현대 사회에서 이산화탄소 배출량의 지속적인 증가는 국내의 문제뿐만 아니라 세계적인 문제로 인식되어 왔다. 또한 지구온난화 속도가 가속화됨에 따라 세계 각국에서는 빠르게 탄소 중립을 선언하였으며, 우리나라 역시 이에 동참하여 저탄소 제품에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 한편, 4차 산업의 여파로 시멘트 사용량이 급격히 증가하였으며, 시멘트 제조에 의한 이산화탄소 배출량은 전 세계 이산화탄소 배출량의 8 %를 차지할 정도로 많은 양을 제조하고 있다. 이에 대체재 연구로 지오폴리머가 각광 받기 시작한다. 일반 포틀랜드 시멘트의 최대 80 % 적게 이산화탄소를 배출한다는 점과 초기 높은 압축강도, 내화학성, 내부식성, 낮은 열전도성 등 기존 제품에 비해 좋은 특성을 갖고 있어 대체재로 충분히 사용 가능하다고 판단된다. 본 연구에서는 석탄가스화복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)에서 나온 부산물인 IGCC 용융 슬래그를 주원료로 사용했으며, 부원료로는 웨이퍼 산업의 부산물인 Si 슬러지(sludge)를 발포제로 사용하였다. 또한 수산화알루미늄 제조 과정 부산물인 알루미늄제련 폐기물(Red Mud)를 주원료와 혼합 사용하여 경량 지오폴리머를 제조하였다. 알루미늄제련 폐기물은 다량의 Na2O3, SiO2, Al2O3이 포함되어 있다.
본 연구는 기존에 진행되었던 선행연구를 기반으로 경량의 지오폴리머의 물성 향상을 위해 증류수 및 알칼리 용액에 장기 침지하였으며, 일반폐기물을 혼합하여 재활용함으로써 친환경적인 지오폴리머 제조를 위한 연구를 진행하였다.
수중 안정성 및 지오폴리머 반응이 가장 효과적으로 일어나는 양생 방법을 찾기 위해 건조기(Oven dry, OD), 오토클레이브(Autoclave, AC) 및 오토클레이브 양생 후 건조기에서 양생(Autoclave + Oven dry, AO)을 진행하였다. 그 결과, 초기 압축강도 발현을 위해서는 건조기를 사용하는 것이 옳으나, 건축자재로 사용할 경우에는 초기 강도보다는 물에 장기간 노출되어도 안정한 장기공용성 확보를 위해서는 103 ℃에서 24h조건에서 오토클레이브에서 양생하는 것이 가장 좋은 양생 방법인 것을 확인 할 수 있었다.
압축강도 향상을 위해 증류수가 아닌 알칼리 용액에 침지를 진행하였고, 이를 통해 향상 메커니즘을 규명하고자 하였다. 8M의 알칼리에 21일 이상 침지할 경우, 약 5.5 MPa의 압축강도를 얻었지만 같은 조건의 증류수 침지와 비교할 때 큰 차이가 없었다. 또한 알칼리에 침지할 경우, 추가적인 지오폴리머 반응이 아닌 알칼리골재반응에 의해 생성물이 팽창하여 오히려 압축강도를 저하시키는 결과를 나타냈다. 결과적으로 장기간(21일 이상)동안 적절한 알칼리(8M) 공급은 압축강도 향상에 도움이 되었지만, 한계치 이상의 알칼리 공급은 오히려 압축강도가 저하되는 것으로 판단된다.
알루미늄제련 폐기물이 혼합된 지오폴리머와 기존 지오폴리머를 비교하였다. Si/Al 비율이 1.78일 때 가장 좋은 압축강도 값을 보였으며, Si/Al 비율에 의해 물성이 크게 변하지 않아 즉, 혼합 허용범위가 상당히 넓어 상용화시 유리하다고 판단되었다. 또한 TCLP 분석법에 의해 환경적 오염 및 안정성을 확인할 수 있었다. 결과적으로 알루미늄제련 폐기물을 혼합하여 제조한 지오폴리머는 압축강도 값이 향상될 뿐 아니라 안전한 건축자재로 재활용될 수 있다고 판단되었다. 이러한 지오폴리머의 압축강도 변화 메커니즘은 XRD, SEM, FT-IR 및 Camscope를 통해 관찰할 수 있었다.

In modern society, the continuous increase in carbon dioxide emissions has been recognized not only as a domestic problem but also as a global problem. In addition, as global warning accelerates, countries around the world have rapidly declared carbon neutrality, and Korea is actively conducting research on low-carbon products. On the other hand, cement use has increased rapidly in the aftermath of the fourth industry, and carbon dioxide emissions. In addition, geopolymer has begun to gain popularity in researching alternative products materials. It is judged that it has good characteristics compared to existing products such as high compressive strength, chemical resistance, corrosion resistance, and low thermal conductivity, and emits up to 80% less carbon dioxide than ordinary Portland cement.
Lightweight geopolymers were fabricated by using IGCC(integrated gasification combined cycle) slag and Si sludge which are classified as general wastes (recyclable resources). In addition, A lightweight geopolymer is produced by mixing aluminum smelting waste (Red mud) which is a by-product of the aluminum hydroxide production process with a main raw material. A large amount of Na2O3, SiO2, and Al2O3 are contained in the aluminum smelting waste.
This study was performed to investigate the mechanism of the change in compressive strength of autoclave cured geopolymers. also, By mixing and recycling general waste, research has been carried out for the production of eco-friendly geopolymer. Three curing methods[(Oven dry, OD), (Autoclave, AC), (Autoclave + Oven dry, AO)] were tried to investigate the changes in compressive strength and density according to the curing method and immersion time. Conclusively, it was speculated that oven curing is effective for the compressive strength development at early age; however, autoclave curing is more desirable for the long-term performance in water.
This study was performed to investigate the mechanism of the change in compressive strength of autoclave cured geopolymers. The change in the specimens immersed in a short period of time was not significant, but the compressive strength of the specimens immersed in the distilled water and 8M alkali solution) for 21 days increased about 5.5 MPa compressive strength because of additional geopolymerization. However, compressive strength decreased due to the alkaline aggregate reaction when alkaline solution was supplied more than a certain level of concentration. Therefore, immersing the specimens for more than 21 days in the distilled water or 8M alkaline solution would be desirable for the improvement of compressive strength of autoclave cured specimens.
Geopolymers were made by mixing IGCC slag and aluminum smelted waste and their properties were compared with those of IGCC slag based geopolymers. When two raw materials were mixed, the highest compressive strength was obtained at 1.78 of Si/Al ratio. Because the change in compressive strength and density was not so sensitive by the change in Si/Al ratio; that is, the permissible range of Si/Al ratio mixing ratio is broad, it was speculated this broad permissible range would be advantageous for commercialization. Furthermore, environmental pollution and stability were confirmed by the TCLP analysis method. Therefore, it was concluded that the making geopolymers by mixing red mud not only enhances the properties of geopolymers but also gives a recyclability as safe construction materials. The compressive strength change mechanism of these geopolymer was observed through XRD, SEM, FT-IR, and CamscopeTM