[논문]발포제 함량에 따른 경량 다공성 지오폴리머의 밀도와 강도 특성

이수정; 안응모; 조영훈

doi:10.14190/jrcr.2016.4.4.363

발포제 함량에 따른 경량 다공성 지오폴리머의 밀도와 강도 특성
Effect of Foaming Agent Content on the Apparent Density and Compressive Strength of Lightweight Geopolymers 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.4 no.4, 2016년, pp.363 - 370

이수정 (한국지질자원연구원 광물자원연구본부) , 안응모 ((주)이오종합건설 건축팀) , 조영훈 (과학기술연합대학원대학교 자원순환공학)

초록
AI-Helper

경량 지오폴리머는 경량 시멘트 콘크리트보다 단순한 공정으로 제조가 가능하고 탁월한 내열 성능까지 갖춘 재료이다. 고형 지오폴리머의 밀도는 발포제와 지오폴리머 배합물과의 화학반응으로 발생되는 가스가 기공을 형성함으로서 감소시킬 수 있기 때문이다. 본 논문에서는 다양한 함량의 알루미늄 분말을 첨가하여 다공성 지오폴리머의 특성에 어떤 영향을 주는지 살펴보고자 하였다. 경량 지오폴리머의 겉보기 밀도는 알루미늄 분말 함량이 0.025, 0.05, 0.10wt% 범위에서 0.7에서 $1.2g/m^3$로 나타났는데 이는 고형 지오폴리머의 겉보기 밀도 값 $1.96g/cm^3$의 약 37~60%에 해당하였다. 경량 다공성 지오폴리머의 압축강도는 고형 지오폴리머의 압축강도 45MPa의 6~18%에 불과하였다. 고형 지오폴리머와 경량 지오폴리머 겔의 미세조직 형상은 유사하였다. 폴리프로필렌 섬유를 첨가한 지오폴리머 배합물의 작업성은 섬유 보강 시멘트 콘크리트에서와 마찬가지로 개선될 필요가 있다. 경량 다공성 지오폴리머는 현무암과 유사한 외관뿐만 아니라 뛰어난 내열 성능을 갖기 때문에 타일이나 보드 등 건축용 내장재로서의 활용 가능성이 높다고 본다.

Abstract ▼ AI-Helper

Lightweight geopolymers are more readily produced and give higher fire resistant performance than foam cement concrete. Lowering the density of solid geopolymers can be achieved by inducing chemical reactions that entrain gases to foam the geopolymer structure. This paper reports on the effects of adding different concentrations of aluminum powder on the properties of cellular structured geopolymers. The apparent density of lightweight geopolymers has a range from 0.7 to $1.2g/m^3$ with 0.025, 0.05 and 0.10 wt% of a foaming agent concentration, which corresponds to about 37~60 % of the apparent density, $1.96g/cm^3$, of solid geopolymers. The compressive strength of cellular structured geopolymers decreased to 6~18 % of the compressive strength, 45 MPa of solid geopolymers. The microstructure of geopolymers gel was equivalent for both solid and cellular structured geopolymers. The workability of geopolymers with polyprophylene fibers needs to be improved as in fiber-reinforced cement concrete. The lightweight geopolymers could be used as indoor wall tile or board due to fire resistance and incombustibility of geopolymers.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구는 지오폴리머 원료 배합물에 발포제의 양을 다르게 첨가하면서 지오폴리머 페이스트에 다공 구조를 만들어 줌으로서 지오폴리머를 경량기포 시멘트나 인공 경량골재 등 다양한 용도의제품으로 개발할 수 있을지 알아보고자 수행되었다. 경량 다공성 지오폴리머는 성형 후 고온, 고압 증기양생이 필요한 경량기포 콘크리트와 달리 상온~저온에서 제조할 수 있고 인공 경량골재로도 쉽게 성형할 수 있음을 소개하였다.

제안 방법

공시체의 7일 압축강도는 KS F 2405 규격에 따라 압축강도 시험기로 측정(Unitech T, (주)알앤비, Korea)하고 평균 압축강도와 표준편차, 불확실도를 계산하였다.
비산재의 반응성 Si/Al 비는 Williams and van Riessen(2010)이 제안한 방법에 따라 계산하였고 이를 바탕으로 Si/Al 비가 3.5 또는 1.5, Na/Al 비가 1.0, 물 함량이 22% 또는 20%인 지오폴리머를 배합 설계하였다. 지오폴리머의 배합비는 한국지질자원연구원에서 개발한 “Geopolymer 배합 비율 계산을 위한 프로그램(C-2012-001621)”을 사용하여 계산하였다.
알루미늄 분말과 폴리프로필렌 섬유, 지오폴리머 공시체의 파단면은 주사전자현미경 (JEOL JSM-6380, Japan)으로 관찰하였다. 지오폴리머는 신선한 파단면을 전도체 페이스트(Pelco conductive liquid silver paint)로 고정하고 탄소로 표면을 코팅하여 관찰하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 지오폴리머의 원료는 S기업의 기술연구소에서 공급받은 비산재로 보령 화력발전소에서 배출된 것이다. 비산재의 균질성과 반응성을 향상시키기 위해 비산재를 진동밀(MB-1, Dalton Corp.

