최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
NTIS 바로가기콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.27 no.2, 2015년, pp.115 - 125
정지용 (한국철도기술연구원 고속철도연구본부) , 장승엽 (한국철도기술연구원 고속철도연구본부) , 최영철 (한국건설생활환경시험연구원 첨단건설재료센터) , 정상화 (한국건설생활환경시험연구원 첨단건설재료센터) , 김성일 (한국철도기술연구원 고속철도연구본부)
This study investigated the fluidity, heat of hydration, setting time, strength development, and characteristics of hydration and pozzolanic reactions of high-strength high-volume ground granulated blast-furnace slag(GGBFS) blended cement pasts with the water-to-binder ratio of 20% by experiments, a...
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
---|---|---|
콘크리트 산업에서 이산화탄소를 줄이기 위해 어떤 방법을 사용하는가? | 최근 산업 전반에 걸쳐 온실가스 감축을 위한 노력이 경주되고 있다. 콘크리트 산업에서도 시멘트의 생산과정에서 배출되는 이산화탄소를 줄이기 위해 플라이애시, 고로슬래그와 같은 광물질 혼화재를 대량으로 사용하거나 지오폴리머와 같은 무시멘트의 개발과 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다.1-4) 특히 최근 구조물의 슬림화와 초고층 빌딩 건설 등을 위해 고강도 콘크리트의 적용이 활발해지고 있지만 강도가 높아질수록 시멘트량이 증가하므로 단면이 감소하는 것을 감안하더라도 시멘트 사용량이 크게 증가하게 된다. | |
고로슬래그 미분말의 장점은 무엇인가? | 광물질 혼화재 가운데 고로슬래그 미분말은 콘크리트의 수화발열량 감소, 유동성과 장기강도 개선, 수밀성 증대, 염해 및 동결융해 저항성, 부식저항성 등이 향상되는 장점을 갖고,5,6) 시멘트 보다 저렴한 가격 때문에 폭넓게 사용되며 결합재에 최대 60~80%까지 치환할 수 있다. 고로슬래그 외에도 시멘트를 대체하는 콘크리트용 혼화재로는 플라이애시, 석회석 미분말, 실리카 퓸 등이 있지만 플라이애시는 저렴한 가격과 고로슬래그 미분말과 유사한 특성을 갖고 있는 반면, 압축강도 발현이 낮아 시멘트 대체율이 10~30% 정도로 낮은 단점이 있다. | |
광물질 혼화재인 고로슬래그 외 콘트리트용 혼화재를 사용하는 경우 어떤 단점을 갖고 있는가? | 광물질 혼화재 가운데 고로슬래그 미분말은 콘크리트의 수화발열량 감소, 유동성과 장기강도 개선, 수밀성 증대, 염해 및 동결융해 저항성, 부식저항성 등이 향상되는 장점을 갖고,5,6) 시멘트 보다 저렴한 가격 때문에 폭넓게 사용되며 결합재에 최대 60~80%까지 치환할 수 있다. 고로슬래그 외에도 시멘트를 대체하는 콘크리트용 혼화재로는 플라이애시, 석회석 미분말, 실리카 퓸 등이 있지만 플라이애시는 저렴한 가격과 고로슬래그 미분말과 유사한 특성을 갖고 있는 반면, 압축강도 발현이 낮아 시멘트 대체율이 10~30% 정도로 낮은 단점이 있다. 석회석 미분말은 콘크리트의 레올로지 특성의 개선, 블리딩의 저감, 수화열의 억제 및 강도 발현 향상의 장점이 있는 혼화재이지만 아직 국내에 관련 규정이 없고 미반응성 재료로 시멘트 대체율이 플라이애시보다 더 낮다. |
Choi, W. H., Park, C. W., Jung, W. K., Jeon, B. J., and Kim, G. S., "Durability characteristics of limestone powder added concrete for environment-friendly concrete," Journal of Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, Vol. 16, No. 5, 2012, pp. 59-67.
