선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 리젝트애시의 분말도를 상향시킨 고분말 리젝트애시를 사용하여, 혼합재 기본특성(포졸란 활성도, 입도분포) 및 혼합시멘트의 기본특성(입도분포, 미소수화열, 유동성, 응결, 압축강도, 수화반응)을 통해 시멘트복합재 및 콘크리트용 혼화재로서의 사용가능성을 평가하고자 하였다. 또한 단순한 자원재활용을 넘어서 매립에 의한 환경파괴 억제 및 화력발전소의 매립지 부족 심화 문제를 해결하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 볼밀을 사용하여 분말도를 상향시킨 고분말 리젝트애시(Fineness Reject Ash)가 플라이애시(Fly Ash)를 대체할 수 있는 콘크리트용 혼화재로 활용가능성을 검토하기 위한 것으로서, 고분말 리젝트애시를 혼입한 시멘트복합체의 각종 물성을 검토한 결과, 본 연구 범위내에서는 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- RA(Reject Ash)의 분말도를 상향시킨 FRA(Fineness Reject Ash)의 유동특성 및 강도발현 특성을 평가하기 위한 실험요인 및 수준은 Table 4에 나타낸 바와 같으며, 시멘트복합체의 특성에 미치는 FA의 영향을 검토하기 위하여 S/C(Slag Cement)의 대체율을 30 %로 하였다. 또한 FA와 FRA를 같이 사용했을 때의 영향을 검토하기 위하여, FA10 % - FRA20 %, FA20 % - FRA10 %로 선정하였으며, FRA의 사용량 변화에 따른 시멘트복합체의 특성 비교를 위하여 단독으로 15, 30, 45 (%) 치환한 시멘트복합체를 선정하여 평가를 실시하였다.
- S/C의 일부를 FRA 및 FA로 치환하여 제조한 시멘트복합체의 기본물성을 평가하기 위한 시험으로서 입도분포 측정, 응결시간 측정, 유동성 평가, 모르타르 압축강도 등을 측정하였고, FRA 및 FA를 사용한 시멘트복합체의 수화반응을 검토하기 위하여 페이스트 경화체에 대하여 X선 회절 분석, 전자주사현미경(SEM) 등으로 분석하였다.
- 따라서 리젝트애시의 낮은 반응성을 개선하여, 플라이애시 대체재료로서 활용하는 방안을 검토하기 위하여, 본 연구에서는 Figure 2에 나타낸 바와 같이 입자 자신의 관성력에 의한 출동 및 마찰에 의한 분쇄 방식인 ball mill을 사용하여 리젝트애시의 분말도를 Figure 3과 같이 6,000㎠/g 수준으로 향상시켜 고분말 리젝트애시를 제조하였다.
- RA(Reject Ash)의 분말도를 상향시킨 FRA(Fineness Reject Ash)의 유동특성 및 강도발현 특성을 평가하기 위한 실험요인 및 수준은 Table 4에 나타낸 바와 같으며, 시멘트복합체의 특성에 미치는 FA의 영향을 검토하기 위하여 S/C(Slag Cement)의 대체율을 30 %로 하였다. 또한 FA와 FRA를 같이 사용했을 때의 영향을 검토하기 위하여, FA10 % - FRA20 %, FA20 % - FRA10 %로 선정하였으며, FRA의 사용량 변화에 따른 시멘트복합체의 특성 비교를 위하여 단독으로 15, 30, 45 (%) 치환한 시멘트복합체를 선정하여 평가를 실시하였다.
- 시멘트복합체의 수화반응을 검토하기 위한 X선 회절분석은 RIKAGU Dmax2200H(일본)장비를 이용하여 5～65° (2θ 기준), 4° /분, 가속전압 40㎸, 전류40㎃의 조건에서 실시하였으며, 분석결과는 Figure 10과 같다.
