[논문]MgCO3와 사문석을 사용한 마그네시아 시멘트의 특성평가

이종규; 소정섭; 추용식; 송훈; 박지선

doi:10.3740/mrsk.2012.22.11.598

MgCO3와 사문석을 사용한 마그네시아 시멘트의 특성평가
Evaluation of Magnesia Cement Using MgCO3 and Serpentine 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.22 no.11, 2012년, pp.598 - 603

이종규 (한국세라믹기술원 에너지환경소재본부) , 소정섭 (한국세라믹기술원 에너지환경소재본부) , 추용식 (한국세라믹기술원 에너지환경소재본부) , 송훈 (한국세라믹기술원 에너지환경소재본부) , 박지선 (한국건설기술연구원 공공건축연구본부)

Abstract ▼ AI-Helper

MgO based cement for the low-temperature calcination of magnesite required less energy and emitted less $CO_2$ than the manufacturing of Portland cements. Furthermore, adding reactive MgO to Portland-pozzolan cement can improve their performance and also increase their capacity to absorb atmospheric $CO_2$. In this study, the basic research for magnesia cement using $MgCO_3$ and magnesium silicate ore (serpentine) as starting materials was carried out. In order to increase the hydration activity, $MgCO_3$ and serpentinite were fired at a temperature higher than $600^{\circ}C$. In the case of $MgCO_3$ as starting material, hydration activity was highest at $700^{\circ}C$ firing temperature; this $MgCO_3$ was completely transformed to MgO after firing. After the hydration reaction with water, MgO was totally transformed to $Mg(OH)_2$ as hydration product. In the case of using only $MgCO_3$, compressive strength was 35 $kgf/cm^2$ after 28 days. The addition of silica fume and $Mg(OH)_2$ led to an enhancements of the compressive strength to 55 $kgf/cm^2$ and 50 $kgf/cm^2$, respectively. Serpentine led to an up to 20% increase in the compressive strength; however, addition of this material beyond 20% led to a decrease of the compressive strength. When we added $MgCl_2$, the compressive strength tends to increase.

주제어

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 MgCO3 와 더불어 마그네슘 실리케이트 광물인 국내산의 사문석(xMgO·ySiO2·z(OH)2)을 원료로 검토하였다.
따라서 본 연구에서는 carbon negative cement 개발에 대한 기초 연구로서 magnesium silicate 광물 및 MgCO₃를 출발원료로 사용하였을 때의 활성화 온도 및 첨가제에 따른 기본 특성을 분석 하였다.

