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고로슬래그 미분말, 비소성 시멘트, 양생방법
granulated ground blast furnace slag, non-sintered cement, curing method

  • 1. 서 론

  • 2. 실험 계획 및 방법

  •   2.1 사용재료

  •   2.2 실험계획

  •   2.2.1 배합

  •   2.2.2 양생방법

  •   2.3 실험방법

  •   2.3.1 휨 및 압축강도

  •   2.3.2 pH 측정

  •   2.3.3 미세구조 관찰

  •   2.3.4 XRD 분석

  •   2.3.5 화학저항성

  •   2.3.6 염화물 이온 침투 저항성

  •   2.3.7 탄산화 촉진 실험

  • 3. 실험 결과 및 고찰

  •   3.1 휨 및 압축강도

  •   3.2 pH 측정

  •   3.3 미세구조 관찰

  •   3.4 XRD 분석

  •   3.5 화학 저항성

  •   3.6 염화물 이온 침투 저항성

  •   3.7 탄산화 촉진 실험

  • 4. 결 론

1. 서    론

산업혁명 이후 시멘트는 건설산업의 눈부신 발전으로 인해 폭넓게 사용되어 왔다. 그러나 시멘트 생산은 지구온난화 및 기후변화를 일으키는 이산화탄소를 대량으로 배출한다. 이로 인해 지구 평균기온의 상승과 생태계 탄소 사이클의 파괴로 인해 인간은 물론 많은 생물들이 생명의 위협을 받고 있다. 따라서 이에 대한 중요성을 인식하고 구체적, 장기적으로 대책을 강구하여야만 한다.

과거 건설재료의 연구개발이 고성능화 및 다기능화 중심으로 진행되었다면 현재에는 이와 더불어 이산화탄소 저감을 위한 친환경 재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 친환경 재료는 건축폐기물 뿐만 아니라 산업부산물 및 폐기물을 활용하는 범위까지 그 영역이 확대되어 가고 있으며, 전 세계적으로 친환경에 대한 관심이 높아짐에 따라 이산화탄소 발생에 대한 관심 또한 높아지고 있다. 특히, 시멘트 산업에서의 이산화탄소의 배출량은 전체 배출량의 7~10%를 차지하고 있으며, 시멘트 1톤 생산 시 약 0.8~0.9톤의 이산화탄소가 배출되는 것으로 나타났다.1)

일반적으로 산업부산물인 고로슬래그 미분말(Ground Gra-nulated Blast Furnace Slag, 이하 GBFS)와 포틀랜트 시멘트를 혼합한 고로슬래그 시멘트가 대표적인 제품으로 현재까지 전세계적으로 사용되고 있으며, 연구 개발 또한 지속적으로 진행되고 있다. 이러한 GBFS는 물과 접촉시 슬래그 입자표면에 불투수성 산성피막이 형성되어 수화반응이 진행되지 않지만 알칼리 혹은 황산염과 같은 물질을 첨가하면 내부에 포함되어 있던 이온들이 용출되어 수화반응이 이루어진다. 이러한 작용을 하는 물질을 자극제라 하며2-3) GBFS의 수화반응 속도는 자극제의 종류에 따라 반응속도 및 수화물의 종류, 구조 등이 다르기 때문에 고로슬래그를 사용한 시멘트의 강도특성 및 기타 물성에 미치는 영향도 다르게 나타난다.3)

따라서 본 연구에서는 환경부하를 감소시키기 위해 GBFS에 알칼리 및 황산염 자극제를 혼입하여 고온의 소성과정 없이 상온에서 제조 가능한 비소성 시멘트(Non-Sintered Cement, 이하 NSC)를 개발하고자 하였다. 또한 수중양생, 기건양생, 상압증기양생을 실시하여 각각의 양생조건이 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary Potland Cement, 이하 OPC) 및 NSC의 강도특성 및 내구성에 어떠한 영향을 미치는가를 파악하여 향후 건설재료로써의 기초자료 및 OPC를 대체할 수 있는 가능성을 확인하고자 하였다.

