๊นํ์
(Hansol Kim)
1iD
์๊ธฐ์ฉ
(Ki Yong Ann)
2โ iD
-
ํ์๋ํ๊ต ๊ฑด์คํ๊ฒฝ๊ณตํ๊ณผ ๋ํ์์
(Graduate Student, Department of Civil and Environmental Engineering, Hanyang University,
Ansan 15588, Rep. of Korea)
-
ํ์๋ํ๊ต ๊ฑด์คํ๊ฒฝ๊ณตํ๊ณผ ๊ต์
(Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Hanyang University,
Ansan 15588, Rep. of Korea)
Copyright ยฉ Korea Concrete Institute(KCI)
ํค์๋
ํ๋ก๋์ผ์ฌ๋๊ทธ, SCM, ์ฐ์
๋ถ์ฐ๋ฌผ, ์ํ๋ฐ์, ๊ณต๊ทน๊ตฌ์กฐ
Key words
ferronickel slag, SCM, by-product, hydration, porosimetry
1. ์ ๋ก
์ต๊ทผ์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์ฌ๋ฃ์ ๊ดํ ์ฐ๊ตฌ๋ โ์ดํ๋ฐฉ์ง, ์ง์๊ฐ๋ฅํ ์๋์ง์์ ์ฌ์ฉ, ๋จ๊ฐ์ ๊ฐโ์ ์ฃผ์์ ์ ๊ธฐ์ธํ์ฌ ์ด๋ค์ง๊ณ ์๋ค. ๊ฑด์ค ํ์ฅ์์๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์
์ฃผ์ ์ดํ์ธ ์ผ๋ถ์นจํฌ, ํ์ฐํ, ๊ฑด์กฐ์์ถ ๋ฑ์ ๋ฐฉ์งํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ๊ณ ๋ก์ฌ๋๊ทธ, ์ค๋ฆฌ์นดํธ, ํ๋ผ์ด์ ์ ๋ฑ์ ํผํ์ฌ๋ฅผ ์๋ฉํธ์ ํผ์
ํ ๊ณ ์ฑ๋ฅ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ๊ณ
์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์ด์ ๋ํ ์์๊ฐ ๋์์ง์ ๋ฐ๋ผ ํผํ์ฌ์ ์์๊ณ ๊ฐ ๋ฐ ์ ํ๋จ๊ฐ ์์น์ด๋ผ๋ ๋ฌธ์ ์ ์ด ์ผ๊ธฐ๋๊ณ ์์ด, ๊ทผ๋์๋ ๊ธฐ์กด์ ํผํ์ฌ๋ฅผ ๋์ฒดํ ์
์๋ ๊ด๋ฌผ์์๊ณผ ์ฐ์
๋ถ์ฐ๋ฌผ์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ๋ฐํ ์ด๋ค์ง๊ณ ์๋ค. ๊ทธ์ค ๊ตญ๋ด์ ์ค๊ตญ ๋ฑ ์ฒ ๊ฐ์ฐ์
์ด ๋ฐ๋ฌํ ์ง์ญ์์ ์์ฐ๋๋ ์ฐ์
๋ถ์ฐ๋ฌผ ์ค ํ๋์ธ ํ๋ก๋์ผ
์ฌ๋๊ทธ์ ํผํ์ฌ๋ก์จ์ ์ ์ฉ์ด ์ฃผ๋ชฉ๋ฐ๊ณ ์๋ค.
ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ๋ ํ์ฌ ์ผ๋ถ ๊ตญ๊ฐ์์ ๊ณจ์ฌ๋ก ์ ์ฉํ ์ ์๋๋ก ๊ท์ (Japanese Standards Association 2016(7))์์ ํ์ฉํ๊ณ ์์ง๋ง, MgO ์ฑ๋ถ์ผ๋ก ์ธํด ํฝ์ฐฝ์ฑ์ด ์์ด ๊ณจ์ฌ๋ก ์ฌ์ฉ ์ ์ ํฉํ์ง ์๋ค๋ ์ฃผ์ฅ์ด ์ ๊ธฐ๋๊ณ ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ์ ํฝ์ฐฝ์
๋ํ ์คํ์ ๊ฒ์ฆ์ ๊ฑฐ์ ์ ๋ฌดํ ์ํฉ์ด๋ฉฐ, ์คํ๋ ค ๋ค์ํ ๋นํ๋ฉด์ ์ผ๋ก ์์ฐํ ์ ์๋ ์ฅ์ ์ผ๋ก ์ธํด ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ์ ํผํ์ฌ๋ก์จ์ ์ฌ์ฉํ๋๋ฅผ ์ํด
๋ฌผ์ฑํ๊ฐ๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ํ๋ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ๋ฐํ ์ด๋ค์ง๊ณ ์๋ค.
ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ์ ๋ํ ๋ฌผ์ฑํ๊ฐ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ๋ณด๋ฉด, ๋ณดํต ํฌํ๋๋ ์๋ฉํธ๋ง ์ฌ์ฉํ์์ ๋๋ณด๋ค ํจ๊ฐ๋๋ ์ฆ๊ฐํ๊ณ ์์ถ๊ฐ๋๋ ๋น์ทํ๊ฑฐ๋ ๋ฎ์ ํธ์ด๋ฉฐ, ์ผ์์ด์จ์
์นจํฌ๋ฅผ ๊ฐ์์ํค๋ ์ฅ์ ์ด ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค(Komnitsas et al. 2009(10); Park 2017(14); Rahman et al. 2017(16); Huang et al. 2017(6)). ๋ํ ์ด๊ธฐ ์ํ์ด์ด ๋ฎ์ ๊ฑด์กฐ์์ถ์ ์ ๋ฆฌํ๊ณ (Yang et al. 2014(21)), ๋ดํ์ฑ์ด ์ฐ์ํ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋(Yang et al. 2017(20)) ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ด๊ตฌ์ฑ ์ฆ์ง์ ํจ๊ณผ์ ์ธ ์ฌ๋ฃ๋ก ์ฌ์ฉ๋ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ด ์๋ค. ํ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ๋ฅผ ์ฃผ ๊ตฌ์ฑ์ฑ๋ถ์ธ MgO๊ฐ CaO์ ๋นํด CO2๋ฅผ ๊ณ ์ ํํ ์ ์๋ ์์ด ๋ง์, MgCO3๋ฅผ ํ์ฉํ์ฌ ๋จ์ด์ฌ ๋ฐ ์ฐ๋ง์ฌ ๋ฑ์ ์ ์ฉํ ์ ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ถ์ํ๋ค(Song et al. 2014(19)). ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ์ ์ ์ ํ ํผ์
๋์ ๋ถ๋ง๋์ ๋ฐ๋ผ 20โผ40% ์์ค์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋๋ฐ, ๋ณดํตํฌํ๋๋์๋ฉํธ์ ๋ถ๋ง๋์ ๋น์ทํ ์์ค์ธ 3,200โผ3,600
cm2/g์์๋ 20%์ ํผ์
๋์ด ๋ฌผ์ฑ ๋ฐํ์ ์ ์ ํ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๊ณ , 4,500โผ5,000 cm2/g์์๋ ์ต๋ 40%๊น์ง ์ฌ์ฉ ๊ฐ๋ฅํ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๊ฐ๋์ด(Yang et al. 2014(21); Lemonis et al. 2015(12); Park 2017(14)), ์ ์กฐ๊ณต์ ์์ ๊ณ ๋ถ๋ง๋ ์์ฐ์ ์ํ ๋จ๊ณ๋ฅผ ์ค์ฌ ์๊ฐ๋ฅผ ์ ๊ฐํ ์ ์๋ ์ฅ์ ์ด ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ์๊ฐ๋๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ๊ธฐ์กด ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ณดํตํฌํ๋๋์๋ฉํธ์
๊ตฌ๋ณ๋๋ ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๊ธฐ์ด๋ฌผ์ฑ ๋ฐํ ์์ธ ๋๋ ์ํ ํน์ฑ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์ด๋ฃจ์ด์ง์ง ์๊ณ ์๋ค. ํนํ X์ ํ๊ด๋ถ์์์ ์ ๋ํ๋๋ MgO์
๋ํด์ ์ด๋ค ํํฉ๋ฌผ์ ํํ๋ก ์ด๋ค์ ธ ์๋์ง์ ๋ํ ๊ธฐ์ด ์กฐ์ฌ๋ ๊ฑฐ์ ์ด๋ค์ง์ง ์๊ณ ์๋ค.
๋ฐ๋ผ์ ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๊ธฐ์กด ์ฐ๊ตฌ์์ ์
์ฆ๋ ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ด ํผํ์ฌ๋ก์์ ๋ฌผ๋ฆฌ์ , ํํ์ ํน์ฑ ๋ฐํ ์์ธ์ ์๋ฉํธ ํ์ด์คํธ ๋ด์ ์ํ๊ฑฐ๋๊ณผ
๊ณต๊ทน ํน์ฑ์ ๋ถ์ํ์ฌ ํ์ธํ๊ณ ์ ํ๋ค. ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ ๋ฏธ๋ถ๋ง์ ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ์ ์ํํน์ฑ์ ํ์
๋ฐ ์นํ์จ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ํ๋์ ์ ๋ํ๋ฅผ ํตํด ํ์ค ์ ์ ์ ๋ท๋ฐ์นจ
์๋ฃ๋ก ํ์ฉ๋์ด ํ์ฅ์์์ ์ฌ์ฉ์ฑ์ ํ๋ํ ์ ์์ผ๋ฉฐ, ์นํ์จ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ด๊ตฌ์๋ช
์์ธก์ด ๊ฐ๋ฅํด์ ธ ๋ชฉ์ ์ ๋ง๋ ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ์ ํผ์
๋์ ๊ฐ์ด๋๋ผ์ธ์ผ๋ก
์ ์ํ ์ ์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๊ธฐ์กด ์ฐ๊ตฌ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ์ ๋ํ ์ฐ์
๊ธฐ์ค์ด ๋ง๋ จ๋๋ค๋ฉด ๋ฒ์ธ๊ณ์ ์ผ๋ก ๊ฑด์ค์ฐ์
์ ์ฌ์์์ ํ์ฉ์ด ํ๋๋
์ ์๋ค.
