알칼리 활성화 슬래그 콘크리트의 적용에 관한 실험적 연구

Abstract

제철공업에서 발생되는 부산물인 고로슬래그는 시멘트, 골재, 노반재, 기타 시멘트 첨가재로 건축, 토목분야에 이용되어온 유용한 자원이다. 고로슬래그에 자극제를 첨가하여 강도발현을 시키는 알칼리 활성화 슬래그(Alkali Activated Slag, 이하 AAS)는 포틀랜드 시멘트에 비하여 수화열이 낮고 장기강도가 높으며 내화학성이 우수한 장점이 있다. 또한 알칼리 활성화 슬래그는 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland Cement, 이하 OPC)의 제조에 비하여 산업 부산물로써 사용할 수 있고, 에너지 절약적인 차원에서 각광받고 있다. 또한 에너지위기 및 환경문제가 대두됨으로써 1997년 일본 교토에서 합의된 지구온난화방지 국제회의에서 2010년 이후 온난화가스 배출량을 선진국의 온실가스 배출량을 1990년도 대비 평균 5.2% 감축하는 것을 의무화 하고 있다. 이러한 지구 환경 문제는 건축분야에서도 예외가 될 수 없으며 건축 전 과정에 대하여 논의될 필요가 있다. 거론되는 CO2 배출량 규제가 점차적으로 구체화되고 있는 시점에서 알칼리 활성화 슬래그의 사용이 주목받고 있다. 알칼리 활성화 슬래그의 이러한 장점을 바탕으로, 고로슬래그가 대량으로 발생하는 미국, 영국, 캐나다, 중국, 러시아 등을 중심으로 고로슬래그 미분말의 단독사용에 대한 기초연구가 활발히 진행되고 있으나 국내에서는 소양섭 등이 단독 활용에 대한 연구를 하고 있지만 알칼리 활성화 슬래그 콘크리트에 대한 연구는 아직 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 환경오염을 유발하고 고에너지 소비적인 시멘트를 대체할 고로슬래그 미분말을 알칼리 자극제를 첨가시켜 화학적 반응에 의해 고로슬래그 미분말을 경화시켜 고로슬래그 굵은 골재와 잔골재를 사용한 콘크리트 경화체를 제작하여 온도에 따른 알칼리 활성화 슬래그 콘크리트의 강도 발현 특성을 분석하여 알칼리 활성화 슬래그 콘크리트의 활용을 위한 기초 자료로 제공하고자 한다.; Granulated blast furnace slag, a steel industry by-product, is an useful material to use for cement and aggregates for roadbeds and concretes in architectural and civil engineering parts. Alkali activated slag, activated by activators into blast furnace slag, has more advantages such as lower heat emission and higher chemical resistance than ordinary portland cement. Furthermore, alkali activated slag has been focused on because of both recycling by-products and saving energy. Moreover, because of awareness of critical moment of energy consumption and environmental problem, it is responsibility of countries that the rate of emission should be reduced by 5.2% compared to 1990. It is not exclusive to architectural engineering and the problem would be dealt with in all process of construction. Because of environmental problems, the use of alkali activated slag is being highlighted. Because there are several advantages of the use of alkali activated slag, research about the single use of alkali activate slag is actively conducted in many countries that produce plenty of steel, and where steel industry has been developed well such as in America, England, Canada, China and Russia. However, the research in Korea is a green hand at alkali activated slag. Hence, the purposes of this experimental research are that alkali activated slag is able to replace cement and that it is possible to concrete blended blast furnace slag coarse aggregate, blast furnace slag fine aggregate, and blast furnace slag powder to use. In this experiment, the external factors affecting the strength of alkali activate slag concrete are the kind of binders and different curing temperatures. This paper is composed of six chapters and each chapter is as following. In the chapter one, the purposes, ranges, and plans of research are described. In the chapter two, literature studying is conducted about the specific characteristics and standard of both blast furnace slag powder and blast furnace slag aggregate. In the chapter three, literature studying about the specific features of alkali activated slag and activators is mentioned. In the chapter four, the experiment and the experimental methods are mentioned to know the properties of alkali activated slag concrete. In the chapter five, the experimental data are analyzed according to each factors. In the chapter six, there is the conclusion and it is as following. (1) Alkali activated slag concrete, blended blast furnace slag powder, blast furnace slag coarse aggregate, and blast furnace slag fine aggregate, is activated by Ca(OH)2, single activator. The compressive strength of BSF-40 and BSF-20 at 28th day is measured by 90% and 80% of those of OPC, respectively. The longer concrete specimens are immersed in the water tank, the higher the compressive strength of BSF-40 and BSF-20 become. (2) According to the curing temperatures, the compressive strength of BSF-40 is bigger than that of BSF-20. the curing temperature accelerates hydration of blast furnace slag and affects the compressive strength of alkali activated slag concrete by breaking silicate gel. (3) When blast furnace slag fine aggregate is used as fine aggregate for concrete, anti-segregation admixture and superplasticizer should be used for protecting from segregation and for getting the viscosity of fresh alkali activated slag concrete. However, iti careful to use AE admixture because of increased air content. (4) The elastic modulus of BSF-40 and BSF-20 is higher than those of BSF-20 at 28th day.