시멘트 계열 재료의 점도 저하용 혼화재료로서 폐석회석 미분말의 사용 가능성 분석 Feasibility Analysis of Wasted Limestone Powder as a Viscosity Reducing Material for Cement Based Materials원문보기
본 연구의 목적은 고강도 및 일반강도 영역의 물-결합재 비에 대해 시멘트계열 재료의 점도를 감소시키기는 것에 대한 정보를 제공하는 것이다. 시멘트 계열 재료의 유동성을 결정하는 것은 물-결합재 비 및 치환재료와 감수제가 있다. 이를 레올로지적으로 보았을 때 물-결합재 비가 낮은 경우 항복치와 점도를 낮추며 감수제의 경우 항복치 저감에 영향을 주지만 점도 저하에는 한계가 있다. 따라서 이 연구에서는 시멘트 계열 재료의 점도를 낮추기 위해 물-결합재 비에 따른 폐석회석 치환에 대한 점도 저하 가능성을 분석하였다. 실험 결과, 폐석회석을 치환하였을 경우 점도 저하의 효과가 있었으며 이는 시멘트 계열 재료의 점도 제어에 유의미한 결과를 주는 것으로 판단되었다. 따라서 본 연구의 결과는 시멘트 계열 재료의 점도를 낮추는 방안으로써 분체 치환에 의한 방안의 기초적인 자료가 될 것으로 생각된다.
본 연구의 목적은 고강도 및 일반강도 영역의 물-결합재 비에 대해 시멘트계열 재료의 점도를 감소시키기는 것에 대한 정보를 제공하는 것이다. 시멘트 계열 재료의 유동성을 결정하는 것은 물-결합재 비 및 치환재료와 감수제가 있다. 이를 레올로지적으로 보았을 때 물-결합재 비가 낮은 경우 항복치와 점도를 낮추며 감수제의 경우 항복치 저감에 영향을 주지만 점도 저하에는 한계가 있다. 따라서 이 연구에서는 시멘트 계열 재료의 점도를 낮추기 위해 물-결합재 비에 따른 폐석회석 치환에 대한 점도 저하 가능성을 분석하였다. 실험 결과, 폐석회석을 치환하였을 경우 점도 저하의 효과가 있었으며 이는 시멘트 계열 재료의 점도 제어에 유의미한 결과를 주는 것으로 판단되었다. 따라서 본 연구의 결과는 시멘트 계열 재료의 점도를 낮추는 방안으로써 분체 치환에 의한 방안의 기초적인 자료가 될 것으로 생각된다.
The aim of the research is providing a fundamental idea of reducing viscosity of cement based materials by replacing powder based material. With developing concrete technology, high performance concrete with high solid volume fraction has been used widely. Under the conditions of the high solid volu...
The aim of the research is providing a fundamental idea of reducing viscosity of cement based materials by replacing powder based material. With developing concrete technology, high performance concrete with high solid volume fraction has been used widely. Under the conditions of the high solid volume fraction due to the low w/c and replacement of SCMs, decreased fluidity is one of the critical problem, and thus plasticizer has been used to improve fluidity of the mixture. However, in rheological aspect, the fluidity of cement based materials can be defined with yield stress and viscosity, and using plasticizer only decreases yield stress without least controlling on viscosity. Therefore, based on the idea of Krieger-Dougherty model, a feasibility of wasted limestone powder from cement manufacturing process was used to decrease the viscosity of the mixture by replacing cement powder. According to a series of experiment, by replacing wasted limestone powder solely, there was a possibility of reducing viscosity was observed. Thus, in this research scope, it is considered to contribute on providing a fundamental idea of reducing viscosity with powder replacement and it is expected to contribute on further research using various conditions of replacing powders for reducing viscosity of cementitious materials.
The aim of the research is providing a fundamental idea of reducing viscosity of cement based materials by replacing powder based material. With developing concrete technology, high performance concrete with high solid volume fraction has been used widely. Under the conditions of the high solid volume fraction due to the low w/c and replacement of SCMs, decreased fluidity is one of the critical problem, and thus plasticizer has been used to improve fluidity of the mixture. However, in rheological aspect, the fluidity of cement based materials can be defined with yield stress and viscosity, and using plasticizer only decreases yield stress without least controlling on viscosity. Therefore, based on the idea of Krieger-Dougherty model, a feasibility of wasted limestone powder from cement manufacturing process was used to decrease the viscosity of the mixture by replacing cement powder. According to a series of experiment, by replacing wasted limestone powder solely, there was a possibility of reducing viscosity was observed. Thus, in this research scope, it is considered to contribute on providing a fundamental idea of reducing viscosity with powder replacement and it is expected to contribute on further research using various conditions of replacing powders for reducing viscosity of cementitious materials.