- 시멘트복합체의 수화반응을 확인하고 페이스트 경화체의 미세조직의 특성을 검토하기 위하여 HITACHI S-3200H(일본)장비를 사용하여 전자주사현미경 관찰을 실시하였으며, SEM 관찰사진은 Figure 11과 같다.
대상 데이터
- 국내 동 발전소에서 발생하는 플라이애시(Fly ash)와 S사에서 시판중인 슬래그 시멘트(Slag cement)를 사용하였으며, 상기 재료의 화학조성 분석 결과는 Table 1과 같다.
- 본 연구에 사용된 리젝트애시는 국내 S 발전소에서 발생된 것을 사용하였고, 입자의 형태를 비교하기 위하여 실시한 전자주사현미경(Sem Electron Microscope) 관찰사진은 Figure 1과 같다.
성능/효과
- 1) 화학조성 분석 및 기기분석결과, FRA는 FA와 유사한 화학조성을 가지며, 주요 광물상으로는 석영(quartz)과 산화알루미늄과 산화규소의 화합물(mullite)이 존재하는 것으로 확인되었다. 또한 전자현미경을 사용하여 FRA와 FA 입자형태를 비교한 결과, 대부분의 입자가 구형인 FA와 달리, FRA는 입자형태가 부정형이였으며, 미립입자를 다량 분포하는 것으로 나타났다.
- 2) 동일한 치환율 조건에서, FRA의 함량이 증가할수록 응결시간이 단축되었으며, 강도가 증진되는 것으로 나타났다. 특히 FRA는 FA와 비교하여 조기강도가 우수한 특성을 나타내었다.
- 3) X선 회절분석결과, FRA를 사용한 시편에서는 에트린자이트 피크가 상대적으로 뚜렷하게 관찰되었으며, 칼슘알루미늄 수화물(C4AH13 또는 C4AHx)의 피크가 폭이 넓은 특징을 나타냈다.
- 4) 전자현미경을 사용하여 경화체의 미세조직을 관찰한 결과, FRA의 사용량이 증가할수록 수화생성물이 미세해지는 경향을 나타내었으며, 경화체 조직의 치밀성이 크게 향상되는 것으로 나타났다.
- 수화열 감소 효과는 FRA보다 FA가 크게 나타났으며, FRA의 사용량이 증가함에 따라 전체 수화열은 감소하는 경향을 나타내었다. FRA는 FA와 비교하여 상대적으로 분말도가 높고 초기 수화반응에 큰 영향을 미치는 미분의 함량이 높아 초기 수화반응이 FA보다 상대적으로 빠르며, 수화반응에 의해 생성되는 수화열 역시 증가하는 것으로 나타났다. 또한 FRA를 45 % 치환한 시멘트복합체의 경우 FRA의 사용량이 높음에도 불구하고 약 20시간까지는 누적수화열이 크게 증가한 다음 완만하게 증가하는 경향을 나타내었다.
- FRA를 사용한 시편 역시 관찰되는 수화생성물들은 큰 차이를 나타내지는 않았지만 미세조직의 치밀성은 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
- 전자주사현미경 관찰사진을 분석한 결과, 리젝트애시와 플라이애시 모두 석영(Quartz)과 산화알루미늄과 산화규소의 화합물(Mullite)이 주요 결정상으로 나타났으며, 플라이애시의 경우 입자는 전체적으로 구형(Figure 4)인 반면 리젝트애시는 구형의 입자와 함께 부정형의 입자들이 다수 관찰되었다. 따라서 리젝트애시 및 플라이애시의 경우 굳지 않은 콘크리트에 사용될 경우 구형입자에 의한 볼베어링 효과로 인해 목표 슬럼프를 확보하는데 필요한 단위수량을 감소시킬 수 있으며, 재료분리 저항성을 개선하고, 블리딩 현상을 감소시킬 것으로 판단된다.
