1. 서    론

CO₂ 배출량을 연구하는 과학자 단체인 글로벌 카본 프로젝트(GCP)의 보고서에 의하면 2013년 화석연료의 사용과 시멘트 생산 등으로 발생한 전 세계 CO₂ 배출량은 전년 대비 2.3% 증가한 360억톤으로 역대 최대치를 기록했다고 보고하였다.¹⁾ 또한, 이 같은 증가추세가 지속된다면 향후 30년 이내에 지구온도가 약 2°C가량 증가할 것으로 전망하였으며, 이에 유엔 정부간의 기후변화위원회(IPCC)는 물 부족, 생물종 20~30% 멸종, 1000~3000만명 기근 위협 등의 국제적인 환경재앙이 도래할 것으로 경고하였다. 따라서 CO₂ 배출 산업 중에서 약 40%이상 차지하고 있는 시멘트산업에서도 이와 같은 문제에 대한 대책방안으로 콘크리트 제조과정에서 OPC의 사용량을 줄이는 방법인 OPC의 대부분을 산업부산물인 고로슬래그, 플라이애쉬 등으로 치환하는 방법 및 OPC를 전혀 사용하지 않는 알칼리 활성 슬래그, 지오폴리머(플라이애쉬 기반) 공법 등을 제시하고 있다. 이는 CO₂ 저감과 폐자원 재활용의 시너지 효과를 유도할 수 있어 현재 정부에서 고시하는[철강슬래그 및 석탄재 배출사업자의 재활용 지침(환경부, 지식경제부 개정·고시, 2014.10.27)]의 슬래그 재활용 목표율 95%에도 부합되는 장점이 있다. 하지만 강도발현을 위해 사용하는 알칼리 활성화제로 인해 콘크리트 제조 시 원가상승으로 이어지는 단점이 있어 고로슬래그의 확대 사용에 걸림돌로 작용하고 있다.

알칼리 활성 슬래그 및 지오폴리머는 약 40~70MPa 이상의 강도를 발현할 수 있는 것으로 보고되고 있으며,^2-3) 플라이애쉬와 고로슬래그를 혼합 사용한 알칼리 활성 콘크리트는 C-S-H와 에트링가이트 등의 수화물이 생성되는 것으로 알려져 있다.^4-5)

또한 이들 콘크리트에 대해 내구성 검증이 다각도로 실시되어 왔으며, 그 중에서도 염해 저항성 등이 현저히 향상되는 것으로 알려져 있다. 하지만 염해저항성을 평가한 사례가 단지 전기영동법을 사용하여 염화물이온의 겉보기 확산계수를 구한 사례가 대부분으로 AASC 속의 염화물이온 고정화에 대한 연구는 전무한 실정이다. 염화물이온의 고정화능력은 철근콘크리트구조물 내의 철근부식에 있어서 고정염화물이온이 부식과정에 관여하지 않는다는 가설 때문에 중요한 인자로서 여겨지고 있다.⁶⁾

따라서 본 연구에서는 경제성을 고려한 최소한의 알칼리 활성화제를 사용함과 동시에 슬래그의 재활용률을 극대화하기 위한 치환율 80% 이상에 이르는 슬래그 대량 치환 페이스트를 대상으로, 알칼리 활성화제의 종류 및 첨가량을 실험인자로 염화물이온 고정화능력을 검토하였다. 이는 향후, 구조용 부재로 사용될 슬래그 대량 치환 콘크리트(High Volume Slag Concrete)의 염해저항성을 평가하는데 기초자료로 사용되고자 한다.

2. 이론적 고찰

HVSC는 OPC와 무기질 혼화재(슬래그), 활성화제가 복합되어 있는 것으로서 그 물리적, 화학적인 특성 또한 다양하다. 본 연구의 배경과 관련된 알칼리 활성 슬래그의 반응기구 및 염화물이온 고정화에 미치는 영향인자들을 연구한 사례를 아래에 정리하였다.

