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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 과학기술연합대학원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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본 연구에서는 지오폴리머 원료로 사용되는 화력발전소 비산재의 특성이 지오폴리머 압축강도에 미치는 영향을 연구하였다. 지오폴리머 내의 미연탄소의 함유는 지오폴리머의 압축강도를 저하시키는 요인 중 하나로 알려져 있다. 본 연구에서는 지오폴리머 원료로 사용된 비산재의 미연탄소 제거를 위해 체가름 및 공기분급법으로 미연탄소를 제거하였다. 공기분급기에 의한 비산재의 사분(sizing)은 미연탄소 함량 감소와 입도크기 감소의 효과를 동시에 가져왔다.
지오폴리머 합성을 위하여 본 연구에서 사용된 하동화력발전소 비산재를 정량적으로 분석하였으며, 비산재의 X-선형광 분광분석(XRF)과 정량 X-선회절 분석(QXRD)의 결과로부터 반응 가능한 Si/Al 비를 도출하여 제조하고자 하는 지오폴리머의 Si/Al비, Na/Al비, (Si/Al)(H/Si)비를 고려하여 배합비를 계산하였다. XRF 결과를 토대로 비산재의 SiO2와 Al2O3 및 Fe2O3 함량의 합이 70%를 초과하고, CaO 함량이 20% 이하로 하동화력발전소 비산재는 ASTM C618에서 분류하는 Class F fly ash에 해당하는 것을 알 수 있었다. 정량 XRD 결과로부터 원시료와 정제시료는 석영, 뮬라이트, 마그헤마이트 그리고 비정질로 구성되어 있음을 알 수 있었다.
Si/Al 비 5.0로 제조된 지오폴리머의 경우, 미연탄소를 제거한 정제시료를 기반으로 합성한 지오폴리머의 압축강도가 원시료를 기반으로 한 지오폴리머보다 약 50% 높은 압축강도를 보였으며, 이는 비산재의 반응성 물질인 실리카와 알루미나가 알칼리 활성화제와의 반응성이 높아져 곧 압축강도 증가로 나타났다고 판단된다. 또한 석탄재에 존재하는 미연탄소가 석탄재와 반응해야할 알칼리 활성화제가 충분히 반응하지 못하고 다공질의 탄소 입자들의 공극에 갇혀 지오폴리머화 반응을 저해한다고 추측된다.
미세구조는 압축강도에 따라 현저히 차이가 나지는 않았으나 Si/Al 비 5.0의 지오폴리머가 가장 뛰어난 연결성을 보였다.
시료의 Si/Al 비와 지오폴리머의 Si/Al비가 크게 다르지 않을 경우, 투입되는 알칼리 활성화제의 양은 상대적으로 적고, 증류수의 양은 많아 낮은 압축강도를 나타내었다. 반대로 시료의 Si/Al 비와 지오폴리머의 Si/Al비가 차이가 날 경우, 투입되는 알칼리 활성화제의 양은 상대적으로 많고, 증류수의 양은 적어 높은 압축강도를 나타내었다.
지오폴리머 합성을 위하여 본 연구에서 사용된 하동화력발전소 비산재를 정량적으로 분석하였으며, 비산재의 X-선형광 분광분석(XRF)과 정량 X-선회절 분석(QXRD)의 결과로부터 반응 가능한 Si/Al 비를 도출하여 제조하고자 하는 지오폴리머의 Si/Al비, Na/Al비, (Si/Al)(H/Si)비를 고려하여 배합비를 계산하였다. XRF 결과를 토대로 비산재의 SiO2와 Al2O3 및 Fe2O3 함량의 합이 70%를 초과하고, CaO 함량이 20% 이하로 하동화력발전소 비산재는 ASTM C618에서 분류하는 Class F fly ash에 해당하는 것을 알 수 있었다. 정량 XRD 결과로부터 원시료와 정제시료는 석영, 뮬라이트, 마그헤마이트 그리고 비정질로 구성되어 있음을 알 수 있었다.
Si/Al 비 5.0로 제조된 지오폴리머의 경우, 미연탄소를 제거한 정제시료를 기반으로 합성한 지오폴리머의 압축강도가 원시료를 기반으로 한 지오폴리머보다 약 50% 높은 압축강도를 보였으며, 이는 비산재의 반응성 물질인 실리카와 알루미나가 알칼리 활성화제와의 반응성이 높아져 곧 압축강도 증가로 나타났다고 판단된다. 또한 석탄재에 존재하는 미연탄소가 석탄재와 반응해야할 알칼리 활성화제가 충분히 반응하지 못하고 다공질의 탄소 입자들의 공극에 갇혀 지오폴리머화 반응을 저해한다고 추측된다.
미세구조는 압축강도에 따라 현저히 차이가 나지는 않았으나 Si/Al 비 5.0의 지오폴리머가 가장 뛰어난 연결성을 보였다.
시료의 Si/Al 비와 지오폴리머의 Si/Al비가 크게 다르지 않을 경우, 투입되는 알칼리 활성화제의 양은 상대적으로 적고, 증류수의 양은 많아 낮은 압축강도를 나타내었다. 반대로 시료의 Si/Al 비와 지오폴리머의 Si/Al비가 차이가 날 경우, 투입되는 알칼리 활성화제의 양은 상대적으로 많고, 증류수의 양은 적어 높은 압축강도를 나타내었다.
목차
I. 서 론 11. 지오폴리머의 정의 및 특성 42. 지오폴리머 연구의 역사 43. 지오폴리머의 장점 74. 지오폴리머의 경화기구 9Ⅱ. 지오폴리머 연구 동향 131. 국외 연구 동향 132. 국내 연구 동향 16III. 실험재료 및 방법 181. 실험재료 18(1) 석탄재 18(2) 알칼리 활성화제 202. 실험방법 21(1) 공업분석 21(2) 체가름 22(3) 공기분급법에 의한 미연탄소 제거 22(4) 입도분석 23(5) X-선형광 분광분석(XRF) 23(6) 정량 X-선 회절분석(QXRD) 23(7) 지오폴리머 배합비 계산 25(8) 배합의 반죽질기 측정 26(9) 알칼리 활성화제 제조 28(10) 지오폴리머 합성 28(11) 지오폴리머 양생 29(12) 압축강도 측정 29(13) 미세구조 관찰 31IV. 실험결과 및 토론 321. 석탄재 특성분석 32(1) 원시료와 정제시료의 입도분포 비교 32(2) 입단별 미연탄소 함량 측정 37(3) 체가름에 의한 미연탄소 분리 39(4) 석탄재의 정량적 특성평가 402. 지오폴리머 배합물의 특성 473. 지오폴리머의 물리적 특성 503. 지오폴리머의 미세구조 54V. 결론 57참고문헌 58
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