| 초록 |
□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ❍ 알칼리 활성 복합재료 경화에 CO<sub>2</sub>를 매개체로 활용 - CO<sub>2</sub> 양생을 통한 알칼리 활성 복합재료의 반응생성물 특성 평가 - CO<sub>2</sub> 양생을 통한 알칼리 활성 복합재료의 품질 평가 ❍ 알칼리 활성 복합재료 경화 과정에 CO<sub>2</sub> 활용을 위한 강도 메커니즘 규명 ❍ CO<sub>2</sub>가 반응생성물의 매개체로 활용된 알칼리 활성 복합재료의 최적 배합 도출 ❍ 대기 중으로 배출되고 있는 CO<sub>2</sub>를 건설재료에 실용적으로 재활용할 수 있는 방안 모색 ◼ 전체 내용 ❍ 노후된 일반 콘크리트의 경우, 콘크리트에 발생한 미세한 균열 및 공극으로 대기 중의 공기가 침투함에 따라, Ca(OH)<sub>2</sub>와 CO<sub>2</sub>의 반응으로 CaCO<sub>3</sub>가 생성 - 콘크리트의 알칼리성을 나타내는 Ca(OH)<sub>2</sub>가 줄어듦에 따라, 콘크리트는 알칼리성을 잃게 되며, 이로 인해 철근콘크리트 구조물인 경우 철근의 부식 발생 - 이처럼, 기존 콘크리트 구조물에서는 CO<sub>2</sub>가 내부로 침투될 경우에는 CaCO<sub>3</sub> 생성으로 Ca(OH)<sub>2</sub>를 잃게 됨으로써 내구성을 저하시키는 요인이 될 수 있음 ❍ 본 연구과제에서는 산업부산물을 알칼리 활성화 시켜, 산업부산물 입자로부터 용해되는 Ca, Mg, Si 및 Al 이온들과 CO<sub>2</sub>와의 반응으로 반응생성물 생성 유도 - 알칼리 활성 복합재료 내에 CO<sub>2</sub> 주입은 이미 생성되어 존재하고 있는 반응생성물과의 결합이 아닌, 응결과정에서 화학적 결합으로 반응생성물 생성 ❍ 경화체의 강도를 측정하여 재령에 따른 강도 감소 및 강도 발현이 낮을 경우, 반응생성물과 배합 및 CO<sub>2</sub> 적용 조건과의 상관관계를 분석하여, 피드백을 통한 새로운 배합 및 CO<sub>2</sub> 매개체 개발 조건을 적용한 반복적인 실험 수행 ❍ 경화체 내의 결정질 반응생성물 확인 및 반응생성물 생성량 분석을 위해 XRD, SEM, FT-IR 및 TG/DTG 측정 ❍ CO<sub>2</sub> 양생의 반응생성물에 의한 경화체의 공극 감소 확인을 위한 재령에 따른 MIP 및 X-ray CT 측정 ❍ 경화된 시험체의 구조역학적, 미세구조(SEM/EDS, MIP 및 X-ray CT) 및 재료화학적(XRD, TG/DTG 및 FT-IR) 융합 분석을 통한 CO<sub>2</sub> 양생에 의한 CO<sub>3</sub><sup>2-</sup>와 결합재들의 화학반응으로 생성되는 결정체 구조 및 특징 분석 ❍ CO<sub>2</sub>를 경화 매개체로 사용하기 위해서는 알칼리 활성 복합재료에 사용되는 결합재 입자로부터 Ca, Mg, Si 및 Al 이온들의 용해 정도가 중요한 요소로 작용 ❍ 결합재 및 알칼리 활성화제의 종류, 알칼리 활성화제 농도 및 CO<sub>2</sub> 양생 습도에 따라 CO<sub>2</sub> 양생 효과가 다른 것으로 나타남 - Ca 함량이 많은 결합재에서 CO<sub>2</sub> 양생 효과가 높은 것으로 나타남 - Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>를 혼합하여 알칼리 활성화제로 사용한 경우, CO<sub>2</sub> 양생 효과가 상대적으로 높은 것으로 나타났으나, 유동성 감소 발생 - CO<sub>2</sub>와 수분을 동시에 공급(CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O → H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>, H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> → H<sup>+</sup> + HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>, HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> → H<sup>+</sup> + CO<sub>3</sub><sup>2-</sup>) 