[논문]보통 포틀랜드 시멘트 페이스트의 유동특성에 미치는 석회석 미분말의 영향

이승헌; 박정수; 이정인; 조재우

doi:10.4191/kcers.2013.50.2.149

보통 포틀랜드 시멘트 페이스트의 유동특성에 미치는 석회석 미분말의 영향
Effects of Limestone Powder on the Fluidity of Ordinary Portland Cement Paste 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.50 no.2, 2013년, pp.149 - 156

이승헌 (군산대학교 신소재공학과) , 박정수 (군산대학교 신소재공학과) , 이정인 ((주)제이엔티아이엔씨) , 조재우 (한국건설생활환경시험연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

This study examines the effects of limestone's factors on the fluidity of cement paste when of up to 15%. As the substitution ratio of limestone powder increases, the fluidity of the paste is also improved; however, it has no correlation to the $CaCO_3$ content of the limestone, fineness of the limestone, and fluidity of the pastes. Regardless of clay content of the limestone, it showed a similar mini-slump, so there was no correlation between the clay content and the fluidity of the paste. Also, the total organic carbon content of the limestone and the fluidity of the paste showed no correlation. Regardless of the limestone's grade or fineness, n value of powder gained by using the Rosin-Rammler distribution function showed that the fluidity of the paste increased as the n value reduced. It was also shown that particle size distribution of ordinary Portland cement with limestone powder had a major effect on the fluidity of the paste.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 국내 석회석을 15%까지 보통 포틀랜드 시멘트에 치환했을 때 페이스트의 유동 특성에 미치는 석회석의 특징, 즉 CaCO₃ 함유량, 분말도, 입도분포, 점토 함유량 및 유기탄소 함유량 등에 대한 영향을 검토하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 국내 석회석을 15%까지 보통 포틀랜드 시멘트에 치환했을 때 페이스트의 유동 특성에 미치는 석회석의 특징, 즉 CaCO₃ 함유량, 분말도, 입도분포, 점토 함유량 및 유기탄소 함유량 등에 대한 영향을 검토하였다.

제안 방법

석회석 미분말의 입도분포는 입도분석기(Analysette22, Fritsch, Germany)를 사용하였으며, 광물동정은 X선회절분석기(M18XCE, Bruker, Germany)를 이용하였다. OPC에 대한 석회석의 치환율은 5%, 10%, 15%로 하였다.
35를 나타냈다. 그리고 점토가 석회석에 함유되었을 때의 점토 함유량을 알기 위한 검량선을 작성했다. 점토로서는 kaolinite(시약급, Junsei)를 사용하였으며, kaolinite를 0.
석회석 미분말을 치환한 시멘트 페이스트의 유동성은 시멘트 평가시험기(HLCS, Hanil Lab Tech, Korea)를 이용하여 미니슬럼프를 측정하여 평가하였다. 물/결합재 비는 0.
석회석의 품위 판별의 기준이 되는 화학성분은 석회석의 화학성분방법(KS E 3071)에 의거하여 분석하였으며, 분말도는 공기투과장치에 의한 포틀랜드 시멘트의 분말도 시험방법(KS L 5106)에 의거하여 측정하였다. 석회석 미분말의 입도분포는 입도분석기(Analysette22, Fritsch, Germany)를 사용하였으며, 광물동정은 X선회절분석기(M18XCE, Bruker, Germany)를 이용하였다. OPC에 대한 석회석의 치환율은 5%, 10%, 15%로 하였다.
4로 하였다. 실험은 2-3-2 교반법으로 하였으며, 시멘트 페이스트를 채운 다음 1분간 정치한 후, 미니 슬럼프 콘을 들어 올려 페이스트의 퍼짐이 멈추었을 때 중심을 지나는 대각선 8 방향의 평균 직경을 구하여 그 결과를 표시하였다.

