최근 1980년대를 전후로 급속한 성장기에 개발되어진 콘크리트 구조물들에 경년열화 현상인 균열(clack), 화학적 내구성 저하, 더 나아가 구조내력저하 등 성능저하현상이 빈번하게 발생하여 사회적으로 심각한 문제로 대두되어지고 있는 실정이다. 특히, 해수, 지하수 또는 토양 속에 위치한 콘크리트 구조물과 산성하천 지역, 화학공장 또는 오․폐수처리시설 및 하수도 등에 건설되는 콘크리트 구조물은 화학적으로 유해한 환경에 노출되어 있어, 산 및 황산염에 의한 화학적 침식을 받을 경우 구조물의 내구성능이 크게 저하되므로 이에 대한 대책이 요구되고 있다. 특히 ...
최근 1980년대를 전후로 급속한 성장기에 개발되어진 콘크리트 구조물들에 경년열화 현상인 균열(clack), 화학적 내구성 저하, 더 나아가 구조내력저하 등 성능저하현상이 빈번하게 발생하여 사회적으로 심각한 문제로 대두되어지고 있는 실정이다. 특히, 해수, 지하수 또는 토양 속에 위치한 콘크리트 구조물과 산성하천 지역, 화학공장 또는 오․폐수처리시설 및 하수도 등에 건설되는 콘크리트 구조물은 화학적으로 유해한 환경에 노출되어 있어, 산 및 황산염에 의한 화학적 침식을 받을 경우 구조물의 내구성능이 크게 저하되므로 이에 대한 대책이 요구되고 있다. 특히 하수관거는 주변의 지질, 지하공사, 집중호우 등 다양한 요인의 영향이 있기 때문에 경향성을 찾기 힘드나 학계에서는 유기물이 다량 함유된 하수에서 발생하는 황산염에 의한 콘크리트 하수관거 열화가 주된 원인으로 파악하고 있다. 황산에 의한 콘크리트 하수관거의 열화는 1차적으로 황산 및 기타 열화인자가 표면 또는 공극을 통한 확산 및 침투에 의해 발생한다. 열화속도 및 정도는 대부분 콘크리트의 수밀 성, 흡수성, 침투성 등에 의해 좌우되며, 표면 확산 정도 의해 진행 경로가 결정된다. 2차적인 피해는 미세 균열(clack)에 의해 발생하는데 열화인자(이산화탄소(CO2), 염화물 및 황산염, 수분)의 직접적인 침투가 원인이 된다. 열화인자들은 콘크리트 내부로 공급되어, 철근의 부식을 유발하고, 중성화 및 복합열화를 가속시키며, 특히 수분 침투에 의해 콘크리트의 열화는 가속화된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 콘크리트 내부를 치밀하게 조직하고, 황산염 저항성을 갖는 재료를 사용할 필요가 있다. 한편, 산업부산물 중 폐유리는 사회 전반에 걸쳐서 발생하고 있고, 심각한 폐기물로 많은 양이 매립에 의존하고 있는 실정이다. 현재 폐유리는 1년에 78만 톤 정도가 발생하여 그중에서 70% 정도가 병, 타일, 블록, 섬유 등에 재활용되고 있으며, 나머지 30%는 매립에 의존하고 있어서 자원화 시킬 필요성이 있다. 폐유리 미분말의 주요 성분은 SiO2 60% Al2O3 10%, CaO 5% 이상이 포함되어 있어서 포졸란 반응 혼화 재로 콘크리트 결합재의 사용에 있어 가능성을 가지고 있으며, 이에 따라 폐유리를 골재와 결합재 사용으로 연구가 활발히 진행 중이나, 아직 실적은 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 황산염 및 화학저항성능을 향상시키기 위해 메타카올린과 산업부산물인 폐유리 미분말을 결합재로 사용한 내 황산염 콘크리트에 대해 성능 평가하고 내 황산염 제품을 개발하고자 한다.
폐유리 미분말과 메타카올린을 사용한 내 황산염 콘크리트 개발에 관한 연구의 결과는 다음과 같다.
1) 폐유리 미분말과 실리카를 혼입한 콘크리트 활용으로 내화학성 하수관 개발에서 강도 측면에서 재령 28일 강도가 59MPa가 측정되어 목표 강도인 40MPa보다 약 30%이상 우수한 강도가 나타났으며, 고분말도의 폐유리 미분말과 메타카올린의 충전 효과에 의한 것으로 판단된다.
2) 폐유리 미분말과 실리카를 혼입한 콘크리트 활용으로 내화학성 하수관 개발에서 염화물 이온 침투 저항성에서 ASTM C 1202 기준 표와 비교하였을 때, 보통보다 낮은 수치가 측정되었으며, 염화물 침투 깊이는 10㎜ 이하가 측정되어 염화물 이온 침투 저항성이 우수한 것을 확인하였다.
