표제지
목차
제1장 서론 13
1.1. 연구 배경 13
1.2. 연구목적 및 내용 19
제2장 시멘트 제로 콘크리트 연구현황 22
2.1. 국내·외 기술현황 22
2.1.1. 개요 22
2.1.2. 국내 기술개발 현황 23
2.1.3. 국외 기술개발 현황 25
2.2. 플라이애쉬 30
2.2.1. 플라이애쉬의 종류 30
2.2.2. 플라이애쉬의 발생 공정 34
2.2.3. 플라이애쉬의 발생량과 유효이용 현황 34
2.2.4. 플라이애쉬의 특징 40
2.2.5. 나라별 플라이애쉬 생산 및 재활용 현황 47
2.3. 반응 메커니즘 49
2.4. 알칼리 활성화제 53
2.5. 시멘트 제로 콘크리트의 적용사례 54
제3장 고온양생 플라이애쉬 기반 시멘트 제로 모르타르 58
3.1. 개요 58
3.2. 사용재료 60
3.2.1. 플라이애쉬 60
3.2.2. 알칼리 활성화제 62
3.2.3. 골재 62
3.3. 고온양생용 알칼리 활성화제 64
3.3.1. 기존 알칼리 활성화제 분석 64
3.3.2. 알칼리 활성화제 종류에 따른 영향 64
3.3.3. 알칼리 활성화제 몰농도에 따른 영향 70
3.3.4. 알칼리 활성화제 혼합비율에 따른 영향 82
3.4. 양생방법 90
3.4.1. 개요 90
3.4.2. 사용재료 및 배합 92
3.4.3. 양생방법 94
3.4.4. 실험결과 및 고찰 95
3.5. 물리적으로 파쇄한 고분말 플라이애쉬 103
3.5.1. 개요 103
3.5.2. 사용재료 103
3.5.3 실험방법 108
3.5.4. 실험결과 및 고찰 110
3.6 소결 113
(1) 알칼리 활성화제 113
(2) 양생기법 113
(3) 시멘트 제로 결합재 성능 향상 113
제4장 상온양생 플라이애쉬 기반 시멘트 제로 모르타르 115
4.1. 개요 115
4.2. 상온양생 결합재 시공성 117
4.2.1. 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말 117
4.2.2. 실험결과 및 고찰 123
4.2.3. 물리적으로 분쇄시킨 고분말 플라이애쉬 127
4.3. 소결 134
제5장 플라이애쉬 기반 시멘트 제로 페이스트의 미세구조 135
5.1. 개요 135
5.2. 미세구조 분석 138
5.2.1. 개요 138
5.2.2. 실험계획 및 방법 138
5.3. 미세구조 분석 결과 143
5.3.1. XRD 143
5.3.2. SEM/EDS 150
5.3.3 FT-IR 173
5.4. 소결 177
제6장 플라이애쉬 기반 시멘트 제로 콘크리트의 특성 179
6.1. 개요 179
6.2. 플라이애쉬 기반 시멘트 제로 콘크리트 역학적 특성 179
6.2.1. 개요 179
6.2.2. 사용재료 및 배합 180
6.2.3. 실험방법 181
6.2.4. 실험 결과 및 분석 183
6.3. 플라이애쉬 기반 시멘트 제로 콘크리트 CO₂ 배출량 194
6.3.1. 개요 194
6.3.2. CO₂ 배출량 평가 방법 현황 194
6.3.3. 콘크리트 생산 재료별 CO₂ 배출량 195
6.2.4. 압축강도별 콘크리트 생산 CO₂ 배출량 196
6.4. 소결 199
1) 시멘트 제로 콘크리트의 역학적 특성 199
2) 배합강도별 생산과정에서 발생되는 CO₂ 배출량 산출 199
제7장 결론 및 추후연구 200
알칼리 활성화제 200
양생기법 200
물리적으로 파쇄시킨 고분말 플라이애쉬 201
상온양생 결합재 201
미세구조 201
역학적 특성 202
배합강도별 생산과정에서 발생되는 CO₂ 배출량 산출 202
참고문헌 204
국문초록 217
ABSTRACT 219
〈Table 1.1.1〉 CO₂ emissions from cement manufacturing process in Korea 14
〈Table 1.1.2〉 CO₂ emission trends for the cement and the admixture 18
〈Table 2.1.1〉 Related researches on domestic cement-zero concrete 24
〈Table 2.1.2〉 Related researches on foreign cement-zero concrete 26
〈Table 2.1.3〉 Comparison of existing researches on cement-zero concrete 29
〈Table 2.2.1〉 Chemical composition of coals ash 31
〈Table 2.2.2〉 Chemical and physical properties of fly ash on the National Standard 33
〈Table 2.2.3〉 Present state of power plant operation in Korea 36
〈Table 2.2.4〉 Annual production of fly ash in Korea 38
〈Table 2.2.5〉 Recycling ratio of fly ash in Korea 38
〈Table 2.2.6〉 Usage of recycling Fly Ash in Korea 39
〈Table 2.2.7〉 Mineral characteristics of fly ash 43
〈Table 2.2.8〉 Comparison of the Properties of Fly Ash 47
〈Table 2.2.9〉 Production and Recycling of Fly Ash 48
〈Table 2.6.1〉 Cement-zero concrete used in Russia 56