Yang, K. H., Sim, J. I., Song, J. G., and Lee, J. H., "Material properties of slag-based alkali-activated concrete brick-masonry," Journal of the Architectureal Institute of Korea Structure & Construction, Vol. 27, No. 1, 2011, pp. 11-126.
콘크리트 산업에서도 시멘트의 생산과정에서 배출되는 이산화탄소를 줄이기 위해 플라이애시, 고로슬래그와 같은 광물질 혼화재를 대량으로 사용하거나 지오폴리머와 같은 무시멘트의 개발과 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다.1-4)
Choi, S. W., Ryu, D. H., Kim, H. S., and Kim, G. Y., "Hydration properties of low carbon type low heat blended cement," Journal of the Korea Institute of Building Construction, Vol. 13, No. 3, 2013, pp. 218-226.
Cho, C. G., Lim, H. J., Yang, K. H., Song, J. K., and Lee, B. Y., "Basic mixing and mechanical tests on hihg ductile fiber reinforced cementless composites," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 24, No. 2, 2012, pp. 121-127.
Hester, D., Mcnally, C., and Richardson, M. G., "Study of influence of slag alkali level on the alkali-silica reactivity of slag concrete," Construction and Building Materials, Vol. 19, No. 9, 2005, pp. 661-665.
광물질 혼화재 가운데 고로슬래그 미분말은 콘크리트의 수화발열량 감소, 유동성과 장기강도 개선, 수밀성 증대, 염해 및 동결융해 저항성, 부식저항성 등이 향상되는 장점을 갖고,5,6) 시멘트 보다 저렴한 가격 때문에 폭넓게 사용되며 결합재에 최대 60~80%까지 치환할 수 있다. 고로슬래그 외에도 시멘트를 대체하는 콘크리트용 혼화재로는 플라이애시, 석회석 미분말, 실리카 퓸 등이 있지만 플라이애시는 저렴한 가격과 고로슬래그 미분말과 유사한 특성을 갖고 있는 반면, 압축강도 발현이 낮아 시멘트 대체율이 10~30% 정도로 낮은 단점이 있다. 석회석 미분말은 콘크리트의 레올로지 특성의 개선, 블리딩의 저감, 수화열의 억제 및 강도 발현 향상의 장점이 있는 혼화재이지만 아직 국내에 관련 규정이 없고 미반응성 재료로 시멘트 대체율이 플라이애시보다 더 낮다.7)
Leng, F., Feng, N., and Lu, X., "An experiment study on the properties of resistance to diffusion of chloride ions of fly ash and blast furnace slag concrete," Cement and Concrete Research, Vol. 30, 2000, pp. 989-992.
광물질 혼화재 가운데 고로슬래그 미분말은 콘크리트의 수화발열량 감소, 유동성과 장기강도 개선, 수밀성 증대, 염해 및 동결융해 저항성, 부식저항성 등이 향상되는 장점을 갖고,5,6) 시멘트 보다 저렴한 가격 때문에 폭넓게 사용되며 결합재에 최대 60~80%까지 치환할 수 있다. 고로슬래그 외에도 시멘트를 대체하는 콘크리트용 혼화재로는 플라이애시, 석회석 미분말, 실리카 퓸 등이 있지만 플라이애시는 저렴한 가격과 고로슬래그 미분말과 유사한 특성을 갖고 있는 반면, 압축강도 발현이 낮아 시멘트 대체율이 10~30% 정도로 낮은 단점이 있다. 석회석 미분말은 콘크리트의 레올로지 특성의 개선, 블리딩의 저감, 수화열의 억제 및 강도 발현 향상의 장점이 있는 혼화재이지만 아직 국내에 관련 규정이 없고 미반응성 재료로 시멘트 대체율이 플라이애시보다 더 낮다.7)
Koh, K. T., Yoo, W. W., and Han, S. M., "A study on strength development and resistance to sulfate attack of mortar incorporating limestone powder," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 16, No. 3, 2004, pp. 303-310.
Mindess, S., Young, J. F., and Darwin, D., Concrete, 2th ed., Rentice Hall, New Jersey, 2003, 644pp.