3) 폐유리 미분말과 실리카를 혼입한 콘크리트 활용으로 내화학성 하수관 개발에서 황산염 침지 저항성에서 질량 감소율이 -3% 이하로 우수하며, 황산염 침지 후 압축강도 또한 50MPa 이상으로 황산염 저항성이 우수한 것을 확인 하였다. 마지막으로, 산업부산물 폐유리 미분말을 결합재로 사용하여 경제적이며 실리카 흄보다 저렴한 메타카올린을 사용하여 고내구성 및 고내화학성을 확보할 수 있다. 또한, 특수 목적으로 개발된 제품으로 기존 제품과의 차별성을 확보할 수 있다.
종합적으로 산업부산물인 폐유리 미분말과 고분말도의 메타카올린을 활용하여 고내구성 및 고내화학성을 가진 내 황산염 콘크리트 최적배합설계를 하여 특수 목적으로 사용할 수 있으며, 친환경적이고 고부가치화에 기여할 수 있는 콘크리트 2차 제품 제작이 가능할 것으로 평가된다.
최근 1980년대를 전후로 급속한 성장기에 개발되어진 콘크리트 구조물들에 경년열화 현상인 균열(clack), 화학적 내구성 저하, 더 나아가 구조내력저하 등 성능저하현상이 빈번하게 발생하여 사회적으로 심각한 문제로 대두되어지고 있는 실정이다. 특히, 해수, 지하수 또는 토양 속에 위치한 콘크리트 구조물과 산성하천 지역, 화학공장 또는 오․폐수처리시설 및 하수도 등에 건설되는 콘크리트 구조물은 화학적으로 유해한 환경에 노출되어 있어, 산 및 황산염에 의한 화학적 침식을 받을 경우 구조물의 내구성능이 크게 저하되므로 이에 대한 대책이 요구되고 있다. 특히 하수관거는 주변의 지질, 지하공사, 집중호우 등 다양한 요인의 영향이 있기 때문에 경향성을 찾기 힘드나 학계에서는 유기물이 다량 함유된 하수에서 발생하는 황산염에 의한 콘크리트 하수관거 열화가 주된 원인으로 파악하고 있다. 황산에 의한 콘크리트 하수관거의 열화는 1차적으로 황산 및 기타 열화인자가 표면 또는 공극을 통한 확산 및 침투에 의해 발생한다. 열화속도 및 정도는 대부분 콘크리트의 수밀 성, 흡수성, 침투성 등에 의해 좌우되며, 표면 확산 정도 의해 진행 경로가 결정된다. 2차적인 피해는 미세 균열(clack)에 의해 발생하는데 열화인자(이산화탄소(CO2), 염화물 및 황산염, 수분)의 직접적인 침투가 원인이 된다. 열화인자들은 콘크리트 내부로 공급되어, 철근의 부식을 유발하고, 중성화 및 복합열화를 가속시키며, 특히 수분 침투에 의해 콘크리트의 열화는 가속화된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 콘크리트 내부를 치밀하게 조직하고, 황산염 저항성을 갖는 재료를 사용할 필요가 있다. 한편, 산업부산물 중 폐유리는 사회 전반에 걸쳐서 발생하고 있고, 심각한 폐기물로 많은 양이 매립에 의존하고 있는 실정이다. 현재 폐유리는 1년에 78만 톤 정도가 발생하여 그중에서 70% 정도가 병, 타일, 블록, 섬유 등에 재활용되고 있으며, 나머지 30%는 매립에 의존하고 있어서 자원화 시킬 필요성이 있다. 폐유리 미분말의 주요 성분은 SiO2 60% Al2O3 10%, CaO 5% 이상이 포함되어 있어서 포졸란 반응 혼화 재로 콘크리트 결합재의 사용에 있어 가능성을 가지고 있으며, 이에 따라 폐유리를 골재와 결합재 사용으로 연구가 활발히 진행 중이나, 아직 실적은 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 황산염 및 화학저항성능을 향상시키기 위해 메타카올린과 산업부산물인 폐유리 미분말을 결합재로 사용한 내 황산염 콘크리트에 대해 성능 평가하고 내 황산염 제품을 개발하고자 한다.
폐유리 미분말과 메타카올린을 사용한 내 황산염 콘크리트 개발에 관한 연구의 결과는 다음과 같다.
