최근 결합재로 시멘트를 사용하지 않은 알칼리 활성 콘크리트에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 알칼리 활성 콘크리트는 시멘트 대신에 실리콘(Si)과 알루미늄(Al)이 풍부한 플라이애시와 고로슬래그등을 사용하여 알칼리 용액으로 활성화시킨 시멘트 ZERO 콘크리트로서 CO$_2$ 가스를 저감하는데 효과적이다. 본 연구에서는 시멘트를 전혀 사용하지 않고 결합재로서 고로슬래그를 100% 사용한 알칼리 활성 콘크리트를 개발할 목적으로 감수제, 알칼리 활성화제 및 양생조건이 모르타르의 시공성 및 압축강도에 미치는 영향에 대해 검토하였다. 그 결과, NaOH의 몰 농도가 증가함에 따라 유동성은 저하되나, 9M까지는 유동성 저하가 크지 않고, 대부분의 감수제는 유동성 향상에 기여하지 못하는 것으로 나타났다. 그리고 압축강도는 NaOH의 몰 농도가 증가함에 따라 향상되나, 9M이 가장 효율적인 것으로 나타났다. 또한 양생온도 및 양생조건은 고로슬래그 알칼리 활성 모르타르의 강도에는 큰 영향이 없는 것으로 나타났다.
최근 결합재로 시멘트를 사용하지 않은 알칼리 활성 콘크리트에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 알칼리 활성 콘크리트는 시멘트 대신에 실리콘(Si)과 알루미늄(Al)이 풍부한 플라이애시와 고로슬래그등을 사용하여 알칼리 용액으로 활성화시킨 시멘트 ZERO 콘크리트로서 CO$_2$ 가스를 저감하는데 효과적이다. 본 연구에서는 시멘트를 전혀 사용하지 않고 결합재로서 고로슬래그를 100% 사용한 알칼리 활성 콘크리트를 개발할 목적으로 감수제, 알칼리 활성화제 및 양생조건이 모르타르의 시공성 및 압축강도에 미치는 영향에 대해 검토하였다. 그 결과, NaOH의 몰 농도가 증가함에 따라 유동성은 저하되나, 9M까지는 유동성 저하가 크지 않고, 대부분의 감수제는 유동성 향상에 기여하지 못하는 것으로 나타났다. 그리고 압축강도는 NaOH의 몰 농도가 증가함에 따라 향상되나, 9M이 가장 효율적인 것으로 나타났다. 또한 양생온도 및 양생조건은 고로슬래그 알칼리 활성 모르타르의 강도에는 큰 영향이 없는 것으로 나타났다.
Many researches on alkali-activated concrete that does not need the presence of cement as a binder have been carried out recently. Instead, the source of material such as fly ash and blast slag, that are rich in Silicon(Si) and Aluminium(Al), are activated by alkaline liquids to produce the binder. ...
Many researches on alkali-activated concrete that does not need the presence of cement as a binder have been carried out recently. Instead, the source of material such as fly ash and blast slag, that are rich in Silicon(Si) and Aluminium(Al), are activated by alkaline liquids to produce the binder. Hence concrete with no cement is effect reduction of CO$_2$ gas. In this study, we investigated the influence of the workability and compressive strength of mortar on water reducing agent, alkaline activator and curing method in oder to develop cementless blast slag based alkali-activated mortar. In view of the results, we found out that the flowability of mortar was lowered as increasing to mole concentration of NaOH, but not large the loss of flowability to 9M NaOH, most of water reducing agent was not effect. The compressive strength was improved as increasing to mole concentration of NaOH, was the most effect in 9M NaOH. The curing temperature and curing conditions on compressive strength of blast slag based alkali-activated mortar didn't influence.
