활성황토를 혼입한 모르터의 물리적특성에 관한 연구

이현철 전남대학교 대학원 2007 국내석사

현재 구미ㆍ일본 등 선진국에서는 친환경적 측면에서의 시멘트 사용량을 줄이는 방안이 제기되고 있으며, 자원의 순환적 재활용과 환경 친화적인 재료의 개발 등을 통해 시멘트의 환경부하를 저감하기 위한 대체자원의 개발연구가 진행되고 있다. 황토는 우리나라 전통건축에 있어서 돌, 나무와 함께 온돌바닥 및 벽체, 미장재료로 활용되어 온 대표적인 전통 건축재료 중의 하나로써, 활성화를 통한 포졸란 반응성, 높은 축열성, 자정력, 탈취 및 항균성능, 인체에 유익한 원적외선 방사 등의 장점을 가진 대표적인 친환경 재료이다. 또한 우리나라는 세계적으로 유명한 고령토의 산지이며 질적으로 우수한 황토가 풍부하게 매장되어 있어 국내 수급이 용이하고 그 활용 및 개발 조건이 유리한 원료이다. 하지만 현재 그 활용방안이 다각적인 측면에서 연구되고 있으나, 개기공으로 되어 있어 큰 수축에 의한 균열, 낮은 강도특성 등의 결점으로 인해 현대적 건축 재료로의 자원화 개발이 되지 못한 실정이다. 그러므로 천연포졸란 성질을 갖고 있는 활성황토의 재료특성과 장점을 활용하여 공동주택 바닥마감 및 조적, 타일, 미장공사 등 현재 건축 비구조재로 광범위하게 사용되고 있는 시멘트 모르터에 혼화재로써 적용하여 사용한다면 현대적 건축 재료로서의 큰 의의가 있다고 할 수 있다. 이와 같은 관점에서 본 연구에서는 환경문제의 개선 및 친환경성의 증진을 위한 시멘트 대체재로서의 황토의 건축적 활용가능성을 높이기 위하여, 천연 포졸란재료인 황토의 다양한 활성화 조건 및 배합ㆍ양생조건에 따른 활성황토 모르터의 물리적특성에 관한 기초적 연구를 수행하였다. 이에 황토를 활용한 모르터의 물성 영향인자 및 수준 설정을 통해, 황토 활성화 및 배합인자 조건으로서 소성온도, 소성시간, 황토분말도, 냉각방식, 대체율, 물시멘트비(W/C), 잔골재 종류 및 평균입경, 양생방법에 따른 모르터의 경화 전, 경화 후 물리적특성에 대해 비교분석을 실시함으로써, 활성황토 모르터의 물성영향인자에 대한 상관관계 분석과, 최적 활성화 및 배합 조건의 규명을 통하여 활성황토 혼입 모르터의 재료공학적 연구 데이터 마련 및 활용가능성을 제시하고자 하였다. 본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다. (1) 황토의 열반응 분석결과 1차적으로 450~470℃에서 흡열반응이 나타난 후 600℃부근에서 황토의 중량이 다시 증가한 점으로 미루어, 1차적인 황토의 활성화 시작온도는 500℃미만 활성화가 가속화되는 범위는 600℃일 것으로 판단된다. 단, 1,050℃ 이상의 온도에서는 황토가 고상반응을 나타낸 바, 플로우값이 현저하게 저하되고 내부 공극이 다소 많이 발생함에 따라 압축강도의 저하를 가져와 건축적 적용을 위한 활성화 온도로는 부적합할 것으로 사료된다. (2) SEM 분석을 통한 모르터의 미시수화구조 분석결과 800℃에서 활성화시킨 활성황토 모르터에서 포졸란반응이 높게 나타남에 따라 치밀한 C-S-H 구조를 보였고, 건조수축률은 DI=1.05로 최소치를 나타냈다. 