PURPOSES : This paper presents the experimental results of tests conducted on concrete produced with air-cooled (AS) and water-cooled (WS) ground blast-furnace slag exposed to multi-deterioration environments of carbonation and scaling. METHODS : Carbonated and uncarbonated concrete specimens were regularly monitored according to the ASTM C 672 standard to evaluate the durability of concrete exposed to both scaling and combined carbonation and scaling conditions. Additionally, mechanical properties, such as compressive strength, flexural strength, and surface electric resistivity, were analyzed. RESULTS : It was found that concrete specimens produced with AS and WS had a beneficial effect on the mechanical properties because of the latent hydraulic properties of the AS and WS mineral admixtures. Moreover, carbonated concrete showed good scaling resistance in comparison to uncarbonated concrete, particularly for concrete produced with AS and WS. CONCLUSIONS : The improved scaling resistance of carbonated concrete showed that AS is a suitable option for binders used in cement concrete pavements subjected to combined carbonation and scaling.

PURPOSES: This study investigates the mechanical performance of carbon-capturing concrete that mainly contains blast furnace slag. METHODS: The mixture variables were considered; these included Portland cement content, which was varied from 10% to 40% of the blast furnace slag by weight. The specimens were exposed to different conditions such as high N2 and O2 concentrations, laboratory conditions and high CO2 conditions. Mechanical performances, including compressive and flexural strengths and carbon-capturing depth, were evaluated. RESULTS : The slump, air content and unit weight were not affected significantly by the variation in cement content. The strength development when the specimens were exposed to high purity air was slightly greater than that when exposed to high CO2. As the cement content increased the compressive and flexural strength increased but not considerably. The carbon-capturing capacity decreased as the cement content increased. The specimens exposed in the field for 70 days had flexural strength greater than 3 MPa. CONCLUSIONS : The results indicate that cement content is not an important parameter in the development of compressive and flexural strengths. However, the carbon-capturing depth was higher for less cement content. Even after field exposure for 70 days, neither any significant damage on the surface nor any decrease in strength was observed.

본 연구는 원자력 시설 해체 시 발생되는 저준위 및 극저준위 폐토양, 점토와 산업부산물인 고로슬 래그를 이용하여 방사성 폐기물을 안전하게 담지할 수 있는 비소성 시멘트의 제조 가능성을 평가하고 광물· 형태학적 분석을 통하여 생성된 반응 물질에 대하여 고찰하였다. 본 연구에서는 (1) 폐토양, 점토 및 고로슬 래그의 특성 분석, (2) 폐토양, 점토 및 고로슬래그를 고화재 및 성분조정제로 이용한 원전 해체 폐기물 담지를 위 한 비소성 시멘트 제조 및 최적의 배합 비율 도출, (3) 제조된 비소성 시멘트 고화체의 수화반응 생성물질에 대하여 광물·형태학적 분석 등을 수행하였다. 비소성 시멘트 고화체의 광물·형태학적 분석 결과, 폐토양과 점 토는 수화반응 생성물이 관측되지 않았으며, 고로슬래그의 경우 고화체의 강도를 발현시킬 수 있는 수화반응 생성물질인 calcium silicate hydrate (CSH), 에트링가이트(ettringite)가 생성되는 것을 확인하였다. 폐토양, 점 토를 고화재로 이용한 비소성 시멘트의 재령 28일 후 고화체는 최적의 배합 비율에서 약 3 MPa의 강도를 나 타내 처분장 인수기준 압축강도인 3.44MPa를 만족하지 못하는 것을 확인하였다. 그러나, 고로슬래그를 고화 재로 이용한 비소성 시멘트는 모든 실험 조건에서 처분장 인수기준 압축강도를 만족하며, 최적의 배합 비율 에서는 약 27 MPa로 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통하여 비소성 시멘트 고화재로 고로 슬래그, 방사성 핵종에 대한 흡착제 역할로 폐토양 및 점토를 이용한다면 방사성 폐기물 처분을 위한 최적의 비소성 시멘트를 제조할 수 있을 것으로 판단된다.

