본 연구는 알칼리 활성화 슬래그에서 혼합 활성화제에 관한 것이다. 본 연구에서는 수산화나트륨(NaOH, A Case), 수산화칼슘($Ca(OH)_2$, B Case), 수산화마그네슘($Mg(OH)_2$, C Case), 수산화알루미늄($Al(OH)_3$, D Case), 그리고 수산화칼륨(KOH, E Case)의 5가지 수산화계열 활성화제를 사용했다. 이 5가지 수산화계열 활성화제와 탄산나트륨($Na_2CO_3$)를 혼합하였다. 5가지 수산화계열 활성화제의 농도는 3M로 하고, 탄산나트륨은 1M, 2M, 3M로 하였다. 플로우와 응결 특성은 탄산나트륨의 혼합에 따라 감소하는 결과가 나타났다. 그러나 압축응력은 탄산나트륨의 혼합 농도에 따라 증가하는 결과를 나타내었다. 이것은 수산화계열 활성화제와 탄산나트륨의 혼합은 알칼리 활성화 슬래그 모르타르의 특성에 효과적인 것으로 판단된다.
본 연구는 알칼리 활성화 슬래그에서 혼합 활성화제에 관한 것이다. 본 연구에서는 수산화나트륨(NaOH, A Case), 수산화칼슘($Ca(OH)_2$, B Case), 수산화마그네슘($Mg(OH)_2$, C Case), 수산화알루미늄($Al(OH)_3$, D Case), 그리고 수산화칼륨(KOH, E Case)의 5가지 수산화계열 활성화제를 사용했다. 이 5가지 수산화계열 활성화제와 탄산나트륨($Na_2CO_3$)를 혼합하였다. 5가지 수산화계열 활성화제의 농도는 3M로 하고, 탄산나트륨은 1M, 2M, 3M로 하였다. 플로우와 응결 특성은 탄산나트륨의 혼합에 따라 감소하는 결과가 나타났다. 그러나 압축응력은 탄산나트륨의 혼합 농도에 따라 증가하는 결과를 나타내었다. 이것은 수산화계열 활성화제와 탄산나트륨의 혼합은 알칼리 활성화 슬래그 모르타르의 특성에 효과적인 것으로 판단된다.
This paper reported on the effect of blended activator on the physical properties of alkali-activated slag mortar. Five different activators(caustic alkalis) were used: sodium hydroxide(NaOH, A Case), calsium hydroxide($Ca(OH)_2$, B Case), magnesium hydroxide($Mg(OH)_2$, C Case...
This paper reported on the effect of blended activator on the physical properties of alkali-activated slag mortar. Five different activators(caustic alkalis) were used: sodium hydroxide(NaOH, A Case), calsium hydroxide($Ca(OH)_2$, B Case), magnesium hydroxide($Mg(OH)_2$, C Case), aluminum hydroxide($Al(OH)_3$, D Case), and potassium hydroxide(KOH, E Case). We blended five caustic alkalis with sodium carbonate($Na_2CO_3$). The dosage of five caustic alkalis was 3M and sodium carbonate was 1M, 2M and 3M. The result of flow and setting time was decrease as the dosage of sodium carbonate increase. But the compressive strength was increase as the dosage of sodium carbonate increase. It was shown that there is a good effect of blended caustic alkalis with sodium carbonate in alkali-activated slag mortar.
This paper reported on the effect of blended activator on the physical properties of alkali-activated slag mortar. Five different activators(caustic alkalis) were used: sodium hydroxide(NaOH, A Case), calsium hydroxide($Ca(OH)_2$, B Case), magnesium hydroxide($Mg(OH)_2$, C Case), aluminum hydroxide($Al(OH)_3$, D Case), and potassium hydroxide(KOH, E Case). We blended five caustic alkalis with sodium carbonate($Na_2CO_3$). The dosage of five caustic alkalis was 3M and sodium carbonate was 1M, 2M and 3M. The result of flow and setting time was decrease as the dosage of sodium carbonate increase. But the compressive strength was increase as the dosage of sodium carbonate increase. It was shown that there is a good effect of blended caustic alkalis with sodium carbonate in alkali-activated slag mortar.