์๋ฉํธ ๊ฒฝํ์ฒด์ ์ํ๋๋ ๋ค์ํ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ํ์ธํ ์ ์๋๋ฐ, RILEM TC 238-SCM ์์ํ์ ๋ณด๊ณ (Scrivener et al. 2015(17))์ ์ํ๋ฉด, ์๋ฉํธ ๋์ฒด ํผํ์ฌ์ ์ํ๋๋ฅผ ์ธก์ ํ ์ ์๋ ์ง์ ์ ์ธ ๋ฐฉ๋ฒ์๋ X์ ํ์ (XRD: X-ray diffraction) ๋ถ์, ์ ํ์ถ์ถ๋ฒ,
ํ๋ฐฉ์ฐ๋์ ์ํ๋ฏธ๊ฒฝ(BSE: back-scattered electron) ์ด๋ฏธ์ง ๋ถ์, ํต์๊ธฐ๊ณต๋ช
(NMR: nuclear magnetic resonance)
๋ถ์, ์ด๋์ธก์ ๋ฐ ํํ์ ์์ถ๋ฒ, ์ง๋ํํ๋ฒ์ 6๊ฐ์ง๊ฐ ์์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ ํผํ์ฌ์ ์ข
๋ฅ์ ๋ฐ๋ผ ํจ๊ณผ๊ฐ ๋ฌ๋ฆฌ ๋ํ๋๊ณ , ์ฌ๋๊ทธ์ ๊ฒฝ์ฐ์๋ XRD ๋ถ์๊ณผ
BSE ์ด๋ฏธ์ง ๋ถ์ ๋ฐฉ๋ฒ์ ํตํด ๋น๊ต์ ํ์คํ ์ํ๋์ ์ฒ๋๋ก ์ผ์ ์ ์๋ค๊ณ ํ์๋ค. ๊ตญ๋ด์๋ ์ ํ์ถ์ถ๋ฒ์ ์ด์ฉํ ๊ณ ๋ก์ฌ๋๊ทธ์ ์ํ๋ ์ฐ๊ตฌ์ฌ๋ก๊ฐ
์๋ค(Kim et al. 2014(8)).
๋ฐ๋ผ์ ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ ์์ฌ๋ฃ์ XRD ๋ถ์์ ํ ๋๋ก ํ์ด์คํธ ๊ฒฝํ์ฒด์ ๋ํ XRD ๋ถ์๊ณผ ์ฃผ์ฌ์ ์ํ๋ฏธ๊ฒฝ(SEM: scanning electron
microscopy, secondary electron) ๋ถ์์ ์ํํ์ฌ ์์ฑ๋ ์ํ๋ฌผ์ ํ์ธํ๊ณ , BSE ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ ๋ถ์ํ์ฌ ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ์ ํผ์
๋์
๋ฐ๋ฅธ ์ํ๋๋ฅผ ์ถ์ ํ์์ผ๋ฉฐ, ์ด์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ฏธ์ธ๊ณต๊ทน๊ตฌ์กฐ์ ์ฐจ์ด๋ฅผ ์์์์
๊ณต๊ทน๋ฒ(MIP: mercury intrusion porosimetry)์ ํตํด
๋ถ์ํ์๋ค. ์ด๊ธฐ ์ํ ๊ฑฐ๋์ ๋ํด์๋ ์๊ฒฐ์๊ฐ์ ์ธก์ ํ์ฌ ์์ธกํ์๋ค.
2. ์ฌ๋ฃ ๋ฐ ์คํ๋ฐฉ๋ฒ
2.1 ์ํ์ฌ๋ฃ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ถ๋ง๋ 4,660 cm2/g, ๋น์ค 3.05์ ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ ๋ฏธ๋ถ๋ง(์ดํ FNS)์ ๋ถ๋ง๋ 3,240 cm2/g, ๋น์ค 3.14์ธ ๋ณดํตํฌํ๋๋์๋ฉํธ(์ดํ OPC)์ ํผ์
ํ์ฌ ์ฌ์ฉํ์๋ค. Fig. 1์ FNS์ OPC ์
๋๋ถํฌ๋ฅผ ๋ํ๋ด์์ผ๋ฉฐ, FNS์ ํ๊ท ๋ฐ์ง๋ฆ์ 3.39 ยตm๋ก ์ธก์ ๋์๊ณ OPC์ ํ๊ท ๋ฐ์ง๋ฆ์ FNS์ ์ฝ 1.8๋ฐฐ์ ๋ฌํ๋
6.16 ยตm๋ก ์ธก์ ๋์๋ค.
Fig. 1. Particle size distribution of FNS and OPC
์ฌ์ฉํ FNS์ OPC ์์ฌ๋ฃ์ ์ฃผ์ ํํ ์กฐ์ฑ์ Table 1์ ๋ํ๋ด์๋ค. FNS์ ์ฃผ์ ์ฑ๋ถ์ผ๋ก๋ MgO๊ฐ 40.45%, SiO2๊ฐ 40.46%๋ก ๋งค์ฐ ๋๊ฒ ๋ํ๋ฌ๊ณ , CaO๋ 6.6%๋ก ๋งค์ฐ ์ ๊ฒ ํฌํจ๋์ด ์์์ ์ ์ ์๋ค.
Table 1. Chemical composition of ferronickel slag (FNS) and OPC grain
Materials
|
Main oxide compound (%)
|
CaO
|
MgO
|
Al2O3
|
SiO2
|
Fe2O3
|
SO3
|
FNS
|
6.6
|
40.45
|
3.64
|
40.46
|
6.87
|
0.53
|
OPC
|
66.98
|
1.61
|
3.97
|
17.44
|
4.16
|
3.42
|
2.2 ์ํํธ ์ ์
2.2.1 ๋ฐฐํฉ ์ข
๋ฅ
์๊ฒฐ์๊ฐ ์ธก์ ์ ์ฌ์ฉ๋ ๊ตณ์ง์์ ๋ชจ๋ฅดํ๋ฅด ์ด์ธ์ ๋ชจ๋ ์ํํธ์ ํ์ด์คํธ๋ก ์ ์๋์์ผ๋ฉฐ, ๋ฐฐํฉ๋น์จ์ Table 2์ ๋ํ๋ด์๋ค. ์ํํธ์ ๋ฏน์๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ 1๋ถ๊ฐ ๊ฑด๋น๋นํ๊ณ ๋ฐฐํฉ์๋ฅผ ํฌ์
ํด 3๋ถ๊ฐ ๊ณ ์์ผ๋ก ํผํฉํ์๋ค. ๋ฌผ-๊ฒฐํฉ์ฌ ๋น์จ์ 0.45๋ก ๋์ผํ๊ฒ ํ์๋ค.
๋ชจ๋ ์ํ์ ๋ํด์๋ ๋ฏธ๋ถ๋ง์ ์นํ์จ์ 10%, 30%, 50% ๋ก ๋๊ณ , FNS๋ฅผ ํผ์
ํ์ง ์์ OPC 100%์ ๋น๊ตํ์ฌ 4์ข
์ ๋ํ์ฌ ์ํํ์๋ค.
๋ค๋ง, SEM-SE, EDX๋ถ์์์๋ FNS 30% ์ 50% 2์ข
์ ๋ํด์๋ง ์ํ๋ฌผ ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ ๋ถ์ํ์๋ค.
Table 2. Mix proportions (kg/m3)
|
Mix type
|
Water
|
OPC
|
FNS
|
Sand
|
Paste
|
OPC
|
562
|
1249
|
-
|
-
|
FNS 10 %
|
561
|
1123
|
124
|
-
|
FNS 30 %
|
560
|
871
|
373
|
-
|
FNS 50 %
|
558
|
620
|
620
|
-
|
Mortar
|
OPC
|
257
|
571
|
-
|
1199
|
FNS 10 %
|
257
|
513
|
57
|
1198
|
FNS 30 %
|
256
|
399
|
171
|
1197
|
FNS 50 %
|
256
|
285
|
285
|
1195
|
2.2.2 ์์ ์กฐ๊ฑด ๋ฐ ์ ์ฒ๋ฆฌ
๋ชจ๋ ์ํ์ ์ฌ์ฉ๋ ์ํธ์ ๋ช
์๋ ์์๊ธฐ๊ฐ ๋์ ๊ธฐ๊ฑด(25 ยฑ 2 ยฐC)์ผ๋ก ์์ํ์์ผ๋ฉฐ, ์ ์ฒ๋ฆฌ ๊ณผ์ ์ ๊ฑฐ์ณ ์์ธํค์ 24์๊ฐ ๋์ ๋ด๊ฐ ์ํ ์ ์ง์์ผฐ๋ค.
์ํ ์ ์ง๋ ์ํธ์ ์๋์ต๋ 30%, ์จ๋ 25 ยฑ 2 ยฐC์ ์ง๊ณต ๋ฐ์์ผ์ดํฐ์์ 48์๊ฐ ์ด์ ๊ฑด์กฐ ์ํจ ํ ์ํํ์๋ค.
XRD ์ํ์๋ ๊ฐ 7์ผ, 1๋
๊ฐ ์์ํ ํ์ด์คํธ ์ํํธ์ ๋ถ์ํ์ฌ ๋ถ๋ง์ ์
๋๊ฐ ์ง๋ฆ 100 ยตm ์ดํ๊ฐ ๋๋๋ก ์ฒด์ ๊ฑธ๋ฌ ์ค๋นํ์๋ค.
SEM-SE, EDX ์ํ์ ์ํ ์ํธ์ 10 ร 10 ร 10 mm ํ์ด์คํธ๋ก ์ ์ํ์ฌ ๊ฐ 7์ผ, 1๋
์์ ํ ํด๋ฆฌ์ฑ ๊ณผ์ ์ ๊ฑฐ์ณ ๋ถ์ํ์๋ค.
400โผ1,200 grit ํฌ๊ธฐ์ ์ฌํฌ๋ฅผ ์์ ์์๋๋ก ์ฌ์ฉํ์ฌ ํด๋ฆฌ์ฑํ์๋ค. ํด๋ฆฌ์ฑ ๊ธฐ๊ธฐ์ ์๋์๋๋ 150 rpm, ์๋ ฅ์ 10 Pa๋ก ํ์๋ค.
