르의 압축강도에 비해 개선되었다. 세 종류의 무기결합재 모두 폴리머 시멘트 비 15%에서 최대값을 나타냈다.

비소성 무기결합재를 사용한 다공성 콘크리트의 공극률 및 강도 특성 평가

김황희 ( Hwang-he Kim ),김춘수 ( Chun-soo Kim ),전지홍 ( Ji-hong Jeon ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

본 연구에서는 비소성 무기결합재를 이용한 다공성 콘크리트의 공극률 및 압축강도 특성을 평가하였다. 비소성 무기결합재는 순환자원의 소량 단순 물리적 치환에 의한 원가절감 및 중량재 개념으로 사용된다. 그러나 본 연구에서는 자극제의 활성화 매커니즘을 이용한 화학적 결합(Geo-polymerization, 포졸란 반응유도)를 유도하여 제조한 비소성 무기결합재 제품을 적용함으로써 단순 치환재가 아닌 시멘트 대체재료로 적용 가능성을 평가하였다. 실험은 비소성 무기결합재를 사용한 다공성 콘크리트와, 고로슬래그 + 시멘트를 적용한 다공성 콘크리트, 황토 + 시멘트를 적용한 콘크리트를 포함하여 3가지 배합을 비교실험을 실시하였다. 시험결과는 3가지종류의 다공성 콘크리트의 공극률은 약 26∼28%의 값을 나타냈다. 비소성 무기결합재를 사용한 다공성 콘크리트의 공극률은 고로슬래그 및 황토 + 시멘트와 비교하여 큰 차이를 나타내지 않았다. 압축강도시험결과는 재령이 증가할수록 압축강도가 높게 나타났으며, 7일강도에서는 황토 + 시멘트의 값이 가장 높게 나타났으나 재령 28일 및 91일에서는 다른 배합과 거의 유사한 강도 값을 나타냈다. 압축강도시험결과를 살펴보면 비소성 무기결합재를 적용한 한 다공성 식생콘크리트에 기존 결합재인 시멘트+고로슬래그 미분말, 시멘트+황토를 충분히 대체하여 적용할 수 있을 것으로 나타났다.

산업부산물을 이용한 무기결합재의 폴리머 혼화특성에 관한 연구

허준오,박성준,형원길 대한건축학회지회연합회 2013 대한건축학회지회연합회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.1

시멘트에 대한 친환경 무기결합재 치환율의 변화에 따른 물리적 특성

지성혜,장용호,이상수,송하영 대한건축학회지회연합회 2011 대한건축학회지회연합회 학술발표대회논문집 Vol.2011 No.1

산업부산물을 사용한 저탄소 무기결합재의 조건별 강도특성

이윤성,이상수,송하영 한국건축시공학회 2012 한국건축시공학회지 Vol.12 No.1

The purpose of this study is to examine the potential for reducing the environmental load and CO2 gas when cement is produced by using cement substitutes. These substitutes consisted of blast furnace slag, red mud and silica fume, which were industrial by-products. The most optimum mix was derived when alkali accelerator was added to low carbon inorganic composite mixed with industrial by-product at room temperature. It is determined that hardened properties and the results of compressive strength tests changed based on CaO content, Si/Al, the mixing ratio and the amount of alkali accelerator, curing conditions and W/B. The results of test analysis suggest that the optimum mix of low carbon inorganic composite is CaO content 30%, Si/Al 4, the mixed ratio of alkali accelerator (NaOH:Na2SiO3) 50g:50g, the amount of alkali accelerator 100g and W/B 31%. In addition, if contraction is complemented, low carbon inorganic composite with superior performance could be developed. 본 연구에서는 산업부산물인 고로슬래그, 레드머드, 실리카 흄 등을 사용하여 콘크리트의 혼화재가 아닌 시멘트 대체재로 사용하여 시멘트 제조시 배출되는 CO2가스 및 환경부하를 저감하고자 하였다. 고로슬래그, 레드머드, 실리카 흄 등을 혼합한 저탄소 무기결합재에 알칼리 자극제만으로 고온의 소성과정없이 상온에서 제조하기 위한 최적배합을 도출하고자 하였다. 이를위해 CaO 함유량 및 Si/Al, 알칼리 자극제 혼합비율 및 양,양생조건 및 W/B 변화에 따른 경화성상 및 압축강도시험을실시하였다. 시험분석 결과, 저탄소 무기결합재의 최적배합은 CaO 함유량 30%, Si/Al 4, 알칼리 자극제 혼합비율(NaOHg:Na2SiO3g) 50g:50g, 알칼리 자극제 양 100g,W/B 31%인 것으로 판단된다. 또한 무기결합재의 단점인수축을 보완한다면 보다 우수한 성능의 저탄소 무기결합재의 개발이 가능할 것으로 판단된다.

