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전기전도도 시험방법을 활용한 산업부산물 포졸란재료의 반응성 평가
Evaluation on Reactivity of By-Product Pozzolanic Materials Using Electrical Conductivity Measurement 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.16 no.5, 2016년, pp.421 - 428  

최익제 (Department of Architectural Engineering, Pukyong National University) ,  김지현 (Department of Architectural Engineering, Pukyong National University) ,  이수용 (Department of Architectural Engineering, Pukyong National University)

초록
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본 연구에서는 전기전도도 시험방법을 이용하여 다양한 산업부산물재료의 포졸란 반응성을 평가할 수 있는 대안을 제안하고자 하였다. 실험에 사용된 재료는 일반적으로 포졸란 재료로 활용되고 있는 산업부산물 플라이애시(class F, C) 2종, 실리카퓸(densified, undensified) 2종, 메타카올린과 포졸란 반응성이 정량적으로 증명되지 않은 산업부산물인 벤토나이트, 그라스울, 세라믹을 활용하여 포졸란 반응성을 측정 하였다. 각 재료가 $40^{\circ}C$ 포화수산화칼슘 수용액에 침지된 이후의 전기전도도의 변화를 관찰하였으며, $450{\sim}500^{\circ}C$에서 관찰된 수산화칼슘의 분해량을 통해 포졸란 반응성을 교차 검증하였다. 28일 압축강도 또한 포졸란 반응에 의한 역학적 성능의 개선여부를 검증하기 위해 활용되었다. 실험결과에 따르면, 전기전도도 최대값과 4시간후의 전기전도도의 차이를 활용하여 포졸란 반응성을 평가하는 것이 적절하다고 나타났다. 이러한 방법을 활용할 경우 수산화칼슘 함유량에 근거한 포졸란 반응성 평가와 매우 유사한 결과를 얻을 수 있었으며, 28일 압축강도 측정을 통해 얻은 결과와도 큰 차이를 보이지 않아, 전기전도도 시험법이 포졸란 반응성이 증명되지 않은 재료의 포졸란 반응성평가에도 충분히 활용될 수 있는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this work, pozzolanic activities of various waste materials were compared with those of well-known by-product pozzolanic materials. Undensified and densified silica fume, ASTM class F and class C fly ash, and metakaolin were chosen as well-known pozzolanic materials, and bentonite powder, ceramic...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 기존 Luxan이 제시한 방법을 다소 변형시켜, 전기전도도 변화율을 구하는 방법을 전기전도도의 최고값과 시료투입 4시간 후의 전기전도도 값의 차이를 이용하여 포졸란 반응성을 측정하고자 하였다. 초기값을 전기전도도의 최고값으로 설정한 이유는 용해성 이온에 의한 전기전도도 상승분을 기준점으로 설정하여, 이지점부터의 전기전도도 감소율을 포졸란 반응에 의한 감소율로 가정하였기 때문이며, 4시간 후의 전기전도도 값을 설정한 이유는 이 시점이 실험이 종료된 시점이었기 때문이다.
  • 하지만 본 연구팀의 기초시험 결과에 따르면, Luxan에 의해 제안된 방법은 일정함량 이상의 불순물을 함유하고 있는 현대 산업부산물의 포졸란 성능을 평가하는데에는 적합하지 않은 것으로 판단되어, 이를 개선하여 보다 적합한 측정방법을 제안할 필요성을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 이전의 연구에서 신뢰성이 검증된 수산화칼슘 감소율을 통해 포졸란반응에 정도를 정량적으로 확인하고, 압축강도의 측정을 통하여 역학적 성능에 미치는 영향을 파악한 후, 재료의 포졸란 반응성을 평가하였다. 또한 이러한 실험 결과를 전기전도도 측정법을 통해 얻은 실험결과와 비교하여 산업부산물 계열 재료의 포졸란 반응성 시험을 위한 최적의 방법을 제안하는 것을 본 연구의 목표로 한다.
  • 따라서 본 연구에서는 전기전도도(electrical conductivity)측정법을 이용하여 재료의 포졸란 반응성을 평가할 수 있는 대안을 제안하고자 한다. 포졸란 재료의 경우 수산화칼슘수용액에 노출되면 용출된 실리카의 일부가 수용액 내부의 칼슘 성분과 반응하여 불용성의 고체를 생성하고 전해질 이온 농도가 감소함에 따라 이로 인해 전기전도도가 낮아지게 된다.
  • 따라서 본 연구에서는 이전의 연구에서 신뢰성이 검증된 수산화칼슘 감소율을 통해 포졸란반응에 정도를 정량적으로 확인하고, 압축강도의 측정을 통하여 역학적 성능에 미치는 영향을 파악한 후, 재료의 포졸란 반응성을 평가하였다. 또한 이러한 실험 결과를 전기전도도 측정법을 통해 얻은 실험결과와 비교하여 산업부산물 계열 재료의 포졸란 반응성 시험을 위한 최적의 방법을 제안하는 것을 본 연구의 목표로 한다.
  • 그리고 정량적인 지표로서 확인하기 위해서는 표준화된 시험방법의 제시 또한 필요할 것으로 사료된다. 본 연구에서는 Luxan이 제시한 방법을 일부 변형시켜 실험을 진행하였고, 해당 연구를 통해 전기전도도 시험방법의 가능성을 찾았다고 사료된다. 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같이 요약될 수 있다.
