산업현장에서 발생되는 다양한 종류의 폐기물을 이용하여 에코골재를 제조하였다. 에코골재는 폐기물을 분쇄하고 조립성형 후, 로타리 킬른에서 $1125^{\circ}C$/15 min의 조건으로 소성하여 제조되었다. 본 연구진에 의해 제조된 에코골재 K73(Coal bottom ash 70 wt%: Dredged soil 30 wt%)과 K631(Clay 60 wt%: Stone sludge 30 wt%: Spent bleaching clay 10 wt%)을 이용하여 경량 콘크리트 흡음재를 제조하였으며, 비교를 위해 독일에서 수입된 DL(독일산 'L'사 인공경량골재)을 이용한 흡음재 역시 같은 조건으로 제조하였다. 골재의 종류, 물-시멘트비(W/C=20, 25, 30%) 그리고 설계 공극률(20, 25, 30%)의 변화에 따른 흡음특성변화를 관찰하였다. 실험결과, 경량 콘크리트 흡음재의 실제 공극률은 설계 공극률보다 $5{\sim}10%$ 정도 높게 나타났다. 임피던스관을 이용한 흡음재의 흡음계수 측정 결과, K631골재를 이용한 경량 콘크리트 흡음재(W/C=20%, V=25%)가 1000, 3150 Hz에서 각각 0.88의 흡음계수를 나타내었다.
산업현장에서 발생되는 다양한 종류의 폐기물을 이용하여 에코골재를 제조하였다. 에코골재는 폐기물을 분쇄하고 조립성형 후, 로타리 킬른에서 $1125^{\circ}C$/15 min의 조건으로 소성하여 제조되었다. 본 연구진에 의해 제조된 에코골재 K73(Coal bottom ash 70 wt%: Dredged soil 30 wt%)과 K631(Clay 60 wt%: Stone sludge 30 wt%: Spent bleaching clay 10 wt%)을 이용하여 경량 콘크리트 흡음재를 제조하였으며, 비교를 위해 독일에서 수입된 DL(독일산 'L'사 인공경량골재)을 이용한 흡음재 역시 같은 조건으로 제조하였다. 골재의 종류, 물-시멘트비(W/C=20, 25, 30%) 그리고 설계 공극률(20, 25, 30%)의 변화에 따른 흡음특성변화를 관찰하였다. 실험결과, 경량 콘크리트 흡음재의 실제 공극률은 설계 공극률보다 $5{\sim}10%$ 정도 높게 나타났다. 임피던스관을 이용한 흡음재의 흡음계수 측정 결과, K631골재를 이용한 경량 콘크리트 흡음재(W/C=20%, V=25%)가 1000, 3150 Hz에서 각각 0.88의 흡음계수를 나타내었다.
Ecological lightweight aggregates were made by using the wastes come from various industrial fields. Wastes were crushed and pulverized by mills and a certain portions of wastes were mixed and formed by pelletizer like small beads. The formed lightweight aggregates were finally sintered with $1...
Ecological lightweight aggregates were made by using the wastes come from various industrial fields. Wastes were crushed and pulverized by mills and a certain portions of wastes were mixed and formed by pelletizer like small beads. The formed lightweight aggregates were finally sintered with $1125^{\circ}C$/15 min conditions by using rotary kiln. Lightweight concrete sound absorbers were made of ecological lightweight aggregates K73 (Coal bottom ash 70 wt%: Dredged soil 30 wt%) and K631 (Clay 60 wt%: Stone sludge 30 wt%: Spent bleaching clay 10 wt%). For the reference, lightweight concrete sound absorbers made of DL (German made 'L' company LWA) were also made under the same conditions. Sound absorption characteristics were observed and measured according to the kinds of aggregates, water/cement ratio (W/C=20, 25, and 30%), and designed pore rates (V=20, 25, and 30%). The pore rates of the lightweight concrete sound absorber were turned out to be 5 to 10% higher than designed ones. Absorption coefficient of the lightweight concrete sound absorber by using K631 aggregates with W/C=20% and V=25% conditions was 0.88 at 1000 and 3150 Hz from the measurement by the impedance tube.
