알칼리 활성화 고로슬래그 시멘트 콘크리트의 특성에 관한 연구 : 황산나트륨과 경소 돌로마이트를 활성화제로 사용하여 Properties of Alkali-Activated Portland Blast-furnace Slag Cement Concrete : Using Sodium Sulfate and Light-burnt Dolomite as Activators원문보기
콘크리트는 전 세계적으로 가장 광범위하게 사용되는 구조재료이며, 그 구성재료 중 포틀랜드 시멘트는 필수적이고 가장 핵심적인 재료이나 포틀랜드 시멘트는 제조과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하게 되고, 그 양은 인간에 의해 배출되는 이산화탄소 배출량의 약 5 %에 이른다. 이러한 이산화탄소 배출에 의한 기후 변화에 대응하기 위하여, 시멘트 콘크리트 산업은 향후 양적인 성장뿐만 아니라, 이산화탄소 배출 저감이라는 시대적 당면과제에 직면하고 있다. 따라서 본 연구에서는 경제적인 콘크리트의 결합재 제조와 안정적인 성능 확보를 위하여 ...
콘크리트는 전 세계적으로 가장 광범위하게 사용되는 구조재료이며, 그 구성재료 중 포틀랜드 시멘트는 필수적이고 가장 핵심적인 재료이나 포틀랜드 시멘트는 제조과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하게 되고, 그 양은 인간에 의해 배출되는 이산화탄소 배출량의 약 5 %에 이른다. 이러한 이산화탄소 배출에 의한 기후 변화에 대응하기 위하여, 시멘트 콘크리트 산업은 향후 양적인 성장뿐만 아니라, 이산화탄소 배출 저감이라는 시대적 당면과제에 직면하고 있다. 따라서 본 연구에서는 경제적인 콘크리트의 결합재 제조와 안정적인 성능 확보를 위하여 고로슬래그 미분말 80 ∼ 90 %와 보통 포틀랜드 시멘트 10 ∼ 20 %를 사용한 알칼리 활성화 고로슬래그 시멘트(alkali-activated portland blast-furnace slag cement, AAPSC)에 지금까지 알려진 대표적인 분상의 알칼리 재료인 황산나트륨(sodium sulfate, Na2SO4)과 경제적인 석회재료인 경소 돌로마이트(light-burnt dolimite)를 활성화제(activator)로 이용하여 이에 따른 수화와 강도에 미치는 영향을 검토하였다. 또한 이러한 알칼리 활성화 고로슬래그 시멘트를 사용하여 콘크리트 시험체를 제작하고 그 특성을 고찰하였다. 알칼리 활성화 고로슬래그 시멘트의 수화 특성을 분석한 결과, 황산나트륨만 활성화제로 사용하는 경우 초기 수화를 촉진하고 응결 시간을 단축하였으며, 초기재령에서만 강도 증진이 있는 것으로 나타났으나, 황산나트륨과 경소 돌로마이트를 동시에 사용할 경우 초기의 작업 시간을 양호하게 확보하면서 재령 3일은 물론 재령 28일의 강도까지 우수하게 증진시킬 수 있었다. 단위 결합재량 375 ㎏/㎥, 단위수량 182 ㎏/㎥인 알칼리 활성화 고로슬래그 콘크리트 실험에서는 황산나트륨만 활성화제로 사용하는 경우 슬럼프 손실이 증대되고 초기 재령에서만 강도 증진이 있었으나, 경소 돌로마이트를 혼입할 경우 황산나트륨에 의한 유동성 감소를 완화하였으며, 재령 초기의 콘크리트 강도는 물론 재령 28일 이후의 강도 증진에도 꾸준히 기여하는 것으로 나타났다. 또한 황산나트륨과 경소 돌로마이트를 동시에 사용할 경우 콘크리트의 탄산화 저항성이 개선되며 건조수축 현상이 완화되었다. 이상과 같이 황산나트륨과 경소 돌로마이트를 적절히 활용할 경우 시멘트 콘크리트 분야에서 시멘트 대신 고로슬래그 미분말을 80 % 내외로 사용하여도 우수한 강도 성능을 확보하면서, 유동성 감소와 건조수축 현상을 완화하고 콘크리트의 탄산화 저항성을 개선할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 향후 시멘트 콘크리트 산업에서 이산화탄소 배출을 저감하며 고로슬래그의 대량 활용을 위하여, 국내에서도 알칼리 활성화 슬래그 콘크리트의 활용과 적용이 더욱 증가하여야 할 것으로 판단되었다. 이를 위해 이에 대한 연구가 폭넓게 이루어 질 것으로 예상되며, 본 연구 결과가 이러한 시도에 활용될 것으로 기대된다.