2.1 알칼리 활성 슬래그(AAS)

고로슬래그는 OPC와는 달리 C₃A와 C₃S를 함유하지 않기 때문에 OPC와는 다른 경화기구를 갖는다.⁷⁾ 알칼리 활성 슬래그의 기본적인 강도발현 기구는 슬래그의 Al 및 Si 등의 원자를 고농도의 알칼리 활성화제에 의해 용해시켜 경화성능을 부여하는 것이다. 일반적으로 사용되는 활성화제는 NaOH, KOH, Na₂SiO₃, Na₂SO₄, Na₂CO₃ 등이 있다. 알칼리 활성화에 대한 화학 반응기구는 아직 명확하게 밝혀지지는 않았지만 알칼리 수산화물을 이용하여 유도된 반응기구는 다음 식(1), (2)와 같이 제안되고 있다.⁸⁾

 (1)

 (2)

 (3)

알칼리 활성 슬래그의 초기 수화반응은 OH^-와 H₂O의 효과에 의한 슬래그 속의 알칼리와 실리카 성분들의 용해에 의해 발생하며 결과로서 [SiO₄]^4-, [AlO₄]^5-, Ca^2- 및 C-S-H 화합물이 형성된다.^9-10) 식 (3)은 활성화된 슬래그의 C-S-H 생성 반응기구를 나타낸 것이다.

Wang et al. (1995)의 연구에서의 XRD 및 EDS 해석은 활성화제의 종류에 따라 페이스트 경화과정에서 다양한 결정체와 화학적 구조가 발생할 수 있지만 C-S-H겔은 수화생성물로서 항상 존재함을 보여 준다.¹¹⁾ 슬래그의 초기 용해단계 및 C-S-H겔의 경화는 비교적 높은 Al/Si비와 충분히 낮은 Ca/Si비를 필요로 한다. 만일 슬래그에서 Ca가 모든 Si를 소비할 수 있을 만큼 많다면 C-S-H겔의 형성은 기대할 수 없다. 하지만 현재에 이르기까지도 알칼리 활성화에 의한 수화생성물들의 장기 반응에 대한 Ca와 Al 등의 효과에 대해서는 명확히 규명되지 않고 있다.

2.2 염화물이온 고정화

무기질 혼화재(슬래그)등을 사용한 콘크리트의 경우, 콘크리트 조직이 치밀해지고 수밀성이 향상되어 콘크리트의 내염해성이 크게 개선된다. 콘크리트구조물 내 철근의 부식저항성 정도를 나타낼 수 있는 염화물이온 고정화능력은 시멘트 페이스트와 공극수로부터 추출된 자유염화물이온이 제거된 염화물이온과의 관계로서 정의될 수 있다.¹²⁾

다수의 연구들이 염화물이온 고정화에 미치는 영향인자들에 관해 수행되고 있는데, 여기에는 결합재 종류, 양이온의 종류, 양생방법과 염화물이온의 형태(예, 내부 혹은 외부)등이 있다. 특히, 고로슬래그 미분말을 OPC와 혼입하여 사용할 경우 잠재수경성 반응으로 인한 C-S-H의 증가로 고정화능력이 증가되어진다.^13-16)

Ramachandran (1971)의 연구에서는 염화물이온은 수화된 칼슘실리케이트 상 화학흡착층에 존재할 수 있으며, C-S-H 층간공간을 침투하거나 C-S-H 격자에 밀접하게 고정화될 수 있다고 하였다.¹⁷⁾ 즉, 질적 및 양적인 측면에서 C-S-H의 생성 정도가 높을 시에는 염화물이온의 고정화가 높아지는 것으로 이해할 수 있다.

또한, 적합한 양생조건에 의해 조밀해진 시멘트 페이스트는 염화물이온의 고정화능력을 증가 시킨다.^16,18) 양이온의 종류는 직접적으로 염화물이온 고정화에 영향을 끼치지는 않으나 양이온에 의해 지배되는 공극수 내의 pH에 의해 염화물이온의 고정화가 크게 변화된다.^16,19-20) 고정화능력은 콘크리트구조물 내의 철근부식에 있어서 고정염화물이온이 부식과정에 관여하지 않는다는 가설 때문에 중요한 인자로 여겨진다. 따라서 높은 고정화능력은 더 작은 부식 위험으로 설명될 수 있다.

