[국내논문]MgO-KH2PO4 몰비 변화에 따른 마그네시아-인산염 모르타르의 배합실험 Tests on Magnesium Phosphate Composite Mortar Mixtures with Different Molar Ratios of MgO-to-KH2PO4원문보기
본 연구에서는 중성급 pH와 30 MPa 이상의 압축강도를 갖는 마그네시아-인산칼륨 복합체(Magnesia-potassium phosphate composites, MKPC) 모르타르의 배합설계를 위하여 마그네시아(MgO)와 인산칼륨($KH_2PO_4$)의 혼합 몰비($M_{mp}$)를 30.4에서 3.4로 변화하였다. MKPC 모르타르의 응결시간은 $M_{mp}$가 감소함에 따라 짧아졌다. 재령 28일 강도로 일반화된 강도 발현율은 $M_{mp}$가 7.9이하인 배합의 경우 재령 1일에서 50~61% 수준이었으며, 재령 3일에서는 60~73% 수준으로서 초기재령에서 빠른 강도발현성능을 나타냈다. MKPC의 수화생성물인 스트루바이트-K의 양은 $M_{mp}$가 감소할수록 증가하였는데, 이로 인해 거대공극 분포도 감소하였다. MKPC 모르타르의 목표로 했던 성능을 고려하면, $M_{mp}$의 값은 5.1 이하가 요구되었다.
본 연구에서는 중성급 pH와 30 MPa 이상의 압축강도를 갖는 마그네시아-인산칼륨 복합체(Magnesia-potassium phosphate composites, MKPC) 모르타르의 배합설계를 위하여 마그네시아(MgO)와 인산칼륨($KH_2PO_4$)의 혼합 몰비($M_{mp}$)를 30.4에서 3.4로 변화하였다. MKPC 모르타르의 응결시간은 $M_{mp}$가 감소함에 따라 짧아졌다. 재령 28일 강도로 일반화된 강도 발현율은 $M_{mp}$가 7.9이하인 배합의 경우 재령 1일에서 50~61% 수준이었으며, 재령 3일에서는 60~73% 수준으로서 초기재령에서 빠른 강도발현성능을 나타냈다. MKPC의 수화생성물인 스트루바이트-K의 양은 $M_{mp}$가 감소할수록 증가하였는데, 이로 인해 거대공극 분포도 감소하였다. MKPC 모르타르의 목표로 했던 성능을 고려하면, $M_{mp}$의 값은 5.1 이하가 요구되었다.
The objective of this study is to seek a reliable mixture proportion for magnesium potassium phosphate composite(MKPC) mortars with a near-neutral pH value (below 9.5) and a relatively good compressive strength exceeding 30MPa. The main parameter selected was the molar ratios($M_{mp}$) of...
The objective of this study is to seek a reliable mixture proportion for magnesium potassium phosphate composite(MKPC) mortars with a near-neutral pH value (below 9.5) and a relatively good compressive strength exceeding 30MPa. The main parameter selected was the molar ratios($M_{mp}$) of $MgO-to-KH_2PO_4$ which varied from 30.4 to 3.4. The setting time of the MKPC mortars tended to shorten with a decrease in $M_{mp}$ value. With regard to the strength development ratio normalized by the 28-day strength, the ranges measured in the mortars with an $M_{mp}$ below 7.9 were 50~61% at 1 day and 60~73% at 3 days, indicating a highly rapid early-strength development. With a decrease in $M_{mp}$, the formation of struvite-K crystal identified as a primary hydration product increased, which led to the decrease of the macro-capillary pores in micro-structures. For achieving the targeted requirements for pH value and compressive strength, the $M_{mp}$ needs to be selected as below 5.1.
The objective of this study is to seek a reliable mixture proportion for magnesium potassium phosphate composite(MKPC) mortars with a near-neutral pH value (below 9.5) and a relatively good compressive strength exceeding 30MPa. The main parameter selected was the molar ratios($M_{mp}$) of $MgO-to-KH_2PO_4$ which varied from 30.4 to 3.4. The setting time of the MKPC mortars tended to shorten with a decrease in $M_{mp}$ value. With regard to the strength development ratio normalized by the 28-day strength, the ranges measured in the mortars with an $M_{mp}$ below 7.9 were 50~61% at 1 day and 60~73% at 3 days, indicating a highly rapid early-strength development. With a decrease in $M_{mp}$, the formation of struvite-K crystal identified as a primary hydration product increased, which led to the decrease of the macro-capillary pores in micro-structures. For achieving the targeted requirements for pH value and compressive strength, the $M_{mp}$ needs to be selected as below 5.1.
본 연구는 박테리아 활용 친환경 코팅재 개발을 위한 기초연구로서 박테리아의 지속적인 증식 및 생장성 확보를 위한 중성급(pH 9 수준) 코팅재의 모재로서 MKPC 모르타르의 배합특성을 평가하였다. MgO-KH2PO4의 Mmp 변화에 따른 MKPC 모르타르의 플로우, 응결시간, 압축강도 및 pH변화 등을 측정하였다.