Many researches on alkali-activated concrete that does not need the presence of cement as a binder have been carried out recently. Instead, the source of material such as fly ash and blast slag, that are rich in Silicon(Si) and Aluminium(Al), are activated by alkaline liquids to produce the binder. Hence concrete with no cement is effect reduction of CO$_2$ gas. In this study, we investigated the influence of the workability and compressive strength of mortar on water reducing agent, alkaline activator and curing method in oder to develop cementless blast slag based alkali-activated mortar. In view of the results, we found out that the flowability of mortar was lowered as increasing to mole concentration of NaOH, but not large the loss of flowability to 9M NaOH, most of water reducing agent was not effect. The compressive strength was improved as increasing to mole concentration of NaOH, was the most effect in 9M NaOH. The curing temperature and curing conditions on compressive strength of blast slag based alkali-activated mortar didn't influence.
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제안 방법
그리고 압축강도 시험은 50×50×50mm의 모르타르 공시체를 제작하여 상온 및 60에서 고온양생을 실시하였으며, 그 후 상온(23±2℃)에서 기건양생을 실시한 후 재령 1, 3, 7 및 28일 압축강도를 측정하였다.
배합방법은 10리터 믹서에 먼저 고로슬래그와 잔골재를 넣어 30～40 rpm 속도로 2분간 건비빔을 실시한 다음, 1일 전에 제조된 알칼리 자극제와 소듐실리케이트로 구성된 알칼리 활성화제 및 배합수를 넣어 다시 70～80 rpm 속도로 3분간 믹싱하여 시멘트 ZERO 모르타르를 제조하였다. 또한 고성능 감수제(나프탈렌계, 멜라민계, 리그닌계 및 폴리칼본산계)를 결합재의 2% 적용하여 별도로 제작하였다.
배합은 <표 2>와 같이 알칼리 자극제의 몰농도에 따라 각각 실시하였다. 배합방법은 10리터 믹서에 먼저 고로슬래그와 잔골재를 넣어 30～40 rpm 속도로 2분간 건비빔을 실시한 다음, 1일 전에 제조된 알칼리 자극제와 소듐실리케이트로 구성된 알칼리 활성화제 및 배합수를 넣어 다시 70～80 rpm 속도로 3분간 믹싱하여 시멘트 ZERO 모르타르를 제조하였다. 또한 고성능 감수제(나프탈렌계, 멜라민계, 리그닌계 및 폴리칼본산계)를 결합재의 2% 적용하여 별도로 제작하였다.
본 연구에서는 시멘트를 전혀 사용하지 않고 고로슬래그를 100% 사용하여 시멘트 ZERO 모르타르를 제조한 후 NaOH 몰농도에 따른 유동성 및 압축강도를 검토하였으며, 감수제 종류에 따른 유동성과 양생온도 및 양생조건에 따른 압축강도를 검토하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 결합재로는 국내 K사의 고로슬래그를 사용하였으며, 또한 고로슬래그의 중합반응을 활성화시키기 위하여 쇼듐실리케이트 및 NaOH를 6～9M로 제조하여 사용하였다. 고성능 감수제는 나프탈렌, 멜라민, 리그닌 및 폴리칼본산계를 사용하였다. 고로슬래그의 물리 화학적 성질은 <표 1>과 같다.
본 연구에 사용된 결합재로는 국내 K사의 고로슬래그를 사용하였으며, 또한 고로슬래그의 중합반응을 활성화시키기 위하여 쇼듐실리케이트 및 NaOH를 6～9M로 제조하여 사용하였다. 고성능 감수제는 나프탈렌, 멜라민, 리그닌 및 폴리칼본산계를 사용하였다.
이론/모형
이렇게 제조된 시멘트 ZERO 모르타르의 시공성을 평가하기 위해 KS L 5105에 준하여 플로우 실험을 실시하였다. 그리고 압축강도 시험은 50×50×50mm의 모르타르 공시체를 제작하여 상온 및 60에서 고온양생을 실시하였으며, 그 후 상온(23±2℃)에서 기건양생을 실시한 후 재령 1, 3, 7 및 28일 압축강도를 측정하였다.
성능/효과
1) NaOH의 몰농도가 증가함에 따라 유동성은 저하되지만 9M까지는 유동성 저하가 크지 않은 것으로 나타났다. 또한 압축강도는 몰농도가 증가함에 따라 증가하였으나 9M 정도의 농도가 가장 효율적인 것으로 나타났다.
