목질계 바이오차의 시멘트 치환율에 따른 바이오차 콘크리트의 역학적 특성 및 질량 기반 특성 (Mechanical Properties and Mass-Based Characteristics of Biochar–Concrete according to the Cement Replacement Ratio of Wood-Based Biochar)

서지정보

· 발행기관 : 한국복합신소재구조학회
· 수록지 정보 : 한국복합신소재구조학회 논문집 / 16권 / 2호 / 10 ~ 16페이지
· 저자명 : 홍예지, 김현진, 정우성, 김상우, 김진섭

초록

전 세계 이산화탄소 배출량이 지속적으로 증가하면서, 환경 개선 및 탄소 격리를 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 건설 산업에서도 탄소를 줄이기 위한 연구로 바이오차를 건설 자재에 사용하여, 탄소 격리를 위한 방법으로 진행되고 있다.
바이오차는 바이오매스를 열분해하여 생성한 숯으로, 높은 탄소 함량과 다공성 구조가 특징이며, 탄소 격리를 위한 물질로 떠오르고 있다. 본 연구에서는 시멘트 사용량을 줄이고 바이오차를 혼입한 콘크리트를 건설 자재로써 가능성을 확인하고자 하였다.
이를 위해 시멘트의 일부를 바이오차로 치환하여 혼입한 콘크리트의 역학적 특성(슬럼프, 공기량, 압축강도)과 질량 기반 특성(흡수율, 밀도, 공극률)을 평가하였다. 바이오차의 시멘트 치환율은 0%, 5%, 10%로 설정하였다. 바이오차의 수분 흡수 및 보유력에 따라 바이오차의 시멘트 치환율이 증가할수록 슬럼프는 감소하였다. 바이오차의 다공성 구조를 SEM 실험으로 확인하였으며, 이에 따라 콘크리트에서의 공극 형성으로 바이오차의 시멘트 치환율이 증가할수록 공기량과 흡수율이 증가하였다. 바이오차의 시멘트 치환율 5%에서 압축강도와 비강도가 가장 높은 값으로 나타났으며, 탄소 격리를 위한 방법으로 건설 자재 활용의가능성을 확인하였다.

영어초록

As global carbon dioxide emissions continue to increase, research is critically focused on improving the environment and advancing carbon sequestration methods. The construction industry is exploring biochar, a char produced by pyrolyzing biomass, as a sustainable material for reducing carbon emissions. Biochar, with its high carbon content and porous structure, is promising for carbon sequestration. This study investigates the potential of concrete mixed with biochar as a construction material by reducing cement usage. Considerably, the mechanical (slump, air content, and compressive strength) and mass-based (water absorption, density, and porosity) properties of concrete mixtures with partial cement replacement by biochar were evaluated.
Cement replacement ratios of 0%, 5%, and 10% were tested. Reportedly, the slump decreased as the biochar content increased owing to the water absorption and retention capabilities of the biochar. SEM analysis confirmed porous structure of biochar, which led to higher air content and water absorption rates as the cement replacement ratio grew, caused by the formation of voids in the concrete. The highest values of compressive strength and specific strength were observed at a 5% cement replacement ratio of biochar, demonstrating the potential of using biochar as a carbon sequestration material in construction.

참고자료

· 없음