함으로써 CO<sub>3</sub><sup>2-</sup>가 활성화됨에 따라, 상대적으로 높은 습도에서 CO<sub>2</sub> 양생 효과가 큰 것으로 나타남 ❍ 상대적으로 낮은 알칼리 활성화 농도에서는 시험체 내의 매트릭스가 치밀하지 않음에 따라, CO<sub>2</sub> 양생에 의한 시험체 내부로의 CO<sub>2</sub> 침투가 높은 것으로 나타남 ❍ 낮은 알칼리 활성화 농도에서는 높은 알칼리 활성화 농도에서보다 CO<sub>2</sub> 침투가 용이함에 따라, 결합재에서 용해된 Ca<sup>2+</sup>와 CO<sub>3</sub><sup>2-</sup>의 반응으로 상대적으로 많은 calcite(CaCO<sub>3</sub>) 형성 - 낮은 농도에서는 상대적으로 많은 수분 존재로 결합재에서 용해된 SiO<sub>2</sub>와 calcite와의 반응으로 C-S-H 생성 - 낮은 농도에서 높은 농도에 비해 CO<sub>2</sub> 양생에 의한 calcite(CaCO<sub>3</sub>) 생성량이 상대적으로 많으나, 알칼리 활성화 농도별에 따른 강도 차이에 준하는 수준으로 강도 향상 효과는 나타나지 않음 ❍ 알칼리 활성화 결합재 내에서 CO<sub>2</sub> 양생에 의해 두가지 형태의 CaCO<sub>3</sub> 반응생성물 생성 - 침투한 CO<sub>2</sub>와 결합재에서 용해된 Ca<sup>2+</sup>와 반응하여 calcite(CaCO<sub>3</sub>) 형성 - 침투한 CO<sub>2</sub>에 의해 결합재의 알칼리 활성화로 인해 생성된 반응생성물 C-S-H(I)의 탄산화 발생으로 amorphous CaCO<sub>3</sub> 생성 ❍ 침투한 CO<sub>2</sub>에 의해 결합재의 알칼리 활성화로 인해 생성된 반응생성물 C-S-H(I)의 탄산화가 발생하나, 재령에 따른 강도 감소는 나타나지 않음 ❍ CO<sub>2</sub> 양생에 의한 CaCO<sub>3</sub>의 형성은 50 nm 미만 공극의 개선 효과를 보여줌: 내구성 향상 효과 ❍ CO<sub>2</sub> 매개체와 알칼리 활성 복합재료 내에 생성되는 반응생성물과의 반응성을 높이기 위한 첨가제 고려 ❍ MgO 첨가제 사용으로 알칼리 활성화 결합재의 CO<sub>2</sub> 양생 효과 증진 - MgO는 알칼리 활성화를 촉진하는 것으로 나타났으며, 첨가량 증가에 따라 촉진 반응 증가 - MgO에 의한 초기 반응 촉진으로 결합재에서 용해된 이온들과 CO<sub>2</sub> 양생에 의한 CO<sub>3</sub><sup>2-</sup>와의 반응으로 hydrotalcite(Mg-Al-CO<sub>3</sub>) 형성 증가로 강도 증진 효과 □ 연구개발성과 ❍ SCIE 논문 게재 4건 ❍ 국내 학술대회 논문 발표 2건 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ❍ 2000년대부터 CO<sub>2</sub> 저감 기술 연구가 관심이 쏠리고 있는 가운데, 알칼리 활성 복합재료 제작에 CO<sub>2</sub>를 활용할 수 있는 건설재료의 인지도 향상 기대 ❍ 기후변화 대응형 친환경 건설재료 개발 및 활용을 통한 국내 건설 산업 활성화 및 온실가스 집중 배출 산업의 사회적 인식 제고가 가능 ❍ 지구온난화로 인해 전 세계적으로 기후변화로 인한 많은 피해가 발생하고 있는 시점에서 대기 중으로 방출되고 있는 이산화탄소를 건설산업분야에서 건설재료로 활용하기 위한 적용 가능성에 대한 기초 자료로 활용 ❍ 산업폐기물을 활용하고, 시멘트 또한 전혀 사용하지 않아 온실가스 감소에 부가적으로 큰 도움을 줄 수 있는 친환경 기술로, 사회기반시설물인 공항 포장, 댐 등은 물론 벽돌, 보도블럭 등 우리와 밀접하게 맞닿는 주거 시설에도 적용할 수 있음에 따라 적용 범위가 무한하며, 새로운 건설재료 시장 개척 가능 (출처 : 요약문 2p) |