3) 양생온도 및 양생조건이 압축강도에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 나타나, 상온에서도 강도발현이 충분한 것으로 분석된다.
<그림 3>은 알칼리 자극제의 몰농도가 압축강도에 미치는 영향을 분석한 결과이다. 결합재로서 고로슬래그를 사용한 경우 몰 농도가 증가할수록 강도가 증진되는 결과를 나타내고 있으나, 9M과 12M은 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 이런 결과로부터 NaOH의 몰 농도를 높게 하더라도 9M 이상부터는 고로슬래그의 중합반응 활성화에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 판단된다.
실험결과 20℃ 상온에서 양생한 것과 60℃ 고온에서 양생한 경우 압축강도의 차이를 나타내지 못하였으며, 28일 장기강도 까지도 거의 비슷한 압축강도를 나타내었다. 또한 수중양생과 기건양생을 실시한 결과 양생조건에 따른 압축강도는 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 이러한 원인은 고로슬래그의 경우 초기 급결 및 발열반응으로 인하여 재령 초기 높은 압축강도를 발현하여, 양생온도는 큰 영향을 미치지 못한 것으로 판단되며, 양생조건에서는 수분증발이 필요한 중합반응으로 모르타르의 강도발현이 이루어지는 것이 아니라 고로슬래그의 잠재수경성이 강하게 나타나 양생조건은 압축강도에 큰 영향을 미치지 못한 것으로 판단된다.
1) NaOH의 몰농도가 증가함에 따라 유동성은 저하되지만 9M까지는 유동성 저하가 크지 않은 것으로 나타났다. 또한 압축강도는 몰농도가 증가함에 따라 증가하였으나 9M 정도의 농도가 가장 효율적인 것으로 나타났다.
리그닌계 감수제는 오히려 유동성이 저하되는 것으로 나타났다. 본 연구에 사용된 감수제의 감수효과는 정전기적인 반발력과 고분자 흡착층의 상호작용에 의한 입체반발력(입체장해 작용)에 단독 또는 종합적으로 발휘되어 나타난다. 본 연구에 사용된 고로슬래그 기반 시멘트 ZERO 모르타르에서 알칼리 활성화제의 사용으로 인한 높은 알칼리 환경을 조성하므로 감수제의 감수 작용이 발휘되지 않거나 방해를 받아 감수제 종류 및 양에 상관없이 유동성 증진에 효과가 없거나 오히려 저하되는 것으로 분석된다.
본 연구에 사용된 감수제의 감수효과는 정전기적인 반발력과 고분자 흡착층의 상호작용에 의한 입체반발력(입체장해 작용)에 단독 또는 종합적으로 발휘되어 나타난다. 본 연구에 사용된 고로슬래그 기반 시멘트 ZERO 모르타르에서 알칼리 활성화제의 사용으로 인한 높은 알칼리 환경을 조성하므로 감수제의 감수 작용이 발휘되지 않거나 방해를 받아 감수제 종류 및 양에 상관없이 유동성 증진에 효과가 없거나 오히려 저하되는 것으로 분석된다. 물을 추가로 사용한 경우에는 감수제를 사용하는 것보다 유동성이 증진되어 알칼리 환경에서는 배합수의 증가가 유동성 확보에 효과적인 것으로 판단된다.
<그림 4>는 양생온도 및 양생조건이 고로슬래그 기반 시멘트 ZERO 모르타르의 압축강도에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 실험결과 20℃ 상온에서 양생한 것과 60℃ 고온에서 양생한 경우 압축강도의 차이를 나타내지 못하였으며, 28일 장기강도 까지도 거의 비슷한 압축강도를 나타내었다. 또한 수중양생과 기건양생을 실시한 결과 양생조건에 따른 압축강도는 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
후속연구
2) 감수제 종류에 따른 유동성은 대부분 강알칼리 환경에서는 성능을 발휘 못하는 것으로 나타나 전용 감수제 개발이 필요할 것으로 사료된다.
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