최근 산업부산물의 재활용과 지구온난화와 같은 환경오염 문제 해결방안으로 알칼리 활성 슬래그(AAS) 콘크리트에 관한 많은 연구가 이루어지고 있다. AAS 콘크리트는 고강도 발현이 가능하며 내구성 또한 우수한 것으로 알려져 있다. 그러나 빠른 알칼리반응으로 인하여 매우 큰 수축이 발생함에도 불구하고 고강도 AAS 콘크리트의 자기수축 거동에 대한 연구는 매우 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 물-결합재비가 0.40, 0.45, 0.50이고 알칼리 활성화제 첨가량이 $Na_2O$=5, 6, 7%인 AAS 모르타르 배합을 실시하여 굳지 않은 모르타르 특성(플로우, 응결시간)과 압축강도, 자기수축을 측정하였다. 실험 결과, 일반 콘크리트에 비해 매우 큰 자기수축이 발생하였고 W/B가 낮고 알칼리 활성화제 첨가량이 많을수록 자기 수축량이 증가하는 것을 알 수 있었다. 따라서 고강도 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 자기 수축을 줄이기 위해서는 수축 저감제의 사용 및 적절한 양생이 필요하다고 판단된다.
최근 산업부산물의 재활용과 지구온난화와 같은 환경오염 문제 해결방안으로 알칼리 활성 슬래그(AAS) 콘크리트에 관한 많은 연구가 이루어지고 있다. AAS 콘크리트는 고강도 발현이 가능하며 내구성 또한 우수한 것으로 알려져 있다. 그러나 빠른 알칼리반응으로 인하여 매우 큰 수축이 발생함에도 불구하고 고강도 AAS 콘크리트의 자기수축 거동에 대한 연구는 매우 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 물-결합재비가 0.40, 0.45, 0.50이고 알칼리 활성화제 첨가량이 $Na_2O$=5, 6, 7%인 AAS 모르타르 배합을 실시하여 굳지 않은 모르타르 특성(플로우, 응결시간)과 압축강도, 자기수축을 측정하였다. 실험 결과, 일반 콘크리트에 비해 매우 큰 자기수축이 발생하였고 W/B가 낮고 알칼리 활성화제 첨가량이 많을수록 자기 수축량이 증가하는 것을 알 수 있었다. 따라서 고강도 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 자기 수축을 줄이기 위해서는 수축 저감제의 사용 및 적절한 양생이 필요하다고 판단된다.
Recently, lots of researches on alkali-activated slag (AAS) concrete have been carried out to resolve the environmental issues such as recycling by-products and global warming. AAS concrete would have high strength and high level of durability. On the other hand, it is known that large amount of shr...
Recently, lots of researches on alkali-activated slag (AAS) concrete have been carried out to resolve the environmental issues such as recycling by-products and global warming. AAS concrete would have high strength and high level of durability. On the other hand, it is known that large amount of shrinkage occurred in AAS concrete due to rapid alkaline reaction in the early age, and however, the related studies about autogenous shrinkage of high strength AAS mortar are relatively rare. In this study, fresh mortar properties such as flow and setting time, compressive strength and autogenous shrinkage of AAS mortar with W/B=0.40 to 0.50, were measured. AAS mortar was activated with sodium silicate (Ms=1.0) with 5, 6 and 7 % of $Na_2O$. Test results revealed that AAS morar shows larger autogenous shrinkage than OPC mortar and the lower W/B of AAS mortar, the greater autogenous shrinkage. Therefore, the application of appropriate curing and the use of shrinkage reduction admixture would be needed to reduce autogenous shrinkage of AAS mortar.
Recently, lots of researches on alkali-activated slag (AAS) concrete have been carried out to resolve the environmental issues such as recycling by-products and global warming. AAS concrete would have high strength and high level of durability. On the other hand, it is known that large amount of shrinkage occurred in AAS concrete due to rapid alkaline reaction in the early age, and however, the related studies about autogenous shrinkage of high strength AAS mortar are relatively rare. In this study, fresh mortar properties such as flow and setting time, compressive strength and autogenous shrinkage of AAS mortar with W/B=0.40 to 0.50, were measured. AAS mortar was activated with sodium silicate (Ms=1.0) with 5, 6 and 7 % of $Na_2O$. Test results revealed that AAS morar shows larger autogenous shrinkage than OPC mortar and the lower W/B of AAS mortar, the greater autogenous shrinkage. Therefore, the application of appropriate curing and the use of shrinkage reduction admixture would be needed to reduce autogenous shrinkage of AAS mortar.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 AAS 모르타르의 기초물성과 W/B(0.40-0.50)와 알칼리 활성화제의 첨가량(Na2O=5-7%)이 알칼리 활성 슬래그(AAS) 모르타르의 자기수축에 미치는 영향을 알아보았다.
