플라이애시, 고로슬래그 등의 산업부산물은 현재 콘크리트 등에 활용되고 있으나, 아직까지 많은 양을 매립하거나 해양에 배출하고 있는 실정이며, 특히 1996년 런던협약에 의해 산업폐기물의 해양배출이 금지됨에 따라 이데 대한 강력한 대처가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 $CO_2$ 배출 및 환경파괴의 원인이 되는 시멘트를 전혀 사용하지 않고 산업부산물 중 플라이애시 100% 사용한 콘크리트를 제조하기위한 기초연구로써 재령, 온도변화, 알칼리자극제를 이용하여 시멘트 제로 (zero) 콘크리트를 개발하는데 목적이 있다.
플라이애시, 고로슬래그 등의 산업부산물은 현재 콘크리트 등에 활용되고 있으나, 아직까지 많은 양을 매립하거나 해양에 배출하고 있는 실정이며, 특히 1996년 런던협약에 의해 산업폐기물의 해양배출이 금지됨에 따라 이데 대한 강력한 대처가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 $CO_2$ 배출 및 환경파괴의 원인이 되는 시멘트를 전혀 사용하지 않고 산업부산물 중 플라이애시 100% 사용한 콘크리트를 제조하기위한 기초연구로써 재령, 온도변화, 알칼리자극제를 이용하여 시멘트 제로 (zero) 콘크리트를 개발하는데 목적이 있다.
Recently, by-products for example of fly-ash, blast-furnace slag and etc are generally using in concrete. However a mount of by-products are mostly dropped into the land and sea. Expecially it is necessary to manage against London Dumping Convention which is prohibited for throwing the by-product in...
Recently, by-products for example of fly-ash, blast-furnace slag and etc are generally using in concrete. However a mount of by-products are mostly dropped into the land and sea. Expecially it is necessary to manage against London Dumping Convention which is prohibited for throwing the by-product into the sea. The purpose of this study is for the active use of the fly ash, which is a by-product of the combustion pulverizes coal thermal power plants, to compensate for the lack of landfill and for conservation of energy, by using fly ash as the supplementary cementitious material, and to prove its possibility as the related products of the cements.
Recently, by-products for example of fly-ash, blast-furnace slag and etc are generally using in concrete. However a mount of by-products are mostly dropped into the land and sea. Expecially it is necessary to manage against London Dumping Convention which is prohibited for throwing the by-product into the sea. The purpose of this study is for the active use of the fly ash, which is a by-product of the combustion pulverizes coal thermal power plants, to compensate for the lack of landfill and for conservation of energy, by using fly ash as the supplementary cementitious material, and to prove its possibility as the related products of the cements.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 시멘트를 전혀 사용하지 않고 산업 부산물 중 플리이애시를 100% 사용한 콘크리트를 제조하기 위한 기초연구로써 재령, 온도변화, 알칼리자극제를 이용하여 시멘트 제로(zero) 콘크리트를 개발하는데 목적이 있다.
제안 방법
알칼리 활성화제의 첨가율 및 양생온도변화에 따른 강도발현을 측정하기 위해 50×50×50mm의 큐빅몰드 이용하여 공시체를 제작하였다. 공시체 타설 후 양생온도변화에 따른 온도상승으로 인해 발생되는 수분의 증발을 막기 위해 비닐을 이용하여 밀봉하였으며, 항온항습기(23℃) 및 오븐(60℃)을 이용하여 양생을 실시하였다. 특히 양생온도 60℃는 24시간 동안 실시한 후 23℃에서 양생을 실시하였다.
시멘트를 전혀 사용하지 않고 결합재로서 플라이애시 100% 사용한 모르타르의 재령, 온도변화 및 알칼리 활성화제 첨가량에 따른 압축강도 시험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 실험에서는 시멘트를 전혀 사용하지 않고 일반적으로 통용되는 분말도 3000㎠/g 플라이애시를 결합재로 사용하였다. 알칼리 활성화제는 수산화나트륨(NaOH) 첨가율을 6M, 9M, 12M 및 14M의 수용액 및 규산나트륨(Na2SiO3) 수용액을 사용하였고, 양생온도변화(23, 60℃)에 따라 각 재령별 강도발현특성을 검토하였다. 표 1은 KS L 5405에 따른 플라이애시의 물리·화학적 성질을 나타내고 있고 표 2는 실험 적용 배합비를 나타내고 있다.
