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목차
논문요약 14
제1장 서론 16
1.1. 연구배경 16
1.2. 연구현황 18
1.2.1. 국내 연구현황 18
1.2.2. 국외 연구현황 19
1.3. 연구의 목표 및 범위 21
제2장 AAS 콘크리트 24
2.1. AAS 결합재 24
2.1.1. 고로슬래그 미분말 24
2.1.2. 반응 매커니즘 27
2.1.3. 알칼리 활성화제 29
2.2. AAS 콘크리트 특성 31
2.3. 폴리칼본산계 혼화제 33
2.3.1. 에스테르 폴리칼본산계 혼화제 33
2.3.2. 에테르 폴리칼본산계 혼화제 34
2.4. 계면활성제 36
2.4.1. 계면활성제 구조 36
2.4.2. 계면활성제의 분류 36
2.4.3. 계면활성제의 특성 38
제3장 실험연구 44
3.1. 실험계획 44
3.2. 사용재료 및 배합비 46
3.2.1. 사용재료 46
3.2.2. 재료 배합비 및 양생조건 49
3.3. 실험방법 53
3.3.1. 원재료 성능 시험 53
3.3.2. 페이스트 성능 시험 54
3.3.3. 모르타르 및 콘크리트 성능 시험 59
제4장 알칼리 활성화제 특성 평가 61
4.1. 개요 61
4.2. 원재료 기초성능 62
4.2.1. pH 62
4.2.2. 미소수화열 63
4.3. AAS 페이스트의 유동성 70
4.3.1. 미니플로우 70
4.3.2. 변속 레올로지 74
4.4. AAS 페이스트의 응결 특성 78
4.4.1. 비카트 응결 시험결과 78
4.4.2. 등속 레올로지 81
4.4.3. 초음파 속도 84
4.5. AAS 모르타르의 압축강도 87
4.6. 소결 91
제5장 AAS 화학혼화제 특성 평가 93
5.1. 개요 93
5.2. 화학혼화제 원료 성능 평가 94
5.2.1. GPC 94
5.2.2. 미소수화열 98
5.3. 화학혼화제 종류별 AAS 페이스트의 유동성 102
5.3.1. 미니플로우 102
5.3.2. 변속 레올로지 105
5.4. 화학혼화제 종류별 AAS 페이스트의 응결 특성 108
5.4.1. 비카트 응결 108
5.4.2. 등속 레올로지 111
5.4.3. 초음파 속도 113
5.5. 화학혼화제 조성비에 따른 AAS 특성 116
5.6. 소결 120
제6장 AAS 콘크리트 특성 121
6.1. 개요 121
6.2. AAS용 화학혼화제의 민감도 122
6.3. AAS 콘크리트의 유동성 125
6.3.1. 단위결합재량 - 380kg/m³ 콘크리트의 슬럼프 125
6.3.2. 단위결합재량 - 350kg/m³ 콘크리트의 슬럼프 129
6.3.3. 단위결합재량 - 320kg/m³ 콘크리트의 슬럼프 133
6.4. AAS 콘크리트의 응결 특성 137
6.5. AAS 콘크리트의 강도 특성 140
6.5.1. 단위결합재량 - 380kg/m³ 콘크리트의 압축강도 140
6.5.2. 단위결합재량 - 350kg/m³ 콘크리트의 압축강도 144
6.5.3. 단위결합재량 - 320kg/m³ 콘크리트의 압축강도 148
6.5.4. 콘크리트 압축강도 모델식 분석 151
6.6. 소결 161
제7장 결론 163
참고문헌 167
ABSTRACT 175
그림 2.1. 철강슬래그의 분류 25
그림 2.2. 에스테르 폴리칼본산계 혼화제 화학구조 34
그림 2.3. 알칼리 조건에서 에스테르 폴리칼본산계 혼화제의 작용 개념도 34
그림 2.4. 에테르 폴리칼본산계 혼화제 화학구조 35
그림 2.5. 알칼리 조건에서 에테르 폴리칼본산계 혼화제의 작용 개념도 35
그림 2.6. 계면활성제의 구조 36
그림 2.7. 음이온 계면활성제의 구조 37
그림 2.8. 양이온 계면활성제의 구조 38
그림 2.9. 비이온 계면활성제의 구조 38
그림 2.10. 지방산의 분자 배향 모델 39
그림 2.11. 계면활성제의 흡착 모델 40
그림 2.12. 액면 분자의 응집력 41
그림 2.13. 계면활성제의 희박용액 (CMC 이하)과 농후용액(CMC 이상)의 모델 43
그림 3.1. 폴리칼본산계 혼화제 및 미세기포제 48
그림 3.2. 모르타르 및 콘크리트 고온양생 조건 52
그림 3.3. GPC 분석장비 및 분석 원리 53