결국, 분체량이 높은 고성능 시멘트 계열 재료에 대한 유동성 증진대책으로서의 고성능 감수제의 사용은 항복치 저감으로 인해 유동을 시작하기 위한 외력을 저감하여 잘 흐르게는 만들지만, 소성점도 저감효과가 적어 재료의 유동속도가 느려져 타설이나 펌핑에 있어서 문제의 우려가 있다. 이에 본 연구에서는 분체량이 높은 고성능 시멘트 계열 재료를 대상으로 시멘트 제조과정 중에 석회석 분쇄과정 이후 CaCO3 성분이 부족하여 발생하는 폐석회석을 치환하여 점도를 저감할 수 있는지에 대한 가능성을 확인하기 위한 연구를 수행하였다. 즉, 폐석회석의 치환 여부에 대하여 고성능 시멘트 계열 재료의 점도 저하 정도 및 유동성 증진 여부에 대하여 평가하여 폐석회석의 점도 저하용 치환재료로서의 가능성을 분석하고자 한다.
가설 설정
본 연구에서는 시멘트 페이스트 상태에서 실험을 실시하였다. 시멘트는 일반적으로 사용되고 있는 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였다.
3 총 네 가지 물-결합재 비를 준비하였다. 시멘트 계열재료의 점성은 주로 물-결합재 비가 낮은 고성능영역에서 높기 때문에 점도 저하는 고성능 영역에서 유효하지만, 본 연구에서는 폐석회석 미분말의 활용 가능성에 주안을 두고 다소 높은 수준의 물-결합재 비도 준비하였다. 시멘트 페이스트의 점도 저하를 위한 방안으로는 두 가지 실험을 준비하였는데, 첫 번째 실험은 고성능 감수제를 사용하지 않은 조건에서 폐석회석 미분말을 단독으로 사용하였을 경우의 점도 변화를 측정하는 것이고, 두 번째는 감수제와 동시에 사용한 경우의 점도 변화를 측정하고자 하였다.
제안 방법
본 연구에서는 분체량이 많은 고성능 콘크리트 배합의 높은 소성점도를 낮추기 위한 방안으로서 시멘트 제조과정에서 발생하는 폐석회석 미분말을 활용하여 시멘트에 치환함으로써 시멘트 페이스트의 소성점도에 미치는 영향에 대해 실험을 진행하였다. 본 연구는 폐석회석 미분말의 활용 가능성을 확인하고자 하는 기초적인 연구로서 시멘트 생산공정에서 발생하는 폐석회석 미분말에 대해 추가적인 가공 없이 치환하여 사용하여 큰 폭의 점도 저하 효과를 달성할 수는 없었지만, 의미 있는 결과를 얻은 것으로 평가하며 향후 폐석회석 미분말의 입도를 조정한다면 보다 나은 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
시멘트 계열재료의 점성은 주로 물-결합재 비가 낮은 고성능영역에서 높기 때문에 점도 저하는 고성능 영역에서 유효하지만, 본 연구에서는 폐석회석 미분말의 활용 가능성에 주안을 두고 다소 높은 수준의 물-결합재 비도 준비하였다. 시멘트 페이스트의 점도 저하를 위한 방안으로는 두 가지 실험을 준비하였는데, 첫 번째 실험은 고성능 감수제를 사용하지 않은 조건에서 폐석회석 미분말을 단독으로 사용하였을 경우의 점도 변화를 측정하는 것이고, 두 번째는 감수제와 동시에 사용한 경우의 점도 변화를 측정하고자 하였다. 이때 사용된 고성능 감수제는 시멘트 질량에 대해 1%를 고정으로 혼입하였다.
대상 데이터
본 연구는 폐석회석 미분말을 치환에 따른 시멘트 페이스트의 점도 저하 가능성을 분석하기 위한 실험으로서 다음의 Table 1과 같은 실험계획을 준비하였다. 먼저, 시멘트 페이스트의 물-결합재 비는 일반강도 영역과 고강도 영역을 모두 확인하기 위하여 0.45, 0.4, 0.35 그리고 0.3 총 네 가지 물-결합재 비를 준비하였다. 시멘트 계열재료의 점성은 주로 물-결합재 비가 낮은 고성능영역에서 높기 때문에 점도 저하는 고성능 영역에서 유효하지만, 본 연구에서는 폐석회석 미분말의 활용 가능성에 주안을 두고 다소 높은 수준의 물-결합재 비도 준비하였다.
본 연구에서는 시멘트 페이스트 상태에서 실험을 실시하였다. 시멘트는 일반적으로 사용되고 있는 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 시멘트의 성질은 비중 3.
시멘트는 일반적으로 사용되고 있는 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 시멘트의 성질은 비중 3.15, 분말도 3,390cm2/g이었다.배합수는 수돗물을 사용하였다. 점도 저하를 위해 치환된 폐석회석은 시멘트공장에서 시멘트 제작과정에 발생하는 사용할 수 없는 폐석회석을 사용하였다.
성능/효과
1. 폐석회석 미분말을 단독으로 치환한 경우에 플로우 값에는 크게 영향을 주지는 못하였다. 다만, 물-결합재 비가 상대적으로 크거나 고성능 감수제와 동시에 사용하였을 경우에는 폐석회석 미분말을 소량 치환한 단계에서 미니 슬럼프 플로우의 증진이 관찰되었다.
