제올라이트 시멘트 모르타르의 재료적 특성에 관한 실험적 연구

Abstract

오늘날 구조물은 점차 대형화, 초고층화의 추세에 있으며 해양 구조물이나 원자력 발전소, 프리캐스트 제품 등 특수한 용도로의 사용이 많아지고 있어 용도에 따라 특수한 물성이 요구되거나 또는 고품질, 고강도의 시멘트 및 콘크리트에 대한 요구가 크게 증가하고 있다. 또한 시멘트 산업은 에너지 다소비형이며 석회석을 원료로 하고 있어 지구 온난화의 주범인 CO₂를 배출하여, 환경문제로 인해 가까운 시기에 큰 어려움을 겪을 것으로 예상되고 있다. 이러한 첨단산업의 발전과 지구환경 문제의 심각성에 대한 인식이 증가하여 시멘트 산업에서도 다각화 측면에서 다양한 종류의 기술 등이 활성화되고 있다. 본 연구에서는 최근에 새로이 검토되고 있는 시멘트 대체 재료로서 제올라이트(zeolite) 시멘트 모르타르에 관한 재료적 특성을 알아보고자 한다. 제올라이트는 화학구조상 Na, K, Ca, Mg, Ba를 양이온으로 소량 함유하는 함수 규산염 광물이다. 결정구조상으로는 규산염 광물의 기본단위의 하나인 (Si, Al)O₄ 사면체의 모든 산소들이 또다른 사면체에 의하여 공유되면서 3차원적으로 연결되는 망상 규산염 광물로 알려져 있다. 이러한 제올라이트는 이온교환능, 흡착능 및 분자체효과(molecular sieving effect)를 가지기 때문에 화학공업 분야를 위시하여 요업, 제지업, 제약업, 에너지 및 환경에 이르기까지 매우 다양하게 활용되고 있다. 이에 알칼리 활성제를 사용하여 제올라이트 모르타르를 제조하여, 강도특성 및 적정 배합비를 구하였으며, 이를 토대로 알칼리 경화 제올라이트 모르타르에 기능성 소재를 혼합하여 고기능성 건설소재를 개발하는 토대를 마련하였다. 그 결과 알칼리 활성제의 양과 경화 온도에 따른 천연제올라이트 시멘트 모르타르의 7일 압축강도가 42MPa, 합성제올라이트 시멘트 모르타르 60Mp로 측정되는 등 기존 시멘트보다 뛰어나 성능을 나타내는 것으로 판단되어지며, 기존 건설용 재료를 대체할 가능성이 충분히 있다고 판단되어진다.; In today's world, the structures are becoming larger and climbing ever higher, requiring more and more of cement and concrete having specific characteristics depending on their usage or which is of high quality and strength. Also, the increase in their use, in special purposes like in construction of offshore structures, nuclear power stations and precast products, cannot be ignored. It has resulted in huge rise in demand for them. But the cement industry, with its large energy consumption and use limestone as a raw-material, producing CO₂ the main cause of global warming, is expected to be faced with a major set-back in the near future to overcome the environmental problems. This research is to find out the materialistic characteristics of zeolite cement mortar, which is being newly examined as a cement substitute. Zeolite is a hydrous silicate mineral containing a small amounts of Na, K, Ca, Mg, Ba cations as per its chemical structure. It forms a 3D net crystal structure as each of the oxygen atoms on its basic unit, tetrahedral (Si, Al)O₄ is shared with another such tetrahedral unit. Zeolite thus has ion-exchange properties, adhesiveness and molecular sieving effect and therefore is widely used in various fields starting from chemical industry to ceramic industry, paper industry, pharmaceutical industry, energy and environment. Zeolite mortar was prepared using alkali activation, and its degree of strength and the appropriate mixing ratio was found. Based on this, functional material was added to alkali active agent hardening zeolite mortar, to develop a highly functional construction material. The result observed showed that depending on the amount of alkaline catalyst mixed and the temperature of hardening, pure zeolite cement attained compressive strength of 42MPa in 7 days, and that of mixed zeolite cement was measured to be 60MPa, showing superior efficiency and the obvious possibility as a new substitute of present construction material.