국내 시멘트 산업은 시멘트 제조 시 발생되는 $CO_2$를 감축하기 위해 $CO_2$발생의 주요 요인인 클링커 대신 시멘트 대체재료 사용을 확대하기 위한 다양한 기술 개발을 위해 노력하고 있다. 이에, 최근 플라이애시를 다량 치환한 하이볼륨 플라이애시 시멘트(HVFC)에 대한 연구 가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 플라이애시의 다양한 장점에도 불구하고 낮은 조기강도 발현 특성이 플라이애시를 다량으로 활용한 바인더의 현장적용에 있어서 가장 큰 문제로 지적되고 있다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하고자 플라이애시 혼입률에 따른 HVFC 페이스트의 수화 및 압축강도 특성을 파악하기 위해, 플라이애시 혼입률 0~80%의 배합을 이용하여 실험을 수행하였다. 실험결과 낮은 물-바인더 비에 의한 HVFC 페이스트 배합은 초기 재령에서의 낮은 압축강도의 한계점을 극복할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 중량비의 50% 이상이 플라이애시로 치환된 페이스트의 응결시간이 증가하는 경향을 보아, 플라이애시 중량비 50%는 충진 효과의 임계점으로 판단된다.
국내 시멘트 산업은 시멘트 제조 시 발생되는 $CO_2$를 감축하기 위해 $CO_2$발생의 주요 요인인 클링커 대신 시멘트 대체재료 사용을 확대하기 위한 다양한 기술 개발을 위해 노력하고 있다. 이에, 최근 플라이애시를 다량 치환한 하이볼륨 플라이애시 시멘트(HVFC)에 대한 연구 가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 플라이애시의 다양한 장점에도 불구하고 낮은 조기강도 발현 특성이 플라이애시를 다량으로 활용한 바인더의 현장적용에 있어서 가장 큰 문제로 지적되고 있다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하고자 플라이애시 혼입률에 따른 HVFC 페이스트의 수화 및 압축강도 특성을 파악하기 위해, 플라이애시 혼입률 0~80%의 배합을 이용하여 실험을 수행하였다. 실험결과 낮은 물-바인더 비에 의한 HVFC 페이스트 배합은 초기 재령에서의 낮은 압축강도의 한계점을 극복할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 중량비의 50% 이상이 플라이애시로 치환된 페이스트의 응결시간이 증가하는 경향을 보아, 플라이애시 중량비 50%는 충진 효과의 임계점으로 판단된다.
Recently, researches on High-Volume Fly ash Cement(HVFC), which is replacing high portion of cement to fly ash, have been actively conducted to reduce $CO_2$ formation. Though HVFC has various advantages, low strength development in early ages is pointed out as the biggest problem in the ...
Recently, researches on High-Volume Fly ash Cement(HVFC), which is replacing high portion of cement to fly ash, have been actively conducted to reduce $CO_2$ formation. Though HVFC has various advantages, low strength development in early ages is pointed out as the biggest problem in the application of fly ash. In order to overcome such limitations, this study investigated the hydration and compressive strength characteristics of HVFC paste depending on the fly ash content with the mixing ratio varying from 0 to 80 %. Experimental results show that the HVFC paste with low water-binder ratio can overcome the limitation of low compressive strength at early ages. Also, from the result of heat flow delay, 50 % of fly ash weight ratio was the critical point of the filler effect.
Recently, researches on High-Volume Fly ash Cement(HVFC), which is replacing high portion of cement to fly ash, have been actively conducted to reduce $CO_2$ formation. Though HVFC has various advantages, low strength development in early ages is pointed out as the biggest problem in the application of fly ash. In order to overcome such limitations, this study investigated the hydration and compressive strength characteristics of HVFC paste depending on the fly ash content with the mixing ratio varying from 0 to 80 %. Experimental results show that the HVFC paste with low water-binder ratio can overcome the limitation of low compressive strength at early ages. Also, from the result of heat flow delay, 50 % of fly ash weight ratio was the critical point of the filler effect.
본 연구에서는 플라이애시 혼입률에 따른 HVFC 페이스트의 수화 및 압축강도 특성을 파악하기 위해, 플라이애시 혼입률 0∼80%의 배합을 이용하여 실험을 수행하였으며, 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
본 연구에서는 실험결과의 명확한 비교를 위해 모든 페이스트 시험체는 중량 배합을 이용하여 제작하였다. 시멘트와 플라이애시의 균일한 혼합을 위하여 페이스트 배합전에 V-믹서를 이용해 혼합한 후 바인더로 사용하였다.