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문제 정의
따라서 활성화제의 혼합에 따른 알칼리 활성화 시멘트의 특성을 살펴보기 위해 본 연구에서는 5종류의 가성 알칼리(caustic alkalis ; MOH)로 분류되는 수산화계열과 비규산계 약산염인 탄산나트륨(Na2CO3)을 혼합한 알칼리 활성화 슬래그 모르타르의 강도 특성을 연구하였다.
이러한 다양한 결과 때문에 아직까지 알칼리 활성화 슬래그 시멘트에 대한 규준이나 방법 등이 정해지지 않고 있다. 본 연구는 알칼리 활성화 슬래그 시멘트의 특성을 연구하기 위한 기초연구로서, 알칼리 활성화 슬래그 시멘트의 특성 중 알칼리 활성화제의 사용에 그 초점을 맞추어 연구하고자 한다.
본 연구를 통해 5가지 수산화계열 활성화제 단일 사용의 경우와 탄산나트륨을 혼합한 경우의 알칼리 활성화 고로슬래그 모르타르의 특성을 살펴보았다.
수산화나트륨(NaOH, A Series)은 기존의 선행 알칼리 활성화 시멘트에 관한 연구에 다수 사용되었던 재료이고, 수산화칼슘(Ca(OH)2, B Series), 수산화마그네슘(Mg(OH)2, C Series), 수산화알루미늄(Al(OH)3, D Series) 그리고 수산화칼륨(KOH, E Series)은 기존 선행연구가 충분하지 않아 본 연구를 통해 특성을 살펴보고자 선정하였다. 또한 탄산나트륨의 혼합에 의한 특성을 비교 분석하기위해 탄산나트륨을 혼합하지 않은 컨트롤 케이스(Control Case)를 수산화나트륨(A30), 수산화칼슘(B30), 수산화마그네슘(C30), 수산화알루미늄(D30) 그리고 수산화칼륨(E30)으로 각각에 대해 준비하였다.
제안 방법
(1) 기존의 국내외 연구에서 사용된 혼합 알칼리 활성화제 연구에서 사용된 수산화나트륨(NaOH, A Series)외에 기존의 선행 연구가 부족한 수산화계열 활성화제인 수산화칼슘(Ca(OH)2, B Series), 수산화마그네슘(Mg(OH)2, C Series), 수산화알루미늄(Al(OH)3, D Series) 그리고 수산화칼륨(KOH, E Series)의 4가지와 탄산나트륨(Na2CO3)을 혼합한 활성화제의 효과를 통해 혼합 알칼리 활성화제의 기초적인 특성을 살펴보았다. 본 연구의 결과로 알칼리 활성화 시멘트의 특성에 미치는 다른 수산화계열 활성화제의 영향과 혼합 활성화제의 영향 및 그 특성을 확인할 수 있었다.
모르타르 시험체의 제작은 선행 실험을 통해 본 연구의 특성과 목적에 맞는 여러 배합을 실험하였다. 선행 실험을 통해 본 연구에 사용된 모르타르의 배합은 중량비로 물 : 고로 슬래그 미분말 : 잔골재를 0.
본 연구는 알칼리 활성화제의 혼합에 따른 알칼리 활성화 고로슬래그 모르타르의 특성에 관한 연구로 활성화제의 종류는 5가지 수산화계열과 비규산계 약산염인 탄산나트륨(Na2CO3)를 사용하여 3가지 농도로 혼합하였다.
선행 실험을 통해 본 연구에 사용된 모르타르의 배합은 중량비로 물 : 고로 슬래그 미분말 : 잔골재를 0.5 : 1 : 2.0으로 하였고, 물-결합재 비(W/B)를 0.5로 하여 일정시간 비빔한 다음 50×50×50mm 몰드에 타설하고, 상대습도 50±5%, 23±2℃ 항온항습기에 넣고 1일(24h) 후 몰드를 탈형한 뒤 측정일까지 수중 양생하였다.
수산화계열 활성화제와 탄산나트륨의 혼합에 따른 알칼리 활성화 고로슬래그 모르타르의 특성을 알아보기 위해 플로우, 응결시간 그리고 압축강도를 측정하였다.