실리카 퓸은 분말도가 높아 시멘트 입자 사이를 매우는 입자충전(particle packing) 작용으로 블리딩, 모세관 공극의 평균 입경을 감소시켜8,9) 압축강도를 향상시키지만 자기수축이 큰 문제가 있고 높은 재료비 때문에 고강도 또는 초고성능 콘크리트에만 사용되고 있다.
Mindess 등8)에 따르면, 시멘트 입자를 둘러 싼 고로슬래그 입자가 수화과정에서 불침투성 피막을 형성하여 시멘트의 수화가 잠시 지연되는데, 이것이 수화열 측정결과에서 두 번의 발열 피크가 나타나는 주 원인으로 추정된다.
고로슬래그 미분말을 사용한 경우 보통 포틀랜드 콘크리트와 비교하여 강도가 더 높아지는 재령을 보통 28일 이후로 보고 있지만,8,9) 본 연구에서는 재령 7일부터 plain 배합보다 높은 압축강도를 보이고 있다.
문헌에 따르면 포졸란 반응에 의해서는 공극율이 줄어들기 보다는 미세 공극이 증가하면서 공극 분포에 더 많은 영향을 준다.8)
Mehta, P. K. and Monteiro, P. J. M., Concrete, microstructure, properties, and materials, 3th. ed., McGraw-Hill, New-York, 2004, 659pp.
실리카 퓸은 분말도가 높아 시멘트 입자 사이를 매우는 입자충전(particle packing) 작용으로 블리딩, 모세관 공극의 평균 입경을 감소시켜8,9) 압축강도를 향상시키지만 자기수축이 큰 문제가 있고 높은 재료비 때문에 고강도 또는 초고성능 콘크리트에만 사용되고 있다.
고로슬래그 미분말을 사용한 경우 보통 포틀랜드 콘크리트와 비교하여 강도가 더 높아지는 재령을 보통 28일 이후로 보고 있지만,8,9) 본 연구에서는 재령 7일부터 plain 배합보다 높은 압축강도를 보이고 있다.
Ryu, D. W., Kim, W. J., Yang, W. H., You, J. H., and Ko, J. W., "An experimental study on the freezing-thawing and chloride resistance of concrete using high volumes of GGBS," Journal of the Korea Institute of Building Construction, Vol. 12, No. 3, 2012, pp. 315-322.
Ryu, D. W., Kim, W. J., Yang, W. H., and Park, D. C., "An experimental study on the carbonation and drying shrinkage of concrete using high volumes of ground granulated blastfurnace slag," Journal of the Korea Institute of Building Construction, Vol. 12, No. 4, 2012, pp. 393-400.
Kwon, Y. J., "An experimental study on the carbonation and drying shrinkage of high strength concrete according to kinds and ratios of mineral admixtures," Journal of the Korea Institute of Building Construction, Vol. 3, No. 3, 2003, pp. 127-133.
Jung, J. D., Cho, H. D., and Park, S. W., "Properties of hydration heat of high-strength concrete and reduction strategy for heat production," Journal of the Korea Institute of Building Construction, Vol. 12, No. 2, 2012, pp. 203-210.
Gengying, L. and Xiaohua, Z., "Properties of concrete incorporating fly ash and ground granulated blast-furnace slag," Cement and Concrete Composites, Vol. 25, 2003, pp. 293-299.
Kim, S. D., Kim, S. Y., Bae, K. S., Park, S. H., and Lee, B. S., "Field application of 80MPz high strength fire resistant concrete using ternary blended cement," Journal of the Korea Institute of Building Construction, Vol. 10, No. 5, 2010, pp. 113-119.
고로슬래그 미분말이 결합재를 최대 80%까지 치환할 수 있지만, 시멘트량의 감소로 강도가 낮아지는 결과를 초래하기 때문에10,11) 60% 이상의 대량 사용은 강도가 낮은 매스콘크리트 등에 국한되고, 고강도 콘크리트에서의 대량 사용은 실험실 수준에서 연구가 진행되고 있다.10-18)
Chong, W., Changhui, Y., Fang L., Chaojun, W., and Xincheng, P., "Preparation of ultra-high performance concrete with common technology and materials," Cement and Concrete Composites, Vol. 34, 2012, pp. 538-544.
