Effect of hydration of slag on carbonation cured slag cements

Abstract

This study delves into the intricate relationship between slag content, hydration, and carbonation in carbonation-cured slag-blended cement pastes. Cement paste samples, comprising slag contents of 0%, 10%, 30%, and 50%, were subjected to carbonation curing for a duration of up to 28 days. The results of this investigation reveal intriguing insights into the impact of slag on carbonation depth, CO2 uptake, and the alteration of key chemical components during the curing process. As the curing time extended, an increase in carbonation depth was observed, and a higher slag content was found to facilitate a more extensive penetration of carbonation. Interestingly, the presence of CaO, often considered a potential hindrance in CO2 uptake, did not adversely affect the final capacity for CO2 sequestration. On the contrary, an optimal slag content was shown to enhance the CO2 uptake capacity, although higher slag levels accelerated the carbonation rate. Additionally, the study highlights the role of slag in the hydration process, where it leads to the consumption of Ca2+ ions and subsequent reduction in portlandite content. The extent of belite reaction was significantly improved in the slag-blended cements, providing a source for enhanced CO2 binding capacity in the blended cements. These findings illuminate the intricate interactions between slag, hydration, and carbonation in blended cements produced through carbonation curing. In sum, this research contributes valuable insights to the understanding of the behavior of carbonation-cured blended cements, paving the way for the development of more sustainable and durable concrete structures. The knowledge gained from this study has the potential to inform the design and production of environmentally responsible construction materials, thereby advancing the goals of both the construction industry and global efforts to combat climate change. |본 연구에서는 슬래그 혼입량이 탄산화 양생된 슬래그 시멘트 페이스트의 수화에 미치는 영향을 조사하였다. 슬래그 혼입량은 0%, 10%, 30%, 50%로 하였으며, 최대 28일간 탄산화 양생을 실시하였다. 탄산화 양생기간 및 슬래그 혼입량이 증가할수록 탄산화 깊이가 증가하는 것으로 나타났다. 일반적으로 배합의 CaO 양, 즉 총 CaO 함량이 높은 배합을 사용하는 것은 이산화탄소 흡수를 높이는 것으로 간주되나, 본 연구결과에 따르면 최적의 슬래그 혼입량은 이산화탄소 흡수 능력을 향상시키는 것으로 나타났다. 해당 결과는 수화 과정에서 슬래그의 역할에 대하여 시사하며, portlandite 함량 감소를 야기한다. 또한 슬래그 혼합 시멘트에서 벨라이트 반응도가 크게 향상되는 것을 발견하였으며, 슬래그 혼입 시 CO2 흡수량이 향상되는 것을 발견하였다. 이러한 결과는 탄산화 양생된 혼합 시멘트에서 슬래그, 수화 및 탄산화 생성물 간의 상호 작용에 대한 정보를 제공한다. 본 연구결과는 탄산화 양생된 혼합 시멘트의 거동을 이해하는 데 유용한 정보를 제공하며, 더 지속 가능하고 내구성 있는 콘크리트 구조물 개발에 활용될 수 있다.