2.3 OPC 및 AASC (Alkali Activated Slag Cement)의 C-S-H

시멘트 클링커 화합물인 C₃S와 C₂S는 수화반응을 통해 규산칼슘수화물(C-S-H)을 생성한다. 전자현미경하에서는 C₃S입자 주위를 둘러싼 C-S-H겔은 처음에는 박편상이지만 시간경과에 따라 섬유상으로 성장해 간다. 식 (4), (5)는 C₃S와 C₂S의 수화가 종료되었을 때의 반응식을 나타낸 것이다.²¹⁾

 (4)

 (5)

저결정성 C-S-H(I)의 조성은 Ca/Si비가 0.8에서 1.5의 범위에 있고, 면과 면 사이의 간격은 9.0-14.0Å으로 비교적 넓은 간격을 가지고 있다. 한편 C-S-H(II)의 조성은 Ca/Si비가 1.5 이상이고 층간에 들어간 Ca²⁺나 H₂O의 양이 많아지는데도 면 간격은 9.8-10.6Å으로 축소되는 경향을 나타낸다. C-S-H(I)은 100°C이하의 물 또는 Ca(OH)₂의 수용액 속에서 생성하는 준안정성 저결정상으로, 전자현미경하에서 나타나는 외형은 500Å정도의 작은 박편상 물질의 집합체로서, 그 두께는 25∼70Å이며, 비표면적은 200∼400m²/g에 달하는 초미세결정이다.²¹⁾ Ca/Si비의 변화에 따라 섬유상으로 되는 경향도 볼 수 있다. C-S-H(II)는 섬유상의 수화물이며, 수화 28일 이후에는 직경 0.1μm, 길이 1μm정도의 크기까지 성장하고, 이들이 엉키고 또한 쇄상(鎖狀) 규산이온끼리 결합함으로써 강도가 발현된다고 말할 수 있다.²¹⁾

한편, 기존 연구에 의하면 고로슬래그의 주요 수화생성물은 활성화제의 사용과 상관없이 낮은 Ca/Si비를 가지는 C-S-H인 것으로 보고되고 있으며,^22-23) 또한 시멘트 물질에 관한 기존의 연구들에서는 수용액의 pH가 수화의 진행과 C-S-H 초기 형상에 중요한 역할을 미치는 것으로 보고하고 있다.^24-25)

3. 실험계획 및 방법

3.1 실험계획

본 연구에서는 알칼리 활성화제의 종류 및 첨가량이 경화페이스트 내 염화물이온 고정화에 미치는 영향을 분석하기 위해 각 시편의 압축강도, pH, EDS, SEM을 조사하였다. Table 1은 실험인자 및 수준을 나타낸 것이며, Table 2는 본 실험에서 사용된 시편의 배합을 나타낸 것이다. 또한 Fig. 1은 본 연구의 흐름도를 나타낸 것이다. 경화 페이스트의 압축강도 시험은 KS F 2426에 의거하여 실시하였으며, 3일, 7일, 14일, 28일 재령의 압축강도를 측정하였다. 또한 활성화제의 종류 및 첨가량에 따라 pH를 측정하였다. pH 측정조건은 페이스트 제작 전 배합수의 pH와 제작 1일 후의 경화페이스트의 pH를 측정하였다. 콘크리트의 경우, 수은압입법에 의해 공극수를 추출할 수 있지만 페이스트의 경우, 이 방법을 적용하기 어려운 까닭으로 페이스트를 분쇄한 미분말을 증류수에 용해하여 그 pH를 측정하였다. 또한 수화생성물인 C-S-H의 생성 정도가 염화물이온 고정화와 관련이 높다는 기존 연구결과에 근거하여 SEM/EDS를 이용하여 재령 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 28일의 C-S-H 부분의 Ca/Si비를 검토하였다. 실험을 통해 도출한 압축강도, EDS를 통한 Ca/Si비 및 pH 결과 값들을 C-S-H 생성 정도를 대신하는 값으로 가정하여, 측정된 각 종 AASP (Alkali Activated Slag Paste)의 염화물이온 고정화능력과 비교하였다.

3.2 사용재료

본 연구에서 사용된 알칼리 활성화제는 NaOH, KOH, Na₂SiO₃, Na₂SO₄, Na₂CO₃으로, 가성알칼리, 비규산질성 약산성염 및 강산염, 규산염별로 구분하여 선정하였다. 선정 기준은 기존의 AASC 관련 연구사례를 바탕으로 범용성이 높으며, 높은 압축강도를 발현할 수 있는 활성화제를 우선적으로 검토하는 것으로 하였다.

