[논문]혼화재료에 따른 지오폴리머의 강도 및 건조수축

양주경; 김효정

doi:10.11112/jksmi.2019.23.1.45

혼화재료에 따른 지오폴리머의 강도 및 건조수축
Strength and Shrinkage of Geopolymer Mortar with Mineral Admixtures 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.23 no.1, 2019년, pp.45 - 53

양주경 (청운대학교 토목환경공학과) , 김효정 (제이엔티아이엔씨)

초록
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본 연구에서는 지오폴리머 결합재인 고로슬래그를 분쇄할 때 석고의 혼입 여부, 고로슬래그와 플라이애시의 혼합비율과 수축저감제 첨가 여부를 변수로 하여 실험하였다. 실험에서는 슬럼프플로우를 측정하여 작업성을 파악하였으며, 압축강도와 휨강도 및 건조수축을 측정하여 역학적 성능을 파악하였다. 석고를 혼입한 고로슬래그는 혼입하지 않은 고로슬래그에 비해 슬럼프플로우가 커지는 경향을 보였으며, 고로슬래그와 플라이애시의 혼합비율이 5:5인 경우가 혼합비율이 8:2인 경우보다 슬럼프플로우가 커지는 경향을 보여 석고와 플라이애시가 지오폴리머의 작업성을 높여주는 것으로 나타났다. 석고를 혼입하지 않은 고로슬래그를 사용한 지오폴리머는 석고를 혼입한 고로슬래그를 사용한 경우보다 압축강도와 휨강도가 모두 크게 나타났으며, 고로슬래그와 플라이애시의 혼합비율이 8:2인 경우가 혼합비율이 5:5인 경우보다 압축강도와 휨강도가 커지는 경향을 보였다. 석고를 혼입하지 않은 고로슬래그를 사용하고 플라이애시의 혼합비율을 높일수록 건조수축은 감소되었으며 수축저감제도 지오폴리머의 건조수축 저감에 효과적임을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Slump flow, compressive strength, flexural strength and drying shrinkage were measured to evaluate workability and mechanical performance of geopolymer. Experimental parameters include the addition of gypsum, blending ratio of blast furnace slag and fly ash and addition of shrinkage reducing agent. Geopolymer using blast furnace slag mixed with gypsum showed larger slump flow than blast furnace slag without gypsum. The slump flow when blending ratio of blast furnace slag and fly ash is 5:5 tended to be larger than the slump flow when blending ratio is 8:2. Geopolymer using blast furnace slag without gypsum showed higher compressive strength and flexural strength than blast furnace slag mixed with gypsum. Compressive strength and flexural strength tended to be higher when blending ratio of blast furnace slag and fly ash was 8:2 than when blending ratio was 5:5. Drying shrinkage decreased with increasing fly ash and blast furnace slag without gypsum, and it was found that shrinkage reducing agent is effective to reduce drying shrinkage of geopolymer.

주제어

표/그림 (21)

그림 Fig. 1 Slump flow measurement
그림 Fig. 4 Slump flow with gypsum
그림 Fig. 2 Flexural strength measurement
그림 Fig. 3 Shrinkage measurement
표 Table 1 Mix proportions
그림 Fig. 5 Compressive strength with binder ratio
그림 Fig. 6 Compressive strength with shrinkage reducing agent
그림 Fig. 7 Flexural strength with binder ratio
그림 Fig. 8 Flexural strength with shrinkage reducing agent
그림 Fig. 9 Shrinkage with gypsum
그림 Fig. 10 Slump flow without gypsum
그림 Fig. 11 Compressive strength without gypsum
그림 Fig. 12 Flexural strength without gypsum
그림 Fig. 13 Shrinkage without gypsum
그림 Fig. 14 Comparison of Slump flow
그림 Fig. 15 Comparison of compressive strength with binder ratio
그림 Fig. 16 Comparison of compressive strength with shrinkage reducing agent
그림 Fig. 17 Comparison of flexural strength with binder ratio
그림 Fig. 18 Comparison of flexural strength with shrinkage reducing agent
그림 Fig. 19 Comparison of shrinkage without shrinkage reducing agent
그림 Fig. 20 Comparison of shrinkage with shrinkage reducing agent