Kang, H., Ahn, J. M., and Shin, S. W., "Evaluation on mechanical and mixing properties of ultra-high strength concrete with fck150MPa," Journal of the Korea Institute of Building Construction, Vol. 10, No. 3, 2010, pp. 113-120.
고로슬래그 미분말이 결합재를 최대 80%까지 치환할 수 있지만, 시멘트량의 감소로 강도가 낮아지는 결과를 초래하기 때문에10,11) 60% 이상의 대량 사용은 강도가 낮은 매스콘크리트 등에 국한되고, 고강도 콘크리트에서의 대량 사용은 실험실 수준에서 연구가 진행되고 있다.10-18)
Halit, Y., Mert, Y., Huseyin, Y., Serdar, A., and Selcuk, T., "Mechanical properties of reactive powder concrete containing high volumes of ground granulated blast furnace slag," Cement and Concrete Composites, Vol. 32, 2010, pp. 639-648.
Siddique, R. and Bennacer, R., "Use of iron and steel industry by-product(GGBS) in cement paste and mortar," Resources Conservation and Recycling, Vol. 69, 2012, pp. 29-34.
KS L 5201:2013, Portland cement, KSA.
시멘트는 KS L 5201:13220) 포틀랜드 시멘트에서 규정 하는 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 고로슬래그 미분말은 KS F 2563:0921)에서 규정하는 2종(S8), 3종 (S4)을 사용하였다.
KS F 2563:2009, Ground granulated blast-furnace slag for use in concrete, KSA.
시멘트는 KS L 5201:13220) 포틀랜드 시멘트에서 규정 하는 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 고로슬래그 미분말은 KS F 2563:0921)에서 규정하는 2종(S8), 3종 (S4)을 사용하였다.
KS L ISO 679:2006, Methods of testing cements - Determination of strength, KSA.
재료의 혼합과 공시제의 제작은 KS L ISO 679:0622)에 준하여 실시하였으며, 공시체는 40×40×160 mm의 각주형 몰드에 성형하여 제작하였다.
압축강도는 KS L ISO 679:0622) 시멘트의 강도 시험 방법에 준하여 재령 3, 7, 28, 91일에 3개씩 측정하였다.
ASTM C230/C230M:13, Standard specification for flow table for use in tests of hydraulic cement, ASTM.
굳지 않은 페이스트의 유동성을 확인하기 위해 ASTM C230/C230M:1323)에 따라 플로우 시험을 실시하였고, 초기 응결 특성 분석을 위해 KS L ISO 9597:0924)에 준하여 응결시간을 측정하였다.
KS L ISO 9597:2009, Determination of setting time and soundness of cements, KSA.
굳지 않은 페이스트의 유동성을 확인하기 위해 ASTM C230/C230M:1323)에 따라 플로우 시험을 실시하였고, 초기 응결 특성 분석을 위해 KS L ISO 9597:0924)에 준하여 응결시간을 측정하였다.
KS L 5121:2007, Testing method for heat of hydration of hydraulic cement, KSA.
수화열은 KS L 5121:0725) 에 따라 TA Instrument사의 TAM-AIR 등온미소열랑계를 사용하여 배합후 80시간까지 측정하였고, TG-DSC 분석은 Netzsch사의 Netzsch STA409PC Luxx 장비를 사용하여 10℃/min의 가열속도로 재령 7, 28, 91일에 각 배합당 시편 1개씩 실시하였다.
ASTM D4284:12, Standard test method for determining pore volume distribution of catalysts and catalyst carrier by mercury intrusion porosimetry, ASTM.
또 이와 함께 재령에 따른 공극률를 확인하기 위해 ASTM D4284:1226)에서 규정하는 수은압입법(Mercury porosimetry) 으로 Micromeritics사의 Autopore IV 9500 장비를 사용하여 재령 7, 28, 91일에 배합별로 시편 1개씩 모세공극율을 측정하였다.