〈Table 2.6.2〉 Cement-zero concrete used in Russia 57
〈Table 2.6.3〉 Application fields of cement-zero Concrete 57
〈Table 3.2.1〉 Physical and chemical properties of fly ash 60
〈Table 3.3.1〉 Experimental plan for KOH and NaOH alkali activator 65
〈Table 3.3.2〉 Mixing types for KOH and NaOH alkali activators 67
〈Table 3.3.3〉 Chemical composition analysis of KOH and NaOH alkali activators 67
〈Table 3.3.4〉 Test results for KOH and NaOH alkali activators 68
〈Table 3.3.5〉 Experimental plan for molarity of NaOH 71
〈Table 3.3.6〉 Mixing types for molarity of NaOH 73
〈Table 3.3.7〉 Chemical composition analysis of molarity of NaOH 73
〈Table 3.3.8〉 Test results for molarity of NaOH 75
〈Table 3.3.9〉 Experimental plan for alkali activator ratio 82
〈Table 3.3.10〉 Mixing types for NaOH and Sodium silicate ratio 84
〈Table 3.3.11〉 Chemical composition analysis of NaOH and Sodium silicate ratio 84
〈Table 3.4.1〉 Experimental plan for Curing condition 91
〈Table 3.4.2〉 Mixing types for the curing condition 92
〈Table 3.4.3〉 Chemical composition analysis of the curing condition 93
〈Table 3.5.1〉 Experimental plan for high fineness fly ash 108
〈Table 3.5.2〉 Mixing types for high fineness fly ash 109
〈Table 3.5.3〉 Chemical composition analysis of high fineness fly ash 109
〈Table 4.2.1〉 Experimental plan for replacement ratio of fly-ash and blast slag 119
〈Table 4.2.2〉 Physical and chemical properties of fly ash and blast slag 120
〈Table 4.2.3〉 CaO and SiO₂/Al₂O₃ ratio on the mixing 120
〈Table 4.2.4〉 Mixing types for replacement ratio of fly-ash and blast slag 122
〈Table 4.2.5〉 Chemical composition analysis of replacement ratio of fly-ash and blast slag 122
〈Table 4.2.6〉 Experimental plan for milling fly ash 127
〈Table 4.2.7〉 Mixing types for milling fly ash in room temperature curing 129
〈Table 4.2.8〉 Chemical composition analysis of the milling fly ash in room temperature curing 129
〈Table 5.2.1〉 Chemical and physical properties of fly ash and blast slag 139
〈Table 5.2.2〉 Mix proportions of paste 140
〈Table 6.2.1〉 Physical and chemical properties of fly ash 180
〈Table 6.2.2〉 Mixing proportion 181
〈Table 6.2.3〉 Compressive strength and Elastic modulus for RFA and MFA concrete 187
〈Table 6.2.4〉 Compressive and splitting tensile strength of fly ash and OPC 189
〈Table 6.2.5〉 Relationship between compressive strength and tensile strength 190
〈Table 6.3.1〉 CO₂ emission per constituent materials of concrete 196
〈Table 6.3.2〉 Mix proportions and CO₂ emission of 1㎥ OPC concrete 197
〈Table 6.2.3〉 Mix proportions and CO₂ emission of 1㎥ fly ash based cement-zero concrete 198
〈Fig. 1.1.1〉 Carbon dioxide emission in Korea 15
〈Fig. 1.1.2〉 Schematic outline of this study 21