알칼리 활성화제의 첨가율 및 양생온도변화에 따른 강도발현을 측정하기 위해 50×50×50mm의 큐빅몰드 이용하여 공시체를 제작하였다.
플라이애시 100% 사용한 모르타르의 비빔은 10ℓ용량의 모르타르 전용 믹서에 플라이애시, 모래를 넣고 3분간 건비빔을 실시한 후 물, 수산화나트륨 및 규산나트륨을 혼합하여 넣고 5분간 비빔을 실시하였다. 알칼리 활성화제의 첨가율 및 양생온도변화에 따른 강도발현을 측정하기 위해 50×50×50mm의 큐빅몰드 이용하여 공시체를 제작하였다.
대상 데이터
본 실험에서는 시멘트를 전혀 사용하지 않고 일반적으로 통용되는 분말도 3000㎠/g 플라이애시를 결합재로 사용하였다. 알칼리 활성화제는 수산화나트륨(NaOH) 첨가율을 6M, 9M, 12M 및 14M의 수용액 및 규산나트륨(Na2SiO3) 수용액을 사용하였고, 양생온도변화(23, 60℃)에 따라 각 재령별 강도발현특성을 검토하였다.
성능/효과
(1) 재령이 증가할수록 압축강도는 크게 나타났으며, 고온(60℃)에서 양생을 실시한 경우가 상온(20℃)에서 양생을 실시한 경우보다 강도발현이 크게 나타났다. 또한 고온에서 양생시 초기재령 1일 강도가 28일 강도의 70~80%이상 발현되는 것으로 나타났다.
(2) 알칼리 활성화제로 수산화나트륨을 사용한 결과, 첨가량을 적절히 사용해야 할 것으로 판단된다.
그림 1과 그림 2는 양생온도에 따른 재령별 압축강도를 나타내고 있다. 재령이 증가할수록 압축강도가 증가되는 것으로 나타났으며, 상온(20℃)에서 양생을 실시한 경우에는 10MPa 이상 강도발현을 하지 못했으나, 고온(60℃)에서 양생을 실시 한 경우에는 재령 7일을 기준으로에서 30MPa 이상의 강도가 발현되는 것으로 나타났다. 또한 고온(60℃)에서 양생한 경우에는 초기재령 1일강도가 재령 28일 강도의 70~80% 이상 강도발현으로 급격한 강도증진이 일어나는 것으로 나타났다.
후속연구
특히, 포틀랜드 시멘트는 고온(1450℃)상태에서 용융시켜야만 생산할 수 있기에 대량의 에너지를 소비할 뿐만 아니라 클링커 1톤 생산시 700~870kg의 이산화탄소를 배출하므로 시멘트 산업에서 이산화탄소 배출량은 전 세계 온실가스 배출량의 7%를 차지할 정도로 크기 때문에 국내에서도 시멘트 생산과정에서 배출되는 이산화탄소를 저감하는 대책이 강구되고 있다. 그러나 세계의 시멘트 수요량은 21세기 초반까지 매년 2.5~5.8% 정도 증가가 예상되고 있어서 교토의정서의 준수와 시멘트 수요의 증가를 동시에 충족시키기 위해서는 이산화탄소를 거의 배출하지 않는 알칼리 활성화 시멘트 및 콘크리트 개발 연구가 주된 관심사가 될 것이며, 중점 연구개발 분야는 시멘트를 다량 치환하거나 전혀 사용하지 않는 결합재 개발과 활성화제의 반응성 향상, 상온에서의 중합반응을 통한 고강도 콘크리트의 개발, 알칼리 활성화 콘크리트의 활용기술 개발 등이 될 것으로 판단된다.
이것은 플라이애시를 결합재로 사용한 알칼리 활성 시멘트에서 알칼리 활성화제와 결합재와의 초기 반응속도가 매우 빠르게 나타났기 때문으로 판단된다. 따라서 플라이 애시를 결합재로 사용한 콘크리트 제조시 압축강도 조절을 위한 배합 및 양생조건은 OPC 콘크리트에 비해 많은 예비 실험과 주의가 요구되며, 활성화제의 첨가량을 적절히 사용해야 할 것으로 판단된다.
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