OPC는 국내 A사에서 생산되는 1종 포틀랜드 시멘트(밀도 3.15g/cm³, 분말도 3200cm³/g)을 사용하였다. Table 3은 시멘트의 물리적 특성을 나타낸 것이다. 또한 Table 4와 5는 본 연구에서 무기질 혼화재로 사용된 고로슬래그 미분말의 품질과 구성하고 있는 화학조성비를 나타낸 것이다.

3.3 실험방법

페이스트의 배합은 40%의 물결합재비로, 배합수는 1.5% 농도를 가지는 인공 염수를 사용하였다. 활성화제 첨가시기는 OPC와 GGBS의 건비빔 이후에 첨가하는 배합수에 알칼리 활성화제를 용해시켜 사용하였다. 몰드에서 탈형 후 폴리에틸렌 필름으로 밀봉하여 온도 20±1°C, 습도 40%의 항온항습실에서 양생하였다.

경화된 페이스트 시편은 분쇄하여 850μm체를 통화하는 미분말로 전처리한 후, 수용성 염화물이온을 자유염화물이온으로 가정하여 추출하였다. 수용성 염화물이온의 추출과정은 KS F 2713(콘크리트 및 콘크리트 재료의 염화물 분석 시험 방법) 규준에 따라 경화페이스트 분말을 대상으로 실시하였으며, 이후 거름종이 흡입(suction) 필터링을 통해 여과용액만을 추출하였다. 추출된 여과용액은 질산은 적정법에 의한 전위차 적정기를 사용하여 자유염화물이온농도로 각 시편 당 3회씩 측정하였다. 측정된 자유염화물이온은 중량당 %로 환산하여 중량당 총염화물이온농도 1.5%에서 자유염화물이온농도를 감하여 고정염화물이온농도를 구하였다.

4. 실험결과 및 분석

4.1 압축강도

Fig. 2는 시간경과에 따른 각 시편의 압축강도를 나타낸 것이다. 압축강도는 각 시편 당 3개 평균으로 측정하였다. 재령이 증가할수록 압축강도 또한 증가하는 경향을 나타내나 시편별로 상이한 결과값을 보였다. 이와 같은 강도발현 정도의 차이는 활성화제의 종류에 따른 수화시간(초기, 유도기, 촉진기, 감속기, 확산기)의 발열량 차이로 인한 것으로 사료된다(활성화제의 종류별로, 수화시간 경과에 따른 발열량 그래프에서의 피크는 OPC의 경우, 약 3분에 63.16KJ/Kg․h, NaOH는 약 3분에 17.94KJ/Kg․h, Na₂SiO₃는 약 6분에 7.36KJ/Kg․h, Na₂CO₃는 약 18분에 13.20KJ/Kg․h인 기존의 연구결과가 존재한다).²⁶⁾

7일의 초기재령, 2.5%의 첨가량을 가지는 페이스트에서는 Na₂SiO₃ > Na₂CO₃ > Na₂SO₄ > KOH > NaOH > Non의 순서로 강도가 발현되었다. 하지만 5.0% 첨가량에서는 Na₂SO₄ > Na₂SiO₃ > KOH > Na₂CO₃ > NaOH > Non 순서로 Na₂SO₄가 가장 높은 강도를 가지는 것으로 나타났다. 28일 재령을 기준으로 2.5% 첨가량에서는 Na₂SiO₃ > Na₂SO₄ > Na₂CO₃ > KOH > NaOH > Non 순서로, 5.0%에서는 Na₂SO₄ > Na₂SiO₃ > KOH > Na₂CO₃ > NaOH > Non 순서로 나타났다. 본 결과를 미뤄볼 때 전반적으로 Na₂SiO₃, Na₂SO₄는 강도발현에 있어서 우수한 활성화제인 것으로 판단된다. 반면 NaOH와 무첨가 Non은 타 활성화 시편들에 비해 현저하게 낮은 강도를 가지는 것으로 확인되었다.

