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문제 정의
- 발수제인 실리콘 오일을 ALC 슬러리에 첨가하며, 또한 표면 보호제 및 발수제 등을 ALC 표면에 도포한 후 ALC의 탄산화 저항성을 분석하였다. 특히 실리콘 오일을 첨가한 ALC의 탄산화도와 더불어 결정특성 분석도 수행하여 탄산화와의 관련성도 검토하고자 하였다.
가설 설정
- 모든 열분석 그래프에서 600∼800 ℃ 범위의 질량 감소를 관찰할 수 있었으며, 질량 감소분은 Fumiaki Matsushita 등과 같이 CO2 함량으로 가정하였다.
제안 방법
- 5 g/cm3 ALC는 가장 일반적인 ALC로, 본 연구에서는 Ref. ALC로 규정하였다. 더불어 비중 0.
- Ref. ALC와 실리콘 오일 첨가 ALC의 탄산화 기간별 결정특성을 분석하기 위해 XRD 패턴을 관찰하였으며, 이들을 Fig. 7에 나타내었다. 탄산화 기간의 증가에 따라 Ref.
- Table 1의 배합비로 제조된 ALC 3종을 10 × 10 × 10 cm 크기로 절단하여 비중을 측정하였다.
- 각각의 유지시간이 종료된 ALC 시편의 탄산화도를 평가하기 위해 CO2와 CaO 양을 분석하였으며, 분석 값을 식 (2)에 대입하여 탄산화도를 계산하였다. 이때 CO2 양을 결정하기 위해 열분석기 (DTG-60H, Shimadzu사, 일본)를 사용하였으며, CO2 양은 600∼800 ℃ 범위의 질량 감소분으로 추정하였다.
- 더불어 비중 0.5 g/cm3 슬러리를 1배치 추가하여, 실리콘 오일을 분말대비 0.7 % 첨가·혼합하였다.
- 또한 탄산화 기간을 최대 50일까지 제어하여 탄산화도를 분석·평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 또한 탄산화 전후 ALC의 결정성 및 미세구조 등을 분석·평가하기 위해 X선 회절기 (D5005D, Siemens 사, 독일) 및 EDS (Energy Dispersive x-ray Spectroscopy)가 장착된 주사전자현미경 (SM-300, 탑콘사, 일본) 등을 사용하여 미세구조와 성분분석도 진행하였다.
- 그러므로 본 연구에서도 ALC의 탄산화 저항성 향상을 위해 실리콘 오일, 표면 보호제 및 발수제 등을 사용하였다. 발수제인 실리콘 오일을 ALC 슬러리에 첨가하며, 또한 표면 보호제 및 발수제 등을 ALC 표면에 도포한 후 ALC의 탄산화 저항성을 분석하였다. 특히 실리콘 오일을 첨가한 ALC의 탄산화도와 더불어 결정특성 분석도 수행하여 탄산화와의 관련성도 검토하고자 하였다.
- 본 연구에서는 ALC의 탄산화도를 평가하기 위해, 비중을 달리한 ALC와 실리케이트계, 실록산계 표면 도포 및 실리콘 오일 첨가 등의 방법을 사용하였다. 또한 탄산화 기간을 최대 50일까지 제어하여 탄산화도를 분석·평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
대상 데이터
- 그 효과는 물의 접촉각을 크게 하여 수분이 재료의 미세공극에 침입하는 것을 막을 뿐만 아니라, 탄산화 반응 장소인 재료 표면 흡착수의 흡착상태를 불안정하게 하기 때문에 탄산화반응 자체를 발생하기 어렵게 만든다고 하였다.9) ALC에 첨가되는 발수제는 실리콘 오일과 알킬-개질형 실리콘 오일 (메틸그룹이 알킬그룹으로 대체) 등이 있으며, 본 연구에서는 Fig. 6과 같은 일반 실리콘 오일을 사용하였다.
- 그러나 50일 탄산화 조건에서는 Ref. ALC 403 CPS, 실리콘 오일 첨가 ALC는 342 CPS이었다. 이는 Ref.
- 그러므로 본 연구에서도 ALC의 탄산화 저항성 향상을 위해 실리콘 오일, 표면 보호제 및 발수제 등을 사용하였다. 발수제인 실리콘 오일을 ALC 슬러리에 첨가하며, 또한 표면 보호제 및 발수제 등을 ALC 표면에 도포한 후 ALC의 탄산화 저항성을 분석하였다.