์ํ๋ ๋ถ์(SEM-BSE)๊ณผ ๋ฏธ์ธ๊ณต๊ทน๊ตฌ์กฐ ๋ถ์(MIP)์ ์ํ ์ํ์๋ 28์ผ ์์ํ ์ํธ์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. SEM-BSE ์ธก์ ์ ์ํ ์ํธ ์ ์ฒ๋ฆฌ๋
์๊ธฐ SEM-SE ์ํธ ์ค๋น์ ๋์ผํ๊ฒ ํ์์ผ๋ฉฐ, MIP ์ํํธ์ ์์ ํ 5 ร 5 ร 5 mm ์ ๋์ ํฌ๊ธฐ๋ก ์ ๋จํ์ฌ 5 g ๊ฐ๋ ์ค๋นํ์๋ค.
2.3 ์คํ๋ฐฉ๋ฒ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ํ๋ ์คํ์ FNS์ ์ํ๋ฌผ ํ์
, FNS์ ์ํ๋ ๋ถ์, FNS์ ๊ณต๊ทน๋ถํฌ ํ์
์ ์ํ์ฌ ๊ณ ์๋์์ผ๋ฉฐ, ๊ฐ ๋จ๊ณ์ ๋ฐ๋ผ ์ค์ํ ์คํ์
๋ํ ๊ฐ์๋๋ฅผ Fig. 2์ ๋ํ๋ด์๋ค.
Fig. 2. Outline of the performed experiment
2.3.1 XRD, SEM-SE, EDX
FNS์ ์ํ ์์ฑ๋ฌผ์ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด ๊ฒฐ์ ์์ ๋ํ ๋ถ์์ด ๊ฐ๋ฅํ XRD ๋ถ์์ ์ํํ์๋ค. ์ฑ์ทจํ ๋ถ๋ง ์ฝ 1 g์ ์ค์บ๊ฐ๋ 5โผ65ยฐ, ์ธก์ ์๋
2.0ยฐ/min์ ์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ์ธก์ ํ์๋ค. ์ธก์ ๋ ํผํฌ๋ ์ํํธ์จ์ด์ธ PDXL๋ก ๋ถ์ํ์ฌ ์กด์ฌํ๋ ๋ฌผ์ง๋ค์ ํ์ธํ์๋ค. ๊ฐ๊ธฐ ๋ฌ๋ฆฌ ์ฑ์ทจํ ์๋ฃ๋ฅผ 3ํ
์ธก์ ํ์ฌ ๋ฐ๋ณต ์ํํ์์ผ๋ฉฐ ๋ํฏ๊ฐ์ ๋ณธ๋ฌธ์ ๋ํ๋ด์๋ค.
XRD ๋ถ์์ ํตํด ํ์ธ๋ FNS ์ํ๋ฌผ ์ค OPC์ ์ํ๋ฌผ์์๋ ๋ฐ๊ฒฌ๋์ง ์๋ ์ํ๋ฌผ๊ณผ FNS ๋ฏธ์ํ๋ฌผ์ ๋ํด์ ๊ฐ์์ ์ผ๋ก ๋ฏธ์ธ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด
SEM-SE(secondary electron) ๋ชจ๋๋ก x 2,000, x10,000 ๋ฐฐ์จ์ ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ ์ดฌ์ํ์๋ค. ์ํํธ์ ๋ฐฐํฉ ๋ณ๋ก 3๊ฐ์ฉ ์ค๋นํ์ฌ
๋๋คํ๊ฒ ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ ์ดฌ์ํ์๋ค. ๊ธฐ๊ธฐ ์๋ ์ ๋ถ๊ฐ ์ ์์ 20 kV์์ผ๋ฉฐ, ์ธก์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ 12.3 mm๋ก ๋์ด ์ด์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ๋ง์ถ์๋ค.
SE ๋ชจ๋๋ก ์ป์ ์ด๋ฏธ์ง์์ ํด๋น ์ํ๋ฌผ์ ํํ์ ์กฐ์ฑ์ ์์๋ณด๊ธฐ ์ํ์ฌ EDX(energy dispersive X-ray spectroscopy)๋ฅผ
์ํํ์๋ค. EDX ๋ถ์ ๋ฐ์ดํฐ๋ก๋ถํฐ ํด๋น ๋ฌผ์ง์ ๊ตฌ์ฑํ๊ณ ์๋ ์์๋ฅผ ์ ๋์ ์ผ๋ก ๋ถ์ํ ์ ์๊ณ , ํํฉ๋ฌผ์ ํํ๋ฅผ ์ ์ถํด๋ณผ ์ ์๋ค.
2.3.2 ์๊ฒฐ์๊ฐ
FNS ๋ชจ๋ฅดํ๋ฅด์ ์๊ฒฐ์๊ฐ ์ธก์ ์ KS F 2436(Korean Standards Association 2017)์ ์๊ฑฐํ์ฌ ์ํ๊ณต์์ฒด(ร150 ร
150 mm)์ ํ์ค ํ ์จ๋ 20 ยฑ 2 ยฐC, ์๋์ต๋ 60 ยฑ 5%์ ์คํ์ค ๋๊ธฐ ์กฐ๊ฑด์์ ์คํํ์๋ค. ๊ด์
์ ํญ์นจ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์๋ ฅ์ ์ธก์ ํ๊ณ
์นจ์ ๋ฉด์ ์ผ๋ก ๋๋ ์ ํญ๊ฐ์ด 3.5 MPa์ผ ๋๋ฅผ ์ด๊ฒฐ, 28 MPa์ผ ๋๋ฅผ ์ข
๊ฒฐ ์๊ฐ์ผ๋ก ์ฐ์ ํ์๋ค. 3ํ์ฉ ์ธก์ ํ ํ๊ท ๊ฐ์ ๊ฐ ๋ฐฐํฉ์ ์๊ฒฐ์๊ฐ์ผ๋ก
์ฐ์ ํ์๋ค.
2.3.3 ์ํ๋: SEM-BSE ์ด๋ฏธ์ง ๋ถ์
FNS์ ์นํ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์๋ฉํธ ํ์ด์คํธ์ ์ํ๋๋ฅผ ๋น๊ตํ๊ธฐ ์ํด BSE ๋ชจ๋๋ก SEM ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ ์ดฌ์ํ๊ณ MATLAB์ผ๋ก ๋ถ์ํ์๋ค. ์ํธ์ ๋ฐฐํฉ์ข
๋ฅ์
๋ฐ๋ผ 3๊ฐ๋ฅผ ์ค๋นํ์๋ค. 500๋ฐฐ๋ก ์ดฌ์ํ BSE ์ด๋ฏธ์ง๋ ์ ์ฒด์์ญ์ ๋ํด์ MATLAB์ ์ด์ฉํ์ฌ gray scale(255 scale)๋ก segment
ํ์๋๋ฐ, ์๊ณ์ ์ 79, 119, 140์ผ๋ก ๋์ด ๋๋๋ ๊ตฌ๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ ๊ณต๊ทน, ๊ฒ ์ํ๋ฌผ, ๊ฒฐ์ ์ง ์ํ๋ฌผ, ๋ฏธ์ํ๋ฌผ๋ก ๊ตฌ๋ถํ๊ณ , ๊ฐ ์์ญ์ด ์ฐจ์งํ๋
๋ฉด์ ์%๋ก ๊ณ์ฐํ์๋ค. ์๊ณ์ ์ Kocaba et al.(2012(9))์์ ์ ์ํ ์ฌ๋๊ทธ ์๋ฉํธ์ gray scale ํ์คํ ๊ทธ๋จ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ๊ฐ ์์ญ์ ๊ตฌ๋ถํ ์ ์๋ ์ ์ ์ ์ ํ์๋ค. ๋๋คํ๊ฒ ์ป์ BSE ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ
30์ฅ์ฉ MATLAB์ผ๋ก ๋ถ์ํ์ฌ ๊ตฌ๊ฐ๋ณ ํ๊ท ๊ฐ์ด ์๋ ดํ ์ ์๋๋ก ํ์๋ค. Fig. 3์ FNS 30% ์ํธ์ BSE ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ MATLAB์ ํตํด ๊ตฌ๊ฐ ๋ณ๋ก mappingํ ์์๋ฅผ ๋ํ๋ด์๋ค. BSE ์ ์ด๋ฏธ์ง์ ๋ํ ๊ฐ ํฝ์
์ gray
scale ๊ฐ์ ์๊ณ์ ์ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ๋๋ ๊ฐ ์์ญ์ ํด๋นํ๋ ํฝ์
๋ง์ ๊ฒ์ ์์ผ๋ก ํํํ ๊ฒ์ Fig. 3(b)์ ๋ํ๋ด์๋ค.
Fig. 3. Mapping of FNS hydration product from BSE image using MATLAB: transform grayscale
to binarization mapping: original BSE image (left), binary image (right)
2.3.4 ๊ณต๊ทน๋ถํฌ
FNS ํ์ด์คํธ์ ๊ณต๊ทน๊ตฌ์กฐ๋ MIP ์ํ์ ํตํด ๋ฐฐํฉ๋ณ๋ก 3ํ ๋ถ์ํ๊ณ ๋ํฏ๊ฐ์ ๋ณธ๋ฌธ์ ๋ํ๋ด์๋ค. ํ๋คํธ๋ก๋ฏธํฐ๊ฐ ๊ฐ๋ ์ฐฐ ์์ค์ผ๋ก ์ฝ 4โผ5 g์
์ํธ์ ๋ด์ ์ง๊ณต์ํ๊ฐ ๋๋๋ก ๋ฐ๋ดํ๊ณ ์์์ ๋ท์งธ ์๋ฆฌ๊น์ง ๋ฌด๊ฒ๋ฅผ ์ธก์ ํ ํ ๊ธฐ๊ธฐ๋ฅผ ์๋ํ์๋ค. ์์์ ์นจํฌ ์๋ ฅ์ ์ ์ 0.51 psia๋ถํฐ ๊ณ ์
33,000 psia๊น์ง ๋์ฌ ์ธก์ ํ์๋ค. ์นจํฌ ์๋ ฅ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ณต๊ทน์ ์ง๋ฆ์ ๋ค์์ Washburn ์์ ์ด์ฉํด ๊ตฌํด์ง๋ค.
์ฌ๊ธฐ์, d๋ ๊ณต๊ทน ์ง๋ฆ (m), $\gamma$๋ ํ๋ฉด์ฅ๋ ฅ (N), $\theta$๋ ์์๊ณผ์ ์ ์ด๊ฐ, P๋ ๊ฐ์๋ ์๋ ฅ (MPa)์ ์๋ฏธํ๋ค.
