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석탄회 및 용융폐기물 슬래그에 소량의 알칼리 활성화제를 첨가한 무시멘트 모르타르의 특성
Properties of non-cement mortars with small addition of alkali activator using fly ash and fused waste slag 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.25 no.6, 2015년, pp.257 - 262  

김유택 (경기대학교 신소재공학과) ,  이경우 (경기대학교 신소재공학과)

초록
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현재 전 세계적으로 지구온난화의 주범인 $CO_2$ 저감을 위한 노력을 하고 있으며, 산업발전에 필요한 화력발전 등에서 발생한 부산물을 재활용하는 방안이 시급하다. 따라서 본 연구는 산업부산물인 비산재와 폐기물 슬래그를 이용하여 모르타르 경화체를 제작하였으며 알칼리 활성화제 첨가에 따른 물성을 비교하기 위해 비교적 낮은 농도인 3 M의 NaOH solution을 사용하였고, 이 경화체에 초임계 이산화탄소 조건($40^{\circ}C$, $80kgf/cm^2$ pressure, 60 min)에서 탄산화를 통하여 $CO_2$를 경화 체내에 안정적으로 고정화 시켜 이에 따른 물성을 평가하였다. 탄산화 인자인 CaO의 함량이 많을수록 탄산화율은 높게 나타났으며, 탄산화 후 무게변화율이 최대 약 12 % 증가하였다. 탄산화 후 압축강도는 전과 비슷한 수준이었으며, 이를 통해 탄산화를 통해 $CO_2$를 안정하게 고정화시킨 친환경 소재에 적용 가능성을 확인할 수 있었다. 또한 탄산화 반응 후에 생성되는 $H_2O$로 인해 추가적인 양생을 통해 장기적인 관점에서 탄산화를 통해 물성향상 또한 기대해 볼 수 있을 것으로 생각된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently the world wide efforts reduce occurrence of $CO_2$; global warming main reason. The aim of this study is to improve recycling rate of the fly ash (FA) and fused waste slag (FWS) from the power plant and to carbonate under supercritical condition ($40^{\circ}C$, $8...

주제어

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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 재활용 방안이 요구되는 순환유동층 방식에서 발생한 비산재와 폐기물 슬래그를 일정 수준별로 치환하여 양생 일수에 따라 기체 및 액체의 특성을 동시에 갖는 초임계 이산화탄소 조건(40oC, 80 kgf/cm2 pressure, 60 min)에서 탄산화하여 물성을 평가하고자 하였다. 또한 CaO 화합물 성분이 다량 함유되어 있는 순환유동층 연소방식에서 발생한 비산재를 수화시킬 경우 Ca(OH)2이 생성되어 이로 인해 pH가 10 이상으로강알칼리 분위기를 형성하는데, 이에 폐기물 슬래그를 일정 수준 치환하여 추가적인 축중합 반응에 의한 경화 반응이 일어나도록 유도하였으며, 소량의 NaOH 수용액을 첨가하여 물성 변화를 관찰하고자 하였다.
  • 탄산화 전, 후의 물성을 비교하기 위하여 압축강도, 무게변화율을 측정하였으며 시편의 단면에 1%의 페놀프탈레인 용액을 분무하여 탄산화 깊이를 측정하였다. 페놀프탈레인 용액은 pH 9.2 이상에서 붉은색의 형태로 색변화를 보여[15], 탄산화를 통한 중성화 여부와 깊이, 알칼리 활성화제의 잔여여부를 확인하기 위하여 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
이산화 탄소(CO2)포집 및 저장기술의 실용화가 어려운 이유는 무엇인가? 이산화 탄소(CO2)포집 및 저장기술(Carbon Capture and Storage, CCS) 개발을 위한 연구가 국내외에서 활발히 연구 중이며, 온실가스 문제에 직접 대응할 수 있는 CCS 기술은 수송 및 저장에 따른 안정성과 경제성에 대한 논란의 해소가 필요하며 이로 인하여 실용화에한계가 있는 실정이다[2]. CCS 기술 중 탄산염 광물화(Mineral carbonation) 공정은 CO2를 특정한 금속이나 금속화합물과 반응 유도하여 열역학적으로 안정한 탄산염 형태로 CO2를 고정화시키는 연구로써 현재 많은 연구가 진행 되고 있다[3-6].
순환유동층 연소방식의 문제점을 해결하기 위해 Kim 등은 어떤 특허를 내었는가? 또한 콘크리트의 팽창, 균열 등 물성저하에 영향을 미친다고 알려져 있다[9, 10]. 이에 한국등록 특허(10-0538586, 10-0592870)에서 Kim 등은 제강슬래그의 Free-CaO 성분을 탄산화를 통한 안정화 또는 제강슬래그를 이용한 콘크리트에 물유리를 첨가하여 팽창문제를 해결하고자 하였다[11, 12].
순환유동층 연소방식의 문제점은 무엇인가? 순환유동층 연소방식은 석회석을 노 내 탈황을 위해 첨가하는데 이때 탈황 반응에 참여하지 못한 잉여 석회 성분이 비산재 내에 잔존하여 CaO 화합물 상태로 존재하게 되며, CaO 화합물이 다량 함유된 재료를 콘크리트 혼화재로 사용하였을 경우 잔존하는 CaO 성분이 콘크리트의 슬럼프 손실, 이상 응결, 지연제 사용량 증가, 내구성 저하 등의 문제를 일으킨다. 또한 콘크리트의 팽창, 균열 등 물성저하에 영향을 미친다고 알려져 있다[9, 10]. 이에 한국등록 특허(10-0538586, 10-0592870)에서 Kim 등은 제강슬래그의 Free-CaO 성분을 탄산화를 통한 안정화 또는 제강슬래그를 이용한 콘크리트에 물유리를 첨가하여 팽창문제를 해결하고자 하였다[11, 12].
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참고문헌 (16)

