In recent decades, the content of MgO in the normal precursors of alkali-activated binders was realized generally significant to affect their hydration properties. Thus, the roles of MgO on mechanical properties, structural evolution, and durability performances of alkali-activated binders have attracted increasing attention. This dissertation mainly focuses on the properties of the synthetic alkali-activated binders incorporated with reactive MgO.
In particular, MgO at different reactive levels were generated through a calcination of magnesium carbonates, which was then incorporated in alkali-activated fly ash/slag designed under widely-adopted activator modulus and water-to-binder ratios. MgO at the moderate reactivity induced the highest compressive strength (more than 50 MPa), whereas higher reactive MgO contributed to a higher hydration degree. The hydration mechanism associated with hydrolysis of MgO and CaO, and geopolymerization of aluminosilicate was studied.
After aging for 90 days, these MgO modified binders were treated under an accelerated carbonation for 28 days. After carbonation, the compressive strengths all increased. Decalcification of C-S-H type gels was observed as the main carbonation behavior, along with the formation of aragonite and magnesium carbonate. Nonetheless, the accelerated carbonation benefited the formation of layered double hydroxides, increasing the carbonation resistance of the synthesized samples.
In the third study, a one-step hydrothermal treatment was applied to synthesize the binders incorporated with moderately reactive MgO, in order to give rise to generate zeolite Na-P1 and hydrotalcite crystals in a single binder system. The binders with mesoporous characteristics and well-defined pore structures, which are promising for water purification, were successfully synthesized.
최근 수 년간 알칼리활성 물질의 전구물질 내의 MgO 함량은 일반적으로 수화물의 특성에 중요한 영향을 미친다고 알려져 왔다. 따라서 MgO이 알칼리활성 물질의 기계적 성능, 구조적 변화, 내구도 성능에 미치는 영향에 대한 연구가 주목받아왔다. 본 학위논문은 반응성 MgO가 혼입된 합성 알칼리 활성 물질의 특성에 초점을 맞추었다.
본 연구에서는 탄산마그네슘을 소성하여 얻은 MgO를 범용 활성화 상수와 물-결합재비를 갖는 알칼리활성 플라이애시/슬래그에 다양한 함량으로 혼입하였다. 적절한 수준의 반응도를 갖는 MgO의 혼입은 50MPa 이상의 압축강도를 확보한 반면 높은 MgO의 반응도는 알칼리활성 물질의 수화도를 증진시켰다. MgO와 CaO의 가수분해와 연관된 수화 기제와 aluminosilicate의 geopolymerization 특성이 연구되었다.
90일의 양생을 거친 후 MgO가 혼입된 결합재들은 28일간 가속 탄산화 환경에 노출되었다. 탄산화 후 모든 시편의 압축강도는 감소하였다. C-S-H gel의 탈칼슘화 작용이 주로 관찰되었고 동시에 aragonite와 magnesium carbonate의 형성이 발견되었다. 그러나 가속 탄산화는 layered double hydroxides를 형성시켜 시편들의 탄산화 저항성을 증가시켰다.
세번째 연구에서는 단일 결합재 체계에서 zeolite Na-P1와 hydrotalcite의 형성을 촉진시키기 위해 적정수준의 활성도를 같는 MgO가 혼입된 결합재에 one-step 수열합성법이 적용되었다. 수질정화에 특화된 mesoporous 공극특성과 두드러진 공극구조를 갖는 결합재가 성공적으로 합성되었다.
