[논문]C3A-CaSO4·2H2O 계의 수화반응에 미치는 석회석 미분말의 영향

이종규; 추용식; 송훈

doi:10.4191/kcers.2011.48.6.584

C3A-CaSO4·2H2O 계의 수화반응에 미치는 석회석 미분말의 영향
Effect of Limestone Powder on Hydration of C3A-CaSO4·2H2O System 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.48 no.6, 2011년, pp.584 - 588

이종규 (한국세라믹기술원 그린세라믹본부) , 추용식 (한국세라믹기술원 그린세라믹본부) , 송훈 (한국세라믹기술원 그린세라믹본부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this work, effects of limestone powder on hydration of $C_3A-CaSO_4{\cdot}2H_2O$ system was discussed based on the XRD Quantitative analysis, and the possibility of Delayed Ettringite Formation was also discussed. The early hydration of $C_3A$ was delayed by addition of $CaCO_3$ powder. The delay effect was enhanced by increasing of $CaCO_3$ content and finer powder of $CaCO_3$ addition. After consumption of $CaSO_4{\cdot}2H_2O$, the reaction of $CaCO_3$ is started. Delayed Ettringite Formation would take place because monosulfoaluminate is not stable in presence of $CaCO_3$. In order to prevent the delayed ettringite formation in $C_3A-CaSO_4{\cdot}2H_2O-CaCO_3$ system, the reduction of monosulfoaluminate formation is important. Therefore, by increasing the amount of $CaCO_3$ addition and finer $CaCO_3$ powder addition, the delayed ettringite formation can be prevented.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

OPC에서의 일반적인 C3A와 CaSO4·2H2O 비율인 C3A-2/3CaSO4·2H2O에 대해서 CaCO3 첨가에 따른 영향을 알아보기 위하여 CaCO3의 첨가량 및 비표면적 변화시켰을 때의 XRD 정량분석 결과에 따른 C3A의 반응율을 Fig. 1에 나타내었다.
따라서 본 연구에서는 석회석미분말과 C3A와의 수화반응성을 정량적으로 검토하기 위하여 실험실적으로 제조한 C3A와 CaSO4·2H2O의 일정 조성에 CaCO3를 첨가하여 XRD 정량분석을 실시하여 수화거동을 분석하였다.

가설 설정

70 m²/g의 CaCO₃를 15%로 미세한 CaCO₃를 첨가한 경우에는(Fig. 6) DEF가 발생하지 않았다. 이는 앞서 말한 바와 같이 CaCO₃를 첨가량을 늘린 경우와 미세한 CaCO₃를 첨가한 경우에는 Ett.

