The CO$_2$ emissions in the production of ordinary Portland cement (OPC) calls for an eco-friendly alternative binder in concrete. Fly ash is a by-product from coal-fired power plants that is gaining interest as a supplementary cementitious material. Fly ash is being utilized by blending with OPC in blended cements, but the strength of this blended cement still relies in OPC. Another way of using fly ash as a binder is by alkali activation, but it only develops strength under special conditions that are impractical outside the laboratory. Calcium sulfoaluminate (CSA) cement is another material considered to be an eco-friendly alternative to OPC because of its lower CO$_2$ emission in production. In this study, the blending of fly ash with CSA and the addition of gypsum is investigated and compared with the blend of fly ash and OPC. The physical properties such as strength development and pore size characteristics are evaluated by compressive strength tests and mercury intrusion porosimetry (MIP). The hydration products formed are examined using different microstructure analysis techniques such as X-Ray diffraction (XRD), thermogravimetry analysis (TG), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), and scanning electron microscopy (SEM). The results are consistent with previous studies that increasing the percentage of fly ash in blended cements leads to a decrease in compressive strength. But when gypsum is added in fly ash-CSA blends, it greatly improves the strength performance. A 40% fly ash mass percentage blended with CSA and an additional 5% gypsum-modifier showed the highest compressive strength from all the blends and exceeded the performance of fly ash-OPC blended cement with the same fly ash mass percentage.
일반 포틀랜드 시멘트(OPC) 생산시 발생하는 CO$_2$ 발생을 저감하기 위해 친환경 결합재에 대한 요구가 증대되고 있다. 이러한 이유로, 석탄 화력 발전소에서 발생하는 부산물인 플라이애시가 대체 결합재로 각광받고 있다. 플라이애시는 일반 시멘트와 혼합하여 사용하는 것이 일반적이지만, 혼합 시멘트의 강도 발현은 일반 시멘트에 의존하고 있는 상황이다. 플라이애시를 결합재로 사용하는 또 다른 방법으로 알칼리 활성화가 사용되고 있지만, 현장에서 적용하기 어려운 조건에서만 강도가 발현된다는 문제점이 있다. 또다른 대안으로, 생산 시 CO$_2$ 배출량이 낮은 칼슘설포알루미네이트(CSA) 시멘트가 일반 시멘트의 친환경적인 대안으로 여겨지고 있다. 본 연구에서는 플라이애시-CSA 혼합 및 석고 첨가에 대하여 분석하고, 플라이애시-OPC 혼합 시멘트와 비교 분석을 진행하였다. 강도 발현 및 기공 크기와 같은 재료의 물리적 특성은 압축 강도 시험 및 수은 침투 기공 측정을 통해 진행하였으며, 재료의 수화 생성물은 X-선 회절(XRD), 열중량 분석(TG), 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR) 및 주사 전자 현미경(SEM)과 같은 다양한 미세 구조 분석 기술을 사용하여 분석하였다. 본 연구의 실험결과, 혼합 시멘트에서의 플라이애시 비율을 증가하였을 때 압축강도가 감소하는 경향은 기존 연구결과와 동일하였으나, 석고를 플라이애시-CSA 혼합 시멘트에 첨가하여 강도를 크게 증진시킬 수 있음을 확인하였다. 질량기준으로 40%의 플라이애시를 CSA와 혼합하고 5%의 석고 개질제를 사용하였을 때, 가장 높은 압축강도를 얻을 수 있으며, 이때, 동일한 질량비를 갖는 플라이애시-OPC 혼합 시멘트의 강도 성능을 상회하는 것으로 분석되었다.