Escalante, J. I., Gomez, L. Y., Johal, K. K., Mendoza, G., Mancha, H., and Mendez, J., "Reactivity of blast-furnace slag in Portland cement blends hydrated under different conditions," Cement and Concrete Research, Vol. 31, 2001, pp. 1403-1409.
슬래그 입자의 형상은 비정형이지만, 표면이 매끄러운 특성27)을 가지고 있기 때문에 고로슬래그 미분말의 치환률이 증가할수록 유동성이 향상되는 것으로 판단된다.
결합수는 시멘트의 수화반응 또는 혼화재료의 반응에 의해 화학적으로 반응 하여 결합된 물을 의미하므로 결합수량은 수화도를 나타내는 반정량적인 지표가 된다.27)
결합수량을 측정하는 방법은 다양하지만, 여기서는 1,000℃까지 가열할 때 발생 하는 수분 손실량에서 100℃에서 증발되는 수량(evaporable water)을 뺀 값, 즉 non-evaporable water로 결합수량을 정의하였다.27,37)
You, C. D., Hyun, S. H., and Song, J. T., "Rheological properties of cement paste containing ultrafine blastfurnace slag," Journal of the Korean Ceramic Society, Vol. 44, No. 8, 2007, pp. 430-436.
이는 앞서 고로슬래그 미분말의 분말도가 높을수록 슬래그의 초기 수화반응이 더 빨라지기 때문이라고 판단된다.29)
이는 기존 연구들29)과 동일한 경향을 보여준다. 반면 초결시간은 고로슬래그 미분말을 65~80% 치환한 배합에서는 오히려 짧아지는 현상을 보여주고 있다. 이는 수화열 발열곡선에서 고로슬래그 미분말의 치환률이 증가할수록 수화열 발열피크가 점차 낮아지고, 피크 발생시간도 늦어지는 것과 일치하지 않는 결과이다. 따라서, 이는 실험오차로 판단되며, 고로슬래그 미분말의 치환율이 커지면서 블리딩 수가 증가하고, 이로 인해 초결시간 측정에 오차가 발생한 것으로 추정된다. 문헌에 따르면 고로슬래그 미분말은 블리딩을 증가시킨다.30,31)
Olorunsogo, F. T., "Particle size distribution of GGBS and bleeding characteristics of slag cement mortars," Cement and Concrete Research, Vol. 28, No. 6, 1998, pp. 907-919.
Lee, K. M., Kwon, K. H., Lee, H. K., Lee, S. H., and Kim, G. Y., "Characteristics of autogenous shrinkage for concrete containing blast-furnace slag," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 16, No. 5, 2004, pp. 621-626.
Escalante-Garcia, J. I. and Sharp, J. H., "Effect of temperature on the hydration of the main clinker phases in portland cements: Part II. Blended cements," Cement and Concrete Research, Vol. 28, 1998, pp. 1259-1274.
이러한 효과를 dilution effect라고 한다.33-36)
Escalante- Garcia 등33)에 따르면 상대적으로 반응성이 낮은 고로슬래그로 시멘트를 치환하면 물-시멘트비가 증가하는 효과, 즉 dilution effect에 의해 alite와 ferrite의 수화가 촉진된다고 보고하고 있다. 이는 OPC 콘크리트에서 물-시멘트비가 높을수록 alite의 수화가 촉진되는 현상과 같은 것으로 볼 수 있다.34)
De Weerdt 등33)에 따르면 OPC에 의한 최대 결합수량은 0.24~0.26 범위에 있다. 문헌38)에 따르면 수화반응으로 생성되는 C-S-H에는 고밀도 C-S-H와 저밀도 C-S-H의 두 가지 종류가 있으며, 물-결합재비가 낮을수록, 슬래그 치환율이 커질수록 고밀도 C-S-H가 증가한다. 또한 슬래그 수화반응에 의한 결합수량이 OPC 수화반응에 의한 결합 수량에 비해 현저히 작다.39)
Copeland, L. E. and Kantro, D. L., "Hydration of Portland cement," 5th International Symposium on the Chemistry of Cement, Vol. 2, 1968, pp. 378-420.