또한 압축강도는 활성온도 800~850℃에서 표준모르터에 비해 FI=1.18로 18%가 증가하며 가장 높게 나타났다. 이에 모르터에 활용하기 위한 황토의 최적 활성온도 범위는 800~850℃가 적당할 것으로 판단된다. (3) 황토분말도 3수준별 황토의 활성시간에 따른 모르터의 물리적특성에 있어 황토분말도 13㎛일때 FI=1.26, 활성시간 1시간 조건일 때 FI=1.51로 가장 치밀한 C-S-H구조를 보이며 압축강도 측면에서 가장 높게 나타난 바, 황토분말도는 13㎛의 범위, 활성시간은 1시간이 모르터의 성능 면에서 가장 적정한 조건이라 판단된다. (4) 황토분말도별 냉각방식과 대체율에 따른 모르터의 물리적특성 분석결과, 냉각방식에 따른 플로우는 비슷한 수준을 보였으나 압축강도는 급랭시킨 황토가 10%정도 높게 나타난 바, 급랭시킨 황토일수록 활성화상태가 양호한 것으로 판단된다. 또한 황토대체율 20%에서 시멘트수화구조가 치밀해지고 압축강도 영향계수가 높게 나타난바, 적정 황토대체율의 범위는 20% 범위일 것으로 판단된다. (5) 황토분말도별 잔골재 평균입경에 따른 모르터의 물리적특성 분석결과, 물성영향계수를 고려할 경우 압축강도의 발현을 높이고 적정 플로우값 및 건조수축률의 확보를 위해서는 2.36mm 범위의 잔골재를 사용하는 것이 가장 바람직하다고 판단된다. (6) 황토분말도별 물시멘트비에 따른 모르터의 물리적특성 분석결과, 적정 플로우값을 얻기 위한 물시멘트비는 60~70%(SI=0.71~0.96), 건조수축률은 50% (DI=0.80), 압축강도는 동일 황토분말도 조건하에서 50%~60%(FI=1.49~1.35)일 때 가장 양호하게 나타나, 활성황토 모르터의 물성측면에서 물시멘트비 60%일때 일반 표준모르터보다 35% 이상 압축강도를 더 확보할 수 있으며, 소기의 플로우값 및 건조수축변화율도 기대할 수 있을 것으로 판단된다. (7) 모르터 배합 후 양생조건에 따른 활성황토 모르터의 압축강도특성 분석결과, 수중양생에 비해 대기 중에서 양생시킨 모르터의 압축강도가 10%~15% 정도 감소하는 것으로 나타나 활성황토 모르터의 시공시 대기양생이 적용될 경우 적정품질과 강도발현을 확보하기 위하여 적절한 보양 및 양생방법 등의 개선방안 이루어져야 할 것으로 판단된다. (8) 압축강도에 영향을 미치는 실험변수요인별 상관계수 분석결과, 활성온도에서는 800℃미만이 r=0.92, 800℃이상이 r=-0.97, 활성시간에서는 r=0.89, 황토의 대체율에서는 r=0.69로 압축강도 상관성이 높게 나타난 바, 모르터 배합 시 이들 조건에 대한 신뢰수준은 높게 평가될 것으로 판단된다. (9) 모르터의 혼화재로써 활용하기 위한 황토의 활성화 조건으로는 활성온도 800~850℃, 활성시간 1시간, 냉각방식은 급랭방식이 개별 변수요인별 적정조건이라 판단된다. 또한 모르터의 배합 및 양생조건에서는 황토분말도 13㎛, 대체율 20%, 잔골재 종류는 강사, 잔골재 평균입경 2.36mm, 물시멘트비 60%(작업성 고려), 양생방식에서는 수중양생이 적정 조건이라 판단된다.