제안 방법
40×40×160mm의 빔 몰드를 사용하여 AAS 모르타르의 자기수축 측정용 시편을 제작하였으며 모르타르의 체적 변화량 측정을 위한 매립게이지를 시편의 중앙에 고정시켰다.
50×50×50mm인 큐빅 시편을 제작하여 온도 20±1℃, 습도 70±5%의 항온항습기에서 24시간 양생 후 탈형하여 해당 재령까지 수중양생을 실시한 후 KS F 2426 규정에 따라 재령 1, 3, 7, 28일에 AAS 모르타르의 압축강도를 측정하였다.
AAS 모르타르의 모르타르 배합비는 Table 3와 같이 W/B=0.40, 0.45, 0.50 세 종류로, 결합재 : 잔골재 = 1 : 2 로 고정하였다. 알칼리 활성화제는 기존 연구(Atis et al.
KS F 2436 규정에 따라 관입저항시험기를 사용하여 관입저항이 3.5MPa, 28.0MPa에 도달할 때의 시간을 각각 초결 시간과 종결 시간으로 간주하였다.
0의 조건으로 첨가하였다. W/B=0.45에 대해서는 Na2O 첨가량을5, 6, 7% 세 수준으로 구분하여 알칼리 활성화제 첨가량이 압축강도 및 자기수축에 미치는 영향을 분석하였다.
모르타르 타설 후에는 모르타르의 수분 증발을 방지하기 위하여 표면을 비닐로 덮어 밀봉하였고, 온도 20±1℃, 습도 70±5%의 항온항습기에서 24시간 양생하였다.
50 세 종류로, 결합재 : 잔골재 = 1 : 2 로 고정하였다. 알칼리 활성화제는 기존 연구(Atis et al. 2009)를 통해 고강도 AAS 배합이 가능하였던, 슬래그 질량대비 Na2O = 6%와 Ms(SiO2/Na2O) = 1.0의 조건으로 첨가하였다. W/B=0.
대상 데이터
고로슬래그 미분말의 잠재수경성의 활성을 위하여, 수산화나트륨과 물유리, 두 종류의 알칼리 활성화제를 선정하였다. 수산화나트륨은 순도 98%, 물유리는 SiO2 = 28.
본 연구에서는 결합재로 밀도가 2.90g/cm3, 분말도 4,253cm2/g, 염기도 1.79로 KS 기준에 적합한 3종 고로슬래그 미분말을 사용하였다. 고로슬래그 미분말의 화학적 조성은 Table 1과 같다.
고로슬래그 미분말의 잠재수경성의 활성을 위하여, 수산화나트륨과 물유리, 두 종류의 알칼리 활성화제를 선정하였다. 수산화나트륨은 순도 98%, 물유리는 SiO2 = 28.8%, Na2O = 9.3%의 공업용 물유리 3종을 사용하였다(Table 3). 알칼리 활성화제는 수산화나트륨을 배합 수에 용해시킬 경우 90℃에 가까운 고온이 발생하기 때문에 배합 1일 전 배합수에 용해시켜 모르타르 배합 시 배합수의 온도가 25℃로 안정화되도록 하였다(Oh et al.
고로슬래그 미분말의 화학적 조성은 Table 1과 같다. 잔골재로는 밀도가 2.62g/cm3인 해사를 사용하였다.
이론/모형
KS L 5105 규정에 준하는 플로우 시험 기구를 사용하여 배합 직후부터 90분 동안 AAS 모르타르의 플로우 변화를 측정하였다.
성능/효과
1. 알칼리 활성화제의 첨가량과 모르타르의 W/B는 알칼리 활성 슬래그 모르타르의 응결과 유동성, 압축강도를 결정하는 중요한 인자로 실험 변수에 따라 그 특성이 크게 달라지는 결과를 얻었다.
2. 굳지 않은 모르타르의 특성으로는 W/B=0.45, Na2O= 6%의 경우에 60분까지 180mm의 플로우를 유지하였고, 모르타르의 초결 시간은 180분을 보여 충분한 작업시간이 확보되었다.
3. AAS 모르타르의 초기 강도는 알칼리 활성화제 첨가량이 많을수록 높은 강도가 발현되었다. 그러나 과도한 알칼리 활성화제의 첨가는 초기의 급격한 알칼리 반응을 유발하여 장기 강도 저하를 일으킬 수 있어 AAS 모르타르의 역학적 특성과 경제성을 고려할 때 첨가량은 Na2O=6%가 적절할 것으로 판단된다.
