학술논문

수소나노버블수를 이용한 장석 모르타르의 성능 개선 효과 / Performance Improvement of Feldspar-Mortar Using Hydrogen Nano-Bubble Water
Document Type
Dissertation/ Thesis
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Korean
Abstract
미래의 시대는 저탄소 시대이다. 전 세계적으로 토목, 건축뿐만 아니라 모든 분야에서 탄소배출을 감소시키고자 노력하고 있다. 본 연구에서는 이러한 노력에 보탬이 되고자 다공질 장석과 수소나노버블수를 대체재로 사용하여 성능 개선 효과를 알아보고자 연구를 수행하였다. 일반적으로 사용되는 미장용 모르타르는 75%의 잔골재와 25%의 시멘트로 구성되어있다. 본 연구에서는 현재 공급이 부족한 골재를 다공질 장석으로 대체하고, 수소나노버블수를 배합수로 사용하였다. 두 가지 대체재를 사용하였을 때 모르타르의 강도특성과 열적특성이 개선됨을 확인하였다. 이러한 결과를 토대로 모르타르에 사용되는 시멘트양을 줄여 시멘트로 비롯되는 발생량을 줄이고, 개선되는 열적특성으로 비롯되는 에너지효율을 높여 탄소배출량 감소에 기여하고자 했다. 다공질 장석의 대부분은 알루미늄성분과 실리카성분으로 구성되어있다. 이 성분들은 시멘트와 물의 수화반응 시 강도를 발현케하는 성분이다. 모르타르의 골재를 다공질 장석으로 대체한 모르타르 같은 경우 기존 모르타르보다 두 배 이상의 강도를 나타냈다. 이러한 결과를 통해 기존에 사용되는 시멘트양을 20%로 줄여도 강도가 약 150% 개선됨을 확인하였다. 이외에도 배합수로 사용되는 수소나노버블수가 시멘트 및 장석과의 수화반응을 촉진하여 모르타르의 초기 강도가 7 ~ 18% 증가함을 확인하였다. 연구는 세부적으로 다공질 장석을 사용하였을 때의 성능 개선 효과를 비교하고 두번째로 수도나노버블수를 배합수로 사용하였으 때의 성능 개선 효과를 비교해 각 대체제의 효과를 검증하고자 하였다. 이를 통해 재료에 따른 성능 개선 효과를 비교하고, 최종적으로 시멘트 사용량을 줄인 다공질 장석 모르타르의 가능성을 확인하였다. 실험에 앞서 다공질 장석을 모르타르의 골재로 사용하기 위해 다공질 장석이 잔골재 기준에 적합한지 판단하고, 플로우테스트를 통해 배합수 차이에 의한 물-시멘트비를 결정하였다. 결과적으로 본 연구를 통해 두가지 대체재가 저탄소시대에 부합하는 건설재료의 구성성분으로서 적용 가능함을 확인하였다. 나아가 대체재에 따른 성능 개선 효과를 검증하여 미래의 친환경적인 건설재료의 기초에 이바지하고자 하였다. 향후 두가지 대체재를 굵은 골재 콘크리트, 철근 콘크리트 등 넓은 범주의 건설재료에 적용하여 보다 친환경적이고 미래지향적인 건설재료로써 개발되길 기대한다.
The future is heading to a low-carbon era. The globe, including civil engineering and architecture sector, is putting its utmost efforts to reduce carbon emission. This study aims to keep in step with the globe’s effort. The study conducted research on the performance improvement when using Porous Feldspar and Hydrogen Nano-Bubble Water(HNBW) as substitutes. In General, existing plaster mortar consists of 75% of fine aggregate and 25% of cement. This study replaced aggregate, which is short in supply, with porous feldspar and used HNBW as blended water. The study confirmed an improvement in thermal and strength properties of mortar when using the two substitutes. Based on such results, the study aimed to reduce the use of cement to cut down emission and reduce carbon emission by enhancing energy efficiency through improved thermal properties. Porous feldspar is mostly composed of aluminum and silica. These components enhance strength during the hydration reaction of cement. The study showed mortar that used porous feldspar as aggregate had more than twice of strength compared to existing mortar. Based on such results, the study confirmed 150% of strength improvement even when cement was reduced by 20%. Other than that, the study also confirmed 7 to 18% of improvement in early age strength when HNBW was used as blended water as it accelerates hydration reaction between cement and porous feldspar. The first goal of this study was to confirm the performance improvement when aggregate is replaced with porous feldspar. Then the study confirmed the performance improvement when HNBW was used as blended water. Through such results, the study compared the performance improvements by each substitute material and confirmed the potential of porous feldspar mortar with HNBW that uses less cement. Prior to the experiment, the study verified whether porous feldspar suits the standard of aggregate and decided water/cement ratio by the difference of materials through flow tests. In conclusion, the study concluded that the two substitutes can be applied as a construction material that fits the low-carbon era. Furthermore, the study aimed to contribute to establishing the foundation of an eco-friendly construction material through verifying the performance improvements by substitute. We look forward to the two substitutes being applied to broader fields and to be developed as an eco-friendly and future oriented construction material.