  1. J.C. Lee, "A Basic Study for $CO_2$ Gas Curing Application to Cementitious Product", J. Architect. Ins. Kor. 30 (2014) 81. 

  2. H.J. Song, S.J. Han and J.H. Wee, "Mineral carbonation of high carbon dioxide composition gases using wollastonite-distilled water suspension", J. Kor. Soc. Environmental Engineers 36 (2014) 342. 

  3. W.J.J. Huijgen, G.J. Witkamp and R.N.J. Comans, "Mechanisms of aqueous wollastonite carbonation as a possible $CO_2$ sequetration process", Chem. Eng. Sci. 61 (2006) 4242. 

  4. K.U. Han, C.H. Lee and H.D. Chun, "Feasibility of mineral carbonation technology as $CO_2$ storage method considering the conditions of the domestic industry", Chem. Eng. 49 (2011) 137. 

  5. H.S. Kim, S.C. Chae, J.H. Ahn and Y.N. Jang, "Technology trend: $CO_2$ storage technology by mineral carbonation", Mineral Ind. 22 (2009) 71. 

  6. S.C. Chae, Y.N. Jang and K.W. Ryu, "Trend of mineral carbonation reaction to reduce $CO_2$ ", J. Geol. Soc. 45 (2009) 527. 

  7. S.H. Hong, B.D. Lee and S.H. Han, "Application of fly ash concrete in the pavement", J. Kor. Concrete Ins. 20 (2008) 701. 

  8. Y.T. Kim, "Properties of carbonated green construction materials by changes in processing conditions", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 23 (2013) 152. 

  9. N.S. Ahn, J.H. Lee and Y.H. Lee, "Sulfate attack according to the quantity of composition of cement and mineral admixtures", J. Kor. Inst. Build. Const. 11 (2011) 547. 

  10. K.H. Kim, J.Y. Lim, D.H. Ryu and S.W. Choi, "The present situation of production and it's utilization of electronic arc furnace oxidizing slag in Korea and other countries," J. Kor. Conc. Inst. 19 (2007) 51. 

  11. H.S. Kim, K.H. Han and W.H. Bae, "Method for stabilizing steel-making slag by adding iron-containing material with high T-Fe content", Republic of Korea Patent, Patent No. 10-0538586 (2005). 

  12. H.S. Kim, K.H. Han and W.H. Bae, "Method for producing concrete using steel slag aggregate that quickly blocks expansion of steel slag aggregate by adding water glass", Republic of Korea Patent, Patent No. 10-0592870,(2006). 

  13. Y.S. Kim and S.G. Kang, "Characterization of geopolymer made of municipal solid waste incineration ash slag", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 24 (2014) 15. 

  14. Y.T. Kim and K.W. Lee, "Mechanical properties of noncement mortar without alkali activator using fly ash and fused waste slag under supercritical carbonation conditions", AFM 2015 (2015). 

  15. RILEM CPC 18. Measurement of hardened concrete carbonation depth, RILEM draft recommendation. Mater. Struct. 17 (1984) 435. 

  16. A.A. Ramezanianpour, S.A. Ghahari and M. Esmaeili, "Effect of combined carbonation and chloride ion ingress by an accelerated test method on microscopic and mechanical properties", Construction and Building Materials 58 (2014) 138. 

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