4. AAS 모르타르는 OPC 모르타르에 비해 매우 큰 자기수축을 나타냈다. 이는 Na2O의 첨가량이 많고 낮은 W/B로 인해 배합수의 pH가 높아질수록 알칼리 반응이 촉진되고 내부수분이 빠르게 증발하여 자기수축이 크게 발생하는 것으로 판단된다.
AAS 모르타르의 1일 압축강도 변화를 살펴보면 W/B=0.40의 경우 23.5MPa, W/B=0.50의 경우에는 11.4MPa이 측정되어 낮은 W/B에서 높은 초기 강도가 발현되었으며, W/B=0.45의 경우에는 Na2O의 첨가량이 5%에서 7%로 많아질수록 압축강도는 5.7MPa, 15.5MPa, 21.5MPa로 증가하는 경향을 보였다.
40 이하에서는 낮은 배합수량으로 인하여 매우 높은 pH 환경이 조성되어 급결이 발생한 것으로 판단된다. Na2O 첨가량에 따른 응결시간을 보면 5%에서 7%로 Na2O 첨가량이 많아질수록 초결 시간은 50분, 종결 시간은 30분 빠르게 나타났다. 응결시간 측정결과, W/B와 알칼리 활성화제의 첨가량는 종결 보다는 초결에 더 영향을 미치는 것으로 나타났다.
AAS 모르타르의 초기 강도는 알칼리 활성화제 첨가량이 많을수록 높은 강도가 발현되었다. 그러나 과도한 알칼리 활성화제의 첨가는 초기의 급격한 알칼리 반응을 유발하여 장기 강도 저하를 일으킬 수 있어 AAS 모르타르의 역학적 특성과 경제성을 고려할 때 첨가량은 Na2O=6%가 적절할 것으로 판단된다.
일반적으로 고로슬래그는 물과 접촉하게 되면 슬래그 입자 표면에 치밀한 불투성의 산성피막이 생기기 때문에 느린 반응성으로 인해 낮은 초기 강도를 갖는다. 그러나 본 실험에서는 NaOH와 물유리 같은 강알칼리 성분의 활성화제를 사용하여 13 이상의 높은 pH 환경을 유지함으로써 슬래그 입자의 피막의 붕괴를 촉진하여 활발한 반응과 함께 높은 초기 강도가 발현된 것으로 판단된다.
Na2O 첨가량에 따른 응결시간을 보면 5%에서 7%로 Na2O 첨가량이 많아질수록 초결 시간은 50분, 종결 시간은 30분 빠르게 나타났다. 응결시간 측정결과, W/B와 알칼리 활성화제의 첨가량는 종결 보다는 초결에 더 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 고강도 AAS 콘크리트 제조의 작업시간 확보를 위해서는 빠른 초결 시간의 조절 방안에 대한 연구가 필요한 것으로 사료된다.
후속연구
5. AAS 모르타르의 강도 및 자기수축 특성을 검토한 결과 현장 적용 및 구조 부재 사용을 위해서는 수화생성물과 같은 미세 구조 분석을 통해 다양한 인자가 수축에 미치는 영향과 원인을 분석하고 수축저감제와 같은 혼화제의 사용과 적절한 양생을 통해 수축을 제어하는 방안을 고려해야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
온실가스로 인한 환경오염이 심각한 원인은 무엇인가?
급속한 경제개발과 산업화로 인하여 전 세계적으로 온실가스로 인한 환경오염이 심각한 상황이다. 특히, 건설 산업에서는 콘크리트 제조과정 시, 전체 CO2 배출량의 7%에 해당되는 양이 배출되는 것으로 알려져 있다.
건설 산업에서 CO2 발생을 줄이기 위해 어떤 기술을 주목하고 있는가?
이런 사회적 분위기 속에서 CO2 발생 저감 대책으로 시멘트를 사용하지 않는 알칼리 활성 슬래그(AAS) 콘크리트 제조 기술이 주목받고 있다. 고로 슬래그의 경우에는 시멘트의 대체 재료로 널리 사용되고 있으며 시멘트 질량 대비 30~50%를 치환한 슬래그 시멘트의 시장 점유율 역시 해마다 증가하고 있다(KCA 2011).
시멘트 1 ton을 생산할 때, 얼마의 이산화탄소가 발생하는가?
특히, 건설 산업에서는 콘크리트 제조과정 시, 전체 CO2 배출량의 7%에 해당되는 양이 배출되는 것으로 알려져 있다. 통계에 따르면 시멘트 1 ton을 생산할 때, 약 0.8ton의 이산화탄소가 발생하는 것(Damtoft et al. 2008) 으로 나타나 건설 산업에서는 시멘트 사용량 및 생산량을 줄이는데 노력하고 있다.
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