活性黃土의 建設資源化에 관한 硏究

최희용 충남대학교 대학원 2002 국내박사

Pozzolan materials such as silica fume and fly-ash have been used to improve the quality of concrete and cement mortar. These materials as cement admixtures play important roles according to their chemical or physical characteristics. However, silica fume is limited to be used in the cement mixture because of its high price. Fly-ash also has the limited adaptability since it is hardened slowly during the curing process. Hwangtoh used in this experiment is baked in high temperature and then suddenly cooled to activated. Activated Hwangtoh is a kind of natural pozzolan material. That is called pozzolan ; A siliceous and alumineous material, which in itself possesses little or no cementitious value but will, in finely divided form and in the presence of omisture, chemically react with calcium hydroxide at ordinary temperatures to form compounds possessing cementitious properties. Natural pozzolans mixed with lime were used in concrete construction long before the invention of portland cement because of their contribution to strength of concrete and mortar. Today, natural pozzolan materials are used with portland cement not only to contribute to strength, but also for economy and beneficial modification of certain properties of concrete and mortar. Hwangtoh belongs to primary clay, and consists of SiO_2 35∼45%, Al_2O_3 20∼35% amd Fe_2O_3 : 5∼15%. The chief producing place of Hwangtoh are common throughout the mountain surface or field.(Refer to the Table 2.1) This study is composed of five chaptrs. Chapter 1 is an introduction of this study. Chapter 2 is a theoretical records of Pozzolanic Materials and Clay minerals(Hwangtoh). Chapter 3 is an inspection of analysis on the Pozzolanic reaction mechanism of Activated Hwangtoh. Chapter 4 is an experimental study on the interior finish materials of Activated Hwangtoh (physical and environmental performance). Chapter 5 is an experimental study on the construction materials of Activated Hwangtoh Concrete(AHT)(engineering and durability properties) Chapter 6 is the results of this study. The results of this study are as follows. 1) The mechanism in development of compressive strength of Hwangtoh Mortar is Pozzolan reaction as well as straetlingite reaction after XRD analysis, and the chemical reactions are as follows ; ∵ 2SiO_2 + 3Ca(OH)_2 → 3CaO·2SiO_2·3H_2O (Afwillite-CSH phase) ∵ 2Ca(OH)_2+Al_2O_3+SiO_2+6H_2O → 2CaO·Al_2O_3·SiO_2·8H_2O (stratlingite-CASH phase) 2) Hwnagtoh Mortar has better moisture absorption and moisture effluence than cement mortar and gypsum board of its. So, The higher moisture absorption ratio in due to its microscopic voids implies that Hwangtoh Mortar is more favorable as interior non-structural material such as flooring rather than exterior structural one, after series of freezing and thawing tests. 3) In interior finish materials of Hwangtoh mortar, the application of Hwangtoh Mortar in flooring work emerges as very promising, and in near future, a further study on the effect on human beings will be conducted. 4) We got to know that Hwangtoh start activation at the temperature above 600℃ and make ends of activation at the temperature below 950℃. 5) The concrete that contains activated Hwangtoh showed the increase of strength more than plain concrete usually used. And, AHT is found th have a high strength, compared with OPC, FAC and BFSC. 6) We can conclude that activated Hwangtoh is good for water tightness and it is effective for protecting the invasion of hazardous article like CI. 7) We can conclude that activated Hwangtoh is good for anti-chemical and it is effective for protecting damage by an organic salt like acid(H_2SO_4 and HCI). We know that the activated Hwangtoh is made in condition of proper temperature and time, and that the activated Hwangtoh is effective in compressive Strength, anti-salt function and anti-chemical function. I am convinced of the activated Hwangtoh as a interior materials and cement admixture through this studys. Also, it is considered to be very effective in the aspect of recycling natural resources and increasing the application of clay minerals (etc., Natural Hwangtoh). 1) A thesis submitted to the committee of the Graduate School, Chungnam National University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Engineering Conferred in February, 2002

비활성 황토와 활성 황토 콘크리트의 구조 성능

이남곤 서울대학교 대학원 2010 국내석사

제올라이트와 활성황토를 혼입한 보차도용 인터로킹 블록의 질소산화물 저감 성능

이호성 충북대학교 일반대학원 2024 국내석사

In this paper, the performance of interlocking concrete blocks for sidewalk and road substituted with zeolite and active hwangtoh was evaluated. It satisfies the KS F 4419 regulations and an appropriate mixing ratio that shows NOx reduction performance was derived. The test specimen variables for evaluating the performance of the interlocking block were pressure conditions, water-cement ratio, and substitution amount of zeolite and active hwangtoh. In Series 1, where pressure conditions were considered as variables, a total of four pressure conditions(4.5 MPa, 6 MPa, 7.5 MPa, 9 MPa) were considered, and bending strength and compressive strength were evaluated. Series 2, in which the water-cement ratio was considered, considered the water-cement ratio(20%, 25%) and binder-fine aggregate ratio(1:2, 1:3, 1:4) as a total of 6 variables, including flexural strength and compressive strength. and absorption rate were evaluated. In Series 3, a total of 23 variables were considered, taking into account the substitution levels of zeolite and active hwangtoh(30%, 40%, 50%), as well as the binder-fine aggregate ratio(1:2, 1:3, 1:4). Specifically, for the binder-fine aggregate ratio of 1:3, test specimens(Z3H27, Z9H21, Z15H15, Z21H9, Z3H27) were formulated with zeolite and active hwangtoh substitutions at ratios of 1:9, 3:7, 5:5, 7:3, and 9:1, each accounting for a total of 30% of the cement content. A total of 23 test specimens were evaluated for flexural strength, compressive strength, and absorption rate. In the case of the NOx reduction tests, based on the test results conducted within Series 3, testing was carried out using eight experimental variables that met the flexural strength and absorption rate criteria specified in the KS F 4419 regulations. In Series 1, it was observed that as the pressure conditions increased from 4.5 MPa to 9 MPa, both the flexural strength and compressive strength increased by 38.23% and 80%, respectively. The optimal pressure condition was determined to be 9 MPa, which exhibited the highest strength performance. In Series 2, it was observed that as the cement ratio increased, the rate of strength improvement decreased. Furthermore, considering the strength reduction that occurs with the substitution of zeolite and active hwangtoh, the water-cement ratio was determined to be 25% to meet the KS F 4419 regulation. In Series 3, it was observed that as the substitution amount of zeolite and active hwangtoh increased, both the flexural strength and compressive strength decreased by 57% and 25%, respectively. The absorption rate increased compared to the standard specimen however, it was found to meet all the requirements of the KS F 4419 regulation. In comparison to the standard concrete test specimens, it was observed that there was an increase in NOx reduction performance by 10% and 20% in the test specimens with 30% and 50% substitution of zeolite and active hwangtoh. The test results of this study confirmed that as the substitution amounts of zeolite and active hwangtoh increased, the NOx reduction effect improved. Furthermore, it was confirmed that the flexural strength of the test specimens with a total substitution of 30% zeolite and active hwangtoh met the requirements of the KS F 4419 regulation. * A thesis for the degree of Master of Science in February, 2024.