1) 폐유리 미분말과 실리카를 혼입한 콘크리트 활용으로 내화학성 하수관 개발에서 강도 측면에서 재령 28일 강도가 59MPa가 측정되어 목표 강도인 40MPa보다 약 30%이상 우수한 강도가 나타났으며, 고분말도의 폐유리 미분말과 메타카올린의 충전 효과에 의한 것으로 판단된다.
2) 폐유리 미분말과 실리카를 혼입한 콘크리트 활용으로 내화학성 하수관 개발에서 염화물 이온 침투 저항성에서 ASTM C 1202 기준 표와 비교하였을 때, 보통보다 낮은 수치가 측정되었으며, 염화물 침투 깊이는 10㎜ 이하가 측정되어 염화물 이온 침투 저항성이 우수한 것을 확인하였다.
3) 폐유리 미분말과 실리카를 혼입한 콘크리트 활용으로 내화학성 하수관 개발에서 황산염 침지 저항성에서 질량 감소율이 -3% 이하로 우수하며, 황산염 침지 후 압축강도 또한 50MPa 이상으로 황산염 저항성이 우수한 것을 확인 하였다. 마지막으로, 산업부산물 폐유리 미분말을 결합재로 사용하여 경제적이며 실리카 흄보다 저렴한 메타카올린을 사용하여 고내구성 및 고내화학성을 확보할 수 있다. 또한, 특수 목적으로 개발된 제품으로 기존 제품과의 차별성을 확보할 수 있다.
종합적으로 산업부산물인 폐유리 미분말과 고분말도의 메타카올린을 활용하여 고내구성 및 고내화학성을 가진 내 황산염 콘크리트 최적배합설계를 하여 특수 목적으로 사용할 수 있으며, 친환경적이고 고부가치화에 기여할 수 있는 콘크리트 2차 제품 제작이 가능할 것으로 평가된다.
The performance deterioration of concrete structures produced in the rapid growth period of the 1980s has recently been recognized as a pressing issue due to their aging-related deterioration including cracks and reduced chemical durability and load carrying capacity. When concrete structures are lo...
The performance deterioration of concrete structures produced in the rapid growth period of the 1980s has recently been recognized as a pressing issue due to their aging-related deterioration including cracks and reduced chemical durability and load carrying capacity. When concrete structures are located in seawater, ground water, and soil, or constructed in acidic river basins, chemical plants, wastewater treatment facilities, and sewer systems, they are exposed to chemically challenging environments. Chemical attack by acid and sulfate can significantly deteriorate the durability performance of concrete structures, which require countermeasures to maintain structural integrity.
Although it is difficult to monitor the degradation of sewer pipes due to the surrounding geology, underground construction, and heavy rainfall, sulfate generated in sewage containing a large amount of organic matter has been identified as the main cause of sewer pipe deterioration. The deterioration of concrete sewer pipes by sulfuric acid occuRS(River Sand) primarily from diffusion and penetration of the sulfuric acid through the concrete surface or pores. The rate and extent of deterioration depend mostly on the watertightness, absorptive capacity, and permeability of the concrete material, and the propagation path is determined by the extent of surface diffusion. Secondary damage can also occur due to microcracks caused by the direct penetration of deterioration factoRS(River Sand) such as CO2, chloride, sulfate, and moisture. The deterioration factoRS(River Sand) diffuse to the interior of the concrete causing corrosion of the reinforcing baRS(River Sand), accelerating the deterioration of the concrete, particularly by moisture penetration. To resolve these problems, it is necessary to form dense interioRS(River Sand) in the concrete and to use sulfate-resistant materials.
Waste glass is a common industrial byproduct which is largely disposed of in landfills. Currently, approximately 780,000 tons of waste glass are generated annually, 70% of which is recycled into bottles, tiles, blocks, and fibeRS(River Sand). The remaining 30% is sent to landfills, which takes up space and is unnecessary and wasteful. The waste glass powder is composed of approximately 60% SiO2, 10% Al2O3, and 5% CaO, making it potentially useful as a concrete binder in a pozzolanic reaction admixture. Accordingly, studies have been conducted on the use of waste glass as an aggregate and binder, but thus far have shown poor results. Therefore, this study aimed to evaluate the performance of sodium sulfate resistant concrete incorporating metakaolin and waste glass powder as a binder to improve sulfate and chemical resistance performance, and to develop a sodium sulfate resistant product.
Below is a summary of the results of the development of sulfate resistant concrete product using waste glass powder and metakaolin.
1) For the chemically resistant sewer pipe prepared using concrete mixed with waste glass powder and silica, the compressive strength at 28 days was 59MPa, 30% higher than the target strength of 40MPa. This improvement can be explained by the filling effect of the fine waste glass powder and addition of metakaolin.
