[논문]CO2 양생을 이용한 Mg(OH)2 혼입 시멘트 페이스트의 물리화학적 특성

진정심; 이한승

doi:10.5345/jkibc.2018.18.3.203

CO2 양생을 이용한 Mg(OH)2 혼입 시멘트 페이스트의 물리화학적 특성
Physicochemical Properties of Cement Paste Containing Mg(OH)2 Cured by CO2 curing Method 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.18 no.3, 2018년, pp.203 - 210

진정심 (Department of Architectural System Engineering, HanYang University) , 이한승 (Department of Architectural and Architectural Engineering, HanYang University (ERICA))

초록
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철근콘크리트 구조물의 장수명화가 대두됨에 따라 내구성 문제에 대한 중요성이 증대되고 있다. 이에 대해 본 연구에서는 $Mg(OH)_2$를 혼입한 시멘트 페이스트의 탄산화 저항성에 대한 연구를 진행하였다. $Mg(OH)_2$가 $CO_2$의 고정 재료로서 5%, 10%, 15%의 비율로 $Mg(OH)_2$를 보통 시멘트 페이스트에 치환하여 $CO_2$ 농도 20%, 상대습도 60%, 온도 $20^{\circ}C$의 환경에서 양생 시킨 3, 7, 14, 28일 후에 탄산화 깊이 측정, 압축강도 측정, XRD, TG/DTA, MIP과 SEM등을 통해 샘플의 특성에 대해 연구를 진행했다. 그 결과, $Mg(OH)_2$의 혼입률이 증가할수록 탄산화 깊이가 더 작아지며 $Mg(OH)_2$ 혼입한 페이스트는 Magnesium calcite가 형성되어, $0.3{\mu}m$ 이하의 공극 비율이 높아 탄산화 저항성이 더 높아지는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Corrosion of the rebar is one of the main factors affecting the durability of reinforced concrete in the world which lead to the failure of the reinforced concrete structures. In this research, a new method of fixing $CO_2$ is practiced to improve the carbonation resistance of the concrete. Brucite($Mg(OH)_2$), a kind of common $CO_2$ fixation materials, was added into ordinary Portland cement paste. Samples containing 0%, 5%, 10%, and 15% $Mg(OH)_2$ were exposed to an accelerated carbonation curing regime with 20% concentration of $CO_2$, 60% relative humidity, and a temperature of $20^{\circ}C$ until tested at 3d, 7d, 14d and 28d. After 28d of $CO_2$ accelerated curing, in the paste containing $Mg(OH)_2$, magnesian calcite was detected by SEM-EDX. Meanwhile, the paste containing $Mg(OH)_2$ exhibit the better pore distribution than ordinary Portland cement paste and the compressive strength of the cement paste containing $Mg(OH)_2$ were more than 50Mpa.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 Mg 계열의 물질 중 Mg(OH)₂가 혼입된 시멘트 페이스트의 CO₂ 양생에 따른 물리화학적 특성에 대하여 분석하고자 한다.

제안 방법

Thermogravimetry / differential thermal analysis(TG-DTA), X-ray diffraction analysis(XRD), Scanning electron microscope/energy dispersive spectrometeranalysis(SEM/EDX)를 이용하여 각각 시험체의 탄산화 된 부분의 수화생성물을 확인하기 위해 탄산화 된 부분과 탄산화 되지 않은 부분을 분리 하였고, 탄산화 된 부분의 시료를 분쇄 하여 150㎛ 이하의 분말을 채취하였다. TG-DTA의 승온속도는 10℃/min으로 1000℃까지 측정을 실시하였으며, XRD 분석은 4°/min로 2θ=10∼70° 범위에서 측정을 실시하였다.
압축강도 측정을 위해 50mm × 50mm × 50mm 크기의 공시체를 제작하였고, CO₂ 양생 재령 3일, 7일, 14일, 28일 후 시험체의 압축강도를 30Ton급 UTM을 이용하여 각 재령별 3개의 시험체에 대한 압축강도를 측정하여 평균값을 산출하였다.
탄산화 깊이 측정을 위하여 각 시험체를 1일간 기건양생 후 CO₂ 농도 20%, 온도 20℃, 상대습도 60%의 조건으로 CO₂ 양생 실시하였다. 시험체 CO₂ 양생 후 재령 3일, 14일, 28일에 페놀프탈인 분무법으로 절단면의 탄산화 깊이를 측정하였다.