2. 실험 계획 및 방법

2.1 사용재료

본 실험에서는 비중 3.06, 비표면적 3,300(cm2/g)인 국내산 1종 OPC를 사용하였고, 이와 비교하기 위한 NSC 제작을 위해 비중 2.91, 비표면적 4,600(cm2/g)인 국내산 3종 GBFS를 사용하였다. OPC 및 GBFS의 화학성분은 Table 1과 같다.

Table 1 Chemical composition of OPC and GBFS(%)

SiO2

Al2O3

FeO3

CaO

MgO

SO3

OPC

21.7

5.70

3.20

63.1

2.80

2.2

GBFS

24.76

14.50

0.48

41.71

6.87

0.13

Table 2 Chemical composition of NSC

SiO2

Al2O3

FeO3

CaO

MgO

SO3

NSC

15.89

5.03

0.59

38.21

2.24

6.44

Table 3 Mix proportion of NSC Mortar

W/B

(%)

B:S

Binder Weight(g)

OPC

GBFS

A-A

S-A

OPC

52

1:2.45

500

-

-

-

NSC

52

1:2.45

-

300

150

50

2.2 실험계획

2.2.1 배합

NSC의 배합은 GBFS를 주 재료로 하여 분말형 알칼리 자극제(Alkali Activated, 이하 A-A)와 황산염 자극제(Sulfate Activated, 이하 S-A)를 첨가하여 제조하였다. 잔골재는 주문진산 표준사(크기 0.25~0.6 mm)를 사용하였다. 결합재와 잔골재의 중량비(B:S)는 예비실험을 실시하여 우수한 특성을 나타내는 1:2.45로 하였으며, 물결합재비(W/B)는 선행된 플로우 테스트를 실시하여 목표 요구치 170±5 mm를 만족하는 52%로 실험을 진행하였다. 전체적인 배합비는 예비실험을 실시하여 도출하였으며, 이를 통한 가장 우수한 배합을 본 연구의 배합비로써 적용하였다. 모르타르의 비빔은 KS L ISO 679(시멘트 강도 시험 방법) 규준에 의거하여 진행하였으며, 비빔이 끝난 NSC 모르타르는 40×40×160 mm 강제식 3연형 몰탈 빔몰드에 성형하였다. NSC의 XRF 실험결과에 따른 화학조성 및 배합비는 Table 2, 3과 같다.

2.2.2 양생방법

본 연구는 양생방법에 따른 NSC 모르타르의 특성을 비교 분석하기 위하여 수중양생(OPC-W, NSC-W), 상압증기양생(OPC-S, NSC-S), 기건양생(OPC-Ad, NSC-Ad)으로 각각 실시하였다. 수중양생은 성형된 공시체를 표준 양생(20°C, RH50%)의 조건에서 24시간 양생 후 탈형하여 20±2°C의 수조에서 재령 3, 7, 28일 동안 양생하였다. 기건양생은 성형된 공시체를 표준양생 조건에서 24시간 양생 후 탈형하여 동일한 조건에서 양생하였다. 상압증기양생은 Fig. 1과 같이 성형된 공시체를 표준양생 조건하에서 2시간 전치 시킨 뒤 승온 속도 15°C/hr로 최고온도를 65°C까지 높여 6시간을 유지 시킨 뒤 12시간을 자연 냉각 시켜 상온과 동일한 시점에서 탈형하여 재령기간 동안 표준양생조건으로 기건양생을 실시하였다.

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Fig. 1 Atmospheric steam curing

2.3 실험방법

2.3.1 휨 및 압축강도

각 양생조건으로 재령 3, 7, 28일 동안 양생된 공시체를 KS L ISO 679 규준에 의거하여 휨 및 압축강도를 측정하였다.

2.3.2 pH 측정

각 양생조건에 따른 재령별 pH를 측정하기 위해 양생된 공시체를 UTM을 이용하여 파쇄한 뒤 시편을 채취한다. 채취한 시편을 분쇄한 뒤 10~30 μm 사이즈의 체로 거른 시료를 5g 당 200 mL 증류수에 혼합시킨 뒤 pH측정기를 사용하여 측정하였다.