- FRA는 FA와 비교하여 상대적으로 분말도가 높고 초기 수화반응에 큰 영향을 미치는 미분의 함량이 높아 초기 수화반응이 FA보다 상대적으로 빠르며, 수화반응에 의해 생성되는 수화열 역시 증가하는 것으로 나타났다. 또한 FRA를 45 % 치환한 시멘트복합체의 경우 FRA의 사용량이 높음에도 불구하고 약 20시간까지는 누적수화열이 크게 증가한 다음 완만하게 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 FRA의 미립자들이 초기 수화발열에도 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- 미니플로우 측정결과, S/C의 일부를 FRA 및 FA로 대체하는 경우가 미니플로우 값이 증가하는 것으로 나타내었다. 또한 FRA보다는 FA를 사용하였을 경우 미니 플로우의 값이 증가하는 경향을 나타내었는데, 이는 FRA보다 FA의 입자들이 구형으로 이루어져 있으며, 볼베어링효과로 인한 것으로 판단된다.
- 모르타르 압축강도 측정결과, 조기 압축강도는 FA 및 FRA 치환율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었으며, 재령 28일에서는 FRA15 및 FRA30을 제외하고 S/C의 90% 이하의 강도를 나타내었다. 또한 FRA와 FA의 강도발현을 비교하기 위하여 FA 30을 기준으로 압축강도를 비교한 결과, FRA가 전체적으로 우수한 강도 발현 특성을 나타내고 있으며, 특히 FRA는 시멘트복합체의 조기 강도발현에 있어서 FA보다 우수한 특성을 갖는 것으로 확인되었다.
- FRA 및 FA가 응결을 지연시키는 것으로 나타났으며, 이러한 응결지연 효과는 FRA 및 FA를 사용한 만큼 S/C의 함량이 감소하기 때문으로 판단된다. 또한 FRA의 응결지연 효과가 FA보다 적은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 FRA의 초기 반응성이 FA보다 우수하기 때문인 것으로 판단되며, 수화열 측정결과 및 포졸란 활성도 측정결과와 동일한 경향을 보이고 있다.
- FRA는 재령 7, 28일에 FA보다 포졸란 활성도가 높게 나타나고 있다. 또한 시멘트의 혼화재료로 사용하기에 충분한 강도 발현 특성을 나타내어, 재령 28일의 경우 활성도 지수가 100 %를 초과하는 결과를 나타내었다.
- 1) 화학조성 분석 및 기기분석결과, FRA는 FA와 유사한 화학조성을 가지며, 주요 광물상으로는 석영(quartz)과 산화알루미늄과 산화규소의 화합물(mullite)이 존재하는 것으로 확인되었다. 또한 전자현미경을 사용하여 FRA와 FA 입자형태를 비교한 결과, 대부분의 입자가 구형인 FA와 달리, FRA는 입자형태가 부정형이였으며, 미립입자를 다량 분포하는 것으로 나타났다.
- 특히 FRA는 FA와 비교하여 조기강도가 우수한 특성을 나타내었다. 또한 페이스트 유동성 측정결과, FRA 및 FA가 사용됨에 따라 항복응력(yield stress) 및 소성점도(plastic viscosity)가 감소하는 경향을 나타내었으며, FRA 및 FA를 사용할 경우 유동성이 S/C에 비해 개선되는 경향을 나타냈다.
- 모르타르 압축강도 측정결과, 조기 압축강도는 FA 및 FRA 치환율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었으며, 재령 28일에서는 FRA15 및 FRA30을 제외하고 S/C의 90% 이하의 강도를 나타내었다. 또한 FRA와 FA의 강도발현을 비교하기 위하여 FA 30을 기준으로 압축강도를 비교한 결과, FRA가 전체적으로 우수한 강도 발현 특성을 나타내고 있으며, 특히 FRA는 시멘트복합체의 조기 강도발현에 있어서 FA보다 우수한 특성을 갖는 것으로 확인되었다.