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 지오폴리머의 결합재인 고로슬래그를 분쇄할 때 석고의 혼입 여부, 고로슬래그와 플라이애시의 혼합비율과 수축저감제 첨가 여부를 변수로 하여 실험을 계획하였다. 굳지 않은 상태에서는 슬럼프플로우를 측정하여 작업성을 파악하고자 하였으며, 굳은 상태에서는 압축강도 및 휨강도를 측정하여 역학적 성능을 파악하고자 하였다. 또한 건조 수축에 의한 길이변화량을 측정하여 실험변수에 따른 건조수축의 변화를 파악하고자 하였다.
굳지 않은 상태에서는 슬럼프플로우를 측정하여 작업성을 파악하고자 하였으며, 굳은 상태에서는 압축강도 및 휨강도를 측정하여 역학적 성능을 파악하고자 하였다. 또한 건조 수축에 의한 길이변화량을 측정하여 실험변수에 따른 건조수축의 변화를 파악하고자 하였다.
2001). 본 연구에서는 고로슬래그 분쇄시 석고의 혼입여부, 고로슬래그와 플라이애시의 혼합비율과 건 조수축을 줄이기 위해 사용한 수축저감제의 첨가 여부에 따른 지오폴리머의 건조수축 변화를 평가하고자 하였다. 또한, 굳지 않은 상태의 슬럼프플로우를 측정하여 작업성을 파악하고, 굳은 상태의 압축강도와 휨강도를 측정하여 강도특성을 비교·분석하였다.

제안 방법

건조수축은 Fig. 3과 같이 버니어캘리퍼스를 이용하여 KS F 2424에 준하여 14일간 측정하여 구하였다.
또한, 굳지 않은 상태의 슬럼프플로우를 측정하여 작업성을 파악하고, 굳은 상태의 압축강도와 휨강도를 측정하여 강도특성을 비교·분석하였다.
본 연구에서는 지오폴리머의 결합재인 고로슬래그를 분쇄할 때 석고의 혼입 여부, 고로슬래그와 플라이애시의 혼합비율과 수축저감제 첨가 여부를 변수로 하여 실험을 계획하였다. 굳지 않은 상태에서는 슬럼프플로우를 측정하여 작업성을 파악하고자 하였으며, 굳은 상태에서는 압축강도 및 휨강도를 측정하여 역학적 성능을 파악하고자 하였다.
2 참조). 시험체는 20℃에서 양생하였으며, 재령 3, 14, 28일에 강도를 측정하였다.
지오폴리머의 건조수축을 저감시키기 위하여 글로클즈계 액상 수축저감제를 사용하였다.

대상 데이터

배합의 비빔은 KS L 5109에 따라 약 5 리터전동식 혼합기를 사용하였다. 먼저 혼합수와 액상 혼화제를 용기 안에 넣고 결합재를 혼입하여 저속으로 15초간 혼합한 후 모래를 넣고 15초간 비빔하였다.
본 연구에 사용된 고로슬래그는 분쇄시 석고를 혼입한A-type과 석고를 혼입하지 않고 분쇄한 B-type의 고로슬래그이다. 단위중량은 2.
사용한 규사는 파쇄 가공을 하지 않았으며, SiO2 함량이 70% 이상이고 점토분이 2 % 미만인 18∼30 매쉬(0.7∼1.2 mm)의 천연규사로 흔히 쓰이는 샌딩사를 사용하였다.
지오폴리머 결합재의 잠재수경성 활성화를 위해 사용한 알 칼리활성화제는 수산화나트륨(NaOH, 순도 98%) 12 M농도로 하여, 공업용 규산나트륨 (Na2O·SiO2·H2O, 37.8%)과 중량비로 희석하여 사용하였다.
플라이애시로는 단위중량 2.2 g/㎤, 분말도 3300 ㎠/g인 국내 Y사의 2종 플라이애시를 사용하였다.