2.3.3 미세구조 관찰

각 재령에 따른 미세구조를 관찰하기 위해 재령 3, 7, 28일간 양생된 공시체를 UTM으로 파쇄하여 파단면의 시편을 채취한다. 그리고 그 시편을 아세트산 카민용액에 1일간 침지시킨 뒤 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscope, 이하 SEM)을 이용하여 관찰하였다.

2.3.4 XRD 분석

각 재령에 따른 결정상 분석을 위해 SEM 실험과 동일하게 1일간 아세트산 카민용액에 침지시킨 시편을 분쇄하여 X선 회절분석기(X-Ray Diffraction, 이하 XRD)를 이용해 관찰하였다. XRD 분석의 측정조건은 40 kv, 30 mA, Scanning Speed: 4°/min, angle: 10~65°로 하였다.

2.3.5 화학저항성

화학저항성은 ASTM C 267, 579 규준에 의거하여 내산성 실험을 실시하였다. 각각의 다른 조건으로 양생된 공시체의 표면 물기를 습포를 이용하여 제거한 뒤 중량을 측정하고 황산(H2SO4)수용액에 침적시켰다. 내산성의 비교는 침적된 날을 시작으로 14일, 28일, 56일, 90일 동안 침적시킨 시편을 꺼내어 흐르는 물에서 부드러운 솔로 훼손된 표면부분을 제거하고 처음과 같이 습포를 이용하여 표면의 물기를 제거한 뒤 공시체의 중량을 측정한다. 침적에 의한 중량 감소율은 (1)식을 이용하여 산출하였다.

중량 감소율(%) = /Resources/kci/JKCI.2015.27.3.237/images/PICFBBF.gif × 100        (1)

Wn : 침지재령에서의 공시체 중량

Wo : 침지전의 공시체 중량

2.3.6 염화물 이온 침투 저항성

28일간 각 양생조건으로 양생된 공시체를 10%의 NaCl 용액에 14일간 침지시킨 뒤, 중앙부를 절단하여 절단된 단면에 0.1% Fluorescein Natrium 용액을 분무하여 색상의 변화가 없는 부분을 염화물 이온 침투 깊이로 산정하였다.

2.3.7 탄산화 촉진 실험

각 양생조건에 따른 탄산화 깊이를 측정하기 위해 28일간 양생된 공시체를 습도 60%, 온도 30°C, CO2 5% 조건의 탄산화 촉진 장치에 2주간 정치시킨 뒤, 공시체의 중앙부를 절단하여 절단된 단면에 페놀프탈레인(C20H14O4) 1% 용액을 분무하여 색상의 변화가 없는 부분을 탄산화 깊이로 산정하였다.

3. 실험 결과 및 고찰

3.1 휨 및 압축강도

Fig. 2는 각 양생조건에 따른 OPC 및 NSC의 휨강도를 나타낸 그래프이다. OPC의 경우 초기재령에선 증기양생을 실시한 OPC-S가 높은 휨강도를 나타냈으나 재령이 증가하면서 OPC-W가 우수한 강도 증진률을 보이며 재령 28일에서 가장 높은 휨강도가 측정되었다. NSC 또한 OPC와 유사하게 NSC-S의 초기강도가 높게 측정되었고, 재령이 증가할수록 NSC-W가 높은 강도 증진률을 나타냈다. 전체적으로 수중양생 및 증기양생을 실시한 NSC 공시체의 휨강도가 높게 나타났고, 기건양생을 실시할 경우 OPC와 NSC 모두 다른 양생조건에 비해 전반적으로 강도가 낮은 모습을 보였다.

압축강도를 측정한 Fig. 3을 살펴보면, 휨강도와 유사하게 초기강도는 NSC-S가 가장 우수하였으며 재령 28일에선 NSC-W 및 NSC-S가 OPC보다 높은 압축강도를 나타냈다. 특히 NSC-W는 초기강도는 낮았으나 재령이 증가할수록 높은 강도 증진률을 나타냈다.