Midness et al. (2003(13))์ ๊ณต๊ทน์ ํฌ๊ธฐ์ ๋ฐ๋ผ ๊ทธ ์ข
๋ฅ๋ฅผ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ๋ถ๋ฅํ์๋ค: ๋งคํฌ๋ก๊ณต๊ทน(macropore: >10 ยตm); ํฐ ๋ชจ์ธ๊ด(large capillary:
0.5โผ10 ยตm); ์์ ๋ชจ์ธ๊ด(small capillary: 0.01โผ0.5 ยตm); ๊ฒ(gel: <0.01 ยตm). ๋ณธ๋ฌธ์์๋ ์ด ๋ถ๋ฅ์ ๋ฐ๋ผ
๊ณต๊ทน์ ์ข
๋ฅ๋ฅผ ๊ตฌ๋ถํ์ฌ ํ๊ธฐํ๊ธฐ๋ก ํ๋ค.
3. ์คํ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๊ณ ์ฐฐ
3.1 FNS์ ์ํ์์ฑ๋ฌผ
3.1.1 XRD ๋ถ์
FNS ํ์ด์คํธ์ ์ํํน์ฑ์ ์์๋ณด๊ธฐ ์ํ XRD ์ปค๋ธ ๋ถ์์ ์์, FNS ๋ฏธ๋ถ๋ง ์์ฌ๋ฃ์ ๋ํ XRD ์ปค๋ธ๋ฅผ ๋ถ์ํ์ฌ ์ํ๋ฌผ๋ก ๊ฒ์ถ ๊ฐ๋ฅํ ์์๋ฅผ
์ถ๋ ค๋๋ค. Fig. 4์ ๋ํ๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด FNS ๋ฏธ๋ถ๋ง์ ๋๋ถ๋ถ์ ๊ตฌ์ฑํ๊ณ ์๋ ๊ฒ์ forsterite (Mg2SiO4)์ iron silicate(Fe2SiO4)์๋ค. Q-XRD๋ฅผ ํตํ ์ ๋๋ถ์ ์ forsterite๊ฐ ์ฝ 93%, iron silicate๊ฐ ์ฝ 6% ์ ๋๋ก ๋ํ๋ฌ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ forsterite์
์ํ๋ฐ์์ด FNS์ ์ฃผ๋ ์ํ๋ฐ์์ผ ๊ฒ์ด๋ผ๊ณ ํ๋จ๋๋ค. Forsterite๋ pH๊ฐ ๋ฎ์ ํ๊ฒฝ์์๋ M-S-H (magnesium silicate
hydrates, or forsterite hydrous: Mg2SiO4(OH)0.5)๋ฅผ ์์ฑํ๋ ์์จ์์๋ ๋ฐ์์ด ๋งค์ฐ ๋๋ ค ์์ ํ ๋ฐ์์๋ 2๋
๊น์ง๋ ์์๋๋ค(Bernard 2017(2)). Forsterite๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ๊ณ ์๋ MgO์ SiO2๋ C-S-H์ ๋ง๋ฟ์ ํ๊ฒฝ์์ C-S-H(calcium silicate hydrates)์ ์นผ์ ์ฑ๋ถ์ ํ๋ฝ์ํค๊ณ M-S-H๋ฅผ ํ์ฑํ๋ค. ์ด ํ์นผ์ํ(decalcification)๋
๋ณดํต 1๊ฐ์ ์ด๋ด์ ์์๋๋ฉฐ 1๋
์ด ์ง๋๋ฉด ๋๋ถ๋ถ์ C-S-H๊ฐ M-S-H๋ก ๋ฐ๋๊ฒ ๋๋๋ฐ, ์ด๋ ์์ฑ๋ M-S-H ์์ Mg/Si ๋น์จ์ 0.8-1.3์ผ๋ก
๋ํ๋ฌ๋ค(Bernard et al. 2017(2), 2018(1)). ๋ฌธํ์ ํฉ์ฑํ ๋ฌผ์ง์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ ๊ธฐ์ฒด๋ก ์กด์ฌํ๋ ์๋ฉํธ ํ์ด์คํธ ๋ด ํ๊ฒฝ์ ๊ณ ๋ คํ๋ฉด Ca ๊ณ์ด ์ํ๋ฌผ์ด ๋ค๋ ์กด์ฌํ๊ณ SiO2๊ฐ ์ถฉ๋ถํ ํ๊ฒฝ์์๋ ๋งค์ฐ ๋๋ฆฐ ๋ฐ์์ด์ง๋ง M-S-H๊ฐ ๊ณ์ํด์ ์์ฑ๋ ์ ์์์ ์์ฌํ๋ค. M-S-H๋ ๋ค์ ์(2)์ ์ํ๋ฐ์์ ํตํด ์์ฑ๋๋ค.
Fig. 4. XRD curve of FNS raw material (F: Fe2SiO4, M: Mg2SiO4)
์ด๊ธฐ ์ฌ๋ น์ธ 7์ผ ์ฐจ์ ์ธก์ ๋ ๊ฒฝํ๋ FNS ํ์ด์คํธ์ XRD ์ปค๋ธ๋ฅผ Fig. 5, ์ฅ๊ธฐ ์ฌ๋ น์ธ 1๋
์ฐจ์ ์ธก์ ํ ๊ฒ์ Fig. 6์ ๋ํ๋ด์๊ณ , ๋ฌผ์ง์ ์ฃผ์ ํผํฌ๋ฅผ Table 3์ ๋ํ๋ด์๋ค. ๋ฌธํ์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด MgO๋ฅผ ํฌํจํ๊ณ ์๋ ํ์ด์คํธ์ ์ํ๋ฌผ์๋ hydrotalcite, K-struvite, Mg(OH)2, M-S-H ๋ฑ์ด ๋ํ๋๋ค๊ณ ํ๋(Hong et al. 2013(5)), ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ํ๋ XRD ์ํ์์๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ ๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ ๋ํ๋ฌ๋ค. OPC์ FNS์ ์ํ๋ฌผ ํํ๊ฐ ๊ณตํต์ผ๋ก ๋ํ๋ ๊ฒ์ Ca(OH)2 (์ดํ CH), C-S-H, Ca6(Al(OH)6)2 (SO4)3(H2O)26) (ettringite)์์ผ๋ฉฐ, ๋ฏธ์ํ๋ฌผํํ๊ฐ ๋ํ๋ ๊ฒ์๋ CaSO4 (gypsum),Ca3SiO5 (์ดํ C3S)๊ฐ ์์๋ค. FNS์๋ง ์กด์ฌํ๋ ๋ฌผ์ง์ ๋ฏธ์ํ๋ฌผ์ธ forsterite (Mg2SiO4)์ forsterite์ OH๊ฐ ๋ถ์ด ์์ฑ๋ M-S-H ์ํ๋ฌผ์ด ๋ฐ๊ฒฌ๋์๋ค. XRD ์ปค๋ธ์์๋ ๊ฐ์ญ์ผ๋ก ์ธํด Si, H, O๊ฐ ํฌํจ๋์ด ์๋ ์ฌ๋ฌ
๋ฌผ์ง์ ํผํฌ๊ฐ ์ค์ฒฉ๋๊ณค ํ๋๋ฐ(Durdziลski et al. 2017(4)), forsterite์ M-S-H, C3S์ ํ์ ํจํด์ด ์ ์ฌํ์ฌ ์ค์ฒฉ๋์ด ๋ํ๋ฌ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ 7์ผ ์์ ์ํธ์์๋ M-S-H๊ฐ ๋ํ๋ด๋ ํผํฌ์
์ธ๊ธฐ๊ฐ ๋งค์ฐ ๋ฎ์ ๊ฑฐ์ ๋ํ๋์ง ์์๊ณ 1๋
์์ ์ํธ์์๋ forsterite์ M-S-H์ ํผํฌ๊ฐ ๋ชจ๋ ๋๊ฒ ์ค์ฒฉ๋์ด ๋ํ๋ฌ๋ค.
