레드머드 대체율에 따른 폴리머 혼입 알칼리활성화 슬래그-레드머드 시멘트모르타르의 강도 및 기공특성 Strength and Pore Characteristics of Alkali-activated Slag-Red Mud Cement Mortar used Polymer According to Red Mud Content원문보기
알칼리활성화 슬래그-레드머드 시멘트는 알칼리활성화 시멘트 연구의 일환으로서 시멘트 조성에서 알칼리자극제, 고로슬래그와 레드머드로 구성되어져 있으며, 포틀랜트 시멘트를 사용하지 않는 클링커 프리 시멘트(Clinker Free Cement)를 의미한다. 본 논문에서는 포틀랜트 시멘트를 전혀 사용하지 않고 고분자 유기화합물인 재유화형 분말 폴리머를 혼입한 알칼리활성화 슬래그 시멘트에 레드머드의 대체율을 달리하여 강도특성, 기공특성 등을 기존 포틀랜트 시멘트와 비교 평가하였다. 그 결과 알칼리활성화 시멘트에 레드머드를 대체할 경우 C-S-H 광물상과 에트린가이트가 주요 수화생성물로 포틀랜트 시멘트와 비교하여 조직이 치밀하고 대체율 10%까지는 압축강도 및 휨강도가 증가하였다.
알칼리활성화 슬래그-레드머드 시멘트는 알칼리활성화 시멘트 연구의 일환으로서 시멘트 조성에서 알칼리자극제, 고로슬래그와 레드머드로 구성되어져 있으며, 포틀랜트 시멘트를 사용하지 않는 클링커 프리 시멘트(Clinker Free Cement)를 의미한다. 본 논문에서는 포틀랜트 시멘트를 전혀 사용하지 않고 고분자 유기화합물인 재유화형 분말 폴리머를 혼입한 알칼리활성화 슬래그 시멘트에 레드머드의 대체율을 달리하여 강도특성, 기공특성 등을 기존 포틀랜트 시멘트와 비교 평가하였다. 그 결과 알칼리활성화 시멘트에 레드머드를 대체할 경우 C-S-H 광물상과 에트린가이트가 주요 수화생성물로 포틀랜트 시멘트와 비교하여 조직이 치밀하고 대체율 10%까지는 압축강도 및 휨강도가 증가하였다.
The alkali-slag-red mud(ASRC) cement belongs to clinker free cementitious material, which is made from alkali activator, blast-furnace slag(BFS) and red mud in designed proportion. This study is to investigate strength and pore characteristics of alkali-activated slag cement(NC), clinker free cement...
The alkali-slag-red mud(ASRC) cement belongs to clinker free cementitious material, which is made from alkali activator, blast-furnace slag(BFS) and red mud in designed proportion. This study is to investigate strength and pore characteristics of alkali-activated slag cement(NC), clinker free cementitious material, and ordinary portland cement(C) mortars using polymer according to red mud content. The results showed that the hardened alkali-activated slag-red mud cement paste was mostly consisted of C-S-H gel, being very fine in size and extremely irregular in its shape. So the hardened ASRC cement paste has lower total porosity, less portion of larger pore and more portion of smaller pore, as compared with those of hardened portland cement paste, and has higher strength within containing 10 wt.(%) of alkali-activated slag cement(NC) substituted by red mud.
The alkali-slag-red mud(ASRC) cement belongs to clinker free cementitious material, which is made from alkali activator, blast-furnace slag(BFS) and red mud in designed proportion. This study is to investigate strength and pore characteristics of alkali-activated slag cement(NC), clinker free cementitious material, and ordinary portland cement(C) mortars using polymer according to red mud content. The results showed that the hardened alkali-activated slag-red mud cement paste was mostly consisted of C-S-H gel, being very fine in size and extremely irregular in its shape. So the hardened ASRC cement paste has lower total porosity, less portion of larger pore and more portion of smaller pore, as compared with those of hardened portland cement paste, and has higher strength within containing 10 wt.(%) of alkali-activated slag cement(NC) substituted by red mud.
따라서 본 논문에서는 포틀랜트시멘트를 전혀 사용하지 않고 고분자 유기화합물인 재유화형 분말 폴리머를 혼입한 알칼리활성화 슬래그시멘트에 레드머드의 대체율을 달리하여 강도특성, 기공특성 등을 기존 포틀랜트시멘트와 비교 평가함으로서 알칼리활성화 슬래그-레드머드시멘트의 활용용도를 확대하기 위한 기초 자료를 제시하고자 하였다.
제안 방법
결합재로서 보통 포틀랜트시멘트(C)와 알칼리활성화 슬래그시멘트(NC)를 사용하여 W/B 60%, P/B 10%, B:S=1:2.5의 모르타르 배합에서 레드머드를 결합재에 대하여 0, 5, 10, 15% 대체하여 레드머드 대체율에 따른 알칼리활성화 슬래그-레드머드시멘트 모르타르의 강도특성을 비교 검토하였다.