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Fig. 2 Flexural Strength with Curing Period

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Fig. 3 Compressive Strength with Curing Period

휨 및 압축강도 실험결과, 전체적으로 기건양생을 실시한 NSC-Ad의 강도가 다른 양생조건에 비해 강도발현이 현저히 낮았는데, 이는 OPC에 비해 초기 수화반응이 느린 NSC의 경우 수분의 증발로 인해 수화반응이 원활히 이뤄지지 않아 수화물의 생성량이 저감되어 강도발현이 미흡하게 된다.

또한, 증기양생의 경우 초기강도는 높게 나타났으나 재령이 증가할수록 강도 증진률은 수중양생에 비해 감소한 것을 알 수 있는데, 이는 증기양생을 실시함으로써 초기 활발한 수화반응이 진행되어 C-S-H겔 및 ettringite 생성이 촉진되었으나 일부 빈약한 구조의 다공질 화학생성물이 만들어져 기공이 완전히 채워지지 않고 남아있게 되어 영향을 미침으로써 재령이 경과할수록 수중양생에 비해 강도 증진률이 둔화된다.4) 결국, OPC를 대체할 수 있는 강도를 발현하기 위해서는 수중 및 증기양생이 적합할 것으로 판단된다.

3.2 pH 측정

OPC의 경우 각 양생조건 모두 pH 12.4~12.8 범위로 강알칼리성을 나타냈고, NSC는 pH 11.5~12.1 사이값을 나타내며 OPC에 비해 낮은 pH를 나타냈으며, OPC 및 NSC 모두 재령이 증가함에 따라 pH가 감소하였다.

초기에 알칼리 자극제에서 용출되는 OH-에 의해 pH 12 이상의 강알칼리성이 조성되어 GBFS의 산성피막의 형성을 억제 및 신속히 파괴하여 내부의 이온을 용출시켜 C-S-H겔과 같은 수화물의 생성을 촉진한다. 또한, 반응초기에 강알칼리성 분위기가 조성되면 GBFS의 CaO의 용 출은 억압되지만 Al3+이온은 양쪽성 물질로서 pH에 큰 영향을 받지 않고 적은양이나마 용출이 가능하게 된다.5) 이렇게 용출된 소량의 Al2O3 성분이 S-A와 반응하여 빠른 시간내에 비교적 결정성이 나쁜 ettringite가 생성되고, 재령이 증가할수록 점점 결정성이 좋은 것으로 바뀌게 된다. 강알칼리에서 생성된 저결정성의 ettringite가 미반응 GBFS 입자의 주위에 치밀하게 생겨 물질이동을 방해하므로 CaO의 용출이 원활하지 못하게 되나 점점 pH가 감소하면서 CaO 농도에 의해 SiO2 농도 또한 서서히 증가하여 C-S-H 수화물도 동시에 생성시킬 수 있다.6-7) 결국, GBFS의 초기수화반응은 pH에 의존하므로 자극제의 첨가에 따른 pH 강약은 NSC의 강도 및 내구성을 결정하는 중요한 요소라 할 수 있다.

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Fig. 4 pH with Curing Period

3.3 미세구조 관찰

Fig. 5, 6는 각 양생조건에 따른 OPC 및 NSC의 재령별 SEM 사진이다. 재령 3일의 OPC-W를 살펴보면 소량의 얇고 긴 침상구조의 ettringite를 관찰할 수 있었으며 이로 인해 초기강도가 높게 측정된 것을 알 수 있다. 이후 재령이 증가함에 따라 ettringite가 소비되고 재령 7일 및 28일에는 거의 관찰되지 않았다. 재령 28일에는 판상형의 Ca(OH)2와 그 사이 공극을 채우고 있는 C-S-H겔을 관찰할 수 있었다. 기건양생을 실시한 OPC-Ad의 경우 비교적 적은 ettringite의 생성으로 인해 초기강도 발현에 미흡한 것을 알수 있으며, 양생기간이 증가하여도 C-S-H 겔의 생성량이 적고 미반응 클링커 또한 관찰할 수 있었다. 반면 OPC-S는 OPC-Ad와 비교해 보았을 때 초기재령부터 수화반응이 활발히 이루어져 수화생성물의 생성률이 높은 것을 확인할 수 있었다.

