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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 전기로 슬래그의 분리배출에 따른 환원슬래그 미분말의 화학적 특성을 분석하고 기존 OPC와 환원슬래그 미분말의 치환율에 따른 응결특성 및 압축강도 특성을 파악하였다.
- 따라서, 전기로 산화슬래그와 달리 팽창 붕괴성이 높고, 건설용 재료로서의 안정성이 확보되지 않은 전기로 환원슬래그 미분말을 콘크리트용 혼화재로 사용시 안정화할 수 있는 처리기술 개발로 환원슬래그의 고부가가치화를 꾀하고자 하며, 철강산업의 그린프로세스 산업체제로의 전환의 기초 자료를 확보하고자 한다.
제안 방법
- 관입저항 시험시료는 굳지 않은 모르타르를 Ø15 × 15cm의 금속제 용기에 넣어 다짐대로 다진 후 시료위에 천을 덮어 시료의 수분 증발을 억제하였다. 6회 이상 시험을 실시하여 관입저항이 28MPa이 될 때까지 실험을 실시하였다.
- 본 실험에서 사용된 이수석고는 특급시약을 사용하였으며, 전기로 환원슬래그미분말의 양에 대하여 외율로 첨가하여 응결시간의 변화를 파악하였다.
- 본 실험에서 사용된 전기로 환원 슬래그 미분말은 당진 H사에서 배출되는 괴상의 슬래그로서, 입자크기 150㎛이하로 분쇄하여 사용하였으며, 이에 대하여 입도분석, XRF, XRD, TG-DTA 등을 통하여 물성을 파악하였다.
- 이와 같은 원리로 전기로 환원 슬래그 혼화재 시멘트의 급결을 방지하기 위한 이수석고의 적정 첨가량을 찾기 위하여 석고 첨가량별 응결시험 및 압축강도 시험을 실시하였다. 슬래그 치환율별 압축강도 저하율, 치환량에 따른 경제성 등을 고려하여 최적 치환율인 30%(RS-30)를 기준으로 하고 이수석고 첨가량을 환원 슬래그 대비 0～8%로 달리하여 응결시간 및 압축강도를 측정하였다. Table 7은 각 시험배합의 이수석고 첨가량을 나타낸 것이다.
- 압축강도 시험체는 KS L 5105에 준하여 5×5×5cm규격의 강제몰드를 이용하여 제작하였으며, 1, 3, 7 및 28일에 측정을 실시하였다.
- A성분과 반응하여 에트링가이트를 생성하고 응결시간을 조절함은 물론 미소 공극을 충진시켜 조직을 치밀화하는 역할을 한다. 이와 같은 원리로 전기로 환원 슬래그 혼화재 시멘트의 급결을 방지하기 위한 이수석고의 적정 첨가량을 찾기 위하여 석고 첨가량별 응결시험 및 압축강도 시험을 실시하였다. 슬래그 치환율별 압축강도 저하율, 치환량에 따른 경제성 등을 고려하여 최적 치환율인 30%(RS-30)를 기준으로 하고 이수석고 첨가량을 환원 슬래그 대비 0～8%로 달리하여 응결시간 및 압축강도를 측정하였다.
- 전기로 환원 슬래그 미분말의 콘크리트용 혼화재로서의 적용성에 대하여 평가하기 위하여 시멘트 치환율에 따른 응결특성을 알아보고 압축강도 시험을 실시하였다.
- 전기로 환원 슬래그의 치환율에 따른 응결특성 및 압축강도를 확인하기 위해서 Table 3과 같이 0～50%로 시멘트와의 치환율을 변화시켜 관입저항시험에 따른 응결 특성 및 압축강도 시험을 실시하였다.
- 전기로 환원 슬래그의 콘크리트용 혼화재로서의 적용성을 검토하기 위한 선행연구로서 슬래그 치환율과 이수석고 첨가율을 달리하여 모르타르의 응결시간 및 압축 강도 시험을 실시하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 전기로 환원슬래그 미분말 치환율별 압축강도 변화량, 치환량에 따른 경제성 등을 고려하여 최적 치환율을 제시하고, 이수 석고 첨가에 따른 응결지연시간 및 압축강도 특성을 검토하여 OPC와 유사한 응결특성을 보이는 이수석고 최적 혼입량을 도출하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용된 잔골재는 KS L ISO 679에서 규정하고 있는 표준사를 사용하였으며, 잔골재의 물리적 특성을 Table 1에 나타내었다.
- 본 연구에 사용된 시멘트는 국내 S사의 제1종 포틀랜드 시멘트(보통포틀랜드시멘트, OPC)를 사용하여 실험을 진행하였다.
이론/모형
- 전기로 환원 슬래그 미분말의 응결특성을 평가하기 위하여 KS F 2436(관입 저항침에 의한 콘크리트 응결시간 시험방법)에 따라 실시하였다. 관입저항 시험시료는 굳지 않은 모르타르를 Ø15 × 15cm의 금속제 용기에 넣어 다짐대로 다진 후 시료위에 천을 덮어 시료의 수분 증발을 억제하였다.
성능/효과
- 1) 전기로 환원 슬래그를 혼화재로 한 모르타르의 응결특성을 확인한 결과, 환원 슬래그의 C3A 성분으로 인하여 급결성을 띄었으며, 슬래그 치환비율이 높아 질수록 응결시간은 더 짧아지는 것을 확인할 수 있었다.