제안 방법

1몰의 CaSO4·2H2O 조성에서 CaCO3를 15% 첨가하였을 경우의 수화반응을 정량적으로 분석하였다.
9,10) C3A(정량 대상에 대한 측정범위 및 면지수, 2θ : 32.7~33.7º , d : 2.69 Å), CaSO4·2H2O(2θ : 28.5.~29.5º, d : 7.56 Å) 그리고 CaCO3(2θ : 29~30º, d : 3.035 Å)에 대해서는 XRD를 이용하여 미반응량을 정량하여 반응율을 구하였다.
C3A-CaSO4·2H2O-CaCO3계에서 CaSO4·2H2O의 첨가율은 OPC에서의 C3A와 석고의 비를 감안하여 C3A 1몰에 대해서 CaSO4·2H2O 2/3몰을 기본으로 하였다.
C3A-CaSO4·2H2O-CaCO3계의 수화반응을 정략적으로 알아보기 위하여 XRD 정량분석에 의하여 C3A, CaSO4·2H2O 및 CaCO3의 반응율과 C3A-CaSO4·2H2O-CaCO3계의 수화생성물인 ettringite(이하 Ett로 표기), monosulfoaluminate(이하 Ms로 표기), monocarboaluminate(이하 Mc로 표기), hemicarboaluminate(이하 Hc로 표기)의 정량분석을 기초로 하여 수화반응에 따른 상조성을 나타내었다.
CaCO3의 첨가량은 C3A-2/3CaSO4·2H2O에 대해서 비표면적 0.75 m2/g을 가지는 것을 중량비로 15%, 30%(내할)첨가를 하였다.
그리고 CaSO4·2H2O 첨가량에 따른 영향을 검토하기 위하여 C3A에 대해서 1/3, 2/3, 1몰을 첨가하여 비교분석을 하였다.
내부 표준물질로서는 MgO(2θ : 42.5~43.5º, d : 2.106 Å)을 사용하였으며, 각 시료에 대해서 내할로 10 wt% 첨가하였다.
75 m²/g을 가지는 것을 중량비로 15%, 30%(내할)첨가를 하였다. 또한 분말도의 영향을 살펴보기 위하여 비표면적 1.70 m²/g의 것을 15% 첨가하였다. 그리고 CaSO₄·2H₂O 첨가량에 따른 영향을 검토하기 위하여 C₃A에 대해서 1/3, 2/3, 1몰을 첨가하여 비교분석을 하였다.
회절분석의 면적을 최소이승법으로 측정피크를 fitting한 계수를 수치적분 하여 구하였다. 또한 수화물의 정량은 합성한 표준시료를 사용하여 같은 방법으로 정량분석을 하였다. C₃A-CaSO₄·2H₂O-CaCO₃계의 수화물은 ettringite(Ett, 2θ : 8.
수화물의 합성과 정량방법에 대한 논문을 참고하여 다음과 같이 반응율 및 수화생성물의 정량분석을 실시하였다.^9,10) C₃A(정량 대상에 대한 측정범위 및 면지수, 2θ : 32.
계의 수화생성물인 ettringite(이하 Ett로 표기), monosulfoaluminate(이하 Ms로 표기), monocarboaluminate(이하 Mc로 표기), hemicarboaluminate(이하 Hc로 표기)의 정량분석을 기초로 하여 수화반응에 따른 상조성을 나타내었다. 여기에서 CAHx상을 포함하는 수화물을 겔상 수화물로 반응량과 생성물의 정량결과를 기초로 계산하여 구하였다.
위의 각 조성을 소정의 비율로 혼합한 시료를 물/분체비 = 0.6, 20℃에서 양생을 하였다.
106 Å)을 사용하였으며, 각 시료에 대해서 내할로 10 wt% 첨가하였다. 회절분석의 면적을 최소이승법으로 측정피크를 fitting한 계수를 수치적분 하여 구하였다. 또한 수화물의 정량은 합성한 표준시료를 사용하여 같은 방법으로 정량분석을 하였다.

대상 데이터

석고는 BET 비표면적 0.40 m2/g의 분말도를 가지는 CaSO4·2H2O를 사용하였다.
40 m²/g의 분말도를 가지는 CaSO₄·2H₂O를 사용하였다. 석회석미분말(이하. CaCO₃로 표기)의 비표면적영향을 분석하기 위해서 각각 0.75 m²/g과 1.70 m²/g을 사용하였다. 또한 CaCO₃는 석회석을 분쇄한 것으로 XRD에 의해 전부 calcite임을 확인하였다.