데이터처리

비산재에 존재하는 결정질 및 비정질 물질의 함량을 측정하기 위해 정량 X-선회절 분석을 실시하였다. X-선 회절분석기로는 D8 Advance diffractometer(Bruker-AXS, Germany)를 사용하였으며 회절패턴은 5~95° 2θ 구간에서 스텝크기 0.01°, 스캔속도는 스텝 당 1초의 조건으로 획득하였다. X-선 회절 분석 결과에 영향을 줄 수 있는 장비 인자를 보정하기 위해 LaB 6 (SRM660b, NIST, US)를 함께 분석하였다. 상동정과 정량분석은 리트벨트법에 기반을 둔 소프트웨어인 DIFFRACPLUS TOPAS 4.
, UK)에서 측정하였다. 비산재에 존재하는 결정질 및 비정질 물질의 함량을 측정하기 위해 정량 X-선회절 분석을 실시하였다. X-선 회절분석기로는 D8 Advance diffractometer(Bruker-AXS, Germany)를 사용하였으며 회절패턴은 5~95° 2θ 구간에서 스텝크기 0.

성능/효과

2. 고형 지오폴리머 페이스트의 7일 평균 압축강도는 45MPa이었으며 경량 지오폴리머의 압축강도는 3~8MPa로 측정되어 고형 지오폴리머의 약 6~18% 수준으로 감소되었다.
3. 경량 다공성 지오폴리머의 매트릭스 조직은 고형 지오폴리머의 조밀한 겔 조직과 크게 다르지 않아 원료인 비산재의 입자크기를 작게 함으로서 배합이 균질하게 이루어지고 겔 조직이 잘 성장될 수 있었다.
2g/cm³인 다공성 구조의 지오폴리머 제조가 가능하였다. 동일한 배합비로 제조된, 알루미늄 분말을 넣지 않은 고형 지오폴리머의 겉보기 밀도는 1.96g/cm³이었으며, 경량 다공성 지오폴리머의 겉보기 밀도는 고형 지오폴리머 밀도의 약 37~60% 수준으로 감소한 것이다.

후속연구

4. 폴리프로필렌 섬유 첨가에 따른 작업성 감소를 해결하기 위해 섬유 보강 콘크리트에서와 마찬가지로, 지오폴리머에서도 유동화제 등 화학 혼화제를 사용하여 작업성을 개선할 필요가 있다.
5. 경량 다공성 지오폴리머의 색상이나 외관은 현무암과 유사하고 시멘트보다 우수한 내열 특성을 갖기 때문에 아트월 등의 건축용 내장재로서 용도개발이 가능하다.
유동화제의 지오폴리머 작업성 개선효과에 관한 연구는 이와 같이 아직 제한적으로만 수행되었고 서로 다른 견해가 보고되고 있으므로 유동화제의 효과를 체계적으로 점검할 필요가 있다. 이를 위해 먼저 지오폴리머의 배합비율을 표준화하고 알칼리 자극제의 종류와 농도, pH 및 화학 혼화제의 분자 구조를 고려한 연구결과들이 수행되고 비교되어져야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트를 가볍게 만들면 단열효과를 기대할 수 있는 이유는?	2012). 이는 재료 내부에 형성된 기공 내 공기층이 가열 혹은 냉각 시 공기의 대류를 막기 때문이다. 국내에서 경량콘크리트가 공동 주택의 온돌구조용 단열재로 사용되는 이유이다.
	경량 지오폴리머란?	경량 지오폴리머는 경량 시멘트 콘크리트보다 단순한 공정으로 제조가 가능하고 탁월한 내열 성능까지 갖춘 재료이다. 고형 지오폴리머의 밀도는 발포제와 지오폴리머 배합물과의 화학반응으로 발생되는 가스가 기공을 형성함으로서 감소시킬 수 있기 때문이다.
	경량 콘크리트란?	경량 콘크리트는 콘크리트 부피의 70~80%를 차지하는 골재의 무게를 가볍게 한 경량골재 콘크리트와, 시멘트 페이스트에 기포를 생성, 분산시켜 페이스트의 무게를 가볍게 한 경량기포 콘크리트, 잔골재를 사용하지 않는 무세골재 콘크리트로 분류된다. 경량 콘크리트라고 하면 대부분 경량골재 콘크리트를 의미한다.

참고문헌 (24)

An, E.M., Cho, Y.H., Chon, C.M., Lee, D.G., Lee, S.J. (2015). Synthesizing and assessing fire-resistant geopolymer from rejected fly ash, Journal of the Korean Ceramic Society, 52(4), 253-263.