Ecological lightweight aggregates were made by using the wastes come from various industrial fields. Wastes were crushed and pulverized by mills and a certain portions of wastes were mixed and formed by pelletizer like small beads. The formed lightweight aggregates were finally sintered with $1125^{\circ}C$/15 min conditions by using rotary kiln. Lightweight concrete sound absorbers were made of ecological lightweight aggregates K73 (Coal bottom ash 70 wt%: Dredged soil 30 wt%) and K631 (Clay 60 wt%: Stone sludge 30 wt%: Spent bleaching clay 10 wt%). For the reference, lightweight concrete sound absorbers made of DL (German made 'L' company LWA) were also made under the same conditions. Sound absorption characteristics were observed and measured according to the kinds of aggregates, water/cement ratio (W/C=20, 25, and 30%), and designed pore rates (V=20, 25, and 30%). The pore rates of the lightweight concrete sound absorber were turned out to be 5 to 10% higher than designed ones. Absorption coefficient of the lightweight concrete sound absorber by using K631 aggregates with W/C=20% and V=25% conditions was 0.88 at 1000 and 3150 Hz from the measurement by the impedance tube.
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문제 정의
제조하였다. 골재종류와 배합비 변화에 따른 콘크리트 흡음재의 공극률을 측정하고, 주파수 변화에 따른 흡음 특성을 관찰하여 새로운 형태의 경량 방음벽의 적용 가능성에 대하여 조사하였다.
제안 방법
각 원료의 화학조성은 XRF(ZSX-100e, Rigaku, Japan) 를 이용하여 분석하였다. 인공경량골재의 비중/흡수율 즉정은 KS F 2504 '잔골재의 밀도 및 흡수율 시험 방법, 을 사용하였고, 단위용적중량 측정은 KS F 2505 '골재의 단위용적질량 및 실적률 실험방법'을 사용하였다.
본 연구의 흡음재는 1000 Hz 부근에서 좁은 대역에서만 우수한 흡음 특성을 나타내고 있어, 골재의 입도, 콘크리트의 배합비, 골재 및 콘크리트의 기공분포 등의 변수를 변화시켜 넓은 범위에서 흡음특성이 향상되는 흡음재의 추가 연구가 필요할 것으로 예상된다[9]. 또한 KS시험법에 의한 대규모 흡음 계수 측정도 병행하여 임피던스관 시험법과의 차이점을 분석하고 임피던스관 시험법에 의한 시편 스크리닝 (screening) 방법을 규명해야 한다.
Table 4는 각 골재를 이용한 경량 콘크리트 흡음재의 제작을 위한 실험 변수를 나타낸 표이다. 본 실험에서는 경량 콘크리트 흡음재의 흡음특성을 관찰하기 위하여 일반 콘크리트보다 높은 설계 공극률(20, 25, 30 %)로 배합설계를 시행하였으며, 설계 공극률 증가로 인한 콘크리트 흡음재의 압축강도 특성 저하를 막기 위하여 물■시멘트비는 20〜30 %로 낮게 적용하였다. 다공성 콘크리트의 강도는 공극률 및 골재를 접착하기 위한 바인더에 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 일반적으로 바인더의 강도를 향상시키기 위하여 물-시멘트비를 낮게 하는 것이 좋다.
본 연구에서는 폐기물을 이용하여 에코골재를 제조하고, 제조된 에코골재를 이용하여 경량 콘크리트 흡음재를 제조하였다. 골재종류와 배합비 변화에 따른 콘크리트 흡음재의 공극률을 측정하고, 주파수 변화에 따른 흡음 특성을 관찰하여 새로운 형태의 경량 방음벽의 적용 가능성에 대하여 조사하였다.
에코골재는 각 원료를 Pin mill을 이용하여 100卩m 이하로 분쇄하여 사용하였으며, 건식 혼합 후 조립기 (Pelletizer)를 이용하여 지름 l〜5mm 크기의 구형 세골재를 성형 후 열풍건조기에서 110°C/48hr 조건으로 건조 하여, 로타리 킬른(Rotary kiln)에서 1125°C의 온도로 15 min 소성하였다. 준비된 3종류의 골재를 이용하여 물 시멘트 비(W/C = 20, 25, 30%) 변화와 설계 공극률 (20, 25, 30%) 변화에 따른 경량 콘크리트 흡음재를 제작하고 공극률과 흡음특성을 분석하였다.
1에 측정 장치를 나타내었다[6]. 임피던스(B&K, Denmark) 측정을 위하여 지름 99.6 mm와 28.7 mm 크기의 원형펠렛 시험편을 제조하였으며, 50 Hz시.6 kHz와 500 Hz~6.4 kHz 범위의 주파수대역에서 흡음 특성을 관찰하였다.