- 탄산화 분석을 위해 규석, 시멘트, 생석회, 알루미늄 발포제 및 혼합수 등을 ALC 비중 0.4, 0.5, 0.7 g/cm3 수준의 배합비로 3종 준비하였다.(Table 1 참조) 이때 비중 0.
- 탄산화 저항성 시험을 위해, Table 2에서와 같이 (1) 비중제어, (2) 실리콘 오일 첨가, (3) 실리케이트 표면 보호제및 (4) 실록산계 발수제가 도포된 총 6종의 ALC 시편들을 준비하였다. 준비된 ALC 시편들은 20℃, 상대습도 90%, CO2 3% 조건의 탄산화 시험기에서 0, 10, 20, 50일간 보관하였다.
이론/모형
- 열분석 그래프에서 얻어진 CO2 함량을 기초하여, Fumiaki Matsushita 등이 사용한 탄산화도 계산식 (식 (2))을 이용하였다. 계산된 탄산화도는 그래프화하여 Fig.
- 현재 국내 국가규격 및 단체규격이 확립되어 있지 않은 상황이므로, 본 연구에서는 ALC 탄산화 저항성 평가를 위해 일본 Sumitomo Metal Mining Siporex Co., Fumiaki Matsushita 등의 시험방법을 준용하였다.6)
성능/효과
- 1) ALC의 탄산화도는 탄산화 기간이 길어짐에 따라 증가하였으며, 비중과도 밀접한 관련이 있었다. ALC 비중이 높아짐에 따라 탄산화도는 감소하였으며, 이는 ALC 조직이 치밀할수록 CO2 가스의 침투가 어려워지기 때문이다.
- 6) 따라서 상기에서와 같이 토버모라이트의 탄산화 저항성을 향상시키는 방법으로는 발수성 첨가제의 첨가가 효과적인 방법으로 판단되었다. 더불어 실록산계 (폴리디메틸실록산) 발수제를 도포한 경우에도 실리케이트 표면 보호제를 도포한 ALC 보다 우수한 탄산화 저항성을 나타내었다.
- 초기 20일 탄산화 조건에서, 실리콘 오일 첨가 ALC의 토버모라이트 피크는 Ref. ALC 보다 낮음을 확인하였다. 이는 탄산화의 영향보다는 실리콘 오일의 발수 특성으로 인하여, 초기 제조공정 중 슬러리의 수열반응이 Ref.
- 탄산화 기간의 증가에 따라 Ref. ALC 뿐만 아니라 실리콘 오일을 첨가한 ALC에서도 토버모라이트 피크가 낮아지고, CaCO3 피크는 높아짐을 확인하였다. 초기 20일 탄산화 조건에서, 실리콘 오일 첨가 ALC의 토버모라이트 피크는 Ref.
- 5에 나타내었다. Fig. 5-(a)에서와 같이 비중별 ALC의 탄산화도는 비중 증가에 따라 감소하였으며, 탄산화 기간이 증가함에 따라 증가하였다. 최대 탄산화도는 탄산화 기간 50일- 비중 0.
- 6) 따라서 상기에서와 같이 토버모라이트의 탄산화 저항성을 향상시키는 방법으로는 발수성 첨가제의 첨가가 효과적인 방법으로 판단되었다. 더불어 실록산계 (폴리디메틸실록산) 발수제를 도포한 경우에도 실리케이트 표면 보호제를 도포한 ALC 보다 우수한 탄산화 저항성을 나타내었다. 이는 실록산계 발수제가 ALC 표면에 도포될 경우, 수분 침투 저항성에 충분한 영향을 줄 수 있기 때문이다.
- 실리케이트 표면 보호제와 실록산계발수제를 도포함에 따라서도 Ref. 보다 질량 감소분이 적어지는 것을 확인할 수 있었다. 더불어 실리콘 오일을 첨가한 ALC에서도 CO2 함량은 감소하는 것으로 분석되었다.
- 5-(b)에 나타내었다. 이들의 탄산화도는 탄산화 기간 증가에 따라 증가하였으며, 최소 6.65 %, 최대 15.06 %로 측정되었다. 또한 이들 값은 Ref.
- 4 g/cm3), 탄산화 기간의 증가 (10일 →20일 → 50일)에 따라 탄산화도 증진 폭이 커지는 결과가 도출되었다. 즉 ALC의 탄산화도는 비중과 밀접한 상관성이 있음을 유추할 수 있었다.
- ALC의 탄산화도와 비교하여 낮은 수준이었다. 특히 표면 도포된 ALC 보다, 슬러리에 실리콘 오일을 첨가하여 제조한 ALC에서 좀 더 효과적인 탄산화 저항성이 도출되었다.
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