알칼리 혼화제의 혼합에 의한 특성을 알아보기 위해 5가지의 수산화계열 활성화제와 탄산나트륨의 혼합을 통한 알칼리 활성화 고로슬래그 모르타르의 플로우, 응결시간, 압축강도 결과를 통해 다음과 같은 결과를 알 수 있었다.
압축강도는 1, 3, 7, 28, 90일 강도를 측정하여 1, 3, 7일 강도를 초기 강도로, 28, 90일을 장기 강도로 구분하여 압축강도의 특성을 살펴보고자 하였다. 측정결과는 각각 3개의 시험체 측정값의 평균을 사용하였다.
5가지의 수산화계열 활성화제와 비규산염계 약산염인 탄산나트륨은 다음과 같이 배합을 실시하였다. 우선 5가지 수산화계열 활성화제의 농도는 여러 국내외 문헌의 유동성, 응결 및 플로우 등의 특성변화를 고려하여 3M로 하고, 탄산나트륨의 농도를 1M, 2M, 3M의 3가지로 혼합하여 두 가지 활성화제가 혼합된 알칼리 활성화제에 따른 고로슬래그 모르타르의 특성을 살펴보고자 한다.
1에 나타내었다. 우선 탄산나트륨의 혼합에 따른 영향을 평가하기 위해 탄산나트륨을 혼합하지 않은 5가지의 수산화계열 활성화제를 단독으로 사용한 알칼리 활성화 고로슬래그 모르타르(Control Case)의 결과를 비교하였다. 각각의 단독 활성화제에 의한 플로우는 E30 > A30 > C30 > D30 > B30의 순서로 나타났다.
응결시험은 우선 5가지 수산화계열 활성화제 단독 사용한 알칼리 활성화 고로슬래그 모르타르의 응결시간을 측정하였다. 그 결과는 Fig.
플로우 측정을 통하여 알칼리 활성화 고로슬래그 모르타르의 유동성을 평가하였다. 플로우 측정 결과는 Fig.
대상 데이터
, D Series) 그리고 수산화칼륨(KOH, E Series)은 기존 선행연구가 충분하지 않아 본 연구를 통해 특성을 살펴보고자 선정하였다. 또한 탄산나트륨의 혼합에 의한 특성을 비교 분석하기위해 탄산나트륨을 혼합하지 않은 컨트롤 케이스(Control Case)를 수산화나트륨(A30), 수산화칼슘(B30), 수산화마그네슘(C30), 수산화알루미늄(D30) 그리고 수산화칼륨(E30)으로 각각에 대해 준비하였다. 실험 Case는 Table 2에 나타내었다.
05이다. 본 연구는 알칼리 활성화제의 혼합에 따른 알칼리 활성화 고로슬래그 모르타르의 특성에 관한 것으로 본 연구에 사용된 알칼리 활성화제는 수산화계열의 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 그리고 수산화칼륨(KOH)의 5가지와 비규산계 약산염인 탄산나트륨(Na2CO3)를 사용하였다. 모든 시약은 국내 S사의 제품으로 고순도(extra pure)시약이다.
본 연구에 사용된 고로슬래그 미분말은 포항의 K사 제품을 사용하였으며, 성분은 XRF 분석을 통해 Table 1에 나타내었다. 잔골재는 강모래로 조립률(FM) 2.
데이터처리
압축강도는 1, 3, 7, 28, 90일 강도를 측정하여 1, 3, 7일 강도를 초기 강도로, 28, 90일을 장기 강도로 구분하여 압축강도의 특성을 살펴보고자 하였다. 측정결과는 각각 3개의 시험체 측정값의 평균을 사용하였다. 압축강도 결과는 Fig.
성능/효과
(2) 수산화계열 활성화제와 탄산나트륨의 혼합은 고로슬래그 모르타르의 유동성을 감소시키므로 적정한 범위의 농도와 소요의 유동성을 확보하기 위해 감수제, AE제 또는 AE 감수제 등의 혼화제를 사용하여 할 것으로 판단된다.