Fig. 5. XRD curves of FNS paste at 7 days curing
Fig. 6. XRD curves of FNS paste at 1-year curing
**Marks in Fig. 5, 6 indicate: โ
: Ca(OH)2 โ: Ca3SiO5 โ: CaSO4 โฒ: Mg2SiO4 โณ: M-S-H โ : C-S-H โ: Ca6(Al(OH)6)2 (SO4)3(H2O)26)
Table 3. XRD peak list
Phase name
|
2ฮธ (degree)
|
Calcium Hydroxide
Ca(OH)2
|
18.02, 29.35, 34.08, 36.44, 47.13, 50.77, 54.35, 62.32
|
Hatrurite
Ca3SiO5
|
22.98, 29.35, 30.10, 32.23, 32.65, 34.43, 39.40, 41.33, 47.13, 49.94, 51.77, 56.61,
60.01, 62.32
|
Calcium Sulfate
CaSO4
|
22.98, 25.40, 27.10, 29.35, 32.65, 35.68, 36.44, 41.33, 43.86, 47.13, 50.77
|
Forsterite
Mg2SiO4
|
17.29, 22.98, 23.86, 25.40, 29.35, 32.23, 34.43, 35.68, 36.44, 39.40, 41.33, 43.86,
48.37, 50.77, 51.78, 56.61, 62.32
|
M-S-H
|
17.29, 22.98, 23.98, 32.23, 35.68, 36.44, 39.39, 51.78, 62.32
|
C-S-H
|
22.98, 32.23, 39.40, 52.17, 56.12, 61.89, 62.60
|
Ettringite
Ca6(Al(OH)6)2 (SO4)3(H2O)26)
|
9.06, 15.64, 18.88, 32.23, 41.33
|
์ฌ๋ น๊ณผ ์นํ์จ์ ๋ฐ๋ผ ์ฃผ์ ํผํฌ์ธ 17.29, 22.98, 35.6, 36.45ยฐ(2ฮธ)์์์ M-S-H์ forsterite, 18.02, 34.06ยฐ(2ฮธ)์์์
CH, 29.03ยฐ(2ฮธ)์์์ C3S์ gypsum์ CPS ์ฐจ์ด๊ฐ ๊ฐ์ฅ ๋๋๋ฌ์ง๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค. ๋จผ์ ์๋ฉํธ ๊ฒฝํ์ฒด์ ์ํ ์ฒ๋๋ก ์ผ์ ์ ์๋ CH์
ํผํฌ๋ 7์ผ ์ฐจ์์ FNS ์นํ์จ๊ณผ ๊ด๊ณ์์ด๋ฎ์ CPS๋ฅผ ๋ณด์๋ค. 1๋
์ฐจ์์๋ OPC ํจ๋์ด ๋ง์์๋ก CH์ ํผํฌ๊ฐ ๋งค์ฐ ๋๊ฒ ์ธก์ ๋์๋ค. FNS
50%์ ๊ฒฝ์ฐ๋ OPC์ CH ํผํฌ๋ณด๋ค 1/4 ์์ค์ผ๋ก ๋ฎ๊ฒ ์ธก์ ๋์๋ค. ๋ฏธ์ํ๋ฌผ์ธ C3S์ gypsum์ 7์ผ์ฐจ ์ํธ์์๋ OPC ๋ฅผ ๋ง์ด ํจ์ ํ ์๋ก
๋์ ํผํฌ๋ฅผ ๋ณด์๊ณ , 1๋
์ฐจ์์๋ ์นํ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ฒฝํฅ์ ๊ฐ์ง๋ง CH, C-S-H, ettringite ๋ฑ์ ๋ฐ์๋ฌผ์ ์์ฑํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ ์ฒด์ ์ธ ํผํฌ๋
7์ผ ์ฐจ๋ณด๋ค FNS ํจ๋์ด ๋ง์์๋ก 7์ผ ์ฐจ์ 1๋
์ฐจ ๋ชจ๋์์ ๋์ ํผํฌ๋ฅผ ๋ณด์๋ค. ์ด๋ forsterite์ ๋ฐ์์ฑ์ด ๋ฎ์ ํจ์ ๋์ด ๋ง์ผ๋ฉด ์ํ๋ฐ์์
์ฐธ์ฌํ ๋ฌผ์ง์ด ์ ์ด์ง๊ฒ ๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. Forsterite์ ๋๋ถ๋ถ์ ํผํฌ๊ฐ ๋์ผํ๊ฒ ๋ํ๋๋ M-S-H์ ๊ฒฝ์ฐ 1๋
์ฐจ ์ํธ์์ ๋๋๋ฌ์ง๊ฒ ๋ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ,
์ค์ฒฉ๋์ง ์์ ํผํฌ๋ฅผ ๋ณด์์ ๋ FNS 30% ์ด์ ์นํํ ๊ฒฝ์ฐ์ ๋ง์ด ์์ฑ๋ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. ๋ฌธํ์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด, CH์ C-S-H๋ MgO ๊ณ์ด
๋ฐ์๋ฌผ์ด ์์ ๋ Mg(OH)2์ M-S-H (magnesium silicate hydrates) ๊ฒ์ ์์ฑํ๋ค(Sonat et al. 2018(18)). XRD์์๋ Mg(OH)2๊ฐ ๋ํ๋์ง ์์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ SEM ๋ถ์์ ๋ํ์ฌ ์ํ๊ฐ ๋์ง ์์ forsterite์ M-S-H์ ๋ํด ์ง์ค์ ์ผ๋ก ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ ๋ถ์ํ์๋ค.
3.1.2 SEM๊ณผ EDX ๋ถ์
Forsterite๋ Si๋ฅผ ์ค์ฌ์ผ๋ก Mg์ O๊ฐ 120ยฐ ๊ฐ๋๋ก ์ ์ฌ๋ฉด์ฒด ํํ์ ๊ฒฐํฉ์ ํ๊ณ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ฒฐ์ ์ ๊ฐ์ง ํํ๋ฅผ ํ๊ณ ์์ผ๋ฉฐ ์ํ๊ฐ
์ด๋ค์ง๋ฉด OH ์ด์จ์ด ๊ฒฐํฉ ๋ ์ด์ด ์ธต ์ฌ์ด์ ๋ผ์ด ํ์ํ์ด ์ฌ๋ฌ ๊ฒน ๊ฒน์ณ์ง ํํ๋ก ๋ณด์ธ๋ค(De Souza et al. 2013(3)). ๋ฐ๋ผ์ SEM์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ด์ ๋น์ทํ ํํ๋ฅผ ๋ค ๋ฌผ์ง์ ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ ์ป๊ณ , ํด๋น ๋ฌผ์ง์ ๋ํ์ฌ EDX๋ฅผ ํตํด ์์ ๋ถ์์ ์ค์ํ์ฌ ๋ฏธ์ํ๋ฌผ์ ํ์ธํด
๋ณด์๋ค. FNS ์ํธ์์ ๋ํ๋ ์ ์๋ ๋ฏธ์ํ๋ฌผ์ ๊ณตํต๋๋ฏ๋ก FNS 30%์ ๋ํด์๋ง ๊ณ ๋ฐฐ์จ ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ ๋ถ์ํ์๋ค. Fig. 7์ SEM ์ด๋ฏธ์ง์์ forsterite๋ก ์ถ์ ๋๋ ๋ฌผ์ง์ ๋ํด EDX๋ฅผ ์ธก์ ํ์ฌ ์๋์ ํผํฌ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค. ๋งจ ์ผ์ชฝ์ ์ฌ๋ฌ ๊ฒน์ ํ์์ด ๊ฒน์ณ์ง
M-S-H์ด๋ฉฐ ๊ฐ์ด๋ฐ ์ด๋ฏธ์ง๋ C-S-H๊ฐ ์ด์งํด ์๋ ๋ถ๋ถ์ ์กด์ฌํ๋ M-S-H, ๋งจ ์ค๋ฅธ์ชฝ์ ๋ฌผ์ง์ ๋ฐ์์ ํ์ง ์์ ๊ฐ์ง ํํ๋ฅผ ์ ์งํ๊ณ ์๋
forsterite์ด๋ค. ํด๋น ๋ฌผ์ง์ ๋ํด EDX๋ฅผ ํตํด ์์ ์ค๋ ํผ์ผํธ๋ฅผ ์ป์ด Mg/Si ๋ชฐ๋ถ์จ์ ๊ณ์ฐํ ๊ฒฐ๊ณผ ์ผ์ชฝ๋ถํฐ ๊ฐ 0.78, 0.68,
0.97๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. ๊ทธ ๊ฐ์ด 1๋ณด๋ค ์์์๋ก Ca๊ฐ ํจ๊ป ์ฝํ ์๋ ๊ฒ์ ์ ์ ์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ฅผ ํตํด C-S-H์ M-S-H ์ฌ์ด์ 2๊ฐ ๊ธ์์ด์จ์
๊ตํ์ด ์ผ์ด๋ ์ ์์๋ ์ถ์ ํ ์ ์๋ค. ๋ํ forsterite๊ฐ ๋ฐ์์ ์ ํ ์๋ก Mg/Si ๋ชฐ๋ถ์จ์ด 1์ ๊ฐ๊น์ด ๊ฐ์ด ๋์ด์ ํ์ธํ ์ ์๋ค.
Fig. 8(a)๋ FNS 30%์ ์ฌ๋ น 1๋
์งธ์ ์ํ๋ ๋ชจ์ต์ผ๋ก, M-S-H์ ๋ฏธ์ํ forsterite ๊ฐ C-S-H์ ๋๋ฌ์ธ์ฌ ์๋ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. Pokrovsky
and Schott (2000(15))์ ์ฐ๊ตฌ์ ์ํ๋ฉด ์ ์ฌ๋ฉด์ฒด๊ตฌ์กฐ์ forsterite๋ ์ผ๊ธฐ์ฑ ์ฉ๋งค ๋ด์์Mg2+ ์ด์จ์ด ๊ฐ์๋ถํด๋๋ค. FNS๊ฐ ํผ์
๋ ์๋ฉํธ ํ์ด์คํธ์ ์ํ ๊ณผ์ ์์ ๊ฐ์๋ถํด๊ฐ ์ผ์ด๋Mg2+ ์ด์จ์ด C-S-H์ Ca2+ ์ด์จ๊ณผ ์นํ๋์ด M-S-H๊ฐ ์์ฑ๋ ์ ์์์์ถ์ ํ ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฌํ ์ด์ ๋ก SEM ์ด๋ฏธ์ง์์๋ M-S-H๊ฐ C-S-H์ ๋๋ฌ์ธ์ฌ ์กด์ฌํ๊ณ ์์
๊ฒ์ด๋ค. ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก Ca2+ ์ด์จ์ด ์๋ ์๋ฆฌ์Mg2+ ์ด์จ์ด ๊ฒฐํฉํ๊ฒ ๋๋ฉด์ ๊ฒฐํฉ๊ธธ์ด๊ฐ ๋ฌ๋ผ์ง๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ํ์ด์คํธ ๋ถ๋ถ์ ๋ฐ๋๊ฐ ๋์์ง๊ณ FNS ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ธ๋ถ ์ด์จ์ ๋ํ ์นจํฌ ์ ํญ์ฑ์ด ํฅ์๋ ์ ์์
๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ Fig. 8(b)์ FNS 50%๋ฅผ ๋ณด๋ฉด 2000๋ฐฐ์จ๋ก ๋์ ์์ญ์ ์ฐ์์์๋ FNS๋ฅผ ๋ค๋ ์นํํ์์ ๊ฒฝ์ฐ ์ํ๊ฐ ๊ฑฐ์ ๋์ง ์์ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. ๋ฐ์ํ์ง ๋ชปํ
forsterite ์ฃผ๋ณ์ด C-S-H๋ก ๋ฎ์ฌ ์์ ๋ฟ ๋ค๋ฅธ ์ํ๋ฌผ์ ๊ฑฐ์ ๋ณด์ด์ง ์๋๋ค. ๋ค๋ง FNS ๋ฏธ์ํ๋ฌผ์ด ์กด์ฌํ๋ ๊ณณ์๋ ๊ณต๊ทน์ด ๊ฑฐ์ ๋ณด์ด์ง
์๋๋ค๋ ์ ์์ ์นํ์จ์ด ๋์ ํ์ด์คํธ ๋ด์ ๊ณต๊ทน์ด ์กฐ๋ฐํ ์ ์์์ ์๋ฏธํ๋ค.