활성 황토와 숯을 혼입한 친환경 모르터의 기초 연구

신재호 대전대학교 대학원 2011 국내석사

黃土注入이 活性슬러지工法의 處理效率에 미치는 影響에 關한 硏究

서해창 釜慶大學校 1999 국내석사

PVA 섬유보강 활성 황토 콘크리트에 대한 보강근의 부착성능

박미래 한밭대학교 일반대학원 건축공학과 2018 국내석사

In addition, to evaluate the performance of the attached release for reinforced concrete with PVA fibers having a crack control effect experiments were carried out in accordance with the attached activity ocher replacement ratio. In addition, bond strength experiment carry out according to activity Hwangtoh replacement ratio that bond characteristics check with deformed steel bar in accordance reinforced concrete to PVA fibers having a crack control. Experimental results, bond strength of the PVA fiber-reinforced Hwangtoh concrete appeared to 19.81.MPa. Experimental results showed average compressive strength of 37.1 MPa and a tendency to decrease about 1.3% according to Hwangtoh replacement ratio. Also, average Bond Strength was show 11.6 MPa. Experimental results, the average compressive strength was found 31.96 MPa and splitting tensile strength average 2 MPa, bending strength is found to 7.74MPa.

칼슘담지 활성알루미나에 의한 인삼염의 흡착제거

강성출 울산대학교 대학원 2013 국내박사

급속한 산업의 발달과 도시화에 따른 인구 집중 현상으로 인해 발생되는 많은 오염 물질들 가운데 하천이나 호수에 유입되어 부영양화의 주 오염물질인 인(P)의 제거 에 대한 관심과 규제의 강도가 증가하고 있다. 수중에 존재하는 인은 대부분 인산염의 형태로 존재하며, 이를 제거하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 인산염과 친화력이 큰 금속을 기계적 강도와 화학적 안정성이 우수하고 높은 비표면적을 가지고 있는 활성알루미나에 담지하여 흡착에 의한 인산염의 제거 효과를 확인하고자 하였다. 본 실험에 앞선 예비 실험으로 인산염과 친화력이 큰 금속을 선정하기 위하여 Al, Zn, Ca, Fe, Mg을 각각 1 wt.%를 활성알루미나에 담지하고 칼럼 실험을 실시한 결과 Ca이 가장 우수한 흡착 능력을 가지는 것으로 확인되었다. 칼슘 담지 활성알루미나를 이용한 5㎎/ℓ 농도의 인산염 용액의 흡착 평형 실험에서 2시간 경과 후 94.3%의 인산염 제거율을 나타냈다. 비교실험을 위하여 칼슘을 담지한 황토 및 칼슘을 담지하지 않은 활성알루미나의 경우 2시간 경과 후 인산염 제거율은 각각 40.7% 와 79.2%를 보여 칼슘 담지 활성알루미나와 큰 차이를 보였다. 100㎎/ℓ 농도의 인산염 용액에 대한 Ca담지 활성알루미나의 등온 흡착 실험 결과 Langmuir 등온식과 Freundlich 등온식에 대한 상관계수(R2)는 각각 0.983 및0.986로 높은 상관 관계를 나타내고 있으며, Langmuir 등온식에서 구한 최대흡착량은 2.747㎎/g으로 나타났다. 칼슘 담지 활성알루미나를 이용한 흡착 속도 실험에서는 Lagergen의 Pseudo first order rate model과 Pseudo second order rate model을 적용한 결과 각각의 상관계수는 0.867 및 0.999로 Pseudo second order rate model을 잘 만족하였다. Pseudo second order rate model을 이용하여 계산된 이론흡착량과 실제 실험에서 구한 실제흡착량과의 오차는 1.2%로 거의 유사한 결과를 얻었으며, 흡착 속도 실험을 통해 얻은 결과로 등온 흡착 실험의 정확한 예측 가능성을 확인하였다. 칼슘 담지 활성알루미나를 이용한 칼럼 흡착 실험에서 4,000 Bed volume까지 인산염의 흡착이 계속되는 것으로 나타났으며, 이온성 인산염만 흡착되는 것으로 판단된다. 본 연구에서 사용된 칼슘 담지 활성알루미나는 수중의 인산염 제거효율이 뛰어난 것으로 확인되었다.