(3) 탄산나트륨 혼합에 따른 응결특성은 5가지 수산화계열 활성화제 단독 사용한 경우의 응결시간보다 탄산나트륨의 혼합에 의하여 응결시간이 감소하는 것을 볼 수 있었다. 특히 수산화마그네슘과(C Case) 수산화알루미늄(D Case)은 단독으로 사용할 경우 과도한 응결지연이 발생하였으나 탄산나트륨의 혼합으로 응결시간이 감소하는 것을 관찰할 수 있었다.
(4) 5가지의 수산화계열 활성화제 단독 사용보다는 탄산나트륨의 혼합이 압축강도의 증가에 효과적인 것으로 판단된다. 그러나 수산화마그네슘(C Case)과 수산화알루미늄(D Case)을 사용한 경우 초기 강도가 작고 장기강도 발현까지의 시간을 고려하여 초기강도 증진을 위한 방법이 고려되어야 할 것으로 판단된다.
각각의 수산화계열 활성화제에 탄산나트륨을 혼합하면 모든 시험체의 압축강도는 탄산나트륨을 혼합하지 않은 경우와 비교하여 강도가 증가하는 것을 볼 수 있었다.
수산화마그네슘(C30)과 수산화알루미늄(D30)의 경우 28일까지의 강도 발현이 다른 시험체에 비해 상대적으로 늦은 것을 볼 수 있었다. 그러나 수산화알루미늄(D30)은 90일 장기강도도 초기강도와 마찬가지로 다른 활성화제 시험체와 비교하여 상대적으로 가장 작은 강도를 나타내었지만, 수산화마그네슘(C30)의 경우는 28일까지 낮은 강도발현을 보이다가 90일 장기강도는 급격히 증가한 것을 볼 수 있었다.
)을 혼합한 활성화제의 효과를 통해 혼합 알칼리 활성화제의 기초적인 특성을 살펴보았다. 본 연구의 결과로 알칼리 활성화 시멘트의 특성에 미치는 다른 수산화계열 활성화제의 영향과 혼합 활성화제의 영향 및 그 특성을 확인할 수 있었다.
2에 나타내었다. 수산화계열 활성화제를 단독 사용하여 활성화한 고로슬래그 모르타르의 응결시간 결과에서 수산화마그네슘(C30)과 수산화알루미늄(D30)의 초결 및 종결이 다른 활성화제와 비교하여 상대적으로 많은 시간이 소요됨을 알 수 있었다.
수산화나트륨(A Series)과 수산화칼륨(E Series)는 탄산나트륨의 혼합 농도가 증가함에 따른 압축강도 증가율은 2~6%와 1~9%로 나머지 탄산나트륨 혼합 시험체의 압축강도 증가율 22~45%보다 낮은 강도 증가율을 나타내었다. 따라서 탄산나트륨은 수산화나트륨과 수산화칼슘과 혼합에 의해 강도에 영향을 미치는 반응생성물의 화학양적 관계가 있을 것으로 생각된다.
알칼리 활성화제의 혼합은 고로슬래그 미분말을 활성화하여 기초특성에 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었고, 적정한 활성화제의 종류와 농도의 선정으로 기초물성에 영향을 줄 수 있음을 알 수 있었다. 그러나 모르타르의 유동성과 응결시간을 조정하기 위해서는 적합한 혼화제의 사용을 고려하여야 할 것으로 판단된다.
탄산나트륨을 혼합한 5가지 수산화계열 활성화제 모두 알칼리 활성화 고로슬래그 모르타르의 유동성을 감소시키는 것을 알 수 있었다.
(3) 탄산나트륨 혼합에 따른 응결특성은 5가지 수산화계열 활성화제 단독 사용한 경우의 응결시간보다 탄산나트륨의 혼합에 의하여 응결시간이 감소하는 것을 볼 수 있었다. 특히 수산화마그네슘과(C Case) 수산화알루미늄(D Case)은 단독으로 사용할 경우 과도한 응결지연이 발생하였으나 탄산나트륨의 혼합으로 응결시간이 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 그러나 수산화나트륨(A Case)과 수산화칼륨(E Case)의 경우는 탄산나트륨을 혼합하지 않고 단독으로 사용할 때보다 탄산나트륨을 혼합한 경우 응결시간이 증가하는 경우가 있어 충분한 검토 과정이 필요할 것으로 판단된다.