콘크리트는 전 세계적으로 가장 광범위하게 사용되는 구조재료이며, 그 구성재료 중 포틀랜드 시멘트는 필수적이고 가장 핵심적인 재료이나 포틀랜드 시멘트는 제조과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하게 되고, 그 양은 인간에 의해 배출되는 이산화탄소 배출량의 약 5 %에 이른다. 이러한 이산화탄소 배출에 의한 기후 변화에 대응하기 위하여, 시멘트 콘크리트 산업은 향후 양적인 성장뿐만 아니라, 이산화탄소 배출 저감이라는 시대적 당면과제에 직면하고 있다. 따라서 본 연구에서는 경제적인 콘크리트의 결합재 제조와 안정적인 성능 확보를 위하여 고로슬래그 미분말 80 ∼ 90 %와 보통 포틀랜드 시멘트 10 ∼ 20 %를 사용한 알칼리 활성화 고로슬래그 시멘트(alkali-activated portland blast-furnace slag cement, AAPSC)에 지금까지 알려진 대표적인 분상의 알칼리 재료인 황산나트륨(sodium sulfate, Na2SO4)과 경제적인 석회재료인 경소 돌로마이트(light-burnt dolimite)를 활성화제(activator)로 이용하여 이에 따른 수화와 강도에 미치는 영향을 검토하였다. 또한 이러한 알칼리 활성화 고로슬래그 시멘트를 사용하여 콘크리트 시험체를 제작하고 그 특성을 고찰하였다. 알칼리 활성화 고로슬래그 시멘트의 수화 특성을 분석한 결과, 황산나트륨만 활성화제로 사용하는 경우 초기 수화를 촉진하고 응결 시간을 단축하였으며, 초기재령에서만 강도 증진이 있는 것으로 나타났으나, 황산나트륨과 경소 돌로마이트를 동시에 사용할 경우 초기의 작업 시간을 양호하게 확보하면서 재령 3일은 물론 재령 28일의 강도까지 우수하게 증진시킬 수 있었다. 단위 결합재량 375 ㎏/㎥, 단위수량 182 ㎏/㎥인 알칼리 활성화 고로슬래그 콘크리트 실험에서는 황산나트륨만 활성화제로 사용하는 경우 슬럼프 손실이 증대되고 초기 재령에서만 강도 증진이 있었으나, 경소 돌로마이트를 혼입할 경우 황산나트륨에 의한 유동성 감소를 완화하였으며, 재령 초기의 콘크리트 강도는 물론 재령 28일 이후의 강도 증진에도 꾸준히 기여하는 것으로 나타났다. 또한 황산나트륨과 경소 돌로마이트를 동시에 사용할 경우 콘크리트의 탄산화 저항성이 개선되며 건조수축 현상이 완화되었다. 이상과 같이 황산나트륨과 경소 돌로마이트를 적절히 활용할 경우 시멘트 콘크리트 분야에서 시멘트 대신 고로슬래그 미분말을 80 % 내외로 사용하여도 우수한 강도 성능을 확보하면서, 유동성 감소와 건조수축 현상을 완화하고 콘크리트의 탄산화 저항성을 개선할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 향후 시멘트 콘크리트 산업에서 이산화탄소 배출을 저감하며 고로슬래그의 대량 활용을 위하여, 국내에서도 알칼리 활성화 슬래그 콘크리트의 활용과 적용이 더욱 증가하여야 할 것으로 판단되었다. 이를 위해 이에 대한 연구가 폭넓게 이루어 질 것으로 예상되며, 본 연구 결과가 이러한 시도에 활용될 것으로 기대된다.
Concrete is the most widely used construction material in the world, and Portland cement is a core element in most concretes. During the manufacture of the Portland cement, a great amount of CO2 is emitted. In fact, the emission accounts for approximately 5% of total CO2 emissions produced by humans...