This study investigated the concentration of heavy metals in blast-furnace slag cement by changing the content ratio between blast-furnace slag and ordinary Portland cement for the safe recycling of blast-furnace slag in the cement industry. The analysis of the three main materials of the cement (ordinary Portland cement, blast-furnace slag, and the alternative raw materials), resulted in the ordinary Portland cement having the highest concentration of heavy metals. Also, it is concluded that the heavy metal content of blast-furnace slag cement is mainly attributed to the content of ordinary Portland cement. As the content of furnace slag during the manufacture of cement increases, the overall heavy metal content of the furnace slag cement becomes low. This was highly evaluated as a resource in the cement-production process, in respect of the effective recycling of resources and the safe management of hazardous materials.

The purpose of this study was to verify safe and environmentally-sound recycling of blast-furnace slag in the cement industry. This was accomplished by analyzing the heavy metal contents of three kinds of raw materials: blast-furnace slag, Portland cement, and the substitutes, which were mainly input into the manufacture of cement. The research revealed that, in the five samples tested, the heavy metal level in the blast-furnace slag cements (5.90 ~ 8.38 mg/kg for Cr6+) is lower than the ordinary Portland cement (11.04 ~ 14.92 mg/kg for Cr6+). This suggests that both raw materials have low heavy metal contents compared with the 20 mg/kg limit enforced by the autonomic convention in Korea. As for the substitutes, there was no decisive effect on the overall heavy metal content because of the low input ratio of 2.5%. Therefore, it is of high utility value to recycle the blast-furnace slag in the cement industry, considering slag can dilute the overall heavy metal contents in the cement products.

시멘트 산업에서는 폐자원의 재활용과 비용절감 및 생산 효율성을 증가시키기 위하여 고로슬래그, 석탄재, 폐수처리오니, 폐타이어, 폐합성수지 등 다양한 폐기물이 보조연료 및 대체원료로 사용되고 있다. 그러나 이로 인하여 시멘트 제품의 유해성, 주변 환경 영향 등에 대한 논란을 유발하고 있다. 이에 따라 시멘트 제품의 품질의 안전성과 환경 유해성에 대한 사회적 논란을 해소하기 위해서 시멘트 중 육가크롬을 20 mg/kg으로 관리 중이며, 육가크롬을 포함하여 6개 중금속(Cr6+, As, Cu, Cd, Pb, Hg)에 대하여 매월 모니터링 중이다. 모니터링에 분석되는 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트를 대상으로 함에 따라 다른 종류의 시멘트에 대한 중금속 함유량을 파악할 필요성이 있다. 따라서 본 연구에서는 고로슬래그를 이용한 고로슬래그 시멘트에 대한 중금속 함유특성을 파악하고자 하였다. 그 결과 고로슬래그 시멘트의 경우 대부분 고로슬래그와 보통 포틀랜드 시멘트가 50 % : 50 %로 혼합하여 생산되고 있었으며, 고로슬래그가 혼합됨에 따라 중금속 함유량이 낮아지는 것을 파악하였다. 또한, 공사현장에서 초기 강도가 낮은 단점이 있으나 자원 재활용 및 유해물질 안전관리 측면에서 볼 때 고로슬래그 시멘트의 사용은 부가가치 및 환경성이 높다고 평가된다.

최근 온실가스 감축을 위해 시멘트 클링커를 대체하여 고로슬래그 미분말을 다량 치환한 하이볼륨 슬래그 시멘트에 대한 연구 활 발히 진행되고 있다. 하지만, 수화열 및 내구성 등 다양한 장점에도 불구하고 초기 재령에서의 낮은 강도 발현 등의 문제점으로 인해 실제 현장 의 적용에 한계점을 가지고 있다. 본 연구는 이러한 점을 극복하고자 GGBFS 혼입률에 따른 페이스트의 압축강도, 수화열 등의 특성을 분석하 였다. GGBS 분말도에 따른 4종류와 치환율 35%, 50%, 65%, 80% 4수준으로 하여 총 16개의 배합에 대해 실험을 수행하였다. 실험결과 낮은 물-바인더 비에 의한 고성능 하이볼륨 슬래그 시멘트 페이스트 배합은 초기 재령에서의 낮은 압축강도의 한계점을 극복할 수 있을 것으로 판단된 다. 또한 GGBS의 분말도는 고성능 하이볼륨 슬래그 시멘트 페이스트의 초기 재령에서의 압축강도 증진에는 효과가 있지만, 28일 이후의 장기 강도에는 큰 영향이 없는 것으로 나타났다.

