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산업부산물을 첨가한 MgO 기반 모르타르의 기초물성 및 수화특성에 관한 연구
Fundamental Properties and Hydration Characteristics of Mortar Based on MgO Added Industrial By-products 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.25 no.5, 2013년, pp.565 - 572  

홍성걸 (서울대학교 건축학과) ,  김도영 (서울대학교 건축학과) ,  이동식 (국립문화재연구소 건축문화재연구실)

초록
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CBPC(chemically-bonded phosphate ceramic) 바인더는 사소 MgO와 인산의 강력한 산-염기 반응을 이용한 초속경 보수재료로서, 시멘트와는 달리 CaO의 함량을 10% 이하로 줄인 재료이다. 이번 실험에서는 CBPC 바인더에 천연광물 및 산업부산물로 이뤄진 6가지 충전재들을 첨가하고 물리적 성능 및 수화 반응을 관찰하였다. 실리카퓸을 첨가한시편이 압축강도 및 동탄성계수가 상대적으로 높았고, 특히 장기강도 면에서 뚜렷한 증가율을 보였다. 또한 XRD 분석을 통해 실리카퓸을 첨가한 시편에서 마그네슘의 수화물인 M-S-H gel and $MgCO_3$ 피크를 관찰 할 수 있었다. 칼슘 성분이 다량 포함된 충전재를 넣은 시편의 경우 강도 및 내구성 면에서 좋지 않은 결과를 낳은 것으로 보아, 칼슘과 마그네슘 수화물은 서로 화학적으로 결합하지 않으므로 섞지 않는 것이 좋다는 결론을 도출했다. 결과적으로 MgO를 기반으로 하는 모르타르에는 순수하게 실리카 성분으로만 이루어진 실리카 흄과 같은 충전재가 알맞은 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Hydration and physical characteristics of chemically-bonded phosphate ceramic (CBPC) binder based on dead-burned Mg-O with six different blends are investigated for efficient repair construction material by retarding set phase with $H_3BO_3$. The test specimen of the blender with silica f...

주제어

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문제 정의

  • 이 연구에서는 칼슘 대신 같은 2족 원소인 마그네슘(Mg)을 기반으로 한 시멘트와 다양한 산업 부산물들을 적용해 기경성 재료인 MgO 모르타르의 물리적 강도 및 내구성을 평가하여 시멘트 산업에서 칼슘의 대체 성분으로 마그네슘의 적용가능성에 대해 평가를 목적으로 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CBPC바인더란 무엇인가? CBPC(chemically-bonded phosphate ceramic) 바인더는 사소 MgO와 인산의 강력한 산-염기 반응을 이용한 초속경 보수재료로서, 시멘트와는 달리 CaO의 함량을 10% 이하로 줄인 재료이다. 이번 실험에서는 CBPC 바인더에 천연광물 및 산업부산물로 이뤄진 6가지 충전재들을 첨가하고 물리적 성능 및 수화 반응을 관찰하였다.
MgO 기반 모르타르의 수화특성 및 기초물성을 파악하기 위해 6가지의 산업부산물을 일정 비율로 첨가한 각각의 시편에 대해 물리적 성능 실험 및 용출실험, SEM, XRD 분석을 실시하여 OPC와 비교하였으며, 이를 통해 얻은 결론은 무엇인가? 1) XRD 분석 결과 마그네슘 기반 모르타르의 주요 수화물은 마그네슘에 의한 수화물로는 대표적으로 K-Struvite(MgKPO4ㆍ6H2O), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄산마그네슘삼수화물(MgCO3․3H2O), M-S-H gel 등이 있다. 2) 마그네슘 수화물의 미세구조 중 침상형의 K-Struvite는 수화가 진행 될수록 판상형으로 탄화(carbonizing)하면서 모르타르 내 수화 조직을 치밀하게 하여 내구성을 향상시킨다. 3) 주성분이 SiO2로 이루어진 첨가제를 넣은 시편은 마그네슘 수화물 Mg(OH)2가 안정화되어 28일 뒤 천천히 탄화하여 높은 장기강도를 형성한다. 4) 칼슘(Ca2+), 알루미늄(Al3+) 이온의 경우 마그네슘 수화물 형성에 방해가 될 뿐만 아니라 외부환경에 노출될 경우 급격히 내구성이 저하 될 수 있다. 5) 고로슬래그 첨가제의 경우 가용성 염 MgSO4를 생성하여 외부환경에 노출될 경우 백화현상을 유발할 가능성이 높다.
포틀랜드 시멘트 모르타르는 양생과정에서 습윤 환경을 충분히 제공해 주지 않으면 어떻게 되는가? 포틀랜드 시멘트 모르타르는 수경성 재료이기 때문에 양생과정에서 습윤 환경을 충분히 제공해 주지 않으면 박리박락, 동결융해 피해 및 백화 현상 등 내구성 저하와 관련된 많은 문제들을 야기한다. 시멘트는 주성분인 CaO의 수화반응을 통해 C-S-H gel, Ca(OH)2 등의 수화물을 생성해 낸다.
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참고문헌 (9)