Concrete is the most widely used construction material in the world, and Portland cement is a core element in most concretes. During the manufacture of the Portland cement, a great amount of CO2 is emitted. In fact, the emission accounts for approximately 5% of total CO2 emissions produced by humans. To properly respond to climate changes caused by these greenhouse gas emissions, therefore, cement-concrete industry needs to reduce CO2 emissions as well as to achieve quantitative growth. To achieve stable performances, this study used the powder alkaline sodium sulfate anhydrous (Na2SO4) as an activator and Light-Burnt Dolomite (LBD), one of the economical lime materials, in the Alkali-Activated Portland blast-furnace Slag Cement (AAPSC) which consisted of ordinary portland cement (OPC, 10-20%) and ground granulated blast-furnace slag (GGBS, 80-90%). Then, the effects of these materials on the hydration and strength of the cement were analyzed. In addition, a concrete specimen has been made, and its characteristics have been analyzed. According to analysis on the hydration characteristics of the AAPSC, in addition, when sodium sulfate was only used as an activator, early hydration was accelerated, and setting time was decreased. Furthermore, improvement of strength was observed in early age only. When the LBD and sodium sulfate were used at the same time, however, it was able to improve strength up to the level of 28-day compressive strength as well as 3-day strength. The cementitious material content and unit water content were 375 ㎏/㎥ and 182 ㎏/㎥ respectively. According to a concrete test on the AAPSC, when sodium sulfate was only used as an activator, slump loss increased, and strength improved in the early stage only. When the LBD was mixed, however, sodium sulfate-caused slump loss was decreased. In addition, it has made a continued contribution to the improvement of concrete strength even in 28 days as well as during the early stage. When the LBD and sodium sulfate were used at the same time, furthermore, carbonation resistance improved, and shrinkage decreased. As described above, when sodium sulfate and the LBD were properly used, it was able to keep the concrete's compressive strength by using the GGBS (approximately 80%) instead of cement and reduce slump loss and shrinkage. In addition, it was able to improve carbonation resistance. Moreover, it appears that it would be necessary to further promote the use of the alkali-activated slag concrete in cement-concrete industry in order to reduce greenhouse gas emissions and accelerate the use of the blast-furnace slag. For this, there will be further studies by research purpose and field, and this study will be available for this kind of attempt.
Concrete is the most widely used construction material in the world, and Portland cement is a core element in most concretes. During the manufacture of the Portland cement, a great amount of CO2 is emitted. In fact, the emission accounts for approximately 5% of total CO2 emissions produced by humans. To properly respond to climate changes caused by these greenhouse gas emissions, therefore, cement-concrete industry needs to reduce CO2 emissions as well as to achieve quantitative growth. To achieve stable performances, this study used the powder alkaline sodium sulfate anhydrous (Na2SO4) as an activator and Light-Burnt Dolomite (LBD), one of the economical lime materials, in the Alkali-Activated Portland blast-furnace Slag Cement (AAPSC) which consisted of ordinary portland cement (OPC, 10-20%) and ground granulated blast-furnace slag (GGBS, 80-90%). Then, the effects of these materials on the hydration and strength of the cement were analyzed. In addition, a concrete specimen has been made, and its characteristics have been analyzed. According to analysis on the hydration characteristics of the AAPSC, in addition, when sodium sulfate was only used as an activator, early hydration was accelerated, and setting time was decreased. Furthermore, improvement of strength was observed in early age only. When the LBD and sodium sulfate were used at the same time, however, it was able to improve strength up to the level of 28-day compressive strength as well as 3-day strength. The cementitious material content and unit water content were 375 ㎏/㎥ and 182 ㎏/㎥ respectively. According to a concrete test on the AAPSC, when sodium sulfate was only used as an activator, slump loss increased, and strength improved in the early stage only. When the LBD was mixed, however, sodium sulfate-caused slump loss was decreased. In addition, it has made a continued contribution to the improvement of concrete strength even in 28 days as well as during the early stage. When the LBD and sodium sulfate were used at the same time, furthermore, carbonation resistance improved, and shrinkage decreased. As described above, when sodium sulfate and the LBD were properly used, it was able to keep the concrete's compressive strength by using the GGBS (approximately 80%) instead of cement and reduce slump loss and shrinkage. In addition, it was able to improve carbonation resistance. Moreover, it appears that it would be necessary to further promote the use of the alkali-activated slag concrete in cement-concrete industry in order to reduce greenhouse gas emissions and accelerate the use of the blast-furnace slag. For this, there will be further studies by research purpose and field, and this study will be available for this kind of attempt.
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