Fig. 7. SEM image of Mg-based substance in FNS 30% paste at 1-year curing (different
phase of forsterite-Mg2SiO4 and forsterite hydrous-Mg2SiO4(OH)0.5)
Fig. 8. SEM image of M-S-H hydrates in 1-year cured paste of: (a) FNS 30% and (b)
FNS 50%
3.2 FNS ์นํ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์ด๊ธฐ ๋ฐ ์ค์ฅ๊ธฐ ์ํ๋
3.1์์ FNS ํ์ด์คํธ์ ์ํ์์ฑ๋ฌผ๊ณผ ๋ฐ์์ฑ์ ์ดํด๋ณด์๋ค๋ฉด, ๋ณธ ๋จ๋ฝ์์๋ FNS์ ์นํ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์ด๊ธฐ ์ํ ํน์ฑ์ ์๊ฒฐ์๊ฐ์ ํตํด ์์๋ณด๊ณ ,
์ค์ฅ๊ธฐ์ ์ผ๋ก ์์ฑ๋๋ ์ํ๋ฌผ์ ์๊ณผ, ๊ณต๊ทน๋๋ ์ด๋ป๊ฒ ๋ํ๋๋์ง BSE ๋ถ์์ ํตํด ์์๋ณด์๋ค.
๊ด์
์ ํญ์นจ์ ์ด์ฉํด ์ ํญ ๊ฐ์ด 3.5 MPa์ผ ๋์ ์๊ฐ์ ์ด๊ฒฐ, 28 MPa์ผ ๋์ ์๊ฐ์ ์ข
๊ฒฐ์ด๋ผ๊ณ ๋๊ณ ์ํํ์์ ๋ ๋ํ๋ OPC์ FNS
๋ชจ๋ฅดํ๋ฅด์ ์๊ฒฐ์๊ฐ ์ํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ Fig. 9์ ๋ํ๋ด์๋ค. ์ธ๊ธฐ ์จ๋๊ฐ 20 ยฑ 2 ยฐC์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ค์ ๋ฎ์ ์จ๋์์ ๋ฐฐํฉ์ด ๋์์ผ๋ฉฐ ๋ฐ๋ผ์ OPC์ ์ด๊ฒฐ๊ณผ ์ข
๊ฒฐ์ด 360๋ถ๊ณผ 537๋ถ์ผ๋ก
์์ค ๋ฐฐํฉ์ผ ๋๋ณด๋ค๋ ๊ธธ๊ฒ ์ธก์ ๋์๋ค. FNS ๋ชจ๋ฅดํ๋ฅด์ ์ด๊ธฐ ์ํ๋ฅผ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด ์ด๊ฒฐ๊ณผ ์ข
๊ฒฐ์ ์ด์ ๋น๊ตํด ๋ณด์์ ๋, ์ด๊ฒฐ์ FNS ์นํ๋์ด
๋ง์์ง์๋ก ์ต๋ 55๋ถ๊น์ง ์ํ๊ฐ ์ง์ฐ๋๋ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์์๋ค. ๋ฐ๋ฉด ์ข
๊ฒฐ์ ์ ๋ฐ์ ์ผ๋ก OPC์ ์ข
๊ฒฐ๊ณผ ํฐ ์ฐจ์ด๊ฐ ๋ฒ์ด์ง์ง ์์๋ค. 10%, 30%
์นํ์์๋ 10๋ถ ๋ด์ธ๋ก ์ง์ฐ๋์๊ณ , 50% ์นํ์์๋ 30๋ถ์ด ์ง์ฐ๋์๋ค. ์๊ฒฐ์ ์ด๊ธฐ ์ํ ์ ์ํ์ด์ ๋ฏผ๊ฐํ๊ฒ ์ํฅ์ ๋ฐ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ C2S, C3S
์์ด ๊ธฐ์กด OPC ๋ฐฐํฉ์ ๋นํด ํ์ ํ ๋ฎ์ FNS์์๋ ์ด๊ธฐ ๋ฐ์์ฑ์ด ๋งค์ฐ ๋จ์ด์ง๊ณ ์ํ์ด์ด ์ ๊ฒ ๋ฐ์ํด ์๊ฒฐ์ด ์ง์ฐ๋์๋ค๊ณ ์๊ฐํ ์ ์๋ค. ์ด๊ธฐ๊ฐ๋๋ฅผ
๋๊ฒ ํ์๋ก ํ๋ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๋ํด์๋ ๋ณด๊ฐ ๊ฐ๋ฅํ ์ ์ ํ ๋ฐฐํฉ์ ์ ์ํด์ผ ํ ๊ฒ์ผ๋ก ์๊ฐ๋๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ๋ ๋ฏธ์ฝ ๋ฐฐํฉ ์์
์ ์์
์๊ฐ์ ํ๋ณด ์ธก๋ฉด์์๋
FNS 10%์ 30%๋ OPC์ ๋นํด ์ด๊ฒฐ์ 2-30๋ถ ์ง์ฐ๋๋ ์ข
๊ฒฐ์ ํฐ ์ฐจ์ด๊ฐ ์์ด ์คํ๋ ค ๋ ์ ๋ฆฌํ ๊ฒ์ผ๋ก ์๊ฐ๋๋ฉฐ, FNS 50%์ ๊ฒฝ์ฐ๋ผ๋
์ด๊ฒฐ 415๋ถ, ์ข
๊ฒฐ 567๋ถ์ ํจ๊ณผ์ ์ธ ์๊ฐ ์ด์์ด ๊ฐ๋ฅํ ๋ฒ์๋ผ๊ณ ์๊ฐ๋๋ค.
Fig. 9. Setting time of FNS fresh mortar (Initial set: 3.5 MPa, final set: 28 MPa)
์ค์ฅ๊ธฐ ์ํ์ ์์ด์๋ SEM-BSE ์ด๋ฏธ์ง์ gray-scale ์์์์ญ์ ์๊ณ์ ์ธ ๊ณณ์ผ๋ก ๋๋์ด ๊ณ์ฐ๋ ๊ฒฐ์ ์ง ์ํ๋ฌผ๊ณผ ๊ฒ ์ํ๋ฌผ ์์ญ์ ํฉ์
ํด๋น ๋ฌผ์ง์ ์ํ๋๋ก ๋ณด์๋ค. ๊ฐ๊ธฐ ๋ค๋ฅธ ์ํ๋ฌผ์ ์ข
๋ฅ๋ฅผ ๊ตฌ๋ณํ ์๋ ์์ผ๋ ์ํ๋ฌผ (๊ฒฐ์ ์ง๊ณผ ๊ฒ์ ํฉ)๊ณผ ๋ฏธ์ํ๋ฌผ, ๊ณต๊ทน์ ๊ตฌ๋ถ์ ๋ช
ํํ ํ ์
์๋ค๋ ์ ์์ ์ํ๋๋ฅผ ๋น๊ต์ ์ ํํ ์์ธกํ ์ ์๋ค. OPC๋ง์ ์ฌ์ฉํ์ ๋ ๋ํ๋๋ ์ํ๋ฌผ์ด ์๋ MgO ๊ณ์ด ์ํ๋ฌผ์ด ํฌํจ๋์ด ์๋ค๊ณ ํ๋๋ผ๋
ํด๋น ๋ฌผ์ง์ด ์กด์ฌํ๋ ์์น์์ ๋ํ๋ด๋ ์๋์ง์ ์ฐ๋ ์ ๋๋ ๋น์ทํ ์์ค์ผ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ฉฐ, ๋ฐ๋ผ์ ์์ ๋ฐํ๋ ๊ฒฐ์ ์ง ์ํ๋ฌผ์ ํด๋น ๋ฒ์ ๋ด์ ๋ํ๋ฌ์
๊ฒ์ผ๋ก ์๊ฐ๋๋ค.
Fig. 10์ ์ ๋ฐ์ ์ธ ๊ฒฝํฅ์ ์ดํด๋ณด์์ ๋, FNS์ ํผ์
๋์ด ๋ง์์ง์๋ก ์์ฑ๋ ๊ฒฐ์ ์ง ์ํ๋ฌผ์ ์์ด ๋ง์์ง๊ณ ๊ฒ ์ํ๋ฌผ์ ์์ด ๋ค์ ์ค์ด๋๋ ๊ฒ์ ๋ณผ ์
์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ๋์์ ๋ฏธ์ํ๋ฌผ์ ์์ด ์ฆ๊ฐํ๊ณ ๊ณต๊ทน์ด ์ค์ด๋๋ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. OPC๋ง ์ฌ์ฉํ ํ์ด์คํธ์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ณต๊ทน์ 12.43%๋ก ๋ค์ ๋๊ฒ
๋ํ๋ฌ์ง๋ง, ์ํ๋๋ ์ฝ 70%๋ก ๋ํ๋ฌ๊ณ ๋ฏธ์ํ๋ฌผ์ ์ฝ 18%๋ก ์ ๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค. ๊ทธ์ ๋นํด FNS๋ 60โผ66%์ ์ํ๋๋ฅผ ๋ณด์์ผ๋ฉฐ, ๋ฏธ์ํ๋ฌผ์
์นํ์จ์ด ๋์์๋ก ์ฆ๊ฐํ์ฌ ์ฝ 25โผ32%๊น์ง ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. ๊ณต๊ทน ์ธก๋ฉด์์๋ FNS๋ฅผ ๋ง์ด ํผ์
ํ ์๋ก ์ ์ ๊ณต๊ทน๋์ ๋ณด์๋ค. FNS๋ฅผ 10%,
30%๋ฅผ ํผ์
ํ ๊ฒฝ์ฐ๋ผ๋ ๊ณต๊ทน์ 7% ๋๋ก ๋งค์ฐ ๋ฎ์์ก๊ณ 50%๊น์ง ํผ์
ํ๋ฉด 4.6%๊ฐ๋์ผ๋ก ๋ฎ๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค. ์ด๋ FNS ๋ฏธ๋ถ๋ง์ ๋ฐ์์๋๊ฐ OPC์
๋นํด ๋งค์ฐ ๋ฆ๊ธฐ๋ ํ๋ ์
์ ์ฌ์ด์ฆ๊ฐ ์์ ์๋ฉํธ ๋งคํธ๋ฆญ์ค ๋ด๋ฅผ ์กฐ๋ฐํ๊ฒ ๋ง๋ค์ด์ฃผ์ด ๊ณต๊ทน๋ฅ ์ ์ค์ผ ์ ์๋ ์ญํ ์ ํ๋ ๊ฒ์์ ๋ช
๋ฃํ๊ฒ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋ ์ค์ฅ๊ธฐ ์ํ๋๊ฐ FNS๋ฅผ ๋ค๋ ํผ์
ํ ๊ฒฝ์ฐ ๋งค์ฐ ๋ฎ์์ง๋ค๋ ์ ์์ ๊ฐ๋ ๋ฐํ์ ์ธก๋ฉด์์๋ FNS๋ฅผ 30% ์ด์์ผ๋ก ๋ค๋ ์ฌ์ฉํ ๊ฒฝ์ฐ ๋ถ์ ์ ์ด๋ฉฐ,
๋ฏธ์ํ๋ฌผ์ด ๊ณจ๊ณ ๋ฃจ ํผ์ณ์ง ์ํ์์๋ ๋ฐ๋ฆฌ๋ ์ค์ผ์ผ๋ง ๋ฑ์ ์ดํ ํ์์ด ๋ฐ์ํ ์ ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ์๊ฐ๋๋ค.