제안 방법

7에 압축강도 증진을 목적으로 마그네시아 시멘트의 반응촉진제 역할을 하는 MgCl₂를 첨가하였을 경우 압축강도 변화를 나타내었다. 700℃에서 소성한 MgCO₃에 실리카흄을 30% 첨가한 조성에 MgCl₂를 무게비로 1%, 5%, 10% 첨가하였다. MgCl₂의 첨가에 따라 압축강도 증진 효과가 뚜렷하게 나타났으며 5% 첨가에서 가장 높은 값을 나타내고 있으며 10% 첨가에서는 약간 감소하는 경향을 보이고 있다.
MgCO₃를 주성분으로 하는 마그네시아계시멘트의 수화물 생성을 촉진하기 위하여 Mg(OH)₂를 첨가 하였다. MgCO₃의 소성온도를 600℃, 700℃, 800℃ 로 변화시킨 시료에 강도증진 목적으로 Mg(OH)₂를 무게비로 1%, 5%, 10%첨가하였을 때의 압축강도 변화를 Fig.
를 첨가 하였다. MgCO₃의 소성온도를 600℃, 700℃, 800℃ 로 변화시킨 시료에 강도증진 목적으로 Mg(OH)₂를 무게비로 1%, 5%, 10%첨가하였을 때의 압축강도 변화를 Fig. 4에 나타내었다. 먼저 Fig.
각 온도에서 소성한 시료를 물과 혼합하여 2 × 2 × 2 cm 의 정육면체 시편 제작하고 1, 3, 7, 28일간 항온항습기 내에서 습윤양생(R.H. 95% 이상)하였다.
시험체를 제작하기 위한 재료의 배합비는 Table 2와 같다. 각 조건에서 제조한 시험체는 수화시간별로 압축강도, XRD 및 SEM 을 측정하여 수화반응의 기초특성을 조사하였다.
95% 이상)하였다. 또한 수화반응을 활성화시키기 위하여 소성 사문석, 실리카 흄, 수산화마그네슘(Mg(OH)₂,시약급)을 소성 탄산마그네슘에 가각 일정 비율로 치환 혼합한 후 시편을 제작하였고, 또한 반응 첨가제로 MgCl₂를 소량 첨가하였다. 시험체를 제작하기 위한 재료의 배합비는 Table 2와 같다.
마그네슘실리케이트를 중심으로 하는 이산화탄소 흡수 형의 새로운 시멘트 개발에 대한 기초적인 연구로 MgCO₃및 사문석을 활용하여 소성온도 및 각정 참가제의 영향을 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
의 활성 도를 높이기 위해서는 소성공정이 필요하다. 본 연구에서는 MgCO₃를 각각 600℃, 700℃, 800℃로 소성을 하였다. 이때의 XRD 결과를 Fig.
출발 원료로 국내산의 magnesium silicate(xMgO·ySiO2· z(OH)2-사문석)과 공업용탄산마그네슘(MgCO3)를 주원료로 사용하였으며 실리카 흄(Silica fume), 시약급의 Mg(OH)2를, MgCl2를 사용하여 특성분석을 하였다.
출발원료인 MgCO₃의 소성온도를 600℃, 700℃, 800℃로 변화시킨 시료에 후기강도 증과 내구성 향상을 목적으로 포졸란 물질인 실리카흄을 무게비로 10%, 30%, 50% 첨가하였을 때의 압축강도 변화를 Fig. 2에 나타내 었다. 먼저 Fig.
탄산마그네슘을 전기로에서 10℃/min 의 승온 속도로 600℃, 700℃, 800℃ 까지 승온하고, 각 온도에서 1시간 동안 유지한 후, 곧바로 상온의 공기 중에서 냉각하여 시험의 재료로 사용하였다. 그리고 사문석은 700℃에서 1시간 동안 소성하여 탄산마그네슘 700℃에서 소성한 것과 일정 비율로 혼합하여 사용하였다.

대상 데이터

따라서 본 연구에서는 MgCO₃ 와 더불어 마그네슘 실리케이트 광물인 국내산의 사문석(xMgO·ySiO₂·z(OH)₂)을 원료로 검토하였다. MgCO₃의 활성도가 가장 좋았던 온도인 700℃에서 사문석을 소성하여 사용하였다. Fig.

