CO2 배출량 중 전체 5-7%에 해당하는 막대한 양이 콘크리트 제조과정에서 배출되고 있는 것으로 알려져 시멘트를 대체할 물질에 대한 연구가 진행되고 있다. 생산과정 시 시멘트보다 낮은 에너지소비량 및 CO2 배출량으로 주목받고 있는 산화마그네슘(MgO)와 오염폐기물의 고화 · 안정화제로서 효용성이 높다고 평가되는 산업부산물을 활용한 고화제개발연구가 진행되고 있다. 산업부산물 중 고로슬래그는 CaO 함량(%)과 CO2 포집능이 높으나 잠재수경성을 가지고 있어 알칼리 활성화제에 의해 Al, Ca, Si 등 내부이온의 용출로 수화반응이 일어날 수 있다.
본 연구에서는 알칼리 활성화제인 수산화칼륨(KOH)를 MgO/GGBS 고화제에 주입한 후 탄산염화 · 입상화기술을 적용하였으며 CO2조건에서 KOH의 농도에 따라 MgO/GGBS 고화제 알갱이의 CO2 uptake와 강도의 변화를 분석하여 고화제 알갱이의 탄산염화 · 입상화 처리특성과 28일 양생에 따른 고화제 알갱이의 물리적 · 화학적 특성 변화를 고찰하였다.
탄산염화 · 입상화 처리 후 KOH를 주입한 MgO/GGBS 고화제 알갱이의 CO2 uptake는 0M KOH 고화제 알갱이보다 1.2 - 1.5배정도 높았다. 0, 1, 3, 5M KOH 고화제 알갱이의 degree of carbonation은 1 bar에서 각각 7.6%, 11.2%, 9.1%, 9.1%를 나타내었고 2 bar에서 각각 8.4%, 13.1%, 9.8%, 10.8%를 나타내었으며 높은 압력에서 CO2 uptake는 7 - 16% 증가하였다.
탄산염화 · 입상화 처리 후 KOH 주입 MgO/GGBS 고화제 알갱이의 압축강도는 0M KOH 주입 고화제 알갱이 보다 1.7배까지 증가하였다. 특히 3M KOH 고화제 알갱이가 1 bar, 2 bar에서 각각 3.12, 3.56 Mpa를 나타내며 0M KOH 고화제 알갱이 보다 각각 43%, 29% 높은 값을 나타내었다.
28일 동안 양생한 MgO/GGBS 고화제 알갱이는 1, 2 bar에서 모두 CO2 uptake가 증가하는 경향을 보였다. 0, 1, 3, 5M KOH 고화제 알갱이의 degree of carbonation은 1 bar에서 각각 16.3%, 19.7%, 15.4%, 16.2%를 나타내었고 2 bar에서는 각각 17.7%, 20.1%, 13.7%, 19.6%를 나타내었다. 1M KOH 고화제 알갱이의 CO2 uptake는 0M KOH 고화제 알갱이보다 1.2배 높은 저장능을 보였다. 가장 높은 CO2 uptake를 가지는 1M KOH 주입 고화제 알갱이는 1, 2 bar에서 모두 0.14 kg CO2/kg binder를 나타내었다.
28일 동안 양생한 MgO/GGBS 고화제 알갱이는 양생기간동안 강도가 증가하는 경향을 나타내었다. 그 중 3M KOH 고화제 알갱이가 9.66 MPa로 가장 높은 값을 나타내었으며 0M KOH 고화제 알갱이보다 1.8배 높은 강도를 가졌고 2 bar에서는 1 bar와 상이하게 두드러진 강도 향상을 나타내지 않았다.
형상학적 · 광물학적 분석을 통하여 알칼리 활성화에 의해 수화 및 탄산염화물질의 형성을 발견하였으며 XRD 분석에 따르면 KOH농도가 증가함에 따라 calcite(CaCO3)의 생성이 증가하는 것을 발견하였다. 또한 SEM 분석으로 발견된 calcite(CaCO3), aragonite (CaCO3), hydromagnesite((Mg)5(CO3)4(OH)2·4H2O), nesquehonite(MgCO3·3H2O), magnesite(MgCO3)와 같은 탄산염화 물질 형성이 양생기간동안 강도와 CO2 uptake 증가에 영향을 준 것으로 판단된다.

A large amount 5 to 7% of CO2 emissions is emitted during the concrete manufacturing process and research is performing to replace cement. Development of solidification products using industrial by-products, which are evaluated as highly effective as magnesium oxide (MgO) and solidification and stabilization of waste, which are attracting attention as energy consumption and CO2 emission amount lower than cement in the production process, are underway. Among industrial by-products, blast furnace slag(GGBS) has a high CaO content (%) and high CO2 capture ability, but it has hydraulic property, so hydration reaction may occur due to dissolution of ions such as Al3+, Mg2+, and Si by an alkali activator.
In this study, 0M, 1M, 3M, and 5M KOH were injected into MgO / GGBS binder for GGBS with potential hydraulicity, and carbonated and granulated for 120 minutes simultaneously and cured for 28 days. CO2 uptake and strength of granules were compared.
The initial CO2 uptake of the MgO/GGBS binder was compared in the carbonation reaction according to the KOH injection concentration and it was confirmed that there was no effect on the initial strength improvement. KOH Injected MgO/GGBS binder was cured at 100% and 0% CO2 condition for 28 days. The effect of hydration reaction and carbonation reaction on the CO2 uptake and strength was observed. The carbonation reaction of the MgO/GGBS binder injected with the alkali activator showed a tendency to increase the CO2 uptake as the curing period was increased. Although there was no significant difference in the amount of CO2 uptake depending on the KOH injection concentration, it is expected that the CO2 uptake can be improved by the long term curing experiment over 28 days. The initial 1M KOH binder with the highest CO2 uptake showed a strength improvement of 3.9 times during the long term curing. This seems to have affected the strength enhancement due to the formation of hydrates and the increase of carbonate quality through long-term curing. In addition, the formation of hydration and carbonate formation by alkali activation through TGA/DSC and SEM was found, and more hydrates of C-S-H, C-A-H and M-S-H were formed in alkali activated MgO/GGBS binder in early and long term. This was the same as the result of the literature review, but it seems that the initial strength was not affected even though these materials were found. However, formation of carbonated materials such as calcite, hydromagnesite, nesquehonite, and aragonite seemed to affect long-term strength and CO2 uptake due to these hydrates.