〈Fig. 2.1.1〉 Key research trend for foreign cement-zero concrete 28
〈Fig. 2.2.4〉 Production process of fly ash 34
〈Fig. 2.2.5〉 Power plant in Korea 35
〈Fig. 2.2.4〉 Chemical composition of cement and mineral admixtures 41
〈Fig. 2.2.5〉 SEM images of fly ash and hardened concrete 42
〈Fig. 2.3.1〉 Chemical structure of fly ash-based cement-zero concrete 52
〈Fig. 2.5.1〉 Example of buildings using cement-zero concrete in foreign counties 54
〈Fig. 2.5.2〉 Pavement using cement-zero concrete in Russia 55
〈Fig. 3.1.1〉 Reaction process of cement-zero concrete 58
〈Fig. 3.1.2〉 Materials for OPC and Cement-zero Concrete 59
〈Fig. 3.2.1〉 Particle size distribution of Fly Ash 61
〈Fig. 3.2.2〉 SEM of Fly Ash 61
〈Fig. 3.2.3〉 Manufacturing process of Alkali-activator 63
〈Fig. 3.3.1〉 Effect of alkali-activator on the compressive strength 69
〈Fig. 3.3.2〉 Workability on the mole concentration of NaOH 74
〈Fig. 3.3.3〉 Density in terms of mole concentration for NaOH 75
〈Fig. 3.3.4〉 Compressive Strength on the molarity of NaOH 77
〈Fig. 3.3.5〉 Compressive Strength in terms of the Na₂O/SiO₂(Na₂O/Al₂O₃) ratio 77
〈Fig. 3.3.6〉 Concentration of Si⁴⁺ and Al³⁺ on the molarity of NaOH 79
〈Fig. 3.3.7〉 SEM of fly ash surface on the molarity of NaOH 80
〈Fig. 3.3.8〉 Concentration of Si⁴⁺ and Al³⁺ on the mixing time 81
〈Fig. 3.3.9〉 Workability on the Sodium Silicate to NaOH ratio(SS:SH) 85
〈Fig. 3.3.10〉 Compressive Strength on the Sodium Silicate to NaOH ratio(SS:SH) 87
〈Fig. 3.3.11〉 Compressive Strength in terms of the SiO₂/Al₂O₃ ratio 88
〈Fig. 3.3.12〉 Compressive Strength in terms of the SiO₂/Na₂O ratio 89
〈Fig. 3.4.1〉 SEM of fly ash 90
〈Fig. 3.4.2〉 Curing Method 94
〈Fig. 3.4.3〉 Sealing of mortar specimen before curing 94
〈Fig. 3.4.4〉 Effect of curing temperature on compressive strength 96
〈Fig. 3.4.5〉 Hardening specimen after demolding 96
〈Fig. 3.4.6〉 Effect of curing time on compressive strength 98
〈Fig. 3.4.7〉 Effect of curing condition on compressive strength 100
〈Fig. 3.4.8〉 Relationship between compressive strength and the cumulative temperature 102
〈Fig. 3.5.1〉 Manufacturing processes with high fineness fly ash 105
〈Fig. 3.5.2〉 SEM and color of high fineness fly ash 106
〈Fig. 3.5.3〉 Grading curve of fly ash 107
〈Fig. 3.5.4〉 Workability on the Fineness of fly ash 110
〈Fig. 3.5.5〉 Compressive strength on the fineness of fly ash(60 ℃, 24 Hr) 112
〈Fig. 3.5.6〉 Compressive strength on the fineness of fly ash(60 ℃, 48 Hr) 112
〈Fig. 4.2.1〉 Workability on replacement ratio of fly ash and blast slag 123
〈Fig. 4.2.2〉 Workability on the replacement ratio of fly ash and blast slag with the passage of time 124
〈Fig. 4.2.3〉 Compressive strength on the replacement ratio of fly ash and blast slag 125