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Fig. 5 SEM image of OPC with curing ages (×10,000)

NSC의 미세구조를 살펴보면 수중양생을 실시한 NSC-W의 재령 3일에는 얇고 긴 침상구조의 ettringite가 다량 생성된 것을 확인할 수 있었고 지속적인 수화반응으로 재령 28일에는 굵은 침상구조의 ettringite와 C-S-H겔과 함께 밀실한 구조를 형성하고 있었다. NSC-Ad는 재령 3일에선 다른 양생조건과는 달리 ettringite의 모습을 거의 관찰할 수 없었으며, 재령이 증가하면서 적은 양의 ettringite와 C-S-H 겔을 확인할 수 있었고 미반응 자극제로 보이는 응집체가 소량 발견되었다. NSC-S는 초기재령부터 수화물의 생성이 활발히 이뤄져 수화물의 생성이 높은 것을 확인하였다.

NSC의 내부 미세구조를 관찰한 결과를 종합하면 수화반응에 따른 초기 재령에서의 강도발현은 다량의 ettringite를 골격으로 C-S-H 겔에 의해 이루어진다. 또한 C-S-H겔은 ettringite를 감싸며 재령이 지남에 따라 생성량이 증가하고 경화된 페이스트의 공극을 밀실하게 채우게 되어 ettringite와 치밀한 네트워크식 망상구조를 형성하면서 지속적으로 높은 강도를 발현한다. 각 양생조건에 따른 NSC의 미세구조를 비교해보면 기건양생을 실시할 경우 수화반응이 미약하여 수화반응물의 형성이 제대로 이루어지지 않아 치밀한 조직을 갖지 못한 모습을 관찰할 수 있었으며, 결국 강도발현이 어렵게 된다. 따라서 우수한 수화생성물을 형성하여 OPC를 대체할 수 있는 조직을 얻기 위해서는 수중양생과 증기양생을 실시하는 것이 적합하다고 판단된다.6)

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Fig. 6 SEM image of NSC with curing ages (×10,000)

3.4 XRD 분석

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(a) Water Curing

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(b) Air Dry Curing

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(C) Steam Curing

Fig. 7 X-ray diffraction patterns of OPC with Curing Period

각 양생조건에 따른 OPC의 재령별 XRD 분석 결과를 살펴보면, OPC-W와 OPC-S의 경우 Ca(OH)2 피크가 18°(2θ) 및 34°(2θ)에서 높게 나타남으로써 Ca(OH)2의 생성량이 OPC-Ad에 비해 높음을 알 수 있다. OPC-Ad는 전체적으로 수화생성물의 피크가 낮게 나타났고 미반응 클링커 또한 관찰할 수 있었다. OPC의 주요 생성물은 Ca(OH)2 및 C-S-H겔이며 재령이 증가할수록 생성량이 증가하였다. 전체적으로 26°(2θ) 부근에 나타나는 quartz는 모르타르 배합시 사용되는 잔골재로 인한 석영 및 방해석이다.

NSC의 경우 ettringite의 피크가 여러 곳에서 나타났고, CaSO4·2H2O의 피크 또한 관찰되었다. 초기재령에서 S-A의 함량이 부족할 경우 GBFS에 함유되어 있는 CaO 및 Al2O3을 완전히 ettringite로 전환되지 못하여 여분의 CaO 및 Al2O3은 물과 반응하여 칼슘알루미네이트 수화물 C4AH13을 생성하거나 또는 이미 생성된 ettringite 중의 S-A와 반응하여 강도발현이 ettringite보다 낮은 monosulfate를 생성하게 된다. 하지만 monosulfate의 피크는 검출되지 않은 것으로 보아 GBFS와의 반응에 필요한 S-A의 부족 현상은 없는 것으로 판단된다.5)