2. 폐석회석 미분말을 치환한 경우에는 항복응력이 저감하는 양상이 관찰되었다. 특히, 고성능 감수제와 동시에 사용하는 경우에는 항복응력의 감소폭이 증가하여 폐석회석 미분말의 항복응력에 대한 작용은 고성능 감수제와 동시에 사용할 때 효과적임을 알 수 있었다.
결국, 미니 슬럼프 플로우 결과와 항복응력을 측정한 결과를 바탕으로 폐석회석 미분말의 유동성 증진 가능성에 대해 분석하면, 충분한 분산성이 확보된 상태에서 폐석회석 미분말이 항복응력 저감에 기여하는 것으로 생각된다. 즉, 분체 비율이 높은 고성능 콘크리트 배합에 있어서 폐석회석 미분말을 단독으로 사용하는 것은 항복응력 저감에 큰 영향을 주지 못하지만, 고성능 감수제와 동시에 사용할 경우에는 항복응력을 저감시킬 수 있고, 이러한 효과는 상대적으로 소량으로도 충분한 영향을 주는 것으로 판단되며 고성능 감수제를 다량 사용할 경우의 단점을 보완해 줄 것으로 판단된다.
후속연구
본 연구에서는 분체량이 많은 고성능 콘크리트 배합의 높은 소성점도를 낮추기 위한 방안으로서 시멘트 제조과정에서 발생하는 폐석회석 미분말을 활용하여 시멘트에 치환함으로써 시멘트 페이스트의 소성점도에 미치는 영향에 대해 실험을 진행하였다. 본 연구는 폐석회석 미분말의 활용 가능성을 확인하고자 하는 기초적인 연구로서 시멘트 생산공정에서 발생하는 폐석회석 미분말에 대해 추가적인 가공 없이 치환하여 사용하여 큰 폭의 점도 저하 효과를 달성할 수는 없었지만, 의미 있는 결과를 얻은 것으로 평가하며 향후 폐석회석 미분말의 입도를 조정한다면 보다 나은 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시멘트 페이스트의 유동성 측정을 위해 실시한 시험은?
시멘트 페이스트의 유동성 측정을 위해 미니 슬럼프 플로우 시험을 실시하였다. 본 연구에서 실시된 미니 슬럼프 플로우 시험은 KS L 5109의 테이블 플로우 시험에 사용되는 미니 슬럼프 콘을 사용하여 드롭테이블을 사용하지 않고 단순히 슬럼프 콘을 들어 올린 후의 시멘트 페이스트가 퍼진 길이를 측정하였다.
폐석회석 미분말 치환에 따른 시멘트 페이스트의 점도 저하와 동시에 유동성 변화양상을 파악하기 위해서는?
폐석회석 미분말 치환에 따른 시멘트 페이스트의 점도 저하와 동시에 유동성 변화양상을 파악하기 위해 미니슬럼프 플로우를 측정하였으며 레오미터를 활용하여 플로우 커브를 산출하고 이를 통해 항복응력과 소성점도를 계산하였다. 또한, 폐석회석 미분말 치환량에 따른 압축강도에 미치는 영향을 파악하기 위하여 선별된 배합에 한하여 압축강도를 3, 7, 28일에 측정하였다.
유동성 저하를 레올로지적으로 해석해 보았을 때, 높은 항복치 및 점성이 관찰된다. 이러한 유동성 저하를 보완하기 위한 방법으로는?
이러한 유동성 저하를 레올로지적으로 해석해 보았을 때, 높은 항복치 및 점성이 관찰된다. 이러한 유동성 저하를 보완하기 위한 방법으로 고성능 감수제가 활용되는데, 이는 Wallevik et al.(2011) 등의 보고에서 보는 바와 같이 항복응력의 저하에 효과가 있는 반면, 점성의 저감에는 효과를 보이지 못하는 것으로 알려져 있다.
참고문헌 (7)
Han, C.G., Heo, Y.S. (2005). Mineral admixture factors affecting rheological properties of cement paste, Journal of the Korea Institute of Building Construction, 5(2), 57-61 [in Korean].
Kim, W.J., Cho, C.G. (2008). "Experiment on rheological and flow characteristics of flowable concrete varying with SP and W/C ratio," Proceeding of Annual Conference of the Architectural institute of Korea, 571-574 [in Korean].
Krieger, I.M., Dougherty, T.J. (1959). A mechanism for nonnewtonian flow in suspensions of rigid spheres, Transactions of the Society of Rheology, 3(1), 137-52.
Lee, J.I., Lee, S.H. (2011). Rheological properties of limestone blended cement paste, Journal of the Korea Concrete Institute, 23(1), 481-482 [in Korean].
Sidney, M., Youg, J.F. (2008b). Concrete Second Edition: Fresh State Concrete, 214-234.
Sidney, M., Youg, J.F. (2008a). Concrete Second Edition: Fresh State Concrete, 566-583.
Wallevik, O.H., Jon, E.W. (2011). Rheology as a tool in concrete science: the use of rheographs and workability boxes, Cement and Concrete Research, 41(12), 1279-1288.
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