유압 콘크리트는 세계에서 가장 많이 사용되는 건설재료 중 하나이다. 포틀란트 시멘트가 그 주요 구성품이지만, 제조 과정에서 많은 에너지가 필요하고 이산화탄소와 같은 온실가스가 엄청난 양으로 방출된다.

그 대안으로서, 멕시코 국립 폴리테크닉연구소(IPN, Mexican National Polytechnic Institute)는 콘크리트 내의 시멘트량을 줄이고 그 대체물로 비산회(flying ash), 농업용 폐기물 그리고 사탕수수 폐기물의 재와 같은 산업계 부산물을 사용할 것을 제안하고 있다.

이 연구는 멕시코 남부에 있는 오악사카의 통합지역개발 복합연구센터(CIIDIR, Interdisciplinary Research Center for Integral Regional Development)에서 시행되고 있다. 이 연구를 페드로 몬테 가르시아(Pedro Montes Garca)씨가 지도하고 있으며, 그는 멕시코가 세계 5번째 사탕수수 생산지라고 설명한다. 사탕수수에서 주스를 추출하는 동안, 사탕수수의 30%가 이러한 목적으로 사용될 수 있는 폐기물로 변환할 수 있다.

연구원에 의하면, 통합지역개발 복합연구센터(CIIDIR)에서 수행한 이전의 연구작업은 부분적으로 시멘트 내의 폐기물을 대체했다. "폐기물 재의 화학적 조성에서, 우리는 산화알루미늄과 산화철을 함유한 실리콘 산화물을 찾을 수 있으며, 이것은 시멘트 수화 시에 수산화칼슘과 반응하여 콘크리트의 기계적인 특성과 내구성을 향상시킬 수 있는 물질을 생산하는 것이 가능하다"고 연구원은 말했다.

연구를 위해, 실험적 프로그램이 3단계로 구분되었다. 첫 번째 단계는 구성요소의 특성화와 그것들이 물질과 어떻게 반응하는지로 구성되어 있다. 연구원들은 사탕수수 폐기물 재의 형태, 크기 그리고 광물적 조성이 콘크리트 혼합물 내에서 프로세싱하기가 어렵지만, 이것은 초가소성 재료(superplasticizer)를 사용하면 해결할 수 있다는 사실을 발견했다.

두 번째 단계에서, 물질의 미세구조 특성을 평가한 이후에 연구진은 사탕수수 폐기물 재의 사용에는 해로운 효과가 없음을 발견했다.

몬테 가르시아(Montes Garca)씨의 설명에 의하면, 세 번째 단계는 콘크리트 내구성 특징을 평가하기 위한 실험실 및 현장시험으로 구성된다. 염화물 확산 및 전기저항성 결과는 사탕수수 폐기물 재로 만들어진 콘크리트가 다른 보완적인 물질로 만들어진 것보다 훨씬 더 내구성이 높음을 보여주고 있다.

"이 결과를 검증하기 위해서, 강화 콘크리트 내에서의 추가 시험이 필요하다. 이것이 우리가 통합지역개발 복합연구센터(CIIDIR)에서 전자화학적 저항 시험을 사용하여 시뮬레이션된 해양 환경에 샘플을 물에 잠수시켜 시험을 수행한 이유이다.

 

모니터링 분야에서 중요한 발전이 있었는데, 이 작업은 1,700일 이전부터 시작되었고 곧 그 결과를 확인하게 될 것"이라고 멕시코 국립 폴리테크닉연구소(IPN) 전문가는 말했다.

부분적으로 포틀란트 시멘트를 대체하기 위해 실험실 내의 물질이 적용되었다. 시장에 이 기술을 출시하려면, 추가 연구를 통해 그 특성이 현재의 규범성 필요조건을 특히, 내구성에 관한 사항을 만족한다는 것을 보증해야 한다.

현재까지, 통합지역개발 복합연구센터(CIIDIR)에서의 연구는 사탕수수 폐기물 재에 의해 15% 이하의 시멘트 대체가 가능함을 보여주는데, 그것은 연소시스템(burning system)을 적절하게 관리하지 못하기 때문이다. 그러므로 최종적인 재는 백탄화된 물질 함유량이 많아서, 콘크리트의 최종 특성에 부정적인 영향을 끼친다.

사탕수수 폐기물에는 몇 가지 종류가 있는데, 그 하나는 화합물 제조의 기반이 된다. [iIt]는 미래의 화합물 재료라고 불리기도 한다. 몬테 가르시아(Montes Garc?a)씨는 통합지역개발 복합연구센터(CIIDIR)에서의 다른 성공적인 연구작업으로는 콤팩트한 흑벽돌의 안정화가 있는데, 이것은 재의 첨가를 통해 벽돌의 저항성과 내구성을 상당히 향상시킨 것이라고 밝혔다.

그는 사탕수수 폐기물 재는 건설과정에 사용되는 몇 가지 재료를 제조하는 큰 옵션으로 보인다고 결론을 내렸다. 그것이 추가적인 연구가 필요한 이유이며, 그 연구는 포틀랜드 시멘트를 부분적 또는 완전히 대체하는 것으로 사용 가능한지에 대한 상세한 설명에 초점을 맞추게 될 것이다.

"이것에 초점을 맞추고 스페인 국립폴리테크닉 연구센터(CINVESTAV)의 이반 에스칼란테(Iv?n Escalante)씨와의 협력을 통해, 우리는 사탕수수 폐기물 재만을 함유하는 알칼리 활성 시멘트에 관한 연구에 새로운 장을 열게 되었다"고 그는 말했다.

 

 

 

Hydraulic concrete is one of the most-used construction materials around the world. Portland cement is its principal component, but during its production a lot of energy is needed, and big volumes of greenhouse gases like CO₂ are released.

 

As an alternative, the Mexican National Polytechnic Institute (IPN) proposes the reduction of the amount of cement in the concrete and its replacement with industrial byproducts such as flying ash, agricultural waste and ash from sugar cane waste.

 

This research is being performed at the Interdisciplinary Research Center for Integral Regional Development (CIIDIR), at Oaxaca, in the south of Mexico.

 

The research is lead by Pedro Montes García, who explains that Mexico is fifth in sugar cane production worldwide. During the extraction of the juice from sugar cane, 30% of the cane is transformed in waste that could be used for this purpose.

 

According to the researcher, previous work performed at the CIIDIR partially substituted the waste in the cement. "In the chemical composition of the waste's ash, we find silicon oxide with contents of alumina and iron oxide, which can react with calcium hydroxide in the hydration of the cement and produce materials that improve the mechanical and durability properties of the concrete".

 

For the study, the experimental program was divided in three stages. The first one consisted in the characterization of the ingredients and how they could work with the material; researchers found that the morphology, size and mineral composition of the cane waste ash are hard to process in the concrete mixtures, although this can be solved by adding a superplasticizer.

 

In the second stage, after the evaluation of the microstructural properties of the material, researchers found that the use of cane waste ash has no detrimental effects.

 

The third stage, explained by Montes García, consists of lab and field tests to evaluate the durability properties of concrete. The results of chloride diffusion and electric resistivity suggest that the concrete made with cane waste ash can be much more durable than that made with other complementary materials.

 

"Additional tests in reinforced concrete are required to corroborate these results, which is why we performed the test at the CIIDIR-Oaxaca, in samples submerged in a simulated marine environment using electrochemical resistance tests.

 

There's been an important advance in the monitoring, which started over 1,700 days ago and we'll soon have the results," says the IPN specialist.