원문보기 상세보기
Bell, J.L., Kriven, W.M. (2009). Preparation of ceramic foams from metakaolin-based geopolymer gels. Developments in strategic materials: Ceramic engineering and science proceedings, John Wiley & Sons, Inc., 29(10), 96-111.
Cho, Y.H., An, E.M., Lee, S.J., Chon, C.M., Kim, D.J. (2016). Influence of fine aggregate properties on unhardened geopolymer concrete, Journal of the Korean Recycled Construction Resources institute, 4(2), 101-111 [in Korean].

원문보기 상세보기
Choi, Y.J., Jang, B.S., Kim, J.W., Kim, Y.T., Kim, W.J. (2003). A study for development of artificial light-weight aggregate concrete using EAF dust, clay, Journal of the Korea Concrete Institute, 31-34 [in Korean].
Criado, M., Palomo, A., Fernandez-Jimenez, A., Banfill, P.F.G. (2009). Alkali activated fly ash: effect of admixtures on paste rheology, Rheologica Acta, 48(4), 447-455.

상세보기
Han, K.B. (2005). Current state of lightweight aggregate concrete and future perspective for artificial lightweight aggregate production, Korea Construction Safety Association, 33, 34-37 [in Korean].
Hardjito, D., Rangan, B.V. (2005). Development and Properties of Low-Calcium Fly Ash-Based Geopolymer Concrete, Research Report GC1, Faculty of Engineering, Curtin University of Technology, Perth.
Jiting, X., Obada, K. (2016). Effect of superplasticiser on workability enhancement of Class F and Class C fly ash-based geopolymers, Construction and Building Materials, 122, 36-42.

상세보기
Kang, S.G. (2009). Dependence of physical properties of artificial lightweight aggregates upon a flux and a bloating agent addition, Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology, 19(1), 48-53 [in Korean].
Kim, Y.T., Ryu, Y.G., Jang, C.S., Lee, K.G., Kang, S.G., Kim, J.H. (2009). A study on the black core formation of artificial lightweight aggregates at various sintering atmospheres, Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology, 19(6), 318-323 [in Korean].
Kwon, Y.J., Kim, Y.T., Lee, K.G., Kim, Y.J., Kang, S.G., Kim, J.H., Park, M.S. (2001). Lightweight aggregate bloating mechanism of clay/incinerated ash/additive system, Journal of the the Korean Ceramic Society, 38(9), 811-816 [in Korean].
Oh, B.H., Uhm, J.Y., Lee, S.M. (1987). Experimental study on the mechanical properties of high strength lightweight concrete, Korea Ready Mixed Concrete Industry Association, 9(13), 46-60 [in Korean].
Pacheco-Torgal, F., Moura, D., Ding, Y., Jalali, S. (2011). Composition, strength and workability of alkali-activated metakaolin based mortars, Construction and Building Materials, 25(9), 3732-3745.

상세보기
Prud'Homme, E., Michaud, P., Joussein, E., Peyratout, C., Smith, A., Arrii-Clacens, S., Clacens, J.M., Rossignol, S. (2010). Silica fume as porogent agent in geo-materials at low temperature, Journal of the European Ceramic Society, 30(7), 1641-1648.

상세보기
Rickard, W.D.A., van Riessen, A. (2014). Performance of solid and cellular structured fly ash geopolymers exposed to a simulated fire, Cement and Concrete Composites, 48, 75-82.

상세보기
Rickard, W., Vickers, L., van Riessen, A. (2012). Performance of fibre reinforced, low density metakaolin geopolymers under simulated fire conditions, Applied Clay Science, 73, 71-77.
Svingala, F., Varela, B. (2009). Alkali Activated Aerogels. Mechanical Properties and Performance of Engineering Ceramics and Composites IV, John Wiley & Sons, Inc., 325-333.
Tang, S.W., Chen, E., Shato, H.Y., Li, Z.J. (2015). A fractal approach to determine thermal conductivity in cement pastes, Construction and Building Materials, 74, 73-82.

상세보기
Vickers, L., van Riessen, A., Rickard, W.D.A. (2015). Fire-resistant geopolymers - Role of fibres and fillers to enhance thermal properties, Springer.
Williams, R.P., van Riessen, A. (2010). Determination of the reactive component fly ashes for geopolymer production using XRF and XRD, Fuel, 89, 3682-3692.
Xie, J., Kayali, O. (2016). Effect of superplasticiser on workability enhancement of Class F and Class C fly ash-based geopolymers, Construction and Building Materials, 122, 36-42.

상세보기
Yoon, S., Kim, J.B., Jeong, Y. (2010). Experimental study of manufacturing artificial lightweight aggregates using industrial wastes, Journal of the Korea Concrete Institute, 22(1), 247-248 [in Korean].

원문보기 상세보기
Zeiml, M., Leithner, D., Lackner, R., Mang, H.A. (2006). How do polypropylene fibers improve the spalling behavior of in-situ concrete?, Cement and Concrete Research, 36(5), 929-942.

상세보기
Zhao, Y., Ye, J., Lu, X., Liu, M., Lin, Y., Gong, W., Ning, G. (2010). Preparation of sintered foam materials by alkali-activated coal fly ash, Journal of Hazard Materials, 174(1), 108-112.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증