이러한 효과를 dilution effect라고 한다.33-36)
이는 OPC 콘크리트에서 물-시멘트비가 높을수록 alite의 수화가 촉진되는 현상과 같은 것으로 볼 수 있다.34)
De Schutter, G., "Effect of limestone filler as mineral addition in self-compacting concrete," 36th Conference on OUR WORLD IN CONCRETE & STRUCTURES, 2011, http://cipremier.com/100036006
이러한 효과를 dilution effect라고 한다.33-36)
Hesam, M., Alireza, B., and Tayebeh, P., "The pozzolanic reactivity of monodispersed nanosilica hydrosols and their influence on the hydration characteristics of Portland cement," Cement and Concrete Research, Vol. 42, 2012, pp. 1563-1570.
Liu, R. G., Han, F. H., and Yan, P. Y., "Characteristics of two types of C-S-H gel in hardened complex binder pastes blended with slag," Science China Technological Sciences, Vol. 56, No. 6, 2013, pp. 1359-1402
문헌38)에 따르면 수화반응으로 생성되는 C-S-H에는 고밀도 C-S-H와 저밀도 C-S-H의 두 가지 종류가 있으며, 물-결합재비가 낮을수록, 슬래그 치환율이 커질수록 고밀도 C-S-H가 증가한다. 또한 슬래그 수화반응에 의한 결합수량이 OPC 수화반응에 의한 결합 수량에 비해 현저히 작다.39)
Shi, C., Krivenko, P. V., and Roy, D., Alkali-activated cement and concretes, Taylor & Francis, New York, 2006, 376pp.
또한 슬래그 수화반응에 의한 결합수량이 OPC 수화반응에 의한 결합 수량에 비해 현저히 작다.39)
Oner, A. and Akyuz, S., "An experimental study on optimum usage of GGBS for the compressive strength of concrete,"Cement and Concrete Composites, Vol. 29, No. 6, 2007, pp. 505-514.
McNally, C. and Sheils, E., "Probability-based assessment of the durability characteristics of concretes manufactured using CEM II and GGBS binders," Construction and Building Materials, Vol. 30, 2012, pp. 22-29.
Oey, T., Kumar, A., Bullard, J. W., and Neithalath, N., "The filler effect : The lnfluence of filler content and surface area on cementitious reaction rates," Journal of the American Ceramic Society, Vol. 96, No. 6, 2013, pp. 1978-1990
Ramezanianpour, A. A. and Malhotra, V. M., "Effect of curing on the compressive strength, resistance to chloride-ion penetration and porosity of concretes incorporating slag, fly ash or silica fume," Cement and Concrete Composites, Vol. 17, 1995, pp. 125-133.
이는 고로슬래그의 사용에 의해 공극률이 증가된다는 기존의 연구44)와 상반되는 결과지만, Fig. 5에 나타난 강도 발현 특성과는 잘 부합된다. 즉 물-결합재비가 낮은 고강도 배합에서는 고로슬래그 미분말에 의해 시멘트 초기 수화 반응이 촉진되면서 모세공극률이 크게 줄어든 것으로 판단된다. S8 배합은 S4 배합에 비해 공극률이 다소 높았다. 이 또한 S8 배합의 강도가 S4 배합에 비해 낮게 나타난 것과 일치하는 결과이다. 또한 plain 배합은 재령에 따라 지속적으로 공극률이 감소되는 반면, 고로슬래그 배합은 재령 28일까지는 빠르게 감소하지만 재령 28일 이후의 감소는 상대적으로 작아졌다. 문헌에 따르면 포졸란 반응에 의해서는 공극율이 줄어들기 보다는 미세 공극이 증가하면서 공극 분포에 더 많은 영향을 준다.8)
*원문 PDF 파일 및 링크정보가 존재하지 않을 경우 KISTI DDS 시스템에서 제공하는 원문복사서비스를 사용할 수 있습니다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.