Recently, a method of using blast furnace slag to reduce the amount of cement which generates a large amount of carbon dioxide during the manufacturing process has been studied. Blast furnace slag is a latent hydraulic property material and requires the use of alkali activator. However, alkali activator is expensive and have problems in use. Therefore, in this study, an alkali aqueous solution was used instead of an alkali activator. The alkaline aqueous solution used in this study was obtained by electrolysis of pure water and has strong alkalinity of pH12. As a result, we found that the use of alkali aqueous solution is effective in improving the reactivity of blast furnace slag.

In general, polymer cement mortars that is made from organic polymer dispersion and cement have good workability compared with ordinary cement due to ball-bearing acting of polymer particles in cement mortar. The purpose of this study is to evaluate the workability of cement mortar according to adding of admixtures such as polymer dispersions, blast-furnace slag and fly ash. From the test results, the flow of polymer-modified mortars is increased with increasing polymer-cement ratio, and also is a little improved according to adding of fly ash compared to blast-furnace slag.

In general, polymer cement mortars that is made from organic polymer dispersion and cement have good workability compared with ordinary cement due to ball-bearing acting of polymer particles in cement mortar. The purpose of this study is to evaluate the workability of cement mortar according to adding of admixtures such as polymer dispersions, blast-furnace slag and fly ash. From the test results, the flow of polymer-modified mortars is increased with increasing polymer-cement ratio, and also is a little improved according to adding of fly ash compared to blast-furnace slag.

Using of the ground granulated blast furnace slag as the substitutes of cement mixtures is increasing. This is used about 40% as the substitutes commercially but recently there are several tests used the maximum 80%. When used as the substitutes of cement mixtures which can improve the durability, the watertightness and the sulfate resistance but there is reduced the concrete quality due to early strength reduction and the drying shrinkage increase. Therefore it is very important to make the curing environment which helps early hydration activation vigorously. In this study, the hydrate characteristics replacing the maximum 80% of ordinary portland cement with blast furnace slag powder and using the alkali activator to increase early hydration activation were considered and analyzed by the XRD, TG-DTA, SEM, From these tests results, the use of the alkali activator had the increase of the calcium hydroxide according to ages and the reach time reduced about 1 min. and 9 min. for the first and second peak respectively. The effects on the hydrate characteristics of using the alkali activator were not significant.

This research investigated the effects of adding ground granulated blast furnace slag (GGBS) on the pullout resistance of smooth steel fibers embedded in GGBS cement grouts. 40% of cement in the grouts was replaced with GGBS to enhance the flowability and durability of grouts containing steel fibers. The pullout resistance of steel fibers embedded in grouts showed continuous enhancement as the age of grouts increased. The pullout resistance of GGBS grouts was higher than that of grouts without GGBS.