Fig. 10. Hydration degree and porosity of FNS at 28 days using 30 frame of mapped
BSE images with replacement ratios of 0% (OPC), 10%, 30% and 50%
3.3 FNS ์นํ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ฏธ์ธ๊ณต๊ทน๋ถํฌ ํน์ฑ
FNS์ ์นํ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ฏธ์ธ๊ณต๊ทน์ ๋ถํฌ์ ์ด ๊ณต๊ทน๋(์์์ด ์์
๋ ์ด๋)์ Fig. 11์ ๋ํ๋ด์๋ค. dc๋ก ํ๊ธฐ๋ ๊ณต๊ทน์ ํฌ๊ธฐ๋ ์๊ณ๊ณต๊ทน๋ฐ์ง๋ฆ์ผ๋ก, ์์์ด ์ ์์์ ๊ณ ์์ผ๋ก ๊ณต๊ทน์ ํฌ๊ธฐ ๋ณ๋ก ๊ด์
๋จ์ ๋ฐ๋ผ ๋ถํฌ๋ฅผ ๋ํ๋ผ ๋ ๋งคํฌ๋กํฌ์ด๊ฐ ์๋ ์์ญ์์
๊ฐ์ฅ ๊ธ๊ฒฉํ๊ฒ ๊ด์
๋์ด ๋ง์์ง๋ ๋์ ๊ณต๊ทน ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค. dc๊ฐ ์์์๋ก ํ์ด์คํธ๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ๊ณ ์๋ ์ฃผ๋ ๊ณต๊ทน์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณผ ์ ์๊ณ , ๊ณต๊ทน์ด ์กฐ๋ฐํ๊ฒ ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์๋ค๊ณ ์๊ฐํ ์ ์๋ค. Fig. 11์ ๋ณด๋ฉด OPC์ ๊ฒฝ์ฐ์๋ dc ๊ฐ์ด 0.835 ยตm๋ก, ํฐ ๋ชจ์ธ๊ด ์์ญ์ ๊ณต๊ทน๋์ด ์ง์ค๋์ด ์๊ณ , ์์ ๋ชจ์ธ๊ด๊ณผ ๊ฒ๊น์ง ๋์ ๋ฒ์๋ก ๋ถํฌ๋์ด ์์ด ์ด ๊ณต๊ทน๋์ 0.188 mL/g์ผ๋ก
๋๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค. ๋ฐ๋ฉด FNS๋ฅผ ํผ์
ํ ๊ฒฝ์ฐ์๋ dc ๊ฐ์ด ๋ชจ๋ ์์ ๋ชจ์ธ๊ด ์์ญ์ ์ํด ์๊ณ , ์นํ๋์ด ๋ง์์ง์๋ก ๊ทธ ์์น๊ฐ ๋งค์ฐ ์๊ฒ ๋ํ๋ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. FNS 10%, 30%, 50%์
dc๊ฐ์ ๊ฐ๊ฐ0.433 ยตm, 0.088 ยตm, 0.062 ยตm ์์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. ๋ถํฌ๋ฅผ ๋ณด๋ฉด FNS ํ์ด์คํธ๋ ๊ณต๊ทน ๋๋ถ๋ถ์ด ์์ ๋ชจ์ธ๊ด ์์ญ์ ๋ถํฌํด
์์์ ์ ์ ์๊ณ , ์นํ๋์ด ๋ง์์ง์๋ก ๊ณต๊ทน์ด ๋ถํฌํ๊ณ ์๋ ํ๊ท ์ ์ธ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์์ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. ๋ฐ๋ฉด ๊ฒ ์์ญ์ ์คํ๋ ค OPC๋ณด๋ค๋ ์ ๊ฒ ํฌํจํ๊ณ
์์์ ๋ณผ ์ ์๋ค. ์ด ๊ณต๊ทน๋์ FNS 10%์ ๊ฒฝ์ฐ 0.174 mL/g์ผ๋ก OPC์ ์ด ๊ณต๊ทน๋๋ณด๋ค ๋ง์ด ๊ฐ์ํ์ง ์์์ง๋ง, FNS 30%์ ๊ฒฝ์ฐ
0.140 mL/g์ผ๋ก OPC๋ณด๋ค ์ฝ 25% ๊ฐ์ํ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. FNS 50%๋ ํผํ์ฌ์ ์ ๋ฐ์ด FNS๋ก ์นํ๋ ๊ฒ์ด๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ธ๊ฒฉํ ์ฐจ์ด๊ฐ
๋ํ๋๋๋ฐ, dc๊ฐ๋ ๋งค์ฐ ์๊ฒ ๋ํ๋ฌ๊ณ , ์ด ๊ณต๊ทน๋์ 0.104 mL/g์ผ๋ก ์ฝ 45%๊ฐ ์ค์ด๋ ๊ฒ์ ์ ์ ์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์ 3.2 BSE ์ด๋ฏธ์ง ๋ถ์์์๋ ์นํ๋์ด
์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ณต๊ทน๋๊ฐ ๋งค์ฐ ์ค์ด๋ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์์๋๋ฐ, ์ด๋ ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ 2์ฐจ์์ ์ผ๋ก ํด์ํ ๊ฒ์ด๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ทธ ์ ๋์ ์ธ ์์ ๋น๊ต๋ง์ผ๋ก ๊ณต๊ทน์ ๋ถํฌ๋ฅผ
์ ์ ์์์ผ๋, MIP ๋ถ์์ ํตํด์ ๋ถํผ์ ๋ํ 3์ฐจ์์ ์ธ ๋ถ์์ ํ ์ ์์๋ค. MIP ๋ถ์์ ํตํด FNS๋ฅผ ํผ์
ํ ๊ฒฝ์ฐ ๊ณต๊ทน ์ฌ์ด๋ฅผ ๋ฉ์์ฃผ๋
์ญํ ์ ํ์ฌ ๋ชจ์ธ๊ด ์์ญ ์ค์์๋ ์์ ๋ชจ์ธ๊ด ์์ญ์ผ๋ก ๊ณต๊ทน์ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ์ค์ฌ์ค ์ ์์์ด ํ์ธ๋์๋ค. ์ด๋ FNS์ ๋ถ๋ง๋๊ฐ 4,600 cm2/g์ผ๋ก OPC๋ณด๋ค ํฌ๊ณ , ์
์์ ํฌ๊ธฐ ์์ฒด๋ ์ฝ 1.8๋ฐฐ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ํ๋ ์ ์๋ ํน์ฑ์ด๋ค. ๋ณดํต ์ถฉ์ ์ฌ ์ญํ ๋ก ์ฌ์ฉํ๋ ์ค๋ฆฌ์นด ํ์ ๊ฒฝ์ฐ ์ด๋ณด๋ค
์ ๊ฒ๋ 2.5๋ฐฐ์์ ๋ง๊ฒ๋ 10๋ฐฐ๊น์ง ๋์ ๋ถ๋ง๋์์ ์๊ฐํ๋ฉด, ๋ถ์๋ฅผ ์ํด ํ์ํ ๋น์ฉ์ ์๋ ์ ์๋ ์ฅ์ ์ด ๋งค์ฐ ๋ฐ์ด๋ ๊ฒ์ ์ ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋
FNS ํ์ด์คํธ ๋ด์์ forsterite๊ฐ ๊ฑฐ์ ๋ฐ์ํ์ง ์๊ณ ๋ฏธ์ํ๋ฌผ๋ก ์กด์ฌํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ณต๊ทน์ ์ฑ์์ก์์ง๋ผ๋ ๋ฐ์ํ์ง ์์ ๋ฏธ์ํ๋ฌผ์ ๊ฐ๋๊ฐ ์ํ๋ฌผ์
๋นํด ํ์ ํ ๋ฎ์ ๊ตฌ์กฐ์ฒด์ ๊ฐ๋ ๋ฐํ์ ๋ถ์ ์ ์ธ ์ํฅ์ ๋ผ์น๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ถฉ์ ์ฌ ์ญํ ์ ํ ์ ๋๋ก๋ง 10โผ20% ์นํ ๋ฐฐํฉ์ ์ค๊ณํ์ฌ ์ฌ์ฉํ๋ ๊ฒ์ด
FNS๋ฅผ ํผํ์ฌ๋ก์ ํจ๊ณผ์ ์ผ๋ก ์ฌ์ฉํ ์ ์๋ ๋ฐฉ์์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
Fig. 11. Pore size distribution and total pore volume of FNS at 28 day of curing using
MIP analysis: (a) OPC, (b) 10%, (c) 30%, and (d) 50%
4. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ํ๋ก๋์ผ ์ฌ๋๊ทธ(FNS)์ ํ์ด์คํธ ์ํํน์ฑ๊ณผ ๊ณต๊ทน๋ถํฌ๋ฅผ ๋ถ์ํ์ฌ ๊ธฐ์กด ์ฐ๊ตฌ์์์ ๋ฌผ์ฑ ๋ฐํ์ด ๊ฐ๋ฅํ ์์ธ์ ๊ท๋ช
ํ๊ณ ์ ์ํ๋์์ผ๋ฉฐ, ํ๋ก๋์ผ
์ฌ๋๊ทธ์ ์นํ์จ์ โ10%, 30%, 50%โ 3๋จ๊ณ๋ก ๋๊ณ XRD, SEM, EDX MIP ๋ถ์์ ์ค์ํ์ฌ OPC์ ๋น๊ตํ์๋ค. ์ด๋ฅผ ํตํด ์ป์
๊ฒฐ๋ก ์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค.