그림 3.4. 미소수화열 측정 장비 54
그림 3.5. 페이스트 미니플로우 시험 장치 55
그림 3.6. 비카트 시험 장비 구성 55
그림 3.7. 페이스트 점도 측정 장면 56
그림 3.8. 페이스트 초음파 측정 장치 57
그림 3.9. 초음파 속도의 발현 곡선 58
그림 3.10. 수화도에 따른 시멘트 페이스트의 미세구조 59
그림 3.11. 콘크리트 관입저항시험 장치 60
그림 3.12. 콘크리트 만능재료 시험기 60
그림 4.1. 배합수(물+알칼리 활성화제)의 pH 측정 62
그림 4.2. AAS의 미소수화열 발생량 (1 시간) 65
그림 4.3. AAS의 누적 미소수화열 (1 시간) 66
그림 4.4. AAS의 미소수화열 발생량 (24시간) 68
그림 4.5. AAS 페이스트의 미니플로우 시험 결과 72
그림 4.6. AAS 페이스트(8-1.25)의 유동성 변화 74
그림 4.7. AAS 페이스트의 변속 레올로지 시험 결과 76
그림 4.8. AAS 페이스트의 비카트 응결 시험 결과 79
그림 4.9. AAS 페이스트의 등속 레올로지 측정 결과 82
그림 4.10. AAS 페이스트의 초음파 속도 측정 결과 85
그림 4.11. AAS 모르타르의 압축강도 시험 결과 (표준양생) 88
그림 4.12. AAS 모르타르의 압축강도 시험 결과 (고온양생) 89
그림 5.1. 염기도에 따른 에스테르 폴리칼본산계 혼화제의 GPC 시험 결과 95
그림 5.2. 염기도에 따른 에테르 폴리칼본산계 혼화제의 GPC 시험 결과 97
그림 5.3. 화학혼화제를 사용한 AAS 페이스트의 1시간 미소수화열 결과 99
그림 5.4. 화학혼화제를 사용한 AAS 페이스트의 24시간 미소수화열 결과 100
그림 5.5. 혼화제 종류별 AAS 페이스트의 미니플로우 시험 결과 103
그림 5.6. 혼화제 종류별 AAS 페이스트의 변속 레올로지 시험 결과 106
그림 5.7. 혼화제 종류별 AAS 페이스트의 비카트 응결 시험 결과 109
그림 5.8. 혼화제 종류별 AAS 페이스트의 레올로지 시험 결과 112
그림 5.9. 혼화제 종류별 AAS 페이스트의 초음파속도 측정 결과 114
그림 5.10. ET2와 MA 조성비에 따른 AAS 페이스트의 미니플로우 시험 결과 117
그림 5.11. ET2와 MA 조성비에 따른 AAS 페이스트의 비카트 응결 시험 결과 119
그림 6.1. 화학혼화제 사용량 따른 AAS 콘크리트의 슬럼프 및 경시변화 123
그림 6.2. AAS 콘크리트의 슬럼프 시험 결과 (B＝380kg/m³) 126
그림 6.3. AAS 콘크리트의 슬럼프 감소율 (B＝380kg/m³) 127
그림 6.4. AAS 콘크리트의 SiO₂와 60분 경과 슬럼프 감소율 (B＝380kg/m³) 128
그림 6.5. AAS 콘크리트의 슬럼프 시험 결과 (B＝350kg/m³) 130
그림 6.6. AAS 콘크리트의 슬럼프 감소율 (B＝350kg/m³) 131
그림 6.7. AAS 콘크리트의 SiO₂와 60분 경과 슬럼프 감소율 (B＝350kg/m³) 132
그림 6.8. AAS 콘크리트의 슬럼프 시험 결과 (B＝320kg/m³) 134
그림 6.9. AAS 콘크리트의 슬럼프 감소율 (B＝320kg/m³) 135
그림 6.10. AAS 콘크리트의 SiO₂와 60분 경과 슬럼프 감소율 (B＝320kg/m³) 136
그림 6.11. AAS 콘크리트의 관입저항시험 결과 (B＝350kg/m³) 138
그림 6.12. AAS 콘크리트의 압축강도 시험 결과 (B＝380kg/m³) 141
그림 6.13. Ms에 따른 AAS 콘크리트의 1일 및 28일 압축강도 (B＝380kg/m³) 143
그림 6.14. AAS 콘크리트의 압축강도 시험 결과 (B＝350kg/m³) 145
그림 6.15. Ms에 따른 AAS 콘크리트의 1일 및 28일 압축강도 (B＝350kg/m³) 147
그림 6.16. AAS 콘크리트의 압축강도 시험 결과 (B＝320kg/m³) 148
그림 6.17. Ms에 따른 AAS 콘크리트의 1일 및 28일 압축강도 (B＝320kg/m³)(이미지참조) 151
그림 6.18. 단위결합재량이 380kg/m³인 AAS 콘크리트의 압축강도 분석 153
