경화 포틀랜드 시멘트의 기계적 성능 및 열적 안정성

Jul 24, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2036(2023) 이 기사 인용

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본 연구에서는 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)를 부분적으로 대체하기 위해 다양한 비율(5, 10, 15 질량%)의 재활용 명반 슬러지(RAS)를 사용할 수 있는 가능성을 조사하여 시멘트 생산 시 직면하는 문제 해결에도 기여하는 데 중점을 두었습니다. 다량의 수처리된 슬러지 폐기물을 비축하는 것입니다. MnFe2O4 스피넬 나노입자(NMF)는 다양한 OPC-RAS 혼합물의 기계적 특성과 내구성을 정교하게 만드는 데 사용되었습니다. 압축강도, 부피밀도, 수분흡수성, 소성안정성 시험결과, RAS 폐기물의 OPC 대체 활용 적합성(최대한도 10%)을 확정하였다. OPC-RAS 페이스트 내에 다양한 용량의 NMF 나노입자(0.5, 1 및 2 질량%)를 포함하면 향상된 물리-기계적 특성과 소성에 대한 안정성을 갖춘 경화된 나노복합체의 구성을 촉진합니다. 90% OPC–10% RAS–0.5% NMF로 만든 복합재는 최고의 특성을 나타냈으며 일반 건축 응용 분야에 대한 최적의 선택을 고려합니다. 열중량 분석(TGA/DTG), X선 회절 분석(XRD) 및 주사 전자 현미경(SEM) 기술. 일바이트(CFSH), 규산칼슘 수화물(CSH), MnCSH, Nchwaningite [Mn2 SiO3(OH)2 H2O], [(Mn, Ca) Mn4O9⋅와 같은 거대한 상의 형성을 입증함으로써 NMF 입자의 긍정적인 영향을 확인했습니다. 3H2O], 칼슘 알루미노실리케이트 수화물(CASH), 글라우코크로이트[(Ca, Mn)2SiO4 및 칼슘 페라이트 수화물(CFH). 이러한 수화물은 소성 시 경화된 나노복합체의 견고성과 분해 저항성을 향상시켰습니다.

최근 건설 분야에서 엄청난 도약이 관찰되었으며, 연구자들의 시도는 극도로 커졌으며 콘크리트에서 시멘트(부분 또는 전체 대체)에 대한 편리한 대안을 찾는 방법에 중점을 두었습니다1. 전 세계 온실가스 배출량의 약 5%는 시멘트 산업에서 발생합니다(포틀랜드 시멘트 1톤을 제조하는 동안 약 1톤의 CO2가 생성됩니다). 또한, 시멘트 산업은 가격이 매우 비싸고 에너지와 천연자원의 소비도 높습니다. 따라서 시멘트 생산 산업의 경제적, 생태학적 문제를 해결하는 것이 매우 시급해졌습니다2,3.

다행스럽게도 일부 산업 폐기물을 재활용하는 것은 향후 위험을 완화하는 중요한 과제에 필수적인 방법이 됩니다. 따라서 건축 산업 분야에서 이러한 폐기물을 사용하면 주로 매립 면적 감소, 비용 절감, 에너지 절약, 인간 건강에 대한 위험을 최소화하는 환경 보호 및 자원 절약 등 여러 가지 이점이 있습니다4,5,6. 수많은 연구자들을 대상으로 한 이전 및 최근 연구에서 많은 고형 부산물(산업 폐기물 또는 농업 폐기물)이 지속 가능한 건설 분야에서 재사용되었습니다. 세라믹 폐기물7,8, 폐대리석 먼지9,10, 유리 폐기물11, 비산회12,13, 벽돌 폐기물14, 사탕수수 재15, 왕겨재16 슬래그(GGBFS)17 및 실리카흄(SF)은 이러한 고형 부산물18의 유명한 예입니다.

수처리 슬러지(WTS) 처리는 심각한 국제적 문제가 되고 있습니다19. 일반적으로 수처리 과정에서 발생하는 과도한 슬러지를 수로에 하역하거나 매립지로 배출하는 것은 큰 환경 문제로 간주됩니다20. 수처리 슬러지의 특수한 특징은 클링커 및 기타 소결 세라믹 재료 제조에 필요한 점토를 부분적으로 대체하여 환경 위험, 비용 편익 및 지속적인 건축 자재 생산 협력을 최소화하는 데 사용하는 것이 강력히 권장됩니다21. 몇몇 연구에서는 콘크리트22 및 모르타르23용 시멘트 보충 재료에 수처리 슬러지(WTS)를 사용하는 타당성을 평가했습니다.

스피넬 화합물은 공식 DT2O4를 가지며(D는 Ca, Mg, Cu, Ni, Fe, Mn, Co 및 Zn과 같은 2가 양이온을 나타내고 T는 Al, Fe 및 Cr과 같은 3가 금속을 나타냄) 기술적으로 물리적 특성으로 인해 중요한 재료입니다. 스피넬 페라이트는 [M2+-] 테트라 [Fe3+]옥타 O4의 결정학적 기하학적 구조를 가지고 있습니다. 여기서 M2+는 Mg2, Ni2+, Co2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+ 및 Mn2+2와 같은 2가 이온을 나타냅니다.