알칼리-실리카반응은 시멘트 내의 알칼리와 화학적으로 불안정한 반응성 골재와의 화학반응으로서, 그 결과 콘크리트의 팽창과 균열을 발생하는 작용이다 본 연구에서는 우수한 포조란반응 특성을 나타내는 새로운 광물혼화재로 부각되고 있는 메타카오린의 알칼리-실리카반응 억제 효과에 대하여 연구하였다. 다양한 치환율로 메타카오린을 혼합한 모르타르 공시체를 제작하여, 알칼리-실리카 반응성 시험(ASTM C 1260), 압축강도 시험 및 유동성 시험을 실시하고, 시멘트 수화물에서의 구성성분 변화에 대한 XRD 정량분석을 실시하였다. 그 결과, 메타카오린의 혼합은 시멘트 페이스트내의 가용 포트랜다이트의 함량을 급속히 감소시키는 빠른 포조란반응 및 수화반응 특성을 나타내어, 알칼리-실리카 반응에 의한 팽창을 억제하고 우수한 압축강도를 발현하는 것으로 나타났다. 시멘트에 메타카오린의 혼합에 의한 알칼리-실리카 반응에 의한 팽창억제는 치환율 15% 이상, 즉 시멘트 페이스 내의 가용 포트랜다이트 함량이 약 10% 이하가 될 경우 효과적이다. 메타카오린의 혼합에 의한 알칼리-실리카 반응에 의한 팽창 억제는 유해성이 높은 알칼리-칼슘-실리카 겔의 형성이 억제된 결과와 포조란 효과에 의한 치밀하고 균질한 시멘트 페이스트 형성으로 인한 알칼리 용액의 침투가 억제된 결과에 의한 것으로 생각된다. 15% 이상의 메타카오린의 혼합은 보통의 모르타르보다 높은 초기강도를 발현하였으며, 후기강도는 전 치환율 범위에서 보통의 모르타르 이상의 아주 우수한 강도를 나타내었다. 강도발현 특징은 메타카오린에 의한 빠른 포조란반응 및 수화특성을 반영하고 있다.
Alkali-silica reaction (ASR) is a chemical reaction between alkalies in cement and chemically unstable aggregates and causes expansion and cracking of concrete. In the Present study, we studied the effects of metakaolin, which is a newly introduced mineral admixture showing excellent pozzolainc reaction property, on the inhibition of ASR. We prepared mortar-bars of various replacement ratios of metakaolin and conducted alkali-silica reactivity test (ASTM C 1260), compressive strength test and flow test. We also carefully analyzed the mineralogical changes in hydrate cement paste by XRD qualitative analysis. The admixing of metakaolin caused quick pozzolanic reaction and hydration reaction that resulted in a rapid decrease in portlandite content of hydrated cement paste. The expansion by ASR was reduced effectively as metakaolin replaced cement greater than 15%. This resulted in that the amounts of available portlandite decreased to less than 10% in cement paste. It is considered that the inhibition of ASR expansion by admixing of metakaolin was resulted by the combined processes that the formation of deleterious alkali-calcium-silicate gel was inhibited and the penetration of alkali solution into concrete was retarded due to the formation of denser, more homogeneous cement paste caused by pozzolanic effect. Higher early strength (7 days) than normal concrete was developed when the replacement ratios of metakaolin were greater than 15%. And also, late strength (28 days) was far higher than normal concrete for the all the replacement ratios of metakaolin. The development patterns of mechanical strength for metakaolin admixed concretes reflect the rapid pozzolanic reaction and hydration properties of metakaolin.