2) With respect to the chemical resistance of the prepared sewer pipe, the chloride ion penetration was below average compared to that in the ASTM C 1202 standard. The chloride penetration depth was 10 mm or less, indicating excellent chloride ion penetration resistance.
3) In addition, the mass reduction rate was -3% or less upon immeRS(River Sand)ion in sulfate solution, which is regarded as excellent. The sulfate resistance was superior to typical concrete as evidenced by compressive strength after the sulfate immeRS(River Sand)ion of 50MPa or higher.
Finally, it is cost-efficient to use the industrial by-product waste glass powder as a binder, and metakaolin, which is cheaper than silica fume, to ensure high durability and chemical resistance. Furthermore, this product was developed for a special purpose and can be differentiated from existing concrete products by its superior properties.
Overall, the optimal design of sulfate resistant concrete with high durability and high chemical resistance can be produced using waste glass powder and metakaolin with a high degree of fineness. The sulfate resistant concrete is eco-friendly and promising for the fabrication of chemically-resistant concrete product.
The performance deterioration of concrete structures produced in the rapid growth period of the 1980s has recently been recognized as a pressing issue due to their aging-related deterioration including cracks and reduced chemical durability and load carrying capacity. When concrete structures are located in seawater, ground water, and soil, or constructed in acidic river basins, chemical plants, wastewater treatment facilities, and sewer systems, they are exposed to chemically challenging environments. Chemical attack by acid and sulfate can significantly deteriorate the durability performance of concrete structures, which require countermeasures to maintain structural integrity.
Although it is difficult to monitor the degradation of sewer pipes due to the surrounding geology, underground construction, and heavy rainfall, sulfate generated in sewage containing a large amount of organic matter has been identified as the main cause of sewer pipe deterioration. The deterioration of concrete sewer pipes by sulfuric acid occuRS(River Sand) primarily from diffusion and penetration of the sulfuric acid through the concrete surface or pores. The rate and extent of deterioration depend mostly on the watertightness, absorptive capacity, and permeability of the concrete material, and the propagation path is determined by the extent of surface diffusion. Secondary damage can also occur due to microcracks caused by the direct penetration of deterioration factoRS(River Sand) such as CO2, chloride, sulfate, and moisture. The deterioration factoRS(River Sand) diffuse to the interior of the concrete causing corrosion of the reinforcing baRS(River Sand), accelerating the deterioration of the concrete, particularly by moisture penetration. To resolve these problems, it is necessary to form dense interioRS(River Sand) in the concrete and to use sulfate-resistant materials.
Waste glass is a common industrial byproduct which is largely disposed of in landfills. Currently, approximately 780,000 tons of waste glass are generated annually, 70% of which is recycled into bottles, tiles, blocks, and fibeRS(River Sand). The remaining 30% is sent to landfills, which takes up space and is unnecessary and wasteful. The waste glass powder is composed of approximately 60% SiO2, 10% Al2O3, and 5% CaO, making it potentially useful as a concrete binder in a pozzolanic reaction admixture. Accordingly, studies have been conducted on the use of waste glass as an aggregate and binder, but thus far have shown poor results. Therefore, this study aimed to evaluate the performance of sodium sulfate resistant concrete incorporating metakaolin and waste glass powder as a binder to improve sulfate and chemical resistance performance, and to develop a sodium sulfate resistant product.
Below is a summary of the results of the development of sulfate resistant concrete product using waste glass powder and metakaolin.
1) For the chemically resistant sewer pipe prepared using concrete mixed with waste glass powder and silica, the compressive strength at 28 days was 59MPa, 30% higher than the target strength of 40MPa. This improvement can be explained by the filling effect of the fine waste glass powder and addition of metakaolin.
2) With respect to the chemical resistance of the prepared sewer pipe, the chloride ion penetration was below average compared to that in the ASTM C 1202 standard. The chloride penetration depth was 10 mm or less, indicating excellent chloride ion penetration resistance.
3) In addition, the mass reduction rate was -3% or less upon immeRS(River Sand)ion in sulfate solution, which is regarded as excellent. The sulfate resistance was superior to typical concrete as evidenced by compressive strength after the sulfate immeRS(River Sand)ion of 50MPa or higher.
Finally, it is cost-efficient to use the industrial by-product waste glass powder as a binder, and metakaolin, which is cheaper than silica fume, to ensure high durability and chemical resistance. Furthermore, this product was developed for a special purpose and can be differentiated from existing concrete products by its superior properties.
Overall, the optimal design of sulfate resistant concrete with high durability and high chemical resistance can be produced using waste glass powder and metakaolin with a high degree of fineness. The sulfate resistant concrete is eco-friendly and promising for the fabrication of chemically-resistant concrete product.
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