자원의 절약 및 환경보전을 위해서는 에너지와 천연자원의 문제를 해결하는 것이 국가 경제의 미래를 결정하는 주요변수로 작용될 수 있다. 특히, 천연자원의 무분별한 개발 증가로 가격 상승, CO2와 같은 온실가스 배출 증가, 에너지 소비 증가 등 자원 난개발은 경제자체 문제뿐만 아니라 환경오염 문제로 확대될 수 있어서 폐자원의 재활용은 순환형 사회 정착을 위해 더욱 부각되어야 한다. 따라서 재활용제품 사용에 따른 국민건강 위해우려수준을 낮추고 환경오염을 사전에 예방하는 폐자원의 안전성을 확보하기 위해 본 연구를 수행하였다. 조사대상 시료는 환경에 유해 가능성이 있을 것으로 예상되는 재활용제품 중 점토벽돌 15종, 고로슬래그 시멘트 11종, 성토재 11종을 선정하였으며, 비소, 카드뮴 등 중금속 8종에 대해 함량과 용출량을 분석하였다. 시멘트 공시체와 점토벽돌의 용출실험은 NSF/ANSI 61-2007a 시험방법, 성토재는 폐기물 공정시험방법으로 분석하였다. 물벼룩 독성시험은 재활용 제품을 증류수와 빗물로 용출한 액으로 실험하였다. 위해성 평가를 위해 용출실험한 결과, 재활용제품이 설치된 지역의 수질기준(수질 및 수생태계 하천기준, 지하수의 수질기준, 해양생태계 보호기준)과 비교하여 수질기준을 초과하는 경우 위해성평가를 실시하였다. 고로슬래그 시멘트공시체, 재활용 점토벽돌의 중금속 함량은 토양오염 우려기준 1지역 기준(비소 25, 카드뮴 4, 구리 150, 납 200, 수은 4 mg/kg 등)을 만족하였고, 슬래그 성토재 시료는 토양오염우려기준 2지역 기준(비소 50, 카드뮴 10, 구리 500, 납 400, 수은 10 mg/kg 등)이하로 나타났다. 증류수 용출실험에서 모든 시료의 중금속 용출량이 규제 항목에서 모두 검출한계 미만이었으며, 빗물 용출시험에서 고로슬래그 시멘트공시체와 재활용 점토벽돌, 슬래그 성토재 시료의 중금속 항목도 모두 검출한계 미만이었다.

Reaction degree of ground granulated blast furnace slag(GGBFS) in cement paste was measured by water-binder ratio and GGBFS replacement ratio, curing temperature with ages using selective dissolution. In result of experimental, when water-binder ratio and curing temperature were high and replace ratio of GGBFS was low, reaction degree was estimated high.

This study investigated the effect of cement type and ground granulated blast furnace slag (GGBS) on the mechanical properties and workability of grout for offshore PSC structures. As the replacement ratio of GGBS increased, the flowability of the grout increased and both intial and final setting times of grout was delayed regardless of cement type. However, the effects of GGBS on the bleeding of grout were different according to the type of cement: as the ratio of GGBS increased, less bleeding was observed for the grout with typeⅠ cement whereas higher bleeding was generated for the grout with type Ⅲ cement. However, there was no significant difference in their compressive strength at 28 day according the different replacement ratio of GGBS from 0 to 40%.