성능/효과

먼저 Fig. 2(a) 에 MgCO₃를 600℃에서 소성을 하고 실리카흄을 10%, 30%, 50% 첨가하였을 경우 수화시간에 따른 압축강도 변화를 보면, 수화초기인 1일에는 10% 첨가하였을 경우 실리카흄 무첨가 보다 약간 강도 증진 효과를 나타내었으나 10% 이상 첨가 하였을 경우에는 강도가 오히려 감소하고 있음을 알 수 있다. 이는 수화초기에는 실리카흄의 활성도가 낮기 때문이랑 생각 된다.
Fig. 4(b)에 MgCO₃를 700℃에서 소성을 하고 Mg(OH)₂를 첨가하였을 경우에는 600℃ 소성한 시료보다 700℃에서 소성한 시료에서 수화초기의 압축강도 증진 효과가 더욱 크게 나타나고 있음을 알 수 있다. 또한 수화 28일 에서도 Mg(OH)₂ 5% 첨가하였을 경우 최대 50 kgf/cm² 으로 가장 높은 강도값을 나타내었으며, 10% 첨가하여도 Mg(OH)₂를 첨가하지 않았을 경우와 비슷한 강도값을 나타내고 있다.
MgCO₃를 800℃에서 소성한 경우(Fig. 4(c)) 600℃ 소성한 시료보다 강도가 높게 나타났고 700℃에서 소성한 시료보다는 압축강도가 낮게 나타났다. 이는 MgCO₃의 소성온도에 따른 활성도와 깊은 관련이 있다고 생각되어진다
1) 소성온도에 따른 MgCO₃ 의 활성화 실험에서 600℃에서 소성한 경우에는 수화활성도가 낮아 물리적 특성이 700℃에서 소성한 경우보다 나쁘게 나왔다. 800℃에서 소성한 경우에는 700℃ 소성한 경우와 동등하거나 나쁘게 나왔다.
2) 수화 1일에는 700℃, 800℃ 소성한 시료에서는 비만응의 MgO가 남아 있지만 최종적인 결정상의 수화생성물은 Mg(OH)₂였다.
3) 포졸란 물질로 실리카 흄을 첨가하였을 경우와 수화 물질의 seed로 Mg(OH)₂를 첨가하였을 경우 강도증진 효과가 있었으며, 700℃에서 하소된 MgCO₃를 사용하고 실리카 흄 30% 첨가한 시료에서 가장 좋은 결과를 얻었다.
4) MgCO₃에 사문석을 첨가하면 강도증진효가를 보였으며 특히 MgCl₂를 5% 첨가하였을 경우 압축강도가 95 kgf/cm²으로 가장 높게 나타났다.
700℃에서 소성한 MgCO₃에 실리카흄을 30% 첨가한 조성에 MgCl₂를 무게비로 1%, 5%, 10% 첨가하였다. MgCl₂의 첨가에 따라 압축강도 증진 효과가 뚜렷하게 나타났으며 5% 첨가에서 가장 높은 값을 나타내고 있으며 10% 첨가에서는 약간 감소하는 경향을 보이고 있다.
이는 수화초기에는 실리카흄의 활성도가 낮기 때문이랑 생각 된다. 그러나 수화시간이 경과함에 따라 실리카흄 첨가에 따라 강도증진 효과가 뚜렷하게 나타났으며 수화시간 28일에는 10%의 실리카흄을 첨가하였을 경우 가장 높은 강도값을 나타내고 있었다. Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시멘트 산업은 무엇인가?	시멘트 산업은 대표적인 자원 및 에너지 다소비 산업이며 특히 이산화탄소를 다량으로 발생하는 산업중 하나이다. 최근 사회적인 이슈인 친환경 녹색성장기술과 관련하여 에너지 절약기술 및 신재생에너지 기술과 더불어 친환경 및 이산화탄소 배출 저감기술이 주목받고 있다.
	국가적인 시멘트 감축목표를 달성하기 위한 시멘트 1톤 생산 시 약 950 kg의 이산화탄소를 배출하는 시멘트 산업의 역할이 더욱 더 중요해지는 이유는?	시멘트 산업은 대표적인 자원 및 에너지 다소비 산업이며 특히 이산화탄소를 다량으로 발생하는 산업중 하나이다. 최근 사회적인 이슈인 친환경 녹색성장기술과 관련하여 에너지 절약기술 및 신재생에너지 기술과 더불어 친환경 및 이산화탄소 배출 저감기술이 주목받고 있다. 따라서 국가적인 시멘트 감축목표를 달성하기 위해서는 시멘트 1톤 생산 시 약 950 kg의 이산화탄소를 배출하는 시멘트 산업의 역할이 더욱 더 중요해지고 있다.
	시멘트 산업에서 국내에서는 이산화탄소를 줄이기 위한 가장 대표적이고 비교적 손쉬운 방법으로 어떤 연구에 집중하고있는가?	현재 시멘트 산업에서 이산화탄소를 줄이기 위한 연구가 전 세계적으로 진행되고 있으며, 고효율 설비를 도입하고 대체연료 및 혼합시멘트의 활용 그리고 CCS(carbon capture and storage)을 도입하는 등의 노력을 기울이고 있다.1-6) 국내에서는 이산화탄소를 줄이기 위한 가장 대표적이고 비교적 손쉬운 방법으로 슬래그나 플라이애쉬 같은 포졸란 물질을 다량으로 첨가하는 혼합시멘트의 개발과 OPC를 전혀 사용하지 않는 비소성시멘트 개발 등에 연구를 집중하고 있다.7-10)

참고문헌 (16)

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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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