양생조건에 따른 NSC의 XRD 분석 결과를 살펴보면, NSC-W 및 NSC-S는 재령이 증가할수록 재령 3일 및 7일에 비해 C-S-H겔의 피크가 증가함을 확인할 수 있었으며, 이로 인해 재령이 증가함에 따라 우수한 강도 발현이 이루어 졌음을 알 수 있다. 반면 기건양생을 실시한 NSC-Ad는 C-S-H겔의 피크가 낮음으로써 강도발현에 미흡함을 알 수 있다. NSC의 주요 생성물은 GBFS의 산성피막이 A-A 및 S-A의 자극으로 인해 파괴됨으로써 용출되는 이온들이 S-A와 반응하여 ettirngite를 생성시키고 GBFS의 남은 성분들이 C-S-H겔 상의 수화물을 형성함으로써 강도를 발현한다.5)

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(a) Water Curing

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(b) Air Dry Curing

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(c) Steam Curing

Fig. 8 X-ray diffraction patterns of NSC with Curing Period

3.5 화학 저항성

각 양생조건에 따른 OPC 및 NSC의 내산성을 알아보기 위해 H2SO4 수용액에 침지시킨 후 침지재령에 따른 중량 변화율을 알아보았다. NSC의 경우 침지재령 14일 까지는 각 양생조건 모두 중량 감소율의 큰 변화를 보이지 않았으나, 침지재령 28일에서 수중양생을 실시한 NSC-W가 서서히 중량이 감소하는 모습을 나타냈다.

이후 침지재령이 증가하며 침지재령 90일에서 NSC-W가 가장 높은 중량 감소율을 보였고, NSC-Ad가 가장 낮은 중량 감소율을 나타냈다. 전반적으로 NSC 공시체가 OPC에 비해 우수한 내산성을 발휘하였다. 이는 NSC의 결합재인 GBFS의 특성상 OPC의 강도 발현에 가장 큰 인자이며 산의 침식에 가장 큰 영향을 미치는 Ca(OH)2를 거의 생성하지 않기 때문에 중량 감소율을 최소화 할 수 있다.8)

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Fig. 9 Mass change of OPC and NSC with during immersion in 5% H2SO4 solutions

3.6 염화물 이온 침투 저항성

Fig. 10는 각각의 양생조건에 따른 OPC 및 NSC의 염화물 이온 침투깊이를 나타낸 그래프이다. OPC의 경우 수중양생을 실시한 OPC-W에서 가장 우수한 저항성을 나타냈고, OPC-S가 가장 낮은 저항성을 보였다. NSC의 경우 OPC와 동일하게 NSC-W가 가장 우수한 저항성을 보였으며, NSC 공시체 모두 OPC와 비교하여 우수한 저항성을 나타냈다.

NSC가 OPC에 비해 우수한 염화물 이온 침투 저항성을 나타내는 것은 OPC에 비해 치밀한 조직을 형성하기 때문이다. 알칼리 및 황산염 자극제에 의한 지속적인 자극작용에 의해 수화반응이 가속화 되고, 내부에 포위되어 있던 규산염 수화물이 빠른 속도로 용출되어 결합수와 증발수에 의해 생성되는 공극을 치밀하게 충전할 뿐만 아니라 수화물 사이에 또다른 수화물을 생성한다. 결국, NSC는 시멘트에 비해 대량의 미세공극을 생성함으로써 각종 이온의 침투 및 투기·투수에 대하여 우수한 저항성을 갖게 된다.8-9) 이러한 결과는 재령이 증가할수록 NSC의 저항성이 더욱 증가할 것으로 사료된다.