〈Fig. 4.2.4〉 Reaction Mechanism of cement-zero concrete using fly ash and blast slag 126
〈Fig. 4.2.5〉 Workability on the milling fly ash 130
〈Fig. 4.2.6〉 Compressive strength of milling fly ash 131
〈Fig. 4.2.7〉 Compressive strength of milling fly ash adding to Ca(OH)₂ 132
〈Fig. 4.2.8〉 Compressive strength on the adding to Ca(OH)₂ amount 133
〈Fig. 5.3.1〉 XRD analysis on Sodium Silicate to NaOH ratio 145
〈Fig. 5.3.2〉 XRD analysis on the molarity of NaOH 146
〈Fig. 5.3.3〉 XRD analysis on the curing time 147
〈Fig. 5.3.4〉 XRD analysis on the curing temperature 148
〈Fig. 5.3.5〉 XRD analysis on the blending ratio of fly ash and blast slag 149
〈Fig. 5.3.6〉 SEM analysis of activated paste by sodium silicate 151
〈Fig. 5.3.7〉 EDS analysis on SEM for mortar activated by NaOH 152
〈Fig. 5.3.8〉 EDS analysis on SEM for paste blended by sodium silicate and NaOH 153
〈Fig. 5.3.9〉 SEM and EDS results of Fly ash paste with 3 M NaOH 156
〈Fig. 5.3.10〉 SEM and EDS results of Fly ash paste with 6 M NaOH 157
〈Fig. 5.3.11〉 SEM and EDS results of Fly ash paste with 9 M NaOH 158
〈Fig. 5.3.12〉 SEM and EDS results of Fly ash paste with 12 M NaOH 159
〈Fig. 5.3.13〉 SEM and EDS results of Fly ash paste with 12 Hr curing time 162
〈Fig. 5.3.14〉 SEM and EDS results of Fly ash paste with 24 Hr curing time 163
〈Fig. 5.3.15〉 SEM and EDS results of Fly ash paste with 48 Hr curing time 164
〈Fig. 5.3.16〉 SEM and EDS results of Fly ash paste with 60 ℃ curing temp. 166
〈Fig. 5.3.17〉 Spalling of glass chain of fly ash(60 ℃ Curing Temp.) 167
〈Fig. 5.3.18〉 SEM & EDS analysis of Fly ash paste(90 ℃ Curing Temp.) 168
〈Fig. 5.3.19〉 SEM & EDS analysis of Fly ash paste(FA:BS=75:25) 170
〈Fig. 5.3.20〉 SEM & EDS analysis of Fly ash paste(FA:BS=50:50) 171
〈Fig. 5.3.21〉 SEM & EDS analysis of Fly ash paste(FA:BS=25:75) 172
〈Fig. 5.3.22〉 FT-IR analysis on molarity of NaOH 174
〈Fig. 5.3.23〉 FT-IR analysis on the curing temperature 175
〈Fig. 5.3.24〉 FT-IR analysis on the curing time 176
〈Fig. 6.2.1〉 Test of Compressive strength and elastic modulus 182
〈Fig. 6.2.2〉 Test of tensile splitting strength 183
〈Fig. 6.2.3〉 Slump and air content of fresh concrete 184
〈Fig. 6.2.4〉 Workability of fresh concrete 184
〈Fig. 6.2.5〉 Compressive stress-strain curve 185
〈Fig. 6.2.6〉 Compressive strength in terms of the age 187
〈Fig. 6.2.7〉 Elastic modulus in terms of Compressive strength 188
〈Fig. 6.2.8〉 Relationship between splitting tensile strength in terms of compressive strength(Upper and lower bound value of CEB-FIP model) 192
〈Fig. 6.2.9〉 Relationship between splitting tensile strength in terms of compressive strength(ACI, CEB-FIP, etc & Cement-zero equation) 193
〈Fig. 6.3.1〉 CO₂ emission of 1㎥ concrete in terms of the mixing strength 198