알칼리활성 슬래그의 수화 및 강도 거동에 대한 알칼리 물질의 영향

Abstract

최근 전세계적으로 이산화탄소 발생량을 줄이기 위해 많은 노력이 이루어지고 있다. 이 연구에 사용된 고로슬래그는 산업부산물로서 포틀랜드 시멘트에 대한 지속가능한 시멘트질 재료이다. 특히 알칼리활성 슬래그는 높은 초기 강도 발현, 우수한 내구성 및 내화학성을 가지고 있어 좋은 대체재로 여겨지지만 활성화제의 종류, 경화 조건 등에 따라 과도하게 빠른 응결 속도, 큰 건조수축, 급속한 탄산화 등의 문제가 있어 포틀랜드 시멘트를 완전히 대체하기는 어려운 실정이다. 그러므로, 활성화제의 종류에 따른 알칼리 활성 슬래그의 특성의 이해는 필수적이다. 본 연구에서는 NaOH, Na2SiO3, Na2CO3, Na2SO4를 활성화제로 사용하였으며, X-선 회절 분석(XRD), 열중량분석(TGA), 퓨리에 변환 적외 분광 분석(FT-IR), 수은 기공률 측정(MIP) 및 압축강도시험을 통해 각 샘플에 대한 기계적 특성을 정리하였다. 모든 샘플에서 대표적인 시멘트 수화물인 C-S-H 상이 대량으로 식별되었으며, 이는 XRD, TGA, FT-IR의 결과로 확인할 수 있다. 활성화제의 특성에 따라 특징적인 상이 나타났다. Na2CO3로 활성된 슬래그에서는 활성화제에 의해 CO32-가 빠른 속도로 소비되어 많은 양의 calcite 상을 생성해 높은 압축강도에 기인하였다. Na2SO4로 활성된 슬래그의 경우 활성화제에 의한 황산염이 슬래그의 칼슘-알루민산 성분관 빠르게 반응해 과도한 양의 ettringite가 생성되었으며, 이로 인해 미세균열이 발생하여 낮은 압축강도를 보였다. 이러한 연구 결과는 수화물인 C-S-H, ettringite, calcite 함유량이 압축강도와 관련성을 가짐을 나타냈다.|Recently, a lot of effort has been made to reduce carbon dioxide emissions worldwide. Blast furnace slag is an industrial by-product and is a sustainable cementing material which can be an alternative to Portland cement. In particular, alkali-activated slag is considered a good substitute, for its high initial strength, excellent durability and chemical resistance, while it is difficult to completely replace Portland cement due to problems such as rapid setting rate, large dry shrinkage, and rapid carbonation depending on the type of activator and curing conditions. Therefore, it is essential to understand the properties of the alkali-activated slag according to the type of activator. In this study, NaOH, Na2SiO3, Na2CO3, and Na2SO4 were used as activators, and mechanical properties of each sample were examined by employing X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), mercury intrusion porosity (MIP), and compressive strength test. In all samples, C-S-H was identified as a major cement hydrate, which can be confirmed as a result of XRD, TGA, and FT-IR. Characteristic differences appeared according to the characteristics of the activator. In the slag activated with Na2CO3, CO32- was consumed at a fast rate, resulting in formation of a large amount of calcite, in which led to high compressive strength development. In the case of slag activated with Na2SO4, sulfate released from the activator reacted quickly with Ca and Al of the slag, resulting in an excessive amount of ettringite being formed, which led to micro cracks formation and low compressive strength development. The results of this study showed that the contents of hydrates C-S-H, ettringite, and calcite were related to compressive strength.