폐플라스틱 열분해 공정에서 생성된 숯(char)은 현재 연구 초기 단계에 있으며, 활용 가능성이 부족하다는 이유로 종종 폐기된다. 본 연구는 자원 순환 및 탄소 저감의 관점에서 폐플라스틱 열분해 숯(Waste plastic pyrolysis char, WPPC)의 기초적 특성을 건축 재료로서 평가하였다. 또한 모르타르에서 잔골재를 WPPC로 대체하는 방식으로, WPPC의 건축 재료로서의 적용 가능성을 평가하였다. WPPC는 불규칙하고 비구조적인 다공성을 특징으로 하는 탄소계 이질 혼합물이며, 천연 잔골재와 유사한 입도 분포를 가진다. 높은 흡수율, 낮은 밀도, 화학적 이질성은 모르타르의 작업성, 공기 함량, 양생 시간에 영향을 미쳤다. 관찰된 기계적 성능의 저하는 WPPC가 일반적인 목적에서 잔골재를 대체할 수 없음을 시사한다. 그러나 팽창, 흡수, 차음과 같은 기능적 특성은 특정 용도의 건축 재료로서의 잠재력을 보여준다.

• 하이브리드 AAM 시스템에서 알칼리 활성화제로서 수산화리튬(LiOH) 평가 • Li⁺에서 K⁺로 알칼리 이온 크기가 증가할수록 작업성 향상 • 용해도가 낮은 리튬 규산염 형성으로 인해 LiOH가 응결을 지연 • 강도는 결합재 종류와 사용한 알칼리 활성화제의 특성에 따라 달라짐 • 이온 크기와 전하가 겔 구조 및 미세구조적 특징에 영향을 미침 일반 포틀랜드 시멘트에 대한 지속가능한 대체재에 대한 요구가 커지면서 알칼리 활성화 재료(alkali-activated materials, AAMs)에 대한 연구가 가속화되었으나, 그 성능은 활성화제 화학 조성에 매우 민감하며, 수산화리튬(LiOH)의 역할은 아직 충분히 이해되지 않았다. 본 연구는 다성분 AAM 모르타르에서 LiOH를 기존의 NaOH 및 KOH 활성화제와 체계적으로 비교하였다. 결합재로는 고로슬래그 미분말(GGBS), Class C 플라이애시(FA), 실리카 흄(SF)을 사용하였으며, 활성화제 종류와 결합재 조성의 영향이 플로우, 응결 시간, 압축 강도 및 건조 수축에 미치는지를 평가하였다. 반응 메커니즘과 겔 형성을 규명하기 위해 중성화 시(중량분석) Si 용출, X-선 회절(X-ray diffraction, XRD), ²⁹Si 매직-앵글 스패닝 핵자기공명(²⁹Si magic-angle spinning nuclear magnetic resonance, ²⁹Si MAS NMR), 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM), 수은 침투 기공도(meryt intrusion porosimetry, MIP) 등 보완적인 미세구조 분석을 수행하였다. 작업성은 이온 반경(Li < Na < K)에 따라 증가하는 반면, Li⁺ 주변의 광범위한 수화 껍질과 Li₂SiO₃ 침전 때문에 LiOH 활성화 시스템에서는 응결 시간이 크게 연장된다. 압축 강도는 결합재 화학에 의존하는데, NaOH는 GGBS가 풍부한 혼합물에서 가장 높은 강도를 제공하고, KOH는 GGBS만을 포함하는 시스템에서 가장 효과적이며, LiOH는 FA만 포함하는 결합재에서 가장 높은 강도를 나타낸다. 건조 수축은 Na 기반 모르타르에서 가장 낮고 Li 기반 모르타르에서 가장 높은데, 이는 잔존 미세기공과 덜 정제된 기공 구조 때문이다. 종합하면, LiOH는 FA 기반 AAM을 위한 유망한 특화 활성화제이지만, 구조용 적용에는 최적화 또는 NaOH나 KOH와의 블렌딩이 필요할 것이다. 본 연구 결과는 치수 안정성과 내구성이 중요한 건축 환경을 위한 AAM 설계를 뒷받침한다.

폐유리 모래(GS)를 콘크리트에 사용하는 것은 천연 모래 자원의 고갈과 환경 문제를 해결할 수 있는 잠재력이 있으나, GS의 물리적 특성으로 인해 콘크리트 성능이 저하되는 문제가 실용적 적용을 방해한다. GS 전처리를 통해 부정적 영향을 완화하는 방안이 고려되어 왔지만, 반응 메커니즘을 규명하고 최적 전처리 조건을 결정하는 일은 여전히 필수적이다. 따라서 본 연구는 GS를 위한 효과적인 전처리 방법을 개발하고 전처리 과정에서 발생하는 반응 메커니즘을 조사하고자 하였다. GS는 NaOH 용액, NaOH 및 CaO 용액의 조합, 그리고 1일 또는 3일 동안 NaOH 용액에서 침지한 뒤 CaO 용액으로 처리하는 방식으로 전처리하였다. 전처리된 GS(TGS)가 모르타르의 압축강도와 알칼리–실리카 반응(ASR) 팽창에 미치는 영향을 평가하였다. 또한, 전처리 조건의 최적화를 검증하기 위해 비용 산정과 탄소 배출량을 평가하였다. TGS에 존재하는 반응 생성물은 전처리 조건에 따라 서로 다른 화학적 비율을 나타내었고, 이로 인해 모르타르의 기계적 특성이 서로 다르게 영향을 받았다. 그중에서도 NaOH 용액에 1일 침지한 후 CaO 용액에 2일 침지하는 방식(N1C2)이 가장 효과적이었으며, 처리하지 않은 GS와 비교하여 압축강도를 약 34% 향상시키고 ASR 팽창을 약 55% 감소시켰다. 또한 전처리 기간이 짧기 때문에 N1C2 조건은 에너지 요구량과 탄소 배출량이 가장 낮았으며, 최적 전처리 조건으로서의 잠재력을 보여주었다.

본 연구에서는 폐유리 발포비드(WGB)를 잔골재로 치환한 경량골재 모르타르의 압축강도 특성을 평가하기 위해 WGB의 치환율에 따른 모르타르의 압축강도, 소성경도, pH, SEM 분석을 실시하였다. WGB를 잔골재로 치환한 모르타르의 압축강도는 Plain에 비해 저하하였으나, WGB의 혼입으로 장기재령에서의 압축강도 증가율에는 Plain에 비해 크게 기여하는 것으로 나타났다. WGB의 치환율이 증가할수록 재령이 경과함에 따른 pH 감소폭이 Plain에 비해 저감되었다. SEM 분석을 통해 장기재령에서 지속적인 수화 반응으로 미세구조가 강화된 것을 확인할 수 있었다. 또한, WGB에 흡수된 수분이 시멘트 페이스트의 공극을 증가시키고 ITZ의 밀도를 저감시켜 모르타르의 WGB 치환율에 관계없이 소성경도가 저하하였다. WGB의 혼입은 모르타르의 재령 28일 압축강도 향상에 기여하지 못했지만, 재령 90일 이후의 장기재령에서도 내부양생효과에 의한 지속적인 수화반응을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.