대상 데이터

석회석은 볼밀을 사용하여 Blaine 비표면적 3,500 cm²/g과 5,000 cm²/g으로 분쇄하여 2종류를 사용하였다. 보통 포틀랜드 시멘트(이하 OPC로 표기)는 국내에서 시판중인 S사 보통 포틀랜드 시멘트(비표면적 3,232 cm²/g, 밀도 3.15 g/cm³)를 사용하였으며, 혼화제는 폴리카르본산계 고성능AE감수제(고용분 23.5%)를 이용하였다. 석회석의 품위 판별의 기준이 되는 화학성분은 석회석의 화학성분방법(KS E 3071)에 의거하여 분석하였으며, 분말도는 공기투과장치에 의한 포틀랜드 시멘트의 분말도 시험방법(KS L 5106)에 의거하여 측정하였다.
석회석은 CaCO₃ 함유량이 다른 4종류의 국내 석회석을 사용하였으며, CaCO₃ 함유량에 따라 90% 이상(밀도 2.75 g/cm³, 이하 HL로 표기), 80% - 90%(밀도 2.75 g/cm³, 이하 ML1으로 표기), 80% - 70%(밀도 2.76 g/cm³, 이하 ML2로 언급), 70% - 60%(밀도 2.82 cm³/g, 이하 LL로 표기)인 것을 사용하였다. 석회석은 볼밀을 사용하여 Blaine 비표면적 3,500 cm²/g과 5,000 cm²/g으로 분쇄하여 2종류를 사용하였다.
82 cm³/g, 이하 LL로 표기)인 것을 사용하였다. 석회석은 볼밀을 사용하여 Blaine 비표면적 3,500 cm²/g과 5,000 cm²/g으로 분쇄하여 2종류를 사용하였다. 보통 포틀랜드 시멘트(이하 OPC로 표기)는 국내에서 시판중인 S사 보통 포틀랜드 시멘트(비표면적 3,232 cm²/g, 밀도 3.
그리고 점토가 석회석에 함유되었을 때의 점토 함유량을 알기 위한 검량선을 작성했다. 점토로서는 kaolinite(시약급, Junsei)를 사용하였으며, kaolinite를 0.01 g, 0.02 g, 0.03 g, 0.04 g을 methylene blue 25 mg/l 용액 100 ml에 첨가하여 2시간 동안 교반기를 이용하여 혼합한 뒤 흡광도를 측정하여 Fig. 1과 같은 검량선을 구했다. 이 검량선으로부터 본 실험에 사용한 석회석 중의 점토 함유량을 구했다.

이론/모형

분체의 입도분포를 나타내는 식에는 많은 보고가 있으나, 시멘트와 같이 분쇄하여 연속된 입도분포를 갖는 미분말의 경우에는 Rosin-Rammler의 분포식이 가장 적합한 것으로 평가되고 있어,¹²⁾ 본 연구에서도 Rosin-Rammler의 분포식을 적용하여 입도분포를 평가하였다. Rosin-Rammler 분포식은 다음과 같다.
석회석 중의 점토 함유량은 EN 933-9(Tests for geometrical properties of aggregates part 9 : Assessment of methylene blue test)에 의거 하여 실시하였으며, UV-VIS Spectrophotometer(Shimadzu UV-2401PC, Japan)를 이용하여 측정하였다. Methylene blue용액에 대한 석회석 미분말 중의 점토 함유량에 대한 검량선을 작성하기 위해 먼저 methylene blue 용액에 대한 최대 흡광도의 파장을 측정한 결과 665 nm이었다.
석회석 중의 총 유기탄소(Total organic carbon, TOC)량은 EN 13639 : 1999(Determination of total organic carbon in limestone)에 의거 하여 측정하였다. 200 mesh 통과 시료 0.
5%)를 이용하였다. 석회석의 품위 판별의 기준이 되는 화학성분은 석회석의 화학성분방법(KS E 3071)에 의거하여 분석하였으며, 분말도는 공기투과장치에 의한 포틀랜드 시멘트의 분말도 시험방법(KS L 5106)에 의거하여 측정하였다. 석회석 미분말의 입도분포는 입도분석기(Analysette22, Fritsch, Germany)를 사용하였으며, 광물동정은 X선회절분석기(M18XCE, Bruker, Germany)를 이용하였다.