2.5%에서 5.0%로 활성화제 첨가량이 증가하였음에도 불구하고 재령에 따른 강도는 큰 차이를 보이지 않았다. 특히 Na₂CO₃와 Na₂SO₄는 첨가량 증가에 각각의 강도가 소폭으로 저하 또는 증가되는 것으로 보아 첨가량에 크게 의존하는 것으로 사료된다. 이와 같은 실험결과를 미뤄볼 때 Tang & Shi (1988)의 연구에서 밝힌 바와 같이 효과적인 강도발현을 위한 적정한 양의 활성화제가 존재하는 것으로 확인되었다.^27-30) 또한 Na₂SO₄의 경우는 지속적인 SO₃원의 공급으로 침상의 에트링가이트가 경화체 내의 공극을 채워주는 역할을 할 뿐만 아니라 경화체의 수축압을 에트링가이트 수화에 의한 팽창압이 보상해 주는 효과로 경화체가 더욱 치밀하게 되어 강도 상승효과를 가지고 온 것으로 보인다.³¹⁾

5.0% 첨가량을 갖는 Na₂CO₃와 NaOH를 사용하였을 때는 다른 활성화제를 사용된 경우보다 낮은 강도를 보이는데 Ahn et al. (2003)의 연구에 따르면 이는 수화물중에 C₄AH₁₃이 활성화제의 첨가량이 증가할수록 많이 생성되며, 일반적으로 OPC에서 C₄AH₁₃은 경화체내 건조수축의 원인으로 알려져 있어 이로 인한 강도저하가 나타난 것으로 판단된다.³¹⁾

4.2 활성화제 종류와 염화물이온 고정화능력

Fig. 3은 재령 7일차의 각 시편별 염화물이온 고정화율을 나타낸 것이다. 고정화율은 [3.3 실험방법]에서 기술한 바와 같이 시편 제작 시 사용된 배합수의 염수농도 1.5% 기준으로 하여 전위차적정를 통해 도출된 자유염화물이온농도를 감한 값(고정염화물이온농도)을 백분율로 나타낸 것이다. 가성알칼리 KOH를 제외한 대부분의 AASP에서 활성화제 무첨가인 Non보다 고정화능력이 높아 철근 부식방지에 유리할 것으로 사료된다.

모든 시편에서 활성화제 첨가량 5.0%가 2.5%보다 높은 것으로 나타나 첨가량이 많을수록 염화물이온 고정화에 유리한 것으로 판단된다. 활성화제의 종류에 따른 염화물이온 고정화능력은 첨가량 2.5%에서는 Na₂SiO₃ > Na₂CO₃ > Na₂SO₄ > NaOH > KOH > Non의 순으로, 5.0%의 첨가량에서는 Na₂SiO₃ > Na₂SO₄ > NaOH > Na₂CO₃ > KOH > Non의 순으로 나타나 상호비교에서도 Na₂SiO₃이 고정화능력이 가장 높아 염해저항성이 가장 우수한 것으로 확인하였다. 특히 수산계(OH)를 포함하는 활성화제는 염화물이온 고정화능력이 대체적으로 낮은 것을 확인하였다.

Fig. 4는 배합비에 따른 배합수의 pH와 7일 재령의 경화페이스트 시료분말의 pH를 측정한 것이다. 앞서 이론적 고찰에서 공극수 내의 pH가 염화물이온 고정화에 큰 영향을 미치는 것으로 나타난 바, 본 연구에서 도출된 결과와 비교하였다.

기존의 연구에서는 pH 9.5 이하의 공극수에서는 C-S-H가 형성되지 않는 것으로 보고하고 있다.²⁴⁾ 또한 C-S-H의 형성과정은 pH에 영향을 받는 공극수 내의 Silicate species의 종류에 의존하는 것으로 설명되고 있다.^32-33) 수용액 속의 높은 Si는 낮은 Ca를 유도하고 이는 수용액의 높은 pH가 높은 Si를 생산한다.³⁴⁾

모든 활성화제에서 첨가량이 5.0%는 2.5%와 비교해 경화페이스트의 pH가 높은 것으로 나타났으나 차이가 미비하여, Fig. 3의 염화물이온 고정화능력과 비교하면 첨가량이 높으면 pH가 상승하고 그에 고로슬래그의 무기질 피막의 파괴가 용이하여 경화구조 생성에 유리한 조건을 형성, 염화물이온 고정화가 높아진 것으로 설명하기에는 본 실험결과로 미뤄볼 때 다소 어려움이 있다.

수산계를 포함하고 있는 활성화제는 배합수의 단계에서 다른 활성화제 보다 높은 pH를 가지는 것으로 나타났다. 하지만 경화페이스트 단계에서 측정한 pH는 약 11.5정도에서 전반적으로 일정한 경향을 나타내었다.