- 1 % 사용하여 1분간 혼합하여, 혼합된 페이스트의 미니플로우 측정값을 나타낸 것이다. 미니플로우 측정결과, S/C의 일부를 FRA 및 FA로 대체하는 경우가 미니플로우 값이 증가하는 것으로 나타내었다. 또한 FRA보다는 FA를 사용하였을 경우 미니 플로우의 값이 증가하는 경향을 나타내었는데, 이는 FRA보다 FA의 입자들이 구형으로 이루어져 있으며, 볼베어링효과로 인한 것으로 판단된다.
- Figure 8은 시멘트복합체의 미소수화열을 측정한 결과로, S/C의 일부를 FRA 또는 FA로 대체하는 경우 72시간 동안의 누적수화열이 감소하고, 물과 접촉직후 발생하는 1차 피크의 최고점이 낮아지는 경향을 나타내었다. 수화열 감소 효과는 FRA보다 FA가 크게 나타났으며, FRA의 사용량이 증가함에 따라 전체 수화열은 감소하는 경향을 나타내었다. FRA는 FA와 비교하여 상대적으로 분말도가 높고 초기 수화반응에 큰 영향을 미치는 미분의 함량이 높아 초기 수화반응이 FA보다 상대적으로 빠르며, 수화반응에 의해 생성되는 수화열 역시 증가하는 것으로 나타났다.
- Table 2와 Figure 5는 사용재료의 입도분포를 비교한 결과를 나타낸 것으로, FA(Fly ash)는 입자 크기가 크며, 45㎛ 잔사의 함량이 높은 것으로 나타났다. 이와 비교하여 FRA(Fineness Reject Ash)는 FA뿐만 아니라 S/C(Slag Cement)와 비교하여 입자의 크기가 작은 것으로 나타났으며, 45㎛ 잔사의 함량이 1 % 이내인 것으로 나타났다.
- 재령 1일 페이스트 경화체 시편의 SEM 관찰결과 S/C 시편에서는 에트린자이트로 판단되는 다량의 침상수화물과 판상의 수산화칼슘 및 초기수화물이 관찰되었으며, S/C 일부를 FA로 대체한 시편에서는 구형의 FA 입자가 다량 관찰되고 있어 생성되는 수화물은 유사한 경향을 나타내었다.
- 전자주사현미경 관찰사진을 분석한 결과, 리젝트애시와 플라이애시 모두 석영(Quartz)과 산화알루미늄과 산화규소의 화합물(Mullite)이 주요 결정상으로 나타났으며, 플라이애시의 경우 입자는 전체적으로 구형(Figure 4)인 반면 리젝트애시는 구형의 입자와 함께 부정형의 입자들이 다수 관찰되었다. 따라서 리젝트애시 및 플라이애시의 경우 굳지 않은 콘크리트에 사용될 경우 구형입자에 의한 볼베어링 효과로 인해 목표 슬럼프를 확보하는데 필요한 단위수량을 감소시킬 수 있으며, 재료분리 저항성을 개선하고, 블리딩 현상을 감소시킬 것으로 판단된다.
- 하지만 FRA의 사용량이 증가함에 따라 구형의 입자는 거의 관찰되지 않았으며, 수화생성물의 크기가 감소하고 미세조직의 치밀성이 증가하는 경향을 나타내었다. 이러한 미세조직의 특징은 FRA의 함량이 증가함에 따라 입자크기가 감소하여 반응성이 향상되기 때문으로 판단된다.
후속연구
- 따라서 본 연구에서는 리젝트애시의 분말도를 상향시킨 고분말 리젝트애시를 사용하여, 혼합재 기본특성(포졸란 활성도, 입도분포) 및 혼합시멘트의 기본특성(입도분포, 미소수화열, 유동성, 응결, 압축강도, 수화반응)을 통해 시멘트복합재 및 콘크리트용 혼화재로서의 사용가능성을 평가하고자 하였다. 또한 단순한 자원재활용을 넘어서 매립에 의한 환경파괴 억제 및 화력발전소의 매립지 부족 심화 문제를 해결하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 더 나아가 CO2발생 저감으로 ‘저탄소 녹색성장’에도 기여할 것으로 보인다[5].
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.