알칼리 자극제의 종류 및 양생조건이 메타카올린을 이용한 무기결합재 모르타르의 강도발현 특성에 미치는 영향

소형석,송훈,진성훈 청운대학교 건설환경연구소 2012 청운대학교 건설환경연구소 논문집 Vol.7 No.2

For the development of high strength inorganic binder mortars containing domestic meta-kaolin, influence of alkali activators and curing conditions on the strength and microstructure of inorganic binder mortars using meta-kaolin (MK-IBM) were investigated. As the results, the considerable improvement of strength was found in MK-IBM added Na2CO3 3% by weight of the binder (meta-kaolin), the compressive strength of this mortar was more than 81 MPa by steam curing at 90℃. The strength of MK-IBM increased significantly by increasing of curing temperature, but the effects of curing temperature were different with the type of alkali activator and the addition rates. 본 연구에서는 국내산 메타카올린을 이용한 고강도 무기결합재 복합체의 개발을 위한 기초적 연구로서 알칼리 자극제의 종류 및 첨가량, 양생조건 등이 메타카올린 혼입 무기결합재 모르타르의 미세구조 및 강도발현 특성에 미치는 영향을 구명하고자 수행하였다. 시험결과, 탄산나트륨(Na2CO3) 3% 혼입한 메타카올린 혼입 무기결합재 모르타르의 강도발현 특성이 가장 우수하였고 90℃ 증기양생에 의해 압축강도가 약 81MPa까지 증진되었다. 양생온도의 증가는 무기결합재 모르타르의 강도향상 및 치밀한 미세구조 형성에 큰 효과가 있지만, 알칼리 자극제의 종류 및 첨가량에 따라 매우 다르게 나타나 사용시 주의가 필요함을 보여주었다.

레드머드 및 알칼리 자극제를 사용한 고로슬래그기반 무기결합재의 알칼리 활성을 위한 특성 평가

이상수(Lee, Sang-Soo),김윤미(Kim, Yun-Mi),이승호(Lee, Seung-Ho),박선규(Park, Sun-Gyu) 대한건축학회 2015 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.31 No.4

The Korea Cement Association reports that domestic cement consumption has 47.29 million tons in 2013. The cement industry is one of the primary producers of carbon dioxide. There has been a lot of research in order to protect the global environment and to reduce the consumption of cement. This experimental study is purposed to analyze the effect of red mud and alkali activator on engineering properties of non portland cement matrix using blast furnace slag. Various specimens were prepared with non portland cement matrix and the addition ratios of red mud and alkali activators. The physical properties of these specimens were then investigated by flow test, setting time test, compressive strength test, flexural strength test, EDS and observation of SEM. Results showed that Na2SO4 is the most suitable alkali activator for non portland cement matrix using red mud and blast furnace slag. It was judged that results of engineering properties on the alkali activated inorganic binder with kind of alkali activators and red mud were useful to basic data for mixtures design and evaluation properties of non portland cement matrix.

나트륨계 알칼리 활성화제를 사용한 친환경 무기결합재 철근콘크리트 보의 휨성능 평가

하기주(Gee-Joo Ha),김진환(Jin-Hwan Kim),장기창(Kie-Chang Jang) 한국콘크리트학회 2013 콘크리트학회논문집 Vol.25 No.3

D-23 : 순환 유동층 연소방식 석탄재를 활용한 무기결합재의 물성평가

윤성진,이민희,이영원,음현미,안양진 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

화력발전소에서 석탄을 이용하여 에너지를 생산하는 연소방식에는 크게 미분탄 연소방식과 순환 유동층 연소방식으로 구분된다. 순환 유동층 연소방식은 기존 연소로에는 적합하지 않은 고유황탄, 저품위탄, 폐기물 등 모든 가연성 물질에 대하여 광범위한 원료 사용이 가능하다. 또한, 질소산화물의 배출을 억제하기 위해 연소로 온도를 약 900℃ 정도로 유지하고 암모니아를 분무하며, 석탄과 석회석을 혼소하여 노(盧) 내에서 직접 탈황을 실시하는 등의 공정관리를 실시하고 있다. 이러한 순환 유동층 연소방식의 석탄재(이하 CFBC-FA)는 화학적 특성이 미분탄 연소방식의 F급 석탄재와는 달리 CaO 화합물이 다량 함유되어 있어 콘크리트 혼화재로 사용할 경우 Free CaO 성분이 콘크리트의 이상 응결현상, 슬럼프의 손실, 지연제의 사용량 증가, 내구성 저하 등의 문제를 발생시키고, 특히 콘크리트의 팽창, 균열 등의 문제를 발생하여 물성을 저하시키는 것으로 알려져 있으며, 전량 매립처리 되고 있어 재활용 방안이 요구되고 있다. 본 연구에서는 CFBC-FA를 건설재료(콘크리트 구조물 적용 제외)로 활용하기 위해 CFBC-FA의 물리·화학적 특성 분석을 실시하였으며, 고로슬래그와 CFBC-FA를 활용한 무기결합재 물성평가를 실시하였다. 본 실험에 사용한 CFBC-FA는 미분탄 연소방식의 석탄재와는 달리 CaO 함량 32.4%, SO3 함량 8.4%로 높았으며, SiO2 30.5%, Al2O3 15.9%로 구성되어 있음을 확인하였다. Free CaO 함량은 17.3%, 비중은 2.8, 강열감량은 3.4%, pH는 12.4, 평균입경은 7.23 ㎛로 측정되었으며, 입형은 미분탄 연소방식의 석탄재와 같은 구형이 아닌 부정형임을 확인하였다. 이러한 물성을 지닌 CFBC-FA를 개질처리하여 제조한 결합재의 수화열, 유동성, 강도 측정을 실시하였다. 개질처리한 CFBC-FA의 혼입량이 증가할수록 유동성은 감소하는 경향을 나타내었으며, 수화열은 높아지는 경향을 보였다. 수화열의 발열성상은 보통포틀랜드 시멘트 및 슬래그시멘트와 달리 가수 후 2시간 이내에 최고 온도에 도달하고 있음을 확인하였다. 개질처리한 CFBC-FA와 고로슬래그의 혼합비율이 55:45인 결합재와 슬래그 시멘트의 재령7일 압축강도는 각각 12.7 MPa, 17.6 MPa였으며, 28일 압축강도는 30.0 MPa, 29.8 MPa 로 측정되었다.