Fig. 5는 시간경과에 따라 측정된 각 시편별 Ca/Si비를 나타낸 것이다. Haha, M. Ben, et al. (2011)의 알칼리 활성 슬래그를 대상으로 한 연구의 실험결과에서는 재령에 의해서도 Ca/Si비가 큰 변화가 없음을 보여주었으나, NaOH 및 NSH₅ 등의 활성화제 종류에 따라서는 Ca/Si비가 차이가 있다는 사실을 보여주고 있다. 또한 시험편의 강도는 Ca/Si비에 따라 차이가 있음을 확인하였다.³⁵⁾ 본 연구의 결과에서도 시편별로 Ca/Si비의 차이는 확인되나 시간경과(재령)에 따라서는 증감과 같은 경향을 확인하지 못했다.

Fig. 6은 시간경과에 따른 경화반응에서 수화생성물의 생성 정도와 염화물이온 고정화능력의 관계를 비교하기 위해 SEM/EDS를 통해 측정한 Ca/Si비를 나타낸 것이다. 앞서 이론적 고찰에서 C-S-H의 증가에 따라 염화물이온 고정화능력이 증가되는 것으로 확인하였다.

2.5% 첨가량에서의 Ca/Si비는 Na₂SiO₃(1.42) < Na₂CO₃ (1.44) < Na₂SO₄(1.51) ≪ NaOH(1.85) < Non(1.93) < KOH (2.14)의 순으로, 앞서 2.5%의 활성화제 종류에 따른 압축강도와 비교하였을 시 낮은 Ca/Si비가 높은 강도를 발현하는 것으로 설명될 수 있다. 또한 낮은 Ca/Si비를 가지는 Na₂SiO₃, Na₂CO₃, Na₂SO₄가 염화물이온 고정화능력(Fig. 3) 또한 높은 것으로 나타나 C-S-H 생성에 유리한 환경조건을 형성하였던 것으로 판단된다. 특이한 점으로는 KOH의 경우, Ca/Si비는 높은 편에 속하며, 염화물이온 고정화능력도 낮은 값으로 나타나 C-S-H 형성에 불리하였던 것으로 추정하였으나 강도측면에서는 비교적 높은 값을 보여 이에 대한 고찰이 필요할 것으로 생각된다.

5.0% 첨가량에서의 Ca/Si비는 Na₂SO₄(1.35) < Na₂SiO₃(1.43) ≪ NaOH(1.79) < KOH(1.82) < Na₂CO₃(1.85) < Non(1.93)의 순으로, 앞서 2.5%에서 나타난 경향과 같이 낮은 Ca/Si비가 높은 강도를 발현하는 것으로 나타났으며, 이 또한 Na₂SiO₃, Na₂SO₄가 염화물이온 고정화능력이 높은 것으로 나타났다. 특이한 점으로는 5.0%의 Na₂CO₃가 2.5%에 비해, 높은 Ca/Si비가 도출되었으며 또한 강도측면에서도 2.5%(활성화제 첨가량)에 비해 낮은 값을 확인하였다. 고정화능력 또한 2.5%(활성화제 첨가량)시편들의 경향과는 반대로 낮아진 것으로 보아 C-S-H 생성에 불리한 조건을 형성했던 것으로 판단된다. 5.0%에서의 KOH는 높은 Ca/Si비를 가져 C-S-H 형성에 불리했던 것으로 추정되었으나 강도 측면에서는 높은 강도를, 고정화능력 측면에서는 낮은 값을 가지는 것으로 나타나 재료화학적인 특성에 대한 고찰이 반드시 필요할 것으로 판단된다.

Fig. 7은 경과시간별 SEM Image를 나타낸 것이다. 배합수 혼입 후 24시간경과 후에는 OPC의 수화생성물에서 관찰이 되는 침상형 에트링가이트와 모노설파이트, C-S-H가 겔 형태로 관찰된다. 시간이 경과함에 따라 에트링가이트의 모습은 점차 관찰되지 않고 C-S-H 또한 겔 형태에서 결정체의 형상으로 변해가며, 재령 7일에서는 파단면의 공극이 소수 존재하나 거의 사라지고 모두 채워져 있는 모습을 관찰할 수 있었다. 28일 재령에서의 EDS의 분석 결과, 생성된 수화물은 Ca/Si비를 통하여 미루어 볼 때 C-S-H(II)에 가까운 것으로 판단된다. 각 시편별로 초기재령에서의 Ca/Si비를 조사하였으며, 그 결과 초기 슬래그의 용해단계 및 C-S-H겔의 경화는 충분히 낮은 Ca/Si비를 필요로 하는 기존연구에 따라 Na₂SiO₃을 사용한 AASP가 C-S-H 생성에 가장 활발히 작용한 것을 미루어 볼 때, 염화물이온 고정화 또한 높아진 것으로 사료된다.