- 2) 전기로 환원 슬래그 혼화재의 급결 특성으로 인해 강도발현이 되기 전에 모르타르가 경화되어 RS-50의 경우, 28일 압축강도가 일반 시멘트 모르타르에 비하여 약 60% 저하된 결과를 보였다.
- 3) KS F 2563 콘크리트용 고로슬래그미분말의 활성도 지수의 품질기준과 비교 시 이수석고의 첨가 없이 OPC를 10%정도 치환한 경우에서만 기준에 적합하게 나타났지만, 20%이상의 치환에서는 기준에 부적합한 것으로 나타났다. 이는 응결 및 압축강도 특성에서와 마찬가지로, C3A에의한 급결특성에 따라, 치환율이 증가할수록 강도증진에 필요한 시간적여유가 확보되지 않은 채로 경화된 것에 기인하는 것으로 판단된다.
- 4) 슬래그 치환율별 압축강도 저하율, 치환량에 따른 경제성 등을 고려하여 최적 치환율인 30%(RS-30)를 기준으로 하고, 전기로 환원 슬래그 혼화재의 급결을 막기 위해 이수석고를 첨가하여 응결시간을 측정한 결과, 첨가비율에 따라 점차 응결시간이 지연되는 것을 확인할 수 있었다. 특히 8%의 경우에는 일반 시멘트 모르타르의 응결시간과 유사한 결과를 보여 적정 첨가율은 8% 수준으로 판단된다.
- 5) 이수석고 첨가율에 따른 압축강도 결과에서도 첨가율 8%의 경우에 28일 기준 약 30MPa로서 일반 시멘트 모르타르의 결과와 가장 유사한 것으로 나타났다.
- 6) 환원슬래그를 시멘트의 30%를 치환한 배합의 결과, 이수석고 6% 첨가 이상에서 KS F 2536 3종의 품질기준에 적합한 활성도지수를 나타냈으며, 장기재령의 활성도 지수 및 응결특성을 종합적으로 고려할 경우 8% 이상의 이수석고 첨가량이 가장 적절할 것으로 판단된다.
- Table 9 및 Fig. 8은 이수석고 첨가에 따른 활성도 지수를 나타낸 것으로써, 이수석고를 첨가하지 않고 환원 슬래그만 30% 치환한 배합 및 이수석고를 4%이하 첨가한 배합에서는 KS F 2536 3종의 품질기준에 적합하지 않은 것으로 나타났으나, 이수석고 6%첨가 이상 부터는 3종 품질기준에 적합한 활성도지수를 나타내었다. 또한 이수석고 8%첨가배합의 28일 활성도 지수는 88.
- /g의 비표면적을 나타내고 있는 3종(Type III)의 경우 활성도 지수가 재령 7일에서 55%이상, 재령 28일에서 75%이상을 나타내고 있다. 그러나, OPC를 10% 정도 치환한 경우에서만 기준에 적합하게 나타났으며, Table 6 및 Fig. 5에서와 같이 20%이상 치환한 모든 배합에서 3종 기준에도 적합하지 않은 것으로 나타났다.
- 첨가율 6%까지는 응결시간 지연이 확연히 나타나지 않다가 첨가율 8%일 경우 초결 시간이 약 410분에 이르러 Plain 시험체와 유사한 결과를 보였다. 따라서 이수석고를 환원슬래그 대비 최소 8% 이상을 첨가하여야만 응결시간 지연의 효과를 볼 수 있을 것으로 사료된다.
- 8은 이수석고 첨가에 따른 활성도 지수를 나타낸 것으로써, 이수석고를 첨가하지 않고 환원 슬래그만 30% 치환한 배합 및 이수석고를 4%이하 첨가한 배합에서는 KS F 2536 3종의 품질기준에 적합하지 않은 것으로 나타났으나, 이수석고 6%첨가 이상 부터는 3종 품질기준에 적합한 활성도지수를 나타내었다. 또한 이수석고 8%첨가배합의 28일 활성도 지수는 88.5% 수준을 기록하여 장기재령에서 우수한 압축강도 발현 현상을 보였다.
- 7에서 보는 바와 같이 이수 석고를 첨가하지 않은 RG-0 시험체의 경우 압축강도의 급격한 감소를 보이고 있다. 반대로 이수석고 첨가량이 증가할수록 점차적으로 압축강도가 증가함을 확인할 수 있다. RG-8 시험체의 경우 28일 압축강도 기준 약 30MPa로서 Plain 시험체의 경우와 가장 유사한 결과를 보였다.
- 3 참조). 전기로 환원 슬래그로 시멘트의 일부가 치환된 RS-10, 20, 30, 40 및 50 시험체의 경우 치환율이 증가함에 따라 점차 초결 및 종결 시간이 급격하게 빨라지는 것을 확인할 수 있었다. 특히 RS-30, 40, 50 시험체의 경우 10분 이내의 초결과 30분 이내의 종결을 보였다.
- RS-50 시험체의 경우 Plain 시험체와 비교하여 28일 압축강도가 약 60% 저하하는 것을 확인할 수 있다. 치환율에 따른 압축강도 변화 추이를 살펴보면, 10%까지는 압축강도 저하가 다소 적게 나타나다가 20%부터 큰 폭으로 감소하는 것을 확인할 수 있다.
후속연구
- 따라서, 고온의 환원슬래그미분말의 배출직후 대기 중의 수분에 의해 수화(CaO → Ca(OH)2) 되는 시간을 최대한 주지 않는 것이 시멘트 혼화재로 활용시 반응성을 더욱 활발히 할 수 있을 것으로 판단된다.
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