  1. Jang, B. S., Kwon, Y. G., Choi, S. W., and Lee, K. M., "Fundamental Properties of Cement Composites Containing Lightly Burnt MgO Powders," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 23, No. 2, 2011, pp. 225-233. (doi: http://dx.doi.org/10.4334/JKCI.2011.23.2.225) 

  2. Ribeiro, Daniel Veras and Morelli, Marcio Raymundo, "Performance Analysis of Magnesium Phosphate Cement Mortar Containing Grinding Dust," Materials Research, Vol. 12, No. 1, 2009, pp. 51-56. (doi: http://dx.doi.org/10.1590/ S1516-14392009000100005) 

  3. Kang, S. P., Kim, J. H., Lee, J., No, H. N., and Lee, Y. W., "Effect by Unit Water Content and Mixing Proportion of Phosphate with Magnesium Used in Magnesia Phosphate Composite," Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference-Spring, Vol. 24, No. 1, 2012, pp. 717-718. 

  4. Kang, I. S., Han, D. H., Park, M. Y., Ahn, M. Y., Park, M. S., and Jung, S. J., "Studies on Basic Properties and Durability of High Early Strength Repair Mortar Using Magnesia Polyphosphate Cement," The Collected Papers of the Architectural Institute of Korea Symposium, Vol. 27, No. 1, 2007, pp. 463-464. 

  5. Vandeperre, L. J., "Microstructures of Reactive Magnesia Cement Blends," Cement and Concrete Composites, Vol. 30, Issue 8, 2008, pp. 706-714. (doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2008.05.002) 

  6. Wei J., Yu Q., Zhang W., and Zhang H., "Studies on the Reaction Products of MgO and Microsilica Cementitious Materials at Different Temperature," Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed., Vol. 26, Issue 4, 2011, pp. 745-748. (doi: http://dx.doi.org/10.1007/s11595- 011-0304-3) 

  7. Wei J., Chen Y., and Li Y., "The Reaction Mechanism between MgO and Microsilica at Room Temprature," Journal of Wuhan University of Technology, Vol. 21, No. 2, 2006, pp. 88-91. (doi: http://dx.doi.org/10.1007/BF02840848) 

  8. Patrick, K. Donahue et al., "Durable Phosphate-Bond Natural Fiber Composite Products," IIBCC 2006-Sao Paulo, Brazil, 2006, pp. 79-88. 

  9. Tingting Zhang, C. R. Cheeseman, and L. J. Vandeperre, "Development of Low pH Cement Systems Forming Magnesium Silicate Hydrate (M-S-H)," Cement and Concrete Research, Vol. 41, Issue 4, 2011, pp. 439-442. (doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2011.01.016) 

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