성능/효과

1) C₃A-CaSO₄·2H₂O-CaCO₃계에서 초기수화 반응은 CaCO₃를 첨가함에 따라 지연 되 고 있으며 지연효과는 첨가량이 늘어날수록 미세한 CaCO₃를 첨가할수록 증가하였다.
3) CaCO₃ 무첨가의 경우에는 Ett는 Ms로 완전히 전이를 하지만 CaCO₃를 첨가한 경우에는 Ett는 Ms로 완전히 전이를 하지 않고 수화 28일 이후까지 남아있게 된다.
5) 30%의 CaCO₃를 첨가하거나 1.70 m²/g의 미세한 CaCO₃를 첨가하였을 경우에는 Ms가 생성되지 않고 Ett는 장시간동안 안정하기 때문에 DEF는 나타나지 않았다.
또한 15% 첨가였을 때 보다 30%로 첨가량이 많을수록 억제 효과는 크게 나타났다. 그리고 석회석 미분말의 참가량이 15%로 동일 할 경우 비표면적이 낮은(0.75 g/m²) 조성보다 비표면적이 높은(1.70 m²/g) 조성에서 초기의 C₃A의 수화반응 억제 효과가 크게 나타났다. 수화반응 6시간 이후부터는 C₃A의 반응이 급격하게 일어나고 있으며, C₃A의 반응율은 CaCO₃를 첨가하지 않은 조성보다는 CaCO₃를 첨가한 조성에서 C₃A의 반응율은 전체적으로 높게 나타나고 있다.
7 m²/g)를 첨가한 경우 초기에 큰 반응율을 보이고 있다. 따라서 초기반응에서 미세한 CaCO₃를 첨가한경우 SO₄^2- 이온뿐만 아니라 CO₃^2- 이온에 의해 초기수화가 억제된다고 판단하였다.
C₃A의 초기수화반응은 CaCO₃ 첨가에 따라 억제되어지고 있음을 알 수 있다. 또한 15% 첨가였을 때 보다 30%로 첨가량이 많을수록 억제 효과는 크게 나타났다. 그리고 석회석 미분말의 참가량이 15%로 동일 할 경우 비표면적이 낮은(0.

후속연구

최근 국내에서는 저품위의 석회석 미분말을 시멘트에 다량 혼합하는 혼합시멘트로 활용하고자 하는 움직임이 일고 있다.^1-3) 이와 같은 석회석 미분말의 이용은 원가절감 차원에서도 시멘트산업에서 매우 중요하며, 특히 에너지절감 및 시멘트 산업에서 이산화탄소 감축목표를 달성하기 위한 목적으로도 더욱 중요한 재료가 될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	석회석 미분말은 어떤 보고가 있는가?	석회석 미분말은 일반적으로 시멘트와 반응을 하지 않는 비활성 물질로 여겨지고 있지만 실제로는 시멘트 광물중 가장 활성이 높고 초기 수화반응에 큰 영향을 미치는 C3A와 반응을 하여 mon℃arbonate를 생성한다는 것과 C3S의 수화반응을 촉진시킨다는 보고가 되어 있지만, C3A와 CaCO3의 수화반응에 대해서는 정량적인 관점에서의 상조성의 변화 등을 밝힌 연구는 아직 없다.4-8)
	석회석 미분말은 일본에서 무엇으로 활용되고 있는가?	석회석은 시멘트·콘크리트의 재료로서 시멘트의 원료로서 이용되어지고 있고, 완전리사이클을 위한 콘크리트용의세·조골재 등으로 사용하려는 움직임이 일고 있다. 또한 석회석을 분쇄한 미분말의 경우 고강도·고유동 콘크리트용의 혼화재로 일본 등 에서는 이미 활용되어지고 있다. 최근 국내에서는 저품위의 석회석 미분말을 시멘트에 다량 혼합하는 혼합시멘트로 활용하고자 하는 움직임이 일고 있다.
	시멘트의 원료는 무엇인가?	건설기술의 고도화, 다양화에 대응하고, 지구환경을 고려한 건설재료의 순환시스템 확립을 위해 시멘트·콘크리트 재료 화학의 기초적인 연구가 더욱 중요해 지고 있다. 석회석은 시멘트·콘크리트의 재료로서 시멘트의 원료로서 이용되어지고 있고, 완전리사이클을 위한 콘크리트용의세·조골재 등으로 사용하려는 움직임이 일고 있다. 또한 석회석을 분쇄한 미분말의 경우 고강도·고유동 콘크리트용의 혼화재로 일본 등 에서는 이미 활용되어지고 있다.

참고문헌 (12)

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원문보기 상세보기
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상세보기
M. Collepardi, "A State of the Art Review on Delayed Ettringite Attack on Concrete," Cement Concrete Comp., 25 401-407 (2003).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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