제안 방법
본 연구는 박테리아 활용 친환경 코팅재 개발을 위한 기초연구로서 박테리아의 지속적인 증식 및 생장성 확보를 위한 중성급(pH 9 수준) 코팅재의 모재로서 MKPC 모르타르의 배합특성을 평가하였다. MgO-KH2PO4의 Mmp 변화에 따른 MKPC 모르타르의 플로우, 응결시간, 압축강도 및 pH변화 등을 측정하였다. MKPC의 반응생성물 및 공극분포특성은 X선 회절 분석(X-ray diffraction, XRD)과 수은압입법(Mercury intrusion porosimetry, MIP)을 통해 분석하였다.
MgO-KH2PO4의 Mmp 변화에 따른 MKPC 모르타르의 플로우, 응결시간, 압축강도 및 pH변화 등을 측정하였다. MKPC의 반응생성물 및 공극분포특성은 X선 회절 분석(X-ray diffraction, XRD)과 수은압입법(Mercury intrusion porosimetry, MIP)을 통해 분석하였다.
대상 데이터
마그네시아(MgO)는 소성온도에 따라 경소(600∼1,000℃) 중소(1,000∼1,400℃) 및 사소(1,400℃ 이상) MgO로 구분된다. 이 연구에서는 MKPC 모르타르를 제작하기 위하여 경소 및 중소 MgO에 비해 비교적 낮은 화학적 활성도를 갖는 비표면적 2,560cm2/g 및 밀도 3.24g/cm3의 사소 MgO를 활용하였다. 사소 MgO의 화학적 조성비 및 XRD 분석 결과를 각각 Table 1 및 Figure 1에 나타내었다.
성능/효과
2) MKPC 모르타르의 재령 1일에서의 압축강도는 28일 강도대비 평균 52% 수준으로서 초기 압축강도 발현속도는 증기 양생된 일반 시멘트 콘크리트와 유사한 수준으로 나타났다.
3) MKPC 모르타르의 압축강도 발현 및 중성수준의 pH를 고려하면, Mmp의 값은 3.4를 추천할 수 있었다.
4) MKPC의 수화생성물인 스트루바이트-K의 양은 Mmp가 감소할수록 증가하였는데, 이로 인해 거대 모세관 공극 분포도 감소하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
MPC는 주로 어떻게 제조되는가?
MPC는 주로 고온 소성의 MgO 및 1인산암모늄(NH4H2PO4)의 화학반응을 이용하여 제조되었다. 그러나 이 반응은 일정량의 암모니아 가스가 발생되기 때문에 환경오염의 가능성을 내포하고 있으며, 너무 빠른 응결특성으로 인해 가사시간의 확보 어려움 등의 제약이 따른다[10,11,12].
고온 소성의 MgO 및 1인산암모늄(NH4H2PO4)의 화학반응은 어떤 제약이 따르는가?
MPC는 주로 고온 소성의 MgO 및 1인산암모늄(NH4H2PO4)의 화학반응을 이용하여 제조되었다. 그러나 이 반응은 일정량의 암모니아 가스가 발생되기 때문에 환경오염의 가능성을 내포하고 있으며, 너무 빠른 응결특성으로 인해 가사시간의 확보 어려움 등의 제약이 따른다[10,11,12]. Chau et al.
MPC는 어떤 것이며 연구는 어떠한 추세인가?
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로서 속경성과 초기 재령에서의 높은 강도발현 성능을 나타내는 마그네시아-인산염 복합체(Magnesium-phosphate composite, MPC)의 활용이 시도되고 있다[4]. MPC는 보수·보강 재료뿐만 아니라 구조물을 보호하는 피복재나 마감재로서의 활용 가능성 또한 매우 높아 그 연구가 증가하고 있는 추세이다[5].
참고문헌 (17)
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Hong KN, Shin JS, Han SH, Seo DW, Ahn KG. Mechanical properties of very rapid hardening polymer mortar for concrete repair. Journal of the Korean Geoenvironmental Society. 2014 Aug;15(8):31-7.
Kang IS, Ahn MY, Paik MS, Jung SJ. A study on field and hydration properties ultra rapid hardening mortar using magnesia-phosphate cement. Journal of the Architectural Institute of Korea. 2008 Jul;24(2):79-86.
Kang IS, Ahn MY, Paik MS, Lim NG, Moon JS, Jung SJ. A study on the basic properties analysis of ultra rapid hardening mortar using magnesia-phosphate cement. Journal of the Architectural Institute of Korea. 2007 Aug;23(8):139-48.
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Yang Q, Wu X. Factors influencing properties of phosphate cement-based binder for rapid repair of concrete. Cement and Concrete Research. 1999 Mar;29(1):389-96.
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Masuda T, Ogino I, Mukai SR. Optimizing the dimensions of magnesium ammonium phosphate to maximize its ammonia uptake ability. Advanced Powder Technology. 2013 Mar;24(1):520-4.
Qiao F, Qiao CK, Li Z. Property evaluation of magnesium phosphate cement mortar as patch repair material. Construction and Building Materials. 2010 May;24(1):695-700.
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Vilas BS, Ravindranath TC. Synthesis and characterization of struvite-k crystals by agar gel. Journal of Crystallization Process and Technology. 2014 Oct;4(1):212-24.
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