이론/모형

굳지 않은 상태의 슬럼프플로우 측정은 KS L 5111을 준용하였으며, Fig. 1은 슬럼프플로우를 측정하는 모습을 보여준다. 모르타르 압축강도는 KS L 5105(시멘트모르타르의 압축 강도시험)에 따라 한 변이 50.
1은 슬럼프플로우를 측정하는 모습을 보여준다. 모르타르 압축강도는 KS L 5105(시멘트모르타르의 압축 강도시험)에 따라 한 변이 50.8 mm인 입방체를 제작하여 측정하였다. 휨강도 측정을 위해 KS F 2477에 준하여 40×40×160 ㎜ 공시체를 제작하였으며 KS F 2408에 따라 측정하였다(Fig.
휨강도 측정을 위해 KS F 2477에 준하여 40×40×160 ㎜ 공시체를 제작하였으며 KS F 2408에 따라 측정하였다(Fig. 2 참조).

성능/효과

1)석고를 혼입한 고로슬래그는 혼입하지 않은 고로슬래그에 비해 슬럼프플로우가 커지는 경향을 보여 석고가 지오폴 리머의 작업성을 높여주는 것으로 나타났다. 또한, 석고 혼입과 수축저감제 사용 여부에 관계없이 고로슬래그와 플라이애시의 혼합비율이 5:5인 경우가 혼합비율이 8:2인 경 우보다 슬럼프플로우가 커지는 경향을 보여 플라이애시가 지오폴리머의 작업성을 높여주는 것으로 나타났다.
2)석고를 혼입하지 않은 고로슬래그를 사용한 경우는 석고를 혼입한 고로슬래그를 사용한 경우보다 압축강도와 휨강도가 모두 크게 나타났다. 또한, 석고 혼입과 수축저감제 사용 여부에 관계없이 고로슬래그와 플라이애시의 혼합비율이 8:2인 경우가 혼합비율이 5:5인 경우보다 압축강도와 휨강도가 커지는 경향을 보였다.
3)석고를 혼입하지 않은 고로슬래그를 사용하면 석고를 혼입 한 고로슬래그를 사용한 경우보다 건조수축이 감소되었다. 고로슬래그와 플라이애시의 혼합비율이 5:5인 경우가 8:2인 경우보다 건조수축이 작았다.
따라서 석고를 혼입하면 지오폴리머의 압축강도와 휨강도가 증가하는 것으로 알려져 있다. 그러나 본 연구에서의 실험결과, 석고를 혼입한 경우보다 석고를 혼입하지 경우의 압축강도와 휨강도가 모두 크게 나타났다. Hahm and Kim(2012)의 연구에서는 석고를 혼입할 경우, 초기 고로슬래그의 활성화 반응에 영향을 주어 응결촉진과 강도발현에 효과적이지만, 일정 석고 혼입률 이상 이 되면 압축강도가 저하될 수 있으며, 알칼리활성화제의 농도 등에 따라 그 강도발현의 정도는 달라질 수 있음을 언급하였다.
이는 플라이애시의 형상이 구형의 미립자로 이루어져 있어 구형의 미립자가 결합재 간의 엉킴을 방지하는 볼베어링과 같은 역할을 하여 작업성(workability)을 개선하기 때문인것으로 여겨진다(Hwang 2011). 따라서 고로슬래그와 플라이애시 혼합시, 플라이애시 치환양이 많아질수록 슬럼프플로우가 증가하는 것을 알 수 있다.
1)석고를 혼입한 고로슬래그는 혼입하지 않은 고로슬래그에 비해 슬럼프플로우가 커지는 경향을 보여 석고가 지오폴 리머의 작업성을 높여주는 것으로 나타났다. 또한, 석고 혼입과 수축저감제 사용 여부에 관계없이 고로슬래그와 플라이애시의 혼합비율이 5:5인 경우가 혼합비율이 8:2인 경 우보다 슬럼프플로우가 커지는 경향을 보여 플라이애시가 지오폴리머의 작업성을 높여주는 것으로 나타났다.
고로슬래그와 플라이애시의 혼합비율이 5:5인 경우가 8:2인 경우보다 건조수축이 작았다. 또한, 수축저감제를 사용하면, 석고의 혼입 여부와 고로슬래그와 플라이애시의 혼합비율에 관계없이 건조수축이 줄어들어 건조수축 저감에 효과적임을 알 수 있었다.