그림 6.19. 단위결합재량이 350kg/m³인 AAS 콘크리트의 압축강도 분석 156
그림 6.20. 단위 결합재량이 320kg/m³인 AAS 콘크리트의 압축강도 분석 158
초록보기
콘크리트의 주재료인 시멘트는 공학적인 측면에서 우수한 재료로 인정받고 있었다. 하지만 최근에는 환경 및 사회적인 인식이 변화되어 CO₂가스를 대량으로 배출하는 재료로 지적되었고, 선진국을 중심으로 생산량을 조절하거나, 이를 대체하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 시멘트를 대체할 수 있는 대표적인 재료로 고로슬래그와 플라이애쉬가 있으며, 현재는 시멘트와 동등 수준의 성능을 기대할 수 있는 콘크리트를 제조할 수 있게 되었으나, 아직까지도 실용화를 위해서는 몇 가지 해결해야 할 부분이 남아있다. 이에 본 연구에서는 알칼리 활성 슬래그 결합재의 응결과 경화 특성에 대해 분석하고, 이를 실용화하기 위해 반드시 해결해야 할 급격한 유동성 저하와 빠른 응결 발생 등의 문제를 폴리칼본산계 혼화제와 계면활성 효과가 있는 미세기포제를 사용하여 개선하고자 한다. 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 실용화를 위한 연구는 4단계로 구분하여 진행하였다. 1단계는 알칼리 활성 슬래그 결합재의 재료적인 한계를 정량적으로 평가하기 위해 알칼리 활성화제의 사용량 및 조성비에 따른 알칼리 활성 슬래그 페이스트의 특성을 분석하였다. 2단계는 알칼리 활성 슬래그 결합재의 재료적인 한계를 극복하기 위해 폴리칼본산계 혼화제와 계면활성 첨가제를 사용하였으며, 알칼리 활성 슬래그 결합재에 적합한 혼화제의 조성비를 도출하였다. 3단계는 알칼리 활성 슬래그 전용 화학혼화제를 사용한 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 배합비에 따른 유동성, 응결, 압축강도를 비교하였고, 압축강도 모델식에 의해 AAS 콘크리트의 압축강도를 분석하였다.
알칼리 활성 슬래그 결합재의 특성을 평가하기 위해 사용된 알칼리 활성화제는 NaOH, Na₂SiO₃를 혼합한 2 성분계 알칼리 활성화제이다. 알칼리 활성화제는 사용량(Na₂O＝4%, 6%, 8%)과 Ms(SiO₂/Na₂O, 0.75, 1.00, 1.25)에 따라 총 9 종류의 페이스트 배합으로 구분하였고 알칼리 활성 슬래그 페이스트의 특성을 평가하기 위해 유동성, 응결, 24시간 이내의 압축강도 시험을 실시하였다. 그 결과 알칼리 활성 슬래그 페이스트는 알칼리 활성화제를 6% 이상 혼입할 경우 초기 강도발현이 우수하였으나, 30분 이내에 유동성이 급격하게 저하되고, 초결이 발생하는 특징이 있었다. 알칼리 활성 슬래그 결합재의 초기 작업성을 개선하기 위해 일반적으로 사용되고 있는 에스테르 폴리칼본산계 혼화제와 알칼리 조건에서도 분자구조가 유지되는 에테르 폴리칼본산계 혼화제 그리고 계면활성 효과가 있는 미세기포제를 사용하였다. 에테르 폴리칼본산계 혼화제는 유동성을 개선하는 효과가 있으며, 미세기포제는 응결을 지연하는 효과가 있기 때문에 이 두가지 화학혼화제를 이용하여 알칼리 활성 슬래그 결합재의 유동성 및 응결을 지연하는 효과가 있는 알칼리 활성 슬래그 결합재용 화학혼화제를 개발하였다. 개발된 화학혼화제를 사용하여 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 특성 시험을 실시한 결과, 알칼리 활성 슬래그 결합재용 화학혼화제를 사용한 경우 유동성 및 응결을 2시간까지 늦출 수 있었으며, 배합 규격에 따라 4시간까지 지연하는 효과가 있었다. AAS 콘크리트의 슬럼프 손실(Loss)은 알칼리 활성화제의 Ms에 영향을 받으며, 단위 결합재량이 다소 낮더라도 AAS 콘크리트는 높은 압축강도를 나타내었다. AAS 콘크리트 품질 성능은 콘크리트 배합비 이 외에도 알칼리 활성화제의 특성에 많은 영향을 받기 때문에 작업성과 압축강도를 고려한 AAS 콘크리트의 배합설계가 요구된다.MARC 보기
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