비산회를 포함하는 시멘트 시스템의 신선하고 경화되고 내구성 있는 특성에 대한 확장된 혼합 공정의 영향

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6091(2023) 이 기사 인용

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시스템 성능에 부합하는 사양은 가치의 추가를 보장할 수 있습니다. 대부분의 레미콘 콘크리트 사양은 배출 시간 및 트럭 드럼 회전 수에 대한 제한을 두고 있습니다. 이러한 한계는 기존 콘크리트에 대해 개발되었습니다. 보충 접합 재료(SCM)의 사용이 보편화됨에 따라 이러한 사양이 SCM, 즉 플라이애시를 포함하는 시스템에 적용 가능한지 여부를 결정하는 것이 중요합니다. 이 논문은 비산회 20%와 50%를 함유한 실험실에서 만든 페이스트와 모르타르의 특성에 대한 혼합 시간과 믹서 회전수의 영향에 대한 결과를 제시합니다. 평가된 특성에는 시변 이온 농도, 응결 시간, 흐름, 압축 강도, 다공성 및 겉보기 염화물 확산 계수가 포함됩니다. 결과는 혼합 시간과 혼합기 회전 횟수가 증가함에 따라 플라이애시를 대체한 혼합물이 신선 특성과 경화 특성 모두 향상되었음을 나타냅니다. 60분 또는 25,505회전 횟수 동안 혼합할 때 플라이애시 20%와 50%를 함유한 혼합물의 28일 압축강도는 순수 시멘트보다 50% ~ 100% 더 높습니다. 플라이애시는 시멘트 시스템의 확장된 혼합 공정에 채택하는 것이 좋습니다.

비산회는 전기를 생산하는 데 사용되는 석탄 연소 공정의 포졸란 부산물입니다. 현재 석탄 연소 과정은 미국 전체 에너지 생산량의 약 50~55%를 차지합니다1,2. 이 작업에서 발생하는 부산물의 약 75%는 비산회입니다3,4,5. 결과적으로, 전 세계적으로 매년 5억~5억 5천만 톤의 비산회가 생산될 것으로 예상됩니다6,7. 농업, 시멘트, 콘크리트 산업을 포함한 많은 부문에서 비산회를 사용합니다. 시멘트 및 콘크리트 산업에서 비산회를 사용하면 수화 제품의 성능 특성이 향상되는 것으로 밝혀졌습니다8,9. 현대 콘크리트 복합재 생산을 위한 플라이애시의 주요 용도는 나노 재료10, 4원 및 3원 바인더11,12,13, 활성 시드14,15와 같은 이 분야의 새로운 혁신적인 솔루션으로 이어집니다. 새로운 혁신적인 솔루션은 다양한 용도에 맞는 맞춤형 콘크리트 제품을 제공할 수 있습니다. 그러나 발전소에서 수거된 비산재의 70% 이상이 사용되지 않으므로 심각한 처리 문제가 발생합니다16,17. 석탄화력발전시설은 비산재 처리로 인해 추가 비용이 발생한다. 연간 비용은 약 12억 달러18로 예상됩니다. 따라서 특히 시멘트 및 콘크리트 부문에서 플라이애시의 사용을 확대할 수 있는 더 많은 연구와 혁신이 필요합니다. 이는 폐기 비용을 낮추는 것 외에도 콘크리트 혼합물의 성능 특성을 향상시킬 수 있습니다.

콘크리트는 물 다음으로 세계에서 두 번째로 가장 많이 사용되는 물질입니다. 환경 문제로 인해 시멘트 및 콘크리트 부문에서 CO2 배출을 제한하려는 상당한 노력이 있어 왔습니다. 그럼에도 불구하고 이들 사업체의 CO2 배출량은 여전히 눈에 띄게 높으며 더 많은 노력이 필요합니다. 미국 석탄재 협회(ACAA)20는 비산회를 콘크리트의 SCM(보조 시멘트) 공급원으로 사용하면 미국에서만 CO2 배출량을 연간 10~14톤 줄일 수 있다고 계산했습니다. 비산재를 부분적으로 교체하면 CO2 배출량을 줄여 지속가능성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 콘크리트 생산 및 비산재 처리에 드는 비용도 절감할 수 있습니다. 연방고속도로국(FHWA) 규정은 비산재를 포함하는 콘크리트 시스템을 권장합니다. 이는 플라이애시 콘크리트의 가격이 포틀랜드 시멘트 콘크리트(PCC)21의 가격과 비슷하거나 낮을 때 특히 그렇습니다. 따라서 주어진 혼합물에서 모든 시멘트를 플라이애시로 대체해서는 안 됩니다. 환경적, 경제적 이점 외에도 포틀랜드 시멘트(PC)를 플라이애시로 대체하면 수화 제품의 신선 특성과 경화 성능이 향상되는 것으로 인식됩니다. 포졸란 물질인 수산화칼슘(Ca(OH2))은 반응하여 강도(CS-H)를 증가시키는 규산칼슘 수화물을 생성할 수 있습니다. 이러한 수화물은 치밀화된 계면 전이 영역(ITZ)을 초래하고 시멘트 페이스트와 골재의 경계면에서 콘크리트 미세 구조를 개선합니다22,23. 결과적으로, 플라이애시를 포함하는 콘크리트 시스템의 성능은 기존 콘크리트 시스템의 성능보다 우수할 수 있으며, 여기에는 레미콘도 포함될 수 있습니다.

0.05), it is concluded that there is no statistically significant difference at the 5% level between the means of group populations./p> 0.05)./p> 0.05). In addition, the 7-day fc of the control systems does not have a significant effect by mixing time (ANOVA p-value > 0.05); however, the 7-day fc of the 20% and 50% fly ash does (ANOVA p-value < 0.05)./p> 0.05). Results also reveal that significant increase in porosity should only relate to the control mix. Increased percent replacement level of fly ash results in higher porosity. Figure 8b shows that increasing the mixer revolution counts at lower revolutions (less than approximately 3000) results in a significant increase in porosity (ANOVA test with p-value = 0.013). However, increasing the mixer revolution counts at higher revolution counts (more than approximately 3000) has less influence on the porosity of mixtures (ANOVA test p-value > 0.05). The porosity of the systems containing fly ash does not exhibit this effect like the control system./p> 0.05). The control system exhibits higher Da than the systems containing fly ash (ANOVA p-value = 0.026). Consequently, only the influence of material components influences corrosion resistance, not mixing activities. It is common knowledge that adding fly ash to cement systems can result in a denser microstructure and reduced porosity at later ages. This is because pozzolanic reactions (reaction between CaO and S to form C-S–H products) progress at later ages47,48. Golewski47 mentioned that the homogenous and uniform structure of the portland cement system containing FA was seen after 14-day curing period, which resulted from the transformation of disordered phases into compact and homogenous forms and the filling of porous voids of C-S–H phase. Sabet et al.49 reported that the presence of fly ash in the cementitious systems can react with Ca(OH)2 to produce C-S–H products and also bind chloride ions by the aluminate phases during chloride exposed period. These lead to reduced transport rates, and finally the service life of concrete structure can be extended./p>