성능/효과

1. 석회석의 치환율이 시멘트 페이스트의 유동성에 미치는 영향을 보면 석회석 치환량이 증가할수록 유동성이 향상되었으나 석회석의 CaCO₃의 함유량 및 분말도와는 상관관계가 없는 것으로 나타났다.
2. 국내 석회석 중의 점토함유량은 EN 규격 내의 범위인 ≤ 1.2 g/100 g을 만족하고 있으며, 석회석 중의 점토 함유량에 관계없이 유사한 미니슬럼프를 나타내어 점토의 함유량과 미니슬럼프는 상관관계가 보여 지지 않았다.
3. 석회석 중의 총 유기탄소량이 유동성에 미치는 영향을 보면, EN 표준에 나타난 국내 석회석 중의 총 유기탄소량 중 Type LL ≤ 0.5%에는 모두 만족하였으나, Type L ≤ 0.2%에는 만족하지 못하는 석회석도 있었다.
4. Rosin-Rammler 분포식을 이용하여 구한 석회석 미분말 치환 포틀랜드 시멘트의 n값과 페이스트의 미니슬럼프와의 관계를 보면, 석회석의 품위, 분말도에 관계없이 n값이 감소할수록 미니슬럼프는 증가하는 경향을 나타냈으며 직선적 상관관계를 나타냈다. 즉, 석회석 미분말 치환으로 인해 분체의 충전율이 향상되어 유동성이 증가되는 것으로 판단된다.
CaCO3 품위가 낮아짐에 따라 α-quartz가 dolomite보다 더 높게 나타났으며, 이는 품위가 떨어질수록 SiO2의 양이 증가하는 화학성분과 일치하였다.
국내 석회석 중의 총 유기탄소량은 EN표준보다 모두 낮게 나타났지만, EN 표준 중 Type L에 속하는 석회석 미분말도 존재하였다. CaCO₃ 품위가 낮아짐에 따라 총 유기탄소량이 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 이것은 Fig.
9에 나타냈다. 그 결과, 석회석의 품위, 분말도에 관계없이 n값이 감소할수록 미니슬럼프는 증가하는 경향을 나타냈으며 상관계수(R²)는 0.9500 이상을 나타내어 직선적 상관관계를 나타냈다. 그러나 Fig.
0%를 첨가함으로서 미니슬럼프는 증가하였지만 경향은 무첨가와 같은 양상을 나타냈다. 따라서, 석회석 미분말이 혼합재로서 시멘트 페이스트에 사용될 경우 품위나 분말도에 관계없이 유동성이 향상되며, 치환율이 증가됨에 따라 유동성이 더 향상되는 것으로 나타났다.
본 시험에 사용된 석회석 중의 점토함유량은 EN규격 내의 범위인 ≤ 1.2 g/100 g을 만족하고 있다.
4에 나타냈다. 분말도 및 석회석 품위에 관계없이 석회석 미분말 치환은 OPC 대비 모두 미니슬럼프가 높게 나타났다. 석회석의 치환율이 증가할수록 미니슬럼프는 증가하는 경향을 나타냈으나, 석회석 분말도에 의한 영향은 보여 지지 않았다.
2에 나타냈다. 사용된 석회석의 CaCO₃의 함유량은 66.7%에서 96.9%로 약 30% 정도 차이가 났으며, 석회석 중의 CaCO₃의 함량이 감소할수록 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ 성분의 양은 증가하는 경향을 나타냈으며, 특히 SiO₂ 성분의 양이 1.3%에서 20.0%로 대폭 증가하였다. Fig.
분말도 및 석회석 품위에 관계없이 석회석 미분말 치환은 OPC 대비 모두 미니슬럼프가 높게 나타났다. 석회석의 치환율이 증가할수록 미니슬럼프는 증가하는 경향을 나타냈으나, 석회석 분말도에 의한 영향은 보여 지지 않았다. 분말도 큰 5,000 cm²/g class는 석회석 품위에 따른 미니슬럼프의 차가 매우 적게 나타났다.
6에 나타냈다. 전반적으로 석회석 중의 점토 함유량에 관계없이 유사한 미니슬럼프를 나타내어 점토의 함유량과 미니슬럼프는 상관관계가 보여 지지 않으며, 석회석 미분말의 분말도에 관계없이 유사한 경향을 나타냈다. 대표적으로 석회석 치환율 10%를 나타냈지만, 5%와 15% 역시 비슷한 경향을 나타내어 석회석 중의 점토 함유량이 페이스트의 유동성에 미치는 영향은 미비한 것으로 판단된다.
Rosin-Rammler 분포식을 이용하여 구한 석회석 미분말 치환 포틀랜드 시멘트의 n값과 페이스트의 미니슬럼프와의 관계를 보면, 석회석의 품위, 분말도에 관계없이 n값이 감소할수록 미니슬럼프는 증가하는 경향을 나타냈으며 직선적 상관관계를 나타냈다. 즉, 석회석 미분말 치환으로 인해 분체의 충전율이 향상되어 유동성이 증가되는 것으로 판단된다.
8298를 나타내어 약간 편차를 나타냈으나, 전반적으로 양호한 상관관계를 나타냈다. 즉, 입도분포가 넓어질수록 유동성은 증가하는 경향을 나타냈다. 이것은 앞서 언급한 바와 같이, 석회석 미분말 치환으로 인해 분체의 충전율이 향상되어 유동성이 증가되는 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시멘트산업이 온실가스 다량 배출 산업으로 인식되는 이유는 무엇인가?	2011년도에 국내 시멘트 업계가 배출한 CO2의 양은 약 37.6백만 톤으로 우리나라 전체 온실가스 배출량의 약 6.5% 정도를 점하고 있어, 시멘트산업은 온실가스 다량 배출 산업으로 인식되고 있다. 현재 우리나라 시멘트 제조 설비는 1990년대에 최신형인 NSP(new suspension preheater)가 부착된 소성로로 대부분 대체되어 상당 수준 신형으로 구성되어 있다.
	시멘트 생산 시 배출하는 CO2의 대부분은 어디에서 발생하는가?	시멘트 생산 시 배출하는 CO2의 대부분은 소성공정에서 발생한다. 따라서 시멘트 클링커의 생산량을 줄일 수 있는 혼합재의 이용은 CO2 배출량 저감에 특히 유효하다.
	시멘트 제조 설비 개선으로 CO2를 감축하는 것에 한계가 있는 이유는 무엇인가?	5% 정도를 점하고 있어, 시멘트산업은 온실가스 다량 배출 산업으로 인식되고 있다. 현재 우리나라 시멘트 제조 설비는 1990년대에 최신형인 NSP(new suspension preheater)가 부착된 소성로로 대부분 대체되어 상당 수준 신형으로 구성되어 있다. 따라서 설비 개선으로 CO2를 감축하는 것은 한계가 있다.

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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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