Hahm and Kim(2012)의 연구에서는 석고를 혼입할 경우, 초기 고로슬래그의 활성화 반응에 영향을 주어 응결촉진과 강도발현에 효과적이지만, 일정 석고 혼입률 이상 이 되면 압축강도가 저하될 수 있으며, 알칼리활성화제의 농도 등에 따라 그 강도발현의 정도는 달라질 수 있음을 언급하였다. 본 연구에서는 알칼리활성화제인 수산화나트륨의 농도가 12 M로 높으며, 높은 농도에 인하여 고로슬래그 미분말과 석고 혼합물의 수화반응이 증가되어 과도한 응결촉진의 의해 압축강도와 휨강도가 저하된 것으로 판단된다.
석고를 혼입한 고로슬래그를 사용한 지오폴리머(A1∼A8) 결과와 같이 수축 저감제 혼입 여부에 관계없이 고로슬래그와 플라이애시의 혼합비율이 5:5인 경우(B6, B8)가 8:2(B5, B7)인 경우보다 슬 럼프플로우가 커지는 경향을 보였다.
6에서 보는 바와 같이 고로슬래그와 플라이 애시의 혼합비율에 관계없이 수축저감제를 첨가하면 압축강도가 저하되는 것을 알 수 있다. 수축저감제를 혼입하면 압축강도가 저하되는 것으로 보아, 수축저감제가 지오폴리머 압축강도 발현에 부정적인 영향을 미치는 것으로 판단된다.
2012). 하지만 본 연구에서는 20℃에서 양 생하였기 때문에 플라이애시 치환양이 커질수록 압축강도가 작아지는 경향을 보였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고로슬래그의 장점은 무엇인가?	고로슬래그는 선철을 제조하는 제철소 내의 고로 공정에서 발생하는 부산물이다. 잠재수경성을 지니므로 자체적으로 수화반응을 일으켜 포틀랜드시멘트와 혼합하여 사용할 때 수산화칼슘(Ca(OH)2)이나 황산염의 작용에 의해 경화가 촉진되고, 장기강도의 증진, 수화열 발열 속도의 저감 등의 효과를 얻을 수 있어 우수한 품질의 제품을 얻을 수 있다(Kwon 2013). 고로슬래그는 화학성분 및 분말도에 따라 종류를 나눌 수 있으며, 석고류가 첨가된 고로슬래그 분말은 석고류가 첨가되지 않은 고로슬래그보다 CaO 함유량이 많고, 겉보기상 고로슬래그 염기도가 커진다.
	고로슬래그란 무엇인가?	고로슬래그는 선철을 제조하는 제철소 내의 고로 공정에서 발생하는 부산물이다. 잠재수경성을 지니므로 자체적으로 수화반응을 일으켜 포틀랜드시멘트와 혼합하여 사용할 때 수산화칼슘(Ca(OH)2)이나 황산염의 작용에 의해 경화가 촉진되고, 장기강도의 증진, 수화열 발열 속도의 저감 등의 효과를 얻을 수 있어 우수한 품질의 제품을 얻을 수 있다(Kwon 2013).
	일반적으로 염기도가 높으면 콘크리트의 강도는 어떻게 되는가?	고로슬래그는 화학성분 및 분말도에 따라 종류를 나눌 수 있으며, 석고류가 첨가된 고로슬래그 분말은 석고류가 첨가되지 않은 고로슬래그보다 CaO 함유량이 많고, 겉보기상 고로슬래그 염기도가 커진다. 일반적으로 염기도가 높을수록 콘크리트의 강도는 향상되는 것으로 알려져 있다(Lim 2018). 석고는 보통포틀랜드시멘트를 분쇄할 때 응결조절 용도로 혼입하여 사용하며, 고로슬래그를 건조하여 분쇄할 때 석고를 첨가하게 된다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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