대상 데이터

시멘트는 KS L 5201에 준하는 국내 S사 1종 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며 Mg(OH)₂는 국내 A사의 제품을 사용하였다. Table 1은 XRF (X-Ray Fluorescence) 분석을 통한 실험에 사용한 보통포틀랜드시멘트의 화학조성을 나타내었다.

이론/모형

탄산화 깊이 결과에 의해 cutting기를 사용하여 각각 시험체의 탄산화 된 부분과 탄산화 되지 않은 부분을 분리하였다. 공극분포 측정을 위해서 탄산화 된 부분의 시료를 5mm 크기로 분쇄하였고 mercury intrusion porosity (MIP) 실험을 이용하여 공극분포의 측정을 실시하였다.
양생 실시하였다. 시험체 CO₂ 양생 후 재령 3일, 14일, 28일에 페놀프탈인 분무법으로 절단면의 탄산화 깊이를 측정하였다.

성능/효과

1) OPC 질량의 5%, 10%, 15%를 Mg(OH)₂로 치환한 시멘트 페이스트에서 Mg(OH)₂의 혼입률이 증가할수록 탄산화 깊이가 더 작아지는 결과를 나타냈다.
2) 시멘트 페이스트의 탄산화가 이루어졌을 때, OPC만을 사용한 시멘트 페이스트에서는 대부분이 Calcite가 형성되었으나, Mg(OH)₂를 혼입한 시멘트 페이스트에서는 Magnesium calcite이 추가 생성되는 것을 확인할 수 있었다.
3) 시멘트 페이스트 내 탄산화가 이루어졌을 때, 공극률이 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 탄산화 과정으로 Calcite가 생성되는 경우보다 Magnesium calcite가 형성 되는 경우에, 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트의 탄산화는 어떻게 진행되는가?	그중 콘크리트의 내구성에 큰 영향을 미치는 것이 탄산화이다. 콘크리트의 탄산화는 대기 중의 CO2가 구조물 내부로 침투하여 발생하는데 염기성을 띠는 수화물이 CO2가 용해되어 생긴 탄산이온(CO32-)과 화학반응을 하여 진행된다. 이러한 콘크리트의 탄산화는 구조물 내부의 pH를 저하시켜 철근 부식에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다[1,2].
	탄산염물질을 쉽게 형성하는 무기물질은 무엇이 있는가?	따라서 콘크리트 표면에서의 탄산화가 급격하게 진행되면 추후에 침투되는 CO2의 양은 줄일 수 있다는 가정 하에 시멘트 결합재의 탄산화 반응성을 높이는 방안이 필요하다. 시멘트 결합제로서 Ca, Mg계 무기물질은 다른 알칼리토금속이나 2가 양이온보다 탄산염물질을 쉽게 형성할 수 있는 것으로 알려져 있다[10,11]. 대표적 Mg 계열의 광물로는 사문석, 감람석, 활석 등이 있고, Ca 계열의 광물로는 규회석, γ-C2S 등이 있다[12,13,14].
	콘크리트 구조물의 탄산화로 인한 내구성 저하를 제어하기 위한 방법은 무엇이 있는가?	최근 콘크리트 구조물의 탄산화로 인한 내구성 저하를 제어하기 위하여 다양한 방법이 이용되고 있다. 주로 결합재의 종류, 물-결합재비[3], 표면 코팅처리[4,5], 감수제 종류[6,7] 등을 이용하여 탄산화에 대한 저항성을 향상시키는 것이 일반적이다. 이러한 방법들은 콘크리트 내 공극의 크기를 줄이거나 표면을 코팅하여 탄산화 반응 초기에 CO2의 침투를 억제하는 것에 초점을 맞추고 있다.

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