15 min 소성하였다. 준비된 3종류의 골재를 이용하여 물 시멘트 비(W/C = 20, 25, 30%) 변화와 설계 공극률 (20, 25, 30%) 변화에 따른 경량 콘크리트 흡음재를 제작하고 공극률과 흡음특성을 분석하였다. 인공경량골재 원료 배합비는 Table 1에 나타내었다.
대상 데이터
단위용적중량이 1 ton/m3 이하인 에코골재를 이용하여 경량 콘크리트 흡음재를 제조하였다. 경량 콘크리트 흡음재는 설계 공극률보다 5~12 % 정도 높은 수준의 전체공극률을 형성하였으며, K73 에코골재와 K631 에코 골재를 이용하여 제조된 흡음재의 연속공극률은 전체공극률의 약 48〜65%와 55〜68%를 나타내었다.
본 실험에 사용된 인공골재는 독일 丄, 사의 상업용 인공경량골재와 본 연구팀이 제조한K73(석탄바닥재 : 준설토의 무게비 =70:30), K631(적점토 : 석분오니 : 폐백 토의 무게비 = 60 : 30 : 10)의 에코골재가 사용되었다.
콘크리트 흡음재의 배합비이다. 혼화재의 치환율은 시멘트량의 0.1 %로 골재는 l〜5mm 크기의 세골재를 사용하였다.
이론/모형
인공경량골재의 비중/흡수율 즉정은 KS F 2504 '잔골재의 밀도 및 흡수율 시험 방법, 을 사용하였고, 단위용적중량 측정은 KS F 2505 '골재의 단위용적질량 및 실적률 실험방법'을 사용하였다. 경량 콘크리트 흡음재의 공큭률 측정은 일본 콘크리트학회에 코 콘크리트 연구위원회의 , 포러 스 콘크리트의 공극률시험 방법'을 이용하였으며, 이 방법에 의한 공극률 산출은 다음과 같다.
이용하여 분석하였다. 인공경량골재의 비중/흡수율 즉정은 KS F 2504 '잔골재의 밀도 및 흡수율 시험 방법, 을 사용하였고, 단위용적중량 측정은 KS F 2505 '골재의 단위용적질량 및 실적률 실험방법'을 사용하였다. 경량 콘크리트 흡음재의 공큭률 측정은 일본 콘크리트학회에 코 콘크리트 연구위원회의 , 포러 스 콘크리트의 공극률시험 방법'을 이용하였으며, 이 방법에 의한 공극률 산출은 다음과 같다.
흡음재의 흡음 특성은 KS F 2814, 임피던스(impedmce) 관에 의한 흡음계수와 임피던스의 결정방법'의 실험 방법을 이용하여 측정하였으며, Fig. 1에 측정 장치를 나타내었다[6]. 임피던스(B&K, Denmark) 측정을 위하여 지름 99.
성능/효과
콘크리트 흡음재를 제조하였다. 경량 콘크리트 흡음재는 설계 공극률보다 5~12 % 정도 높은 수준의 전체공극률을 형성하였으며, K73 에코골재와 K631 에코 골재를 이용하여 제조된 흡음재의 연속공극률은 전체공극률의 약 48〜65%와 55〜68%를 나타내었다. 흡음재의 물_시멘트비(W/C)가 30%일 경우 모든 시편에서 밑면 폐색이 발생하였다.
8&의 흡음계수를 나타내었다. 본 실험결과 에코 골재의 입도 및 콘크리트 배합비 조절을 통하여 특정소음에 우수한 홉음특성을 갖는 흡음재의 개발가능성을 확인 하였다.
8% 를 나타내었으며 단위용적질량이 Odton/n?의 작은 값을 나타내었다. 본 연구팀에서 제조한 에코골재 K73과 K631 골재의 표건 밀도는 각각 1.73과 1.74g/cm3로 서로 비슷하지만, 흡수율은 각각 20.8 %와 12.3 %로 약 8 %의 차이가 나타낸다. 이는 골재 내부의 기공분포에서 K73골재가 상대적으로 높은 개기공을 형성하고 있어 비슷한 표건 비중에서 높은 흡수율을 나타내고 있는 것으로 판단된다.
55 이상으로 흡음계수가 증가한다. 설계 공극률 20% 흡음재는 1000과 3150 Hz 주파수에서 흡음계수가 각각 0.99와 0.79로 가장 높게 나타났다. 그림 Fig.
