Strength Development and Durability of Geopolymer Mortar Using the Combined Fly ash and Blast-Furnace Slag

Abstract

In this study, we investigated the strength development and durability of geopolymer mortar using blast furnace slag only, and admixed with blast-furnace slag and fly ash as cementious materials in oder to develop cementless geopolymer concrete. In order to compare with the geopolymer mortar, the normal mortar using ordinary portland cement was also test. In view of the results, we found out that strength development, the resistance to freezing-thawing of the geopolymer mortar have better than the mortar using ordinary portland cement. Especially, using the combined with blast furnace slag and fly ash develop high strength of above 60 MPa, and improve the resistance of freezing-thawing of approximately 20%, but promote the velocity of carbonation of 2.2~3.5 times. This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited 1. 서 론 최근 환경문제가 대두되면서 콘크리트 산업에서도 다양한 친환 경 기술이 개발되고 있다. 그 중에서도 콘크리트를 제조할 때 시멘 트를 전혀 사용하지 않고 결합재로 플라이애시와 고로슬래그 미분 말 등 산업부산물만을 사용한 지오폴리머 콘크리트 개발에 관한 연구가 주목을 받고 있다(Davidovits 1989; Palomo et al. 1999; Fernandez-Jimeneza et al. 1999; Yang and Song 2007; Kang et al. 2009; Hardjito and Rangan 2005). 1978년 프랑스의 Davidovits가 세계최초로 광물질 카올리나이 트(Kaolinite: Al2Si2O5(OH))와 알칼리 활성화제(alkaline activator) 를 사용하여 중합반응(polymerization)에 의해 제올라이트와 유사 한 구조를 가진 지오폴리머 콘크리트를 개발하였다(Davidovits 1989). 그 후 여러 연구자에 의해 다양한 연구가 수행되었으며, 일부 실용화 단계에 이루고 있다. 국내에서도 최근 지오폴리머 콘 크리트에 대해서 많은 연구가 수행되고 있으나, 아직까지 해명되 지 않은 부분이 많다. 고로슬래그 미분말을 사용한 지오폴리머 콘크리트는 시공성 및 수축 등의 문제(Palacios and Puertas 2007; Koh et al. 2011)가 있는 것으로 지적되고 있으나, 상온에서도 강도발현이 우수하여 압축강도 40~70MPa 범위의 고강도 콘크리트 제조가 가능한 것 으로 보고되고 있다(Koh et al. 2010; Shi et al. 2006; Collins and Sanjayan 2000). 플라이애시를 사용한 지오폴리머 콘크리트는 시 공성 확보가 비교적 용이하나, 상온에서는 강도발현이 어렵고, 중 합반응의 활성화를 위해 고온양생이 필요하다(Palomo et al. 1999; Kang et al. 2009). 한편 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 혼합 사용한 지오폴리 머 콘크리트 및 모르타르에 대한 연구가 진행되고 있다. Smith & Osbrone, Bijen & Waltje는 결합재로 고로슬래그와 플라이애시를 혼합하고 활성화제로 NaOH를 사용한 경우, 초기강도는 향상되나 장기강도 증진에는 효과가 없는 것으로 보고하고 있다(Smith and Osbrone 1977; Bijen and Waltje 1989). Puertas 등은 플라이애시