후속연구
그러나 모르타르의 유동성과 응결시간을 조정하기 위해서는 적합한 혼화제의 사용을 고려하여야 할 것으로 판단된다. 또한 알칼리 활성화 슬래그 시멘트의 특성을 밝히기 위해 본 연구에 이어 추가적인 화학적, 미세구조 분석 등이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
알칼리 활성화 슬래그 시멘트에 적용하기 위한 혼합 알칼리 활성화제에 대한 연구 예는?
기존의 알칼리 활성화 슬래그 시멘트는 알칼리 활성화제의 단독 사용에 관한 연구가 많았다. 근래에 이루어진 혼합 알칼리 활성화제에 대한 연구는 수산화나트륨(NaOH)와 규산나트륨(Na2SiO3)의 혼합 활성화제에 의한 알칼리 활성화 시멘트의 강도발현이 뛰어나다는 연구가 많은 연구자들에 의해서 밝혀졌다(Palomo et al. 1999; Wang S. et al. 1995). 그러나 최근에 Li et al.(2000)과 FernandezJimenez et al.(2003) 등은 수산화나트륨(NaOH)와 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 규산나트륨(Na2SiO3) 등을 혼합한 알칼리 활성화제에 대한 연구가 이루어졌다. 그리고 국내에서는 Geon-Woo Kim(2012) 등은 수산화계열의 수산화나트륨과 비규산계 약산염인 탄산나트륨을 혼합한 활성화제에 의해 활성화된 고로슬래그 모르타르의 강도발현 특성을 연구하였다. 이들 연구에서는 혼합 활성화제에 의한 알칼리 활성화 시멘트의 강도특성이 활성화제를 단독으로 사용한 경우의 강도 보다 더 높은 강도결과를 보여준다고 하였다.
알칼리 활성화 시멘트는 국내에서 어떤 측면에서 연구가 진행되고 있는가?
1999). 최근 국내에서도 환경문제, 자원문제 그리고 산업부산물의 재활용 측면에서 알칼리 활성화 시멘트에 대한 연구가 진행되고 있다(Byung-Wan Jo, 2004, Keun-Hyeok Yang, 2007).
고로슬래그 미분말이란?
고로슬래그 미분말은 선철을 제조하는 과정에서 발생된 부산물이다. 과거 고로슬래그 미분말은 콘크리트 제조시 혼화재료로서 시멘트 중량의 일부를 대체하여 콘크리트의 물리적인 성능 향상을 위한 연구가 진행되었다.
참고문헌 (15)
Byung-Wan Jo, Seung-Kook Park and Byung-Yoon Kwon, "Alkali-Activated Caol Ash(FLy Ash, Bottom Ash) Artificial Lightweight Aggregate and Its Application of Concrete", Journal of the Korea Concrete Institute, vol. 16, No. 6, 2004, pp.751-757.
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Geon-Woo Kim, Byeong-Jo Kim, Keun-Hyeok Yang and Jin-Kyu Song, "Strength Development of Blended SOdium Alkali-Activated Ground Granulated Blast-Furnace Slag(GGBS) Mortar", Journal of the Korea Concrete Institute, vol. 24, No. 2, 2012, pp.137-145.
Han, Sang-Ho, Park, Sang-Sook, Kang, Hwa-Young, "Compressive Strength and Optimal Mixing Ratio of Alkali Activated Cement Concrete Containing Fly Ash", Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, vol. 11, No. 4, 2007, pp.152-158.
Keun-Hyeok Yang, Jin-Gyu Song, "The Properties and Applications of Alkali-Activated Concrete with No Cement", Magazine of the Korea Concrete Institute, vol. 19, No. 2, 2007, pp.42-28.
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Palomo. A, Grutzeck, M. W., Blanco, M. T., "Alkali Activated Fly Ashes: A Cement for the Future", Cement and Concrete Research, vol. 29, 1999, pp.1323-1329.
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