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Fig. 10 Cl- Penetration Depth of OPC and NSC with immersed in 10% NaCl solution

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Fig. 11 Carbonation Depth of OPC and NSC after 2-week carbonation test

3.7 탄산화 촉진 실험

각 양생조건에 따른 탄산화 깊이를 살펴보면, NSC 공시체의 탄산화 깊이가 OPC에 비하여 현저 높음을 알 수 있다. NSC 공시체가 치밀한 조직을 가졌음에도 불구하고 CO2에 의하여 내부조직이 쉽게 파괴되는 이유는 NSC 공시체를 표면처리 없이 공기중에 오래방치하면 공시체 표면이 이완되고 다공되기 때문이다. 또한, Ca(OH)2는 다른 수화물과 같이 존재할 경우 제일 먼저 탄산화가 진행되어 미세공극을 충전하고 ettringite를 감싸주는 역할을 한다. 그러나 NSC는 Ca(OH)2의 생성량이 OPC에 비해 적고 C-S-H 및 ettringite의 탄산화가 바로 일어나며 분해된다. 특히, ettringite의 탄산화는 석고와 탄산칼슘으로 완전히 분해되어 다공질의 알루미나겔 구조를 형성하게 된다.8)

4. 결    론

본 연구 결과를 종합해 보면 다음과 같다.

1)NSC의 강도 특성은 수중양생과 증기양생을 실시하였을 경우 재령이 경과함에 따라 OPC보다 우수한 강도 값을 나타내었으나 기건 양생의 경우 OPC보다 다소 낮은 강도 값을 보여주었다. 이는 양생 조건에 따른 GBFS의 수화반응의 진행 속도가 다르며 그에 따른 수화 반응 생성물의 형성이 가장 큰 요인으로 판단된다.

2)OPC는 평균 pH값이 12~13 범위를 나타내며 강한 알칼리성을 보였고, NSC는 평균 11.5~12.5로 OPC에 비해 낮은 알칼리성을 나타냈으며, 재령이 증가할수록 지속적인 수화반응으로 pH가 감소하게 된다.

3)SEM을 이용하여 내부 미세 구조를 관찰한 결과 초기 재령시 다량의 얇고 긴 침상 구조의 ettringite을 확인하였고, 재령이 증가함에 따라 굵게 발달한 ettringite와 C-S-H겔이 치밀한 구조를 이루고 있었다. 수중양생과 증기양생을 실시하였을 때 활발한 수화반응을 유도하여 OPC와 달리 치밀한 네트워크식 망상형 구조를 형성하는 것을 알 수 있다.

4)NSC는 XRD 분석결과 ettringite의 피크가 수중 및 증기양생에서 재령 3일부터 높게 나타났으며 재령이 증가하면서 C-S-H 피크가 증가함을 알 수 있었다. 반면 기건양생의 경우 ettirngite 및 C-S-H 피크의 증가율이 낮아 수화반응이 원활하지 않음을 알 수 있다.

5)H2SO4 수용액에 침지된 NSC는 각각의 양생조건 모두 OPC보다 월등히 우수한 내산성을 보여주었는데 이는 NSC가 OPC의 강도발현에 가장 큰 인자이며 산의 침식에 가장 큰 영향을 끼치는 Ca(OH)2를 거의 생성시키지 않아 중량 감소율을 최소화할 수 있는 것으로 판단된다.

6)10% NaCl 수용액에 침지된 OPC는 재령이 증가함에 따라 평균 15mm 정도의 침투 깊이를 나타낸 반면 NSC는 각 양생조건 모두 평균 4mm이하의 침투 깊이를 나타내어 우수한 염화물 이온 침투 저항성을 보여주었다.

7)NSC는 OPC에 비해 치밀한 구조를 형성함에도 불구하고 모든 공시체의 탄산화 깊이가 깊게 나타났다. 이는 Ca(OH)2의 생성량이 OPC에 비해 상대적으로 적어 C-S-H겔 및 ettringite의 탄산화가 바로 진행되어 분해되기 때문이다.

8)NSC는 내부 조직이 치밀하고 화학저항성 및 염화물 이온에 대한 저항성이 높으나 CO2에 취약한 큰 문제점을 가지고 있어 CO2 농도가 낮은 수중 및 지하구조물 등에 적당하며, 지상구조물에 적용할 경우 중성화 방지막 도포 및 피복두께를 증가한다면 탄산화에 의한 피해를 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다.

Acknowledgements

이 논문은 2014년도 경북녹색환경지원센터의 지원을 받아 수행된 연구임.

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