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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 따라서, 본고에서는 부산물을 활용한 지오폴리머를 부산물의 화학적 성분에 따라 세가지로 구분하고, 각각의 물리적, 역학적 특징을 비교, 서술하며, 특히, 최근 많은 연구가 수행되고 있는 하이브리드형 지오폴리머 콘크리트의 국내외 적용사례를 살펴보고자 한다.
• 본 고에서는 활용되는 부산물에 따라서 지오폴리머 종류를 분류하였고, 각각의 특성을 화학적, 역학적 관점에서 소개하였다. 칼슘계 부산물 활용 지오폴리머, 규소/알루미늄계 부산물 활용 지오폴리머, 이 두 가지를 혼합한 형태의 하이브리드형 지오폴리머 총 세가지로 나누었고, 각각의 반응생성물, 특성과 장단점에 대하여 기술하였다.
• 또한, 일반적인 지오폴리머 제조 방법보다 하이브리드형 지오폴리머에서는 상대적으로 낮은 알칼리도에서도 제조가 가능하므로, User-friendly한 장점이 있으며, 내구성 및 역학적 성능도 우수한 것으로 보고된다. 해외 사례를 중심으로 이러한 하이브리드형 지오폴리머의 적용사례를 살펴보았고, 그 가능성을 확인하였다. 하지만 여전히 복잡한 반응 매커니즘으로 인하여 제품으로의 개발이 어려운 점이 존재하며, 특히 화학적 반응 특성에 대한 연구 및 데이터의 부족은 지오폴리머를 실제 현장에 적용하는데 걸림돌로 작용할 것이다.

제안 방법

• 최근 국내의 적용사례에서는 ‘탄소저감형 건설재료 기술 개발 연구단’에서 구축한 4층 규모의 실증하우스에 하이브리드형 지오폴리머 콘크리트를 제조하였고, 바닥패널로 적용 예정 중에 있다. 이 사례에서는 하이브리드형 지오폴리머 개념을 적용하여 부산물인 플라이애시, 고로슬래그를 활용하였고, 여기에 바텀애시를 골재로 활용함으로써 경량성을 가지는 무시멘트 콘크리트 패널 제품을 개발하였다.
• 본 고에서는 활용되는 부산물에 따라서 지오폴리머 종류를 분류하였고, 각각의 특성을 화학적, 역학적 관점에서 소개하였다. 칼슘계 부산물 활용 지오폴리머, 규소/알루미늄계 부산물 활용 지오폴리머, 이 두 가지를 혼합한 형태의 하이브리드형 지오폴리머 총 세가지로 나누었고, 각각의 반응생성물, 특성과 장단점에 대하여 기술하였다. 이 중에서 하이브리드형 지오폴리머는 기존의 칼슘계 지오폴리머와 규소/알루미늄계 지오폴리머의 단점을 보완할 수 있을 뿐만 아니라, 더욱 우수한 성능을 발현하는 가능성이 있는 것으로 알려져 있다.

대상 데이터

• 또한, 호주 퀸즈랜드 대학의 Global change institute(GCI) 건물은 세계 최초로 지오폴리머 콘크리트를 구조부재에 성공적으로 적용한 사례이다. 4층짜리 건물에서 3개층의 바닥슬래그가 프리캐스트 지오폴리머 콘크리트로 제조되었다. 위에서 언급한 사례는 모두 지오폴리머 제조시에 플라이애시와 슬래그 부산물이 혼합 활용된 하이브리드형 지오폴리머인 것으로 알려져 있다.

후속연구

• 해외 사례를 중심으로 이러한 하이브리드형 지오폴리머의 적용사례를 살펴보았고, 그 가능성을 확인하였다. 하지만 여전히 복잡한 반응 매커니즘으로 인하여 제품으로의 개발이 어려운 점이 존재하며, 특히 화학적 반응 특성에 대한 연구 및 데이터의 부족은 지오폴리머를 실제 현장에 적용하는데 걸림돌로 작용할 것이다. 따라서, 하이브리드형 지오폴리머의 반응 매커니즘 규명과 반응 생성물에 대한 정량적 평가 연구는 부산물을 활용한 지오폴리머를 건설재료산업에 활용하는데 있어서, 중요한 의미를 가질 수 있을 것으로 사료된다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
하이브리드형 지오폴리머	하이브리드형 지오폴리머의 제조 방법의 장점은 무엇인가?	이와 같이 두 가지 물질을 혼합한 하이브리드형 지오폴리머는 기존의 칼슘계 지오폴리머와 규소/알루미늄계지오폴리머의 단점을 보완할 수 있을 뿐만 아니라, 더욱 우수한 성능을 발현할 수 있는 가능성이 있다. 일반적인 지오폴리머 제조 방법보다 하이브리드형 지오폴리머에서는 상대적으로 낮은 알칼리도에서도 제조가 가능하므로, Userfriendly 한 장점이 있으며, 내구성 및 역학적 성능도 우수한 것으로 알려져 있다.[표 3 참조] 하지만 복잡한 반응 매커니즘으로 인하여 제품으로의 개발이 어려운 점이 존재하며, 특히 화학적 반응 특성에 대한 연구 및 데이터의 부족은 지오폴리머를 실제 현장에 적용하는데 걸림돌로 작용할 수 있을 것이다.
플라이애시를 활용한 지오폴리머	플라이애시를 활용한 지오폴리머의 단점은 무엇인가?	그러나, 플라이애시를 활용한 지오폴리머 제조기술은 우수한 역학적 성능을 얻기 위해서 일반적으로 60도 이상의 고온양생이 필요하다5). 그러한 고온양생은 제조과정에서 추가적인 에너지가 소모되므로 시멘트 대채재로서 지오폴리머를 사용하는 주된 이유인 CO2 저감이라는 본래의 취지에는 맞지 않으며, 또한, 지오폴리머를 건설재료로 활용하기에는 현장 적용성이 떨어지는 문제점도 존재한다.
지오폴리머	기존 시멘트를 지오폴리머로 대체할 경우 환경과 관련해 어떠한 장점이 있는가?	그 후, 지오폴리머의 우수한 역학적 성능 및 내구성과 함께 포틀랜드 시멘트의 환경적 문제가 대두되면서, 1990년대부터 시멘트를 대체하는 재료로 주목받기 시작하였다. 기존 시멘트의 대체재로서 가능성이 알려진 지오폴리머는 시멘트 대신에 산업부산물을 활용하기 때문에 약 80% 이상의 CO2 절감효과가 있다고 알려져 있다4).

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