이에 본 연구에서는 플라이애시 혼입률에 따른 HVFC 페이스트의 수화 및 조기강도 특성을 연구하고자 한다. 이를 위해 0~80%의 플라이애시 혼입률에 대해 응결, 압축강도, 미소수 화열 및 화학수축 분석을 수행하였다.
대상 데이터
시멘트는 KS L 5201에 적합한 국내 S사에서 시판된 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)를 사용하였으며, 분말도와 밀도는 각각 3,499 cm2/g, 3.13 g/cm3 이었다. 시멘트 화학성분에 기초 하여 Bogue식에 의한 C3S, C2S, C3A, C4AF 성분의 계산 값은 각각 51.
2%이다. 플라이애시는 KS L5211에 적합한 국내 S 발전소에서 생산된 정제 플라이애시를 사용하였으며 분말도는 393 m2/kg, 비중은 2.7 g/cm3 이다. 플라이애시는 화학성분상 ASTM C 618에 의한 Class F에 해당한다.
이론/모형
페이스트의 응결시간은 ISO 9597 ‘비카트 침에 의한 수경성 시멘트의 응결시간 시험 방법’에 따라 ACMEL사 PA8 automatic setting time tester를 사용하여 시멘트를 100% 사용한 시험체 기준으로 플라이애시 혼입률을 총 8수준(0∼ 80wt%)로 나누어 각각 초결과 종결 시간을 측정하였다.
성능/효과
1) 플라이애시 중량비 40%를 혼입한 Fly ash 40% 까지는 모두 비슷한 경화속도를 보였으나, 중량비 50%를 혼입한 Fly ash 50%부터 응결시간이 점차 증가하는 경향을 보아 플라이애시 중량비 50%는 충진 효과의 임계점으로 판단된다.
2) 플라이애시 혼입률이 증가할수록 모든 재령에서 강도저하가 발생하며 강도발현 속도 또한 지연되었으며, 물-바인더비가 증가할수록 압축강도가 감소하는 것으로 나타났다.
3) 누적발열량의 경우 플라이애시의 혼입률이 증가할수록 시멘트에 비해 더욱 길어지고 증가된 유도기 때문에 발열 곡선의 기울기가 낮은 결과를 보였다.
4) 바인더 중량에 따른 화학수축에 의한 부피 변화는 플라이애시의 혼입률이 증가할수록 화학 수축량은 감소하였다. 반면, 단위 시멘트 중량에 따른 화학수축에 의한 부피 변화는 플라이애시의 혼입률이 증가할수록 시멘트의 수화 반응이 촉진되고 화학 수축량이 증가하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
HVFC의 장점은?
이처럼 HVFC의 경우 낮은 수화열에 의한 온도 상승 억제, 우수한 내구성, 환경부하 저감 등 다양한 장점이 있음에도 불구하고 기존 시멘트 콘크리트 배합에 비해 낮은 조기강도 발현 특성이 플라이애시를 다량으로 활용한 바인더의 현장적용에 있어서 가장 큰 문제로 지적되고 있다.
HVFC의 가장 큰 문제점은?
이처럼 HVFC의 경우 낮은 수화열에 의한 온도 상승 억제, 우수한 내구성, 환경부하 저감 등 다양한 장점이 있음에도 불구하고 기존 시멘트 콘크리트 배합에 비해 낮은 조기강도 발현 특성이 플라이애시를 다량으로 활용한 바인더의 현장적용에 있어서 가장 큰 문제로 지적되고 있다.
시멘트 대체 재료 사용확대를 위한 다양한 기술 중 넞운 수화열 및 우수한 내구성은으로 인해 널리 사용되고 있는 재료는?
국내 시멘트 산업은 시멘트 제조 시 발생되는 CO2를 감축하기 위해 CO2발생의 주요 요인인 클링커 대신 시멘트 대체 재료 사용을 확대하기 위한 다양한 기술 개발을 위해 노력하고 있다. 특히 플라이애시는 화력발전소에서 연소과정 중 발생되는 부산물 중 하나로 낮은 수화열 및 우수한 내구성능을 발현하기 때문에 시멘트 혼합재료로 널리 사용되고 있다.
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