또한 알칼리활성화 슬래그시멘트는 국내 C사에서 시제품으로 제조되어진 고로슬래그미분말을 기반으로 하는 알칼리활성화 슬래그시멘트를 사용하였다. 알칼리활성화 슬래그시멘트의 화학조성은 SiO2 21.
본 논문에서 사용한 보통 포틀랜트시멘트와 알칼리활성화 슬래그시멘트의 물리·화학적 성질을 플라이애시 및 고로슬래그미분말과 비교하여 Table 2에 나타내었다. 본 논문에서 사용한 결합재 중 보통 포틀랜트시멘트는 시중에서 판매되어지고 있는 국내 S사의 보통 포틀랜트시멘트를 사용하였다.
성능/효과
1) 레드머드 대체율에 따른 압축강도 및 휨강도는 C의 경우 레드머드 대체율이 증가할수록 압축강도 및 휨강도가 저하하는 것으로 나타났으나 NC의 경우 레드머드 대체율 10%까지는 압축강도 및 휨강도가 증가하는 것으로 나타났다.
2) 레드머드 대체율에 따른 기공특성은 C의 경우 레드머드 대체율 5%에서부터 직경 1,000 nm이상의 큰 기공량이 급격하게 증가하는 것으로 나타났으나, NC의 경우 레드머드 대체율 5%까지는 무첨가와 유사한 기공량 및 공극분포를 나타내고 있지만 대체율 15%부터는 직경 1,000 nm이상의 큰 기공량이 급격하게 증가하는 것으로 나타났다.
3) 레드머드 첨가에 따른 XRD 분석결과 C의 경우 주로 Ca(OH)2 와 C-S-H 광물상이, NC의 경우 C-S-H 광물상과 에트린가이트가 주요 피크를 보이고 있으며, 레드머드 첨가에 따른 주요 피크 변화는 보이지 않고 있었다.
4) 레드머드 첨가에 따른 SEM 분석결과 NC의 경우 경화조직은 C와 비교하여 에트린가이트로 보이는 수화생성물이 주로 보이고 대체적으로 치밀한 상태를 나타내고 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
알칼리활성화 시멘트의 장점은?
알칼리활성화 시멘트는 높은 초기 강도발현과 화학저항성이 높은 것으로 알려져 있어 콘크리트 및 시멘트 관련 연구자들에게 많은 관심을 받고 있다. 그러나 국내의 경우 주로 고가의 자극제를 사용하여 경화 메카니즘 규명 및 강도발현 특성에 중점을 두고 연구들이 수행되어지고 있다(Kim and Jun, 2015; Kim et al.
레드머드란?
한편 레드머드는 보오크사이트 원광석에서 생산되는 알루미나의 선광과정에서 발생되는 무기질 부산물을 말한다. 레드머드는 자체적으로 pH 11이상의 매우 높은 알칼리성 무기질 폐기물로서, 원상태에서 주변 생태계에 악영향을 끼치게 되므로 적절한 처리가 필요하다.
기존 알칼리활성화 슬래그-레드머드시멘트의 자극제의 단점은?
기존 알칼리활성화 슬래그-레드머드시멘트의 자극제로서 주로 쓰이고 있는 수산화나트륨 수용액(NaOH)과 규산나트륨 수용액(Na2SiO3)이 우수한 성능이 검증된 자극제로서 평가되고 있다. 그러나 액상의 형태를 가지는 활성화제를 사용하게 될 경우 강알칼리성으로 인한 취급상의 위험성과 경제적인 단점으로 인하여 현장 적용이 어렵기 때문에 국내에서도 자극제로서 고가의 액상 자극제 대신 활용 가능한 산업부산물을 레드머드와 함께 활용하고자 하는 연구가 수행되어지기도 하였다(Kang, 2012).
참고문헌 (9)
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Kang, S. P. (2012), A Study on the Usability of Red Mud as Activator of Alkali-Activated Cementless Binder, Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, 28(11), 133-140.
Kim, G. W., Kim, B. J., Yang, K. H., and Song, J. K. (2012), Strength Development of Blended Sodium Alkali-Activated Ground Granulated Blast-Furnace Slag(GGBS) Mortar, Journal of the Korea Concrete Institute, 24(2), 134-145.
Kim, T. W., and Jun, Y. B. (2015), The Strength and Drying Shrinkage Properties of Alkali-activated Slag using Hard-burned MgO, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 19(3), 39-47.
Moon, K. J. (2003), Properties of non-sintered cement and concrete recycled with industrial waste, Chonbuk National University, Ph.D thesis, 61-172.
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Pan, Z., Cheng, L., Lu, Y., and Yang, N. (2002), Hydration Products of Alkali-Activated Slag-Red Mud Cementitious Material, Cement and Concrete Research, 32, 357-362.
Pan, Z., Li, D., Yu, J., and Yang, N. (2003), Properties and Microstructure of the Hardened Alkali-Activated Red Mud-Slag Cementitious Material, Cement and Concrete Research, 33, 1437-1441.
Pontikes, Y., and Angelopoulos, G. N. (2013), Bauxite residue in cement and cementitious applications : Current status and a possible way forward, Resources, Conservation and Recycling, 73, 53-63.
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