국산 저품질 고령토와 석회석 미분말의 비율에 따른 석회석 소성점토 시멘트(LC3)의 수화 특성 및 기계적 성능 평가

Abstract

This study evaluated the hydration characteristics and mechanical performance of LC3 according to the ratio of limestone powder to derive the suitability of domestic low-quaility kaolin as a raw material for LC3 by defining the optimal weight ratio of domestic low-quality kaolin and limestone powder. The samples were fabricated by substituting the limestone powder by 0, 5, 10, and 15 wt.% into quartz powder with similar particle size (named as LS0, LS5, LS10, and LS15 respectively). Quantitative X-ray diffraction analysis by Rietveld refinement, differential thermogravimetry (TG/DTG), and isothermal calorimetry were used to analyze hydration reaction and the resulting products. Compressive strength test, mercury intrusion porosimetry, and electrical resistance test were performed to measure the mechanical properties and porosity. As a result, as the amount of limestone powder increased in LC3, clinker hydration was promoted by Ca2+ ions and formation of carboaluminate phase was observed, resulting in high compressive strength and low porosity at an early stage. However, after 7th day of hydration, LS10 formed more hydrates and indicated higher compressive strength than LS15, where the highest amount of limestone powder was incorporated. LS15 was estimated to contain excess amount of limestone powder which reduced the pore solution and voids required for the precipitation and growth of pozzolanic reaction products at the later stage.|본 연구는 시장에서 수요조건에 적합하지 않아 사장되는 국산 저품질 고령토를 SCM으로 활용하기 위해 석회석 소성점토 시멘트(LC3)의 원료로써의 가능성과 국산 저품질 고령토와 석회석 미분말의 최적의 중량비를 도출하기 위해 석회석 미분말의 비율에 따른 LC3의 수화특성 및 기계적 성능을 평가하였다. 수화반응성과 그에 따른 수화물의 형성을 분석하기 위해 X-선 회절 분석(X-ray powder diffraction, XRD), 시차 열중량 분석(Thermogravimetry, TG/DTG), 등온 열량측정(Isothermal calorimetry)을 사용하였으며, 기계적 특성과 공극률, 이온특성을 평가하기 위해 압축강도, MIP와 전기저항성을 측정하였다. 분석결과, 수화 초기에 석회석 미분말의 함량이 증가할수록 Ca2+ 이온이 공급되어 클링커의 수화를 가속시키고 유도기간을 단축시키기 때문에 빠른 반응성을 나타내고 많은 수화물을 형성하여 높은 압축강도와 낮은 공극률을 나타내었다. 하지만 수화 7일차부터 석회석 미분말의 함량이 가장 높은 LS15보다 LS10이 더 많은 수화물을 형성하고 높은 압축강도를 발현하는 것을 확인했다. 이는 수화초기 과량의 카르보알루미네이트 수화물을 형성한 LS15는 카르보알루미네이트 수화물을 형성하는데 포졸란 반응에 필요한 수산화칼슘과 물을 소모하여 수화물이 침전되는데 필요한 필요한 공극용액을 감소시키고 형성된 카르보알루미네이트 수화물이 다른 수화물들의 성장에 필요한 공간을 제한했기 때문으로 추측된다.