1) XRD ๋ถ์ ๊ฒฐ๊ณผ FNS ์๋ฃ๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ๋ ์ฃผ์ ๋ฌผ์ง์ forsterite(Mg2SiO4)๊ณผ iron silicate(Fe2SiO4)์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ฐํ์ก์ผ๋ฉฐ, ๊ฐ 93%, 6%๋ฅผ ์ฐจ์งํ๋ค.
2) FNS ์ํ๋ฌผ์ ์ฅ๊ธฐ์ฌ๋ น XRD์์๋ ์นํ๋์ด ๋ง์์๋ก CH ์์ด ์ ๊ฒ ๋ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ, ๋ฐ๋๋ก M-S-H์ ๋ฐ์ํ์ง ์์ forsterite๋ ๋
๋ง์ด ์กด์ฌํ๋ค.
3) Forsterite๋ ๋๋ฆฐ ๋ฐ์์ด์ง๋ง ์ผ๊ธฐ์ฑ ํ๊ฒฝ์์ C-S-H์ ๋ฐ์ํ์ฌ Ca2+ ์ด์จ์ด ์๋ ์๋ฆฌ์Mg2+์ด์จ์ด ์นํ๋ M-S-H๋ฅผ ํ์ฑํ๋ค. ์ด ๋ฐ์์๋ 1๋
์ด์ ์์๋๋ค.
4) BSE ์ด๋ฏธ์ง ๋ถ์์ ํตํด FNS์ ์นํ์จ์ด ๋์์๋ก ์ํ๋๊ฐ ํ์ ํ ๋จ์ด์ง์ ํ์ธํ์๋ค. OPC์ ๋ฏธ์ํ๋ฌผ์ด ์ฝ 18%์ธ ๊ฒ์ ๋นํด, FNS
30%, 50%๋ ๋ฏธ์ํ๋ฌผ์์ด 30% ์ด์์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค.
5) MIP ๋ถ์์์ OPC๋ ์๊ณ๊ณต๊ทน๋ฐ์ง๋ฆ์ด 0.835 ยตm๋ก ํฐ ๋ชจ์ธ๊ด ์์ญ๋ถํฐ ๊ณต๊ทน์ด ๋ถํฌ๋์ด ์๋๋ฐ, FNS์ ๊ฒฝ์ฐ FNS 10%, 30%,
50% ๊ฐ๊ฐ 0.433, 0.088, 0.062 ยตm๋ก, ๋ชจ๋ ์์ ๋ชจ์ธ๊ด ์์ญ๋ถํฐ ๊ณต๊ทน์ด ๋ถํฌ๋์ด ์๊ณ ๊ณต๊ทน์ ์ด๋๋ FNS ํผ์
๋์ด ๋ง์์๋ก ๋
์ ๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค.
6) Forsterite์ ๋๋ฆฐ ๋ฐ์์ฑ์ผ๋ก ์ธํด FNS์ ์ด๊ธฐ ์ํ๋๊ฐ OPC๋ณด๋ค ๋ ๋ฎ๊ฒ ๋ํ๋ฌ์ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ฉฐ ๊ธฐ์กด ์ฐ๊ตฌ์์ FNS๋ฅผ ๋ค๋ ์ฌ์ฉํ์์
๊ฒฝ์ฐ ๊ฐ๋๊ฐ ๋ฎ๊ฒ ์ธก์ ๋ ์ฃผ์ ์์ธ ์ค ํ๋๋ก ์ถ์ธกํ ์ ์๋ค.
7) FNS์ ๋์ ๋ถ๋ง๋๋ก ์ธํ์ฌ ์นํ์ ๋ง์ด ํ ์๋ก ํ์ด์คํธ ๋ด์ ๊ณต๊ทน์ ๋งค์์ฃผ๋ ์ถฉ์ ํจ๊ณผ๊ฐ ๋ํ๋ ์ผํ๋ฌผ ๋ฑ ์ธ๋ถ์ด์จ์ ์นจํฌ๊ฐ ๋ฎ๊ฒ ๋ํ๋
์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ๊ณต๊ทน์ด ์ ์ด๋ FNS ์๋ฉํธ ๋งคํธ๋ฆญ์ค๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ๊ณ ์๋ ๋ฌผ์ง์ด ๋ฏธ์ํ๋ฌผ์ด๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ฐ๋ ๋ฐํ์๋ ๋ถ์ ์ ์ผ ์ ์๋ค.
๊ฐ์ฌ์ ๊ธ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ๊ตญํ ๊ตํต๋ถ ๊ตญํ ๊ตํต๊ธฐ์ ์ด์ง ์ฐ๊ตฌ๊ฐ๋ฐ์ฌ์
์ ์ฐ๊ตฌ๋น์ง์(18CTAP-C132998-02)์ ์ํด ์ํ๋์์ต๋๋ค.
References
Bernard E., Dauzรจres A., Lothenbach B., 2018, Magnesium and calcium silicate hydrates,
Part II: Mg-exchange at the interface โlow-pHโ cement and magnesium environment studied
in a C-S-H and M-S-H model system, Applied Geochemistry, Vol. 89, pp. 210-218
Bernard E., Lothenbach B., Rentsch D., Pochard I., Dauzรจres A., 2017, Formation of
magnesium silicate hydrates (M-S-H), Physics and Chemistry of the Earth, Vol. 99,
pp. 142-157
De Souza C., Carneiro C., Baรบ J., Costa A., Ivashita F., Jรบnior A., Di Mauro E., De
Santana H., Holm N., Neubeck A., Zaia C., Zaia D., 2013, Interaction of forsterite-91
with distilled water and artificial seawater: A prebiotic chemistry experiment, International
Journal of Astrobiology, Vol. 12, pp. 135-143
Durdziลski P. T., Ben Haha M., Zajac M., Scrivener K. L., 2017, Phase Assemblage of
Composite Cements, Cement and Concrete Research, Vol. 99, pp. 172-182
Hong S., Kim D., Lee D., 2013, Fundamental Properties and Hydration Characteristics
of Mortar Based on MgO Added Industrial By-products, Journal of the Korea Concrete
Institute, Vol. 25, No. 5, pp. 565-572. (In Korean)
Huang Y., Wang Q. Shi M., 2017, Characteristics and Reactivity of Ferronickel Slag
Powder, Construction and Building Materials, Vol. 156, No. , pp. 773-789
Japanese Standards Association (JSA) , 2016, Slag aggregate for concrete - Part 2:
Ferronickel slag aggregate, Japan, Tokyo: JSA.
Kim D. -Y., Cho H. -K., Lee H. -S., 2014, Effects of the Reaction Degree of Ground
Granulated Blast Furnace Slag on the Properties of Cement Paste, Journal of the Korea
Concrete Institute, Vol. 26, No. 6, pp. 723-730
Kocaba V., Gallucci E., Scrivener K. L., 2012, Cement and Concrete Research Methods
for determination of degree of reaction of slag in blended cement pastes, Cement and
Concrete Research, Vol. 42, No. 3, pp. 511-525
Komnitsas K., Zaharaki D., Perdikatsis V., 2009, Effect of Synthesis Parameters on
the Compressive Strength of Low- Calcium Ferronickel Slag Inorganic Polymers, Journal
of Hazardous Materials, Vol. 161, pp. 760-768
Korea Standard Association , 2017, Testing Method for Time of Setting of concrete
Mixtures by Penetration Resistance
Lemonis N., Tsakiridis P. E., Katsiotis N. S., Antiohos S., Papageorgiou D., Katsiotis
M. S., Beazi-Katsioti M., 2015, Hydration Study of Ternary Blended Cements Containing
Ferronickel Slag and Natural Pozzolan, Construction and Building Materials, Vol. 81,
No. , pp. 130-139
Mindess S., Young J. F., Darwin D., 2003, Concrete, USA, Upper Saddle River, New Jersey:
Prentice Hall.
Park S. -S., 2017, Strength and Resistance to Chloride Penetration in Mortar Containing
Ferronickel Slag Powder by Vibrated and Rolled Manufacturing Method, Journal of the
Korea Concrete Institute, Vol. 29, No. 6, pp. 633-640
Pokrovsky O. S., Schott J., 2000, Kinetics and Mechanism of Forsterite Dissolution
at 25ยฐC and pH from 1 to 12, Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 64, No. 19, pp.
3313-3325
Rahman M. A., Sarker P. K., Shaikh F. U. A., Saha A. K., 2017, Soundness and compressive
strength of Portland cement blended with ground granulated ferronickel slag, Construction
and Building Materials, Vol. 140, pp. 194-202
Scrivener K. L., Lothenbach B., De Belie N., Gruyaert E., Skibsted J., Snellings R.,
Vollpracht A., 2015, TC 238-SCM: Hydration and Microstructure of Concrete with SCMs:
State of the Art on Methods to Determine Degree of Reaction of SCMs, Materials and
Structures/Materiaux et Constructions, Vol. 48, No. 4, pp. 835-862
Sonat C., Teo W. W., Unluer C., 2018, Performance and Microstructure of MgO-SiO2 Concrete
under Different Environments, Construction and Building Materials, Vol. 184, No. ,
pp. 549-564
Song H. -Y., Seo J.-B., Kang S. -K., Kim I. -D., Choi B. -W., Oh K. -J., 2014, CO2
Fixation by Magnesium Hydroxide from Ferro-Nickel Slag, Clean Technology, Vol. 20,
No. 1, pp. 42-50
Yang T., Wu Q., Zhu H., Zhang Z., 2017, Geopolymer with Improved Thermal Stability
by Incorporating High- Magnesium Nickel Slag, Construction and Building Materials,
Vol. 155, No. , pp. 475-484
Yang T., Yao X., Zhang Z., 2014, Geopolymer Prepared with High-Magnesium Nickel Dlag:
Characterization of Properties and Microstructure, Construction and Building Materials,
Vol. 59, No. , pp. 188-194