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CO₂는 온실효과에 주된 원인으로 기후 변화에 대한 기여율이 약 65%이다. 이 중 시멘트 산업에서의 CO₂ 배출이 전체 CO₂의 6%를 차지하는 것으로 알려져 있어 시멘트 생산과정에서의 CO₂ 배출량을 획기적으로 줄일 수 있는 대책들이 필요하다. 그 대책 중 하나로서 산업부산물을 이용한 지오폴리머가 각광받고 있다. 지오폴리머는 산업부산물들을 이용하기 때문에 CO₂ 발생량이 낮아 친환경 대체자원으로 국내‧외에서 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 메타카올린(MK)과 플래이애쉬(FA)를 이용한 고강도 지오폴리머를 제조하기 위해 반응표면분석법으로 최적 배합비를 산출하였다. 중심합성계획법을 이용하여 실험조건을 결정하였으며, 적용한 독립변수와 그 범위는 각각 플라이애쉬(FA) 첨가율(FA혼합율, 전체 무기성재료에 대한 FA의 질량 백분율, %) 0 ~ 50%, 알칼리활성화제 비(AE%, 전체 무기성재료에 대한 Na₂O 질량 백분율, %) 10 ~ 25, Silicate modulus (Ms., SiO₂/Na₂O 질량 비) 0.5 ~ 1.5이다. 시편은 고온･상온양생 후 7일, 28일 압축강도를 측정하였다. 7일 및 28일 압축강도는 FA혼합율 25.0%, AE% 17.50, Ms.1.0 일 때 각각 94.2 MPa, 98.8 MPa로 가장 높게 나타났으며, 7일 이후 압축강도 증가는 크지 않았다. 압축강도 결과를 이용하여 2차 모형 회귀분석, 분산분석, 정준분석을 실시하여 최적 배합조건을 도출하였다. 7일 압축강도 결과 값을 이용한 2차 모형으로 회귀 분석한결과 아래와 같은 식을 얻을 수 있었다.
y=84.809-8.933x₁+3.882x₂+17.092x₃-1.086x₁²-18.288x₂²
-12.614x₃²-4.828x₁x₂-1.027x₁x₃-2.552x₂x₃
x₁,x₂,x₃는 각각 FA혼합율, AE%, Ms.이며, 분산분석 결과 2차 모형 회귀식 및 1차항, 2차항의 회귀계수 모두 유의수준 0.05 수준에서 유효한 것으로 나타났으며, 적합성 결여 검정에서도 모델식이 유효한 것으로 판정되었다. 실험범위 내에서의 최적 배합비는 FA혼합율 0.0%, AE% 18.79, Ms. 1.2이며, 105.2 MPa의 압축강도를 얻을 수 있었다. 정준분석 결과 정상점은 최대점이며, (-6.538, 0.910, 0.852)로 파악되었다. 이로부터 정상점은 실험범위를 벗어난 영역에 존재함을 알 수 있다. 28일 압축강도 결과 값을 이용한 2차 모형 회귀분석 결과 아래와 같은 식을 얻을 수 있었다.
y=90.6873-11.0202x₁+1.9121x₂+16.57243x₃-2.6492x₁²-22.3598x₂²
-12.7944x₃²-4.7325x₁x₂-0.3950x₁x₃-4.1575x₂x₃
분산분석 결과 2차 모형 회귀식 및 1차항, 2차항의 회귀계수 모두 유의수준 0.05 수준에서 유효한 것으로 나타났으며, 적합성 결여 검정에서도 모델식이 유효한 것으로 판정되었다. 실험범위 내에서의 최대 28일 압축강도는 배합비 FA혼합율 0.0%, AE% 18.18, Ms. 1.2의 조건에서 108.1 MPa을 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 정준분석 결과 정상점은 최대점이며, (-2.333, 0.230, 0.655)로 나타났다. 이로부터 정상점이 실험범위를 벗어난 영역에 존재함을 알 수 있다.