  • 본 연구에서는 국내에서 발생되는 산업부산물중 포졸란 반응성을 가지는 것으로 증명된 재료의 40±1℃ 수산화칼슘 수용액에서의 전기전도도 특성을 확인하고자 한다.
  • 본 연구에서는 전기전도도 측정법을 이용하여 다양한 산업부산물재료의 포졸란 반응성을 평가하는데 활용하고자 하였다. 포졸란 반응성 평가를 위해 전기전도도 시험방법을 이용하는 것은 아직 기초단계의 연구이며, 정확한 측정을 위해 고려해야 할 다양한 변수들이 존재한다.
  • 본 연구에서는 국내에서 발생되는 산업부산물중 포졸란 반응성을 가지는 것으로 증명된 재료의 40±1℃ 수산화칼슘 수용액에서의 전기전도도 특성을 확인하고자 한다. 이를 이용하여 제작한 시멘트 페이스트 시험체의 압축강도 특성을 분석하고 포졸란 반응에 의해 소모된 수산화칼슘 양을 정량화하여 전기전도도 시험법의 적합성을 우선적으로 검증하고자 한다. 이후 포졸란 반응성이 검증되지 않은 재료의 수산화칼슘 수용액에서의 전기전도도를 측정하고, 이를 활용한 시멘트 페이스트의 압축강도 및 수산화칼슘 감소율의 차이를 비교 분석하여 최종적으로 전기전도도 시험방법을 이용한 산업부산물 포졸란재료의 반응성 측정 방법을 제안하고자 한다.
  • 이를 토대로 본 연구에서는 산업부산물 재료에 보다 적합한 방법을 찾아내기 위하여 재료의 투입 후 4시간 동안 40±1℃ 환경에서 정치·교반 하면서 변화값을 측정하여 최적의 측정시간을 제안하고자 하였다.
  • 이를 이용하여 제작한 시멘트 페이스트 시험체의 압축강도 특성을 분석하고 포졸란 반응에 의해 소모된 수산화칼슘 양을 정량화하여 전기전도도 시험법의 적합성을 우선적으로 검증하고자 한다. 이후 포졸란 반응성이 검증되지 않은 재료의 수산화칼슘 수용액에서의 전기전도도를 측정하고, 이를 활용한 시멘트 페이스트의 압축강도 및 수산화칼슘 감소율의 차이를 비교 분석하여 최종적으로 전기전도도 시험방법을 이용한 산업부산물 포졸란재료의 반응성 측정 방법을 제안하고자 한다. Table 2는 본 연구의 실험인자 및 수준을 나타낸 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
산업부산물 계열 재료를 활용한 포졸란 재료의 종류는? 현대에 이르러서는 천연 포졸란 재료의 부족과 산업 부산물의 재활용 경향에 기인하여 건설업계에서 활용되는 대부분의 포졸란 재료는 산업부산물 계열의 재료를 활용하는 것으로 변화되고 있다. 대표적인 예시로서는 실리카 퓸, 플라이애쉬, 메타카올린 등이 있으며, 고로슬래그와 같이 잠재수경성 뿐만 아니라 일정부분의 포졸란 반응성을 가지는 재료도 존재한다. 이러한 산업부산물 포졸란재료는 콘크리트의강도, 내구성 및 내화학성을 개선하는데 성공적으로 활용되어져 왔으며, 특히 일반적으로 포졸란 반응성이 높다고 알려진 천연 화산재, 메타카올린[2], 실리카퓸[3], 및 소성왕겨등의 재료들은 콘크리트의 강도 및 내구성의 향상에 밀접한영향을 가지는 것으로 밝혀졌다.
산업부산물 포졸란재료가 활용된 곳은? 대표적인 예시로서는 실리카 퓸, 플라이애쉬, 메타카올린 등이 있으며, 고로슬래그와 같이 잠재수경성 뿐만 아니라 일정부분의 포졸란 반응성을 가지는 재료도 존재한다. 이러한 산업부산물 포졸란재료는 콘크리트의강도, 내구성 및 내화학성을 개선하는데 성공적으로 활용되어져 왔으며, 특히 일반적으로 포졸란 반응성이 높다고 알려진 천연 화산재, 메타카올린[2], 실리카퓸[3], 및 소성왕겨등의 재료들은 콘크리트의 강도 및 내구성의 향상에 밀접한영향을 가지는 것으로 밝혀졌다.
반응성이 큰 포졸란 재료가 가지는 공통적인 특징은? 반응성이 큰 포졸란 재료가 가지는 공통적인 특징으로는높은 비결정성, 미세한 입도, 높은 비표면적으로 보고되어져있다. 반면, 이러한 물성을 완벽하게 만족하지 못하는 플라이애쉬와 같은 포졸란 재료들은 초기강도의 발현은 더디지만 장기적으로 내구성을 개선하는 재료로서 활용된다.
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참고문헌 (5)

  1. Moropoulou, Antonia, Asterios Bakolas, Eleni Aggelakopoulou. Evaluation of pozzolanic activity of natural and artificial pozzolans by thermal analysis. Thermochimica Acta. 2004 Oct;420(1):135-40. 

  2. Wild, S., J. M. Khatib, A. Jones. Relative strength, pozzolanic activity and cement hydration in superplasticised metakaolin concrete. Cement and concrete research. 1996 Oct;26(10):1537-44. 

  3. M.J Shannag. High strength concrete containing natural pozzolan and silica fume. Cement and Concrete Composites. 2000 Dec;22(6):339-406. 

  4. Luxan, MP de, F. Madruga, and J. Saavedra. Rapid evaluation of pozzolanic activity of natural products by conductivity measurement. Cement and concrete research. 1989 Jan;19(1):63-8. 

  5. Kim HY, Kang BH. An Experimental Study on the Pozzolan Reaction of discarded Bentonite by the Cooling Method after Heat Treatment. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2002 Aug;2(3):139-46 

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