Fig. 8은 시편별 SEM Image를 나타낸 것이다. Non을 제외한 5개의 시료에서 2차원 망상 즉, 섬유상의 초기 C-S-H가 두드러지게 나타났으며 또한 판상의 Ca(OH)₂도 관찰되는 것을 확인하였다. 특히 Na₂SiO₃에서는 공극이 거의 없으며 밀실한 C-S-H가 관찰되어 강도 발현이 높았던 것으로 판단된다.

5. 결    론

본 연구에서는 알칼리 활성화제의 종류 및 첨가량을 실험인자로 경화페이스트 내의 염화물이온 고정화능력을 분석하였으며 고정화능력의 차이를 유발하는 원인을 강도시험, pH, EDS, SEM을 통해 유추하였다. 그에 대한 결론은 다음과 같다.

1)활성화제 종류에 따른 염화물이온 고정화능력은 Na₂SiO₃ 및 Na₂SO₄를 사용한 경우가 타 활성화제에 비해 높은 값을 나타내었으며, Non과 비교하였을 시 활성화제를 사용하는 것이 염화물이온의 고정화능력을 높이는데 일조하는 것으로 확인하였다.

2)활성화제 첨가량 5.0%가 2.5%에 비해 다소 높은 강도를 발현하였지만 그 차이는 미비하였다. 하지만 Na₂CO₃는 더 많은 첨가량의 활성화제가 적용되었음에도 불구하고 강도가 저하되는 반대의 경향을 나타내었다. 이는 가장 높은 강도 발현을 위한 적정한 활성화제 첨가량이 존재하는 것으로 사료된다.

3)Na₂SiO₃, Na₂SO₄를 사용한 경화페이스트가 가장 높은 28일 압축강도를 발현하는 것으로 나타났으며, 염화물이온 고정화능력 또한 높았다. 이는 강도와 관련성이 높은 C-S-H 경화조직의 생성조건이 유리하였던 결과로 판단된다. 반면 Non은 고정화능력 및 강도 모두 낮게 나타나 C-S-H 생성이 불리하였던 것으로 판단된다.

4)각 시료별로 도출된 pH 결과와 염화물이온 고정화능력을 비교하고자 했으나 뚜렷한 경향을 확인할 수 없었다. 하지만 5.0%의 첨가량의 pH가 2.5%에 비해 미세하게 높아 C-S-H 형성에 다소 유리하였던 것으로 판단된다.

5)EDS를 통해 측정된 각 시료의 Ca/Si비는 Na₂SiO₃가 가장 낮은 것으로 나타나 경화조직을 구성하는 C-S-H의 형성에 유리한 조건을 성립한 것으로 생각되며, 이는 염화물이온 고정화능력에도 영향을 미친 것으로 판단된다. 반면 KOH를 제외한 나머지 시편들 중에서 높은 Ca/Si비를 가지는 시편들은 압축강도 및 고정화능력이 상대적으로 낮은 것으로 나타나 이를 통해 Ca/Si비와 C-S-H 생성 정도의 관계를 유추할 수 있었다.

6)경화페이스트의 SEM 분석결과 판상형의 Ca(OH)₂와 박판형의 에트링가이트, 섬유형의 C-S-H 등이 관찰되었다. 특히 Na₂SiO₃에서는 공극이 거의 없으며 밀실한 C-S-H가 관찰되어 강도 및 염화물이온 고정화능력을 충분히 향상시킬 수 있었던 것으로 판단된다.

염화물이온 고정화능력과 관련성이 높은 C-S-H는 강도시험과 EDS분석을 통한 Ca/Si비로 그 생성 정도를 유추할 수 있었으며 알칼리 활성화제의 종류 및 첨가량에 따라 그 값이 변화되는 것을 확인할 수 있었다.