최근 화력발전소나 철강 산업에서 발생하는 산업폐기물의 재활용 방법 및 사용처에 대한 연구가 주목을 받고 있다. 기존의 산업폐기물의 경우 해안 및 육상 매립에 의해 처리되고 있어서 매립지 확보에 어려움이 있고, 매립 시 발생하는 침출수 및 분진이 많은 환경문제를 유발하여 환경적・경제적 부담이 되고 있다. 이에 산업폐기물을 자원으로써 재활용하려는 방안에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 현재 산업폐기물은 주로 시멘트 대체물로써 사용되고 있으며, 이는 최근에 국제적으로 주목을 받고 있는 이산화탄소 방출량을 감소하기 위한 방안 중 하나로 주목받고 있다. 일반적으로 1 ton의 시멘트를 생산할 때 0.8 ton의 이산화탄소가 발생하는 것으로 기존의 연구들을 통해 알려진 바 있다. 국내외에서 시멘트를 대신할 수 있는 재료로써 화력 발전소에서 대량으로 발생하는 플라이애쉬나 철강 산업에서 발생하는 고로슬래그와 같은 폐자원 활용을 통한 연구가 진행되고 있다. 현재 발생하는 석탄회 중 58% 정도를 시멘트 대체물 혹은 콘크리트용 혼화재 등으로 재활용하고 있고, 고로슬래그의 경우는 발생하는 양의 대부분을 재활용하고 있다. 본 연구에서는 산업폐기물을 시멘트 대용으로 적용한 알칼리 활성 시멘트에 대한 활용가능성을 확인하였으며, 실제 현장에서 시멘트 대체용으로 사용할 수 있도록 이산화탄소 흡수능과 압축강도를 동시에 확보하고자 하였다. 이에 콘크리트 제조 시에 첨가되는 시멘트를 고로슬래그 및 플라이애쉬로 대체함으로써, 시멘트 사용량 저감을 통해 간접적으로 이산화탄소의 배출을 줄이고, 활성화시킨 고로슬래그를 활용하여 직접적으로 이산화탄소를 포집하고자 하였다. 알칼리 흡수제를 제작함에 있어 바인더로써는 고로슬래그 및 플라이애쉬를 적용하였고, 활성화제로써 수산화칼슘 및 규산나트륨을 투입하였다. 제조된 알칼리 시멘트의 이산화탄소 흡수제로써의 효능을 확인하기 위하여 실험실 규모의 column test를 통해 CO₂ 흡착능을 평가하였다. 또한 시멘트 대체용으로써의 적용 가능성을 확인하기 위해 알칼리시멘트를 사용한 페이스트와 모르타르의 배합실험을 진행하고 60℃의 고온 양생과 항온 양생의 두 조건에서 양생시키고 3일 후의 압축강도를 측정하였다. 플라이애쉬의 경우 20 mg-CO₂/㎏-흡수제 이상, 고로슬래그의 경우 27 mg-CO₂/㎏-흡수제 이상의 이산화탄소 흡착능을 보였다. 플라이애쉬의 경우 양생 조건에 상관없이 약간의 외력에도 변형이 생기는 정도로 경화가 진행되지 않아서 강도 발현이 불가하였으나, 고로슬래그의 경우 두 양생 조건에서 모두 15 ~ 17 MPa의 압축강도를 나타내었다. 실제 구조물로써 사용하기 위해서는 최소 20 MPa 이상의 압축강도가 요구되어지므로 향후 CO₂ 흡착능을 증대시키고 동시에 보다 높은 압축강도를 확보할 수 있도록 배합수 비율, 활성화제 종류, 배합비율에 관한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.

In this study, manufactured of cement mortar using high early strength cement(10 ~ 50 wt%) and blast furnace slag powder(50 ~ 90 wt%), according to compressive strength and flexural strength of hardened cement mortar. XRD and SEM were evaluated utilizing the initial cement hydration properties.

Comparing with using ordinary Portland cement, using blast furnace slag as binder in concrete shows low resistance for carbonation phenomenon. In this research, we focus on carbonation of high volume blast furnace-blended concrete, analysis the reason and find a more efficient method which comparing with using ordinary Portland cement, using FC shows better effort on concrete carbonate resistant.

These researchers are studying on the hydration model suggestion of cement incorporating blast furnace slag in durability prediction of concrete using hydration model. So in this study it measured hydration heat according to replace ratio, water cement ratio using conduction calorimeter to acquire experiment data for experimental verification and verify hydration heat property when blast furnace slag is incorporated.

본 연구에서는 CaO-SiO2-Al2O3가 다량 함유된 산업폐기물과 산업부산물을 소성하여 개발한 분말형 속경성 분말을 초기강도의 향상을 위해 기능성 분쇄조제로 처리하여 분쇄한 속경성 미분말을 제조하였다. 이렇게 제조된 미분말을 BFS 분말과 일정비율로 혼합한 후, 시멘트에 첨가하여 모르타르 압축강도 실험을 실시하였다. 그 결과 BFS 조기강도 향상 실험 (Series I)에서는 클링커 분쇄시 기능성 분쇄조제가 첨가되어 분쇄된 속경재가 혼합된 BFS의 초기강도 발현이 우수하며 OPC 조기강도 향상 실험 (Series II)에서는 Clinker-C에 본 실험의 기능성 분쇄조제가 첨가되어 분쇄된 속경성의 분말형 자극제가 첨가된 경우에 가장 압축강도가 높은 사실을 알 수 있었다.