포틀랜드 석회석 시멘트의 강도 발현 메커니즘 기술 동향
Recent Trends in the Understanding of Strength Development Mechanisms in Portland Limestone Cement
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초록
본 논문은 포틀랜드 석회석 시멘트(Portland Limestone Cement, PLC)의 강도 발현 메커니즘을 물리적⋅화학적 관점에서 종합적으로 고찰하였다. PLC는 포틀랜드 시멘트 클링커의 일부를 미세하게 분쇄된 석회석으로 대체하여 제조함으로써, 이산화탄소 배출을 저감하면서도 기존 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland Cement, OPC)와 유사한 기계적 성능을 유지할 수 있는 지속 가능한 대안으로 주목받고있다. 연구 결과, PLC의 강도 발현은 충전재 효과(Filler effect), 핵 생성 효과(Nucleation effect), 그리고 카보알루미네이트(Carboaluminate) 형성과 같은 화학적 상전이 반응의 복합적 작용에 기인하는 것으로 나타났다. 최적 석회석 함량(약 10∼15%)과 적절한 분말도(Fineness)를 확보할 경우, 클링커 대체로 인한 반응성 클링커 감소 효과를 충분할 수 있었으며, 플라이애시(fly ash) 및 고로슬래그(slag)와 같은 혼화재(SCM)를병행할 경우 장기 강도 및 내구성이 향상되는 시너지 효과가 확인되었다. 또한 석회석의 분말도, 클링커 조성, 물-결합재비(W/B), 양생 조건 등을 종합적으로 고려한 성능 기반 배합 최적화(Performance-based optimization)가 OPC와 동등하거나 그 이상의 강도 성능을 확보하는 핵심 요인으로 분석되었다. 본 연구는 저탄소 시멘트의 성능 예측 및 설계 지침 수립에 대한 과학적 근거를 제시하며, ｢2050 탄소중립 로드맵｣ 등 국가적 탄소 감축 정책과 연계된 지속 가능한 시멘트 제조 및 구조물 적용의 방향성을 제안한다.
Abstract
This study investigates the strength development mechanism of Portland Limestone Cement (PLC) as a sustainable alternative to Ordinary Portland Cement (OPC). PLC replaces a portion of the clinker with finely ground limestone, reducing CO₂ emissions while maintaining comparable mechanical performance. Experimental and analytical findings show that the compressive strength of PLC is governed by the combined effects of physical and chemical mechanisms, including the filler effect, nucleation effect, and carboaluminate formation. The optimal limestone replacement ratio of 10– 15% and increased fineness effectively offset the dilution of clinker, while the incorporation of supplementary cementitious materials (SCMs) such as fly ash and slag further improves long-term strength and durability through synergistic reactions. Performance-based mix optimization considering limestone fineness, clinker composition, water-to-binder ratio, and curing conditions is essential to achieve equivalent or superior performance to OPC. The results provide a scientific framework for designing low-carbon, high-performance concrete and support the implementation of Korea’s 2050 Carbon Neutrality Roadmap by providing a scientific framework for mix design and standardization in the construction materials sector.