[논문]폐콘크리트 미분말 치환율에 따른 이산화탄소 반응경화 시멘트의 광물상 분석

이향선; 송훈

doi:10.5345/jkibc.2024.24.2.181

폐콘크리트 미분말 치환율에 따른 이산화탄소 반응경화 시멘트의 광물상 분석
Mineralogical Analysis of Calcium Silicate Cement according to the Mixing Rate of Waste Concrete Powder 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.24 no.2, 2024년, pp.181 - 191

이향선 (Carbon Neutral Materials Center, Korea Institute of Ceramic Engineering and Technology) , 송훈 (Carbon Neutral Materials Center, Korea Institute of Ceramic Engineering and Technology)

초록
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석회석은 시멘트의 주원료로써 90% 이상을 사용하고 있으며, 고온 소성 과정에서 및 석회석의 탈탄산 반응으로 많은 양의 CO₂를 배출한다. 이에 석회석 사용량 저감을 위해 원료를 대체할 수 있는 부산물에 관한 연구들이 진행 중이다. 또한 광물 탄산화는 기체인 CO₂를 탄산염 광물로 전환하는 기술로 산업시설에서 배출되는 CO₂를 포집하여 광물로 저장 및 자원화할 수 있다. 한편, 건설폐기물은 계속적으로 증가하는 추세로, 폐콘크리트는 많은 부분을 차지하고 있다. 폐콘크리트는 파쇄 및 분쇄를 통해 순환골재로써 활용되고 있으나 이때 발생하는 폐콘크리트 미분말은 유효하게 재이용 되지 못하고 대부분 폐기 또는 매립되는 실정이다. 이에 본 연구에서는 폐콘크리트를 석회석 대체재로써 활용하여 광물 탄산화 기술을 적용할 수 있는 이산화탄소 반응경화 시멘트 제조 가능성을 확인하고자 한다. 폐콘크리트 미분말 치환율 및 이산화탄소 반응 경화 시멘트의 주요 광물이 생성되는 조건인 SiO₂/(CaO+SiO₂) 몰비에 따른 광물 분석 결과, 폐콘크리트 미분말 치환율과 SiO₂/(CaO+SiO₂) 몰비가 높을수록 주요 광물인 Pseudowollastonite와 Rankinite 생성량이 증가하였다. 또한 세 가지 SiO₂/(CaO+SiO₂) 몰비에서 공통적으로 폐콘크리트 미분말을 50% 치환한 경우 Gehlenite가 생성되었으며, 생성량 또한 유사하였다. 이는 콘크리트 미분말에 함유하고 있는 Al₂O₃ 성분이 CaO와 SiO₂와 반응하여 Gehlenite가 합성된 것으로 판단된다. Gehlenite의 경우 Pseudowollastonite와 Rankinite와 같이 광물 탄산화를 통해 탄산염 광물인 CaCO₃를 생성하는 산화물로써 이는 Al₂O₃가 함유된 산업부산물을 원료로 사용하는 경우 이산화탄소 반응경화 시멘트의 광물로써 활용이 가능할 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the realm of cement manufacturing, concerted efforts are underway to mitigate the emission of greenhouse gases. A significant portion, approximately 60%, of these emissions during the cement clinker sintering process is attributed to the decarbonation of limestone, which serves as a fundamental ingredient in cement production. Prompted by these environmental concerns, there is an active pursuit of alternative technologies and admixtures for cement that can substitute for limestone. Concurrently, initiatives are being explored to harness technology within the cement industry for the capture of carbon dioxide from industrial emissions, facilitating its conversion into carbonate minerals via chemical processes. Parallel to these technological advances, economic growth has precipitated a surge in construction activities, culminating in a steady escalation of construction waste, notably waste concrete. This study is anchored in the innovative production of calcium silicate cement clinkers, utilizing finely powdered waste concrete, followed by a thorough analysis of their mineral phases. Through X-ray diffraction(XRD) analysis, it was observed that increasing the substitution level of waste concrete powder and the molar ratio of SiO2 to (CaO+SiO2) leads to a decrease in Belite and γ-Belite, whereas minerals associated with carbonation, such as wollastonite and rankinite, exhibited an upsurge. Furthermore, the formation of gehlenite in cement clinkers, especially at higher substitution levels of waste concrete powder and the aforementioned molar ratio, is attributed to a synthetic reaction with Al2O3 present in the waste concrete powder. Analysis of free-CaO content revealed a decrement with increasing substitution rate of waste concrete powder and the molar ratio of SiO2/(CaO+SiO2). The outcomes of this study substantiate the viability of fabricating calcium silicate cement clinkers employing waste concrete powder.

주제어

표/그림 (11)

그림 Figure 1. Particle size distribution of waste concrete powder
그림 Figure 2. Illustration of clinker sintering process
표 Table 1. Chemical compositions of waste concrete powder
표 Table 2. Mixing design for carbon dioxide reactive hardening cement clinker
표 Table 3. Chemical composition of raw-mix materials
표 Table 4. Experimental design of calcium silicate cement
표 Table 5. Conditions of calcium silicate cement clinkers
그림 Figure 3. XRD analysis of calcium silicate cement utilizing waste concrete powder
그림 Figure 4. XRD-Rietveld analysis results for calcium silicate cement with waste concrete powder
그림 Figure 5. Variation in mineral production with changes in the replacement rate of waste concrete powder and the Mole ratio of SiO₂/(CaO+SiO₂)
그림 Figure 6. Free-CaO measurement results of calcium silicate cement

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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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