1100 Hz 부근에서 흡음계수 감소 현상을 임피던스관 시험법에서 나타나는 일반적인 문제점으로 판단되며 실제 KS 규격 흡음계수 실험시에는 이러한 흡음계수 감소 현상은 발견되지 않을 것으로 예상된다. 설계 공극률 25 % 흡음재는 1000과 3150 Hz 주파수대에서 흡음계수가 각각 0.88과 0.88로 가장 높게 관찰되었다.
93 이상을 나타내었다. 설계 공극률 25 % 흡음재는 1000과 3150 Hz 주파수대에서 흡음계수가 각각 0.99와 0.93로 가장 높게 나타났다. Fig.
4(a)는 독일 丄, 사의 인공골재를 이용하고, 물.시멘트비는 20%로 고정 후, 설계 공극률은 20, 25, 30%로 변화시킨 흡음재의 흡음계수 결과이다. 125-630 Hz 구간에서는 낮은 흡음계수를 나타내며, 1000Hz 부근에서 0.
64 wt% 존재하며, 미연탄소가 18% 이상 존재하여 소성 시 가스를 발생 시켜 골재를 경량화 시킬 것으로 판단된다. 준설토(Dredged soil)는 점토에 비해 알카리산화물(NaQ, KQ)과 알카리토류산화물(MgO, CaO) 성분이 약 1.5배 많이 존재하여 소성 시 융제역할을 함으로서, 점토를 사용한 골재보다 낮은 온도에서 소결이 가능할 것으로 예상된다. K631 에코골재에 사용된 석분오니(Stone sludge)와 폐백토 (Spent bleaching clay)의 경우 각각 융제성분(알카리산화물, 알카리토산화물)과 유기물(기름성분)을 많이 함유 하고 있어 골재제조 시 우수한 융제와 발포제 역할을 할 것으로 예상된다.
83 이상의 흡음계수를 나타낸다. 측정 주파수대가 증가할수록 흡음계수는 감소하다가 3150 Hg] 서 다시 흡수계수가 증가하여 설계 공극률 20, 25 % 시험체의 경우 0.93 이상을 나타내었다. 설계 공극률 25 % 흡음재는 1000과 3150 Hz 주파수대에서 흡음계수가 각각 0.
2는 경량 콘크리트 흡음재의 전체공극률 및 연속공극률을 측정한 결과이다. 흡음재들의 전체공극률은 설계 공극률보다 전체적으로 5-12% 높게 나타났다. 독일 lL' 인공골재를 이용하여 제조된 흡음재의 경우 연속공극률이 전체공극률의 약 68〜80%를 차지하고 있으며, K73 에코골재와 K631 에코골재를 이용하여 제조된 흡음재의 연속공극률은 전체공극률의 약 48-65 %와 55- 68%를 나타내었다.
후속연구
일반적으로 두루-교통 소음을 제어하기 위한 흡음판은 경사입사 흡음률이 1, 250 Hzt 피크로 하여 파라볼릭(parabolic) 형태를 이루는 것이 효과적인 것으로 알려져 있다. 본 연구의 흡음재는 1000 Hz 부근에서 좁은 대역에서만 우수한 흡음 특성을 나타내고 있어, 골재의 입도, 콘크리트의 배합비, 골재 및 콘크리트의 기공분포 등의 변수를 변화시켜 넓은 범위에서 흡음특성이 향상되는 흡음재의 추가 연구가 필요할 것으로 예상된다[9]. 또한 KS시험법에 의한 대규모 흡음 계수 측정도 병행하여 임피던스관 시험법과의 차이점을 분석하고 임피던스관 시험법에 의한 시편 스크리닝 (screening) 방법을 규명해야 한다.
참고문헌 (9)
H.J. Lee and J.S. Kim, "The effects of noise barrier in reducing road traffic noise and related problems", J. of Ksee. 26(10) (2004) 1166
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J.S. Kim, L.F. Cohn and K.S. Kim, "A study on the effects of absorptive treatment for the highway noise barriers", J. Kor. Soc. for Noise and Vibration Eng. 8(1) (1998) 146
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M.C. Lim, "The preparation of sound absorption plate for photocatalytic property using industrial wastes", J. Environ. Hi-Tech. 9 (1998) 89
KS F 2814; Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes, Korea Standards Association (2001)
Korea concrete institute, "New concrete engineering", Kimundang, Korea (2007)
S.B. Park, J. Lee and D.S. Seo, "A study on the quality properties of porous concrete for pavement using silica fume and steel fiber", J. of KSRE 7(3) (2005) 31
Korea concrete institute, "Advanced concrete engineering for special uses", Kimundang, Korea (2004)
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