[논문]석재 가공시 발생한 석분슬러지의 콘크리트 혼화재료로의 활용

정진섭; 이종천; 양극영; 소광호

doi:10.5345/jkic.2008.8.6.083

문제 정의

따라서 본 연구에서는 폐기물공정시험법에 의해 석분슬러지의 용출시험을 실시하였다. 석분 100g을 용매하여 “에 혼합하고 상온, 상압 하에서 진탕 회 수 분당 200회, 진폭 4~5 cm의 진탕 기를 이용하여 6시간 연속 진탕한 다음 의 유리섬유지로 여과하고 여과액을 용출시험 용으로 분석하였다.
본 연구는 석재가공산업의 부산물인 석분의 특성을 분석하여 재활용에 적절한 방안을 도출하기 위한 실험을 수행하였고 재활용 방안으로 콘크리트의 혼화재료로서의 활용 가능성에 대한 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 석분의 기본적인 특성을 파악하기 위하여 자연함수비시험, 입도시험, 액성 및 소성한계시험, 다짐시험 등을 수행하였다. 시료는 익산시 황등면에 있는 석재 가공공장에서 슬러리 상태로 채취하여 이를 자연건조한 후 시험을 수행하였다.
이처럼 산업재료로서 대규모의 재활용 방법이 부족한 현실에서 연간 발생 되는 석분의 양에 비해 폐기물을 처리할 수 있는 매립장도 포화된 상태여서 불법으로 처리해야 하는 악순환이 계속되고 있다. 석분처리 문제 해결을 위해 콘크리트 생산을 위한 혼합재료로서 석재 가공산업에서 생긴 부산물인 석분슬러지를 활용하고자 한다. 이미 인공골재 콘크리트 생산과정에서는 자갈 또는암석을 분쇄한 미세 석분이 함유되고 있다°, 그러나 석분 생산을 위해서는 많은 양의 자갈 또는 암석이 필요하며 별도의 분쇄공정을 거쳐야 하는데 이는 추가적인 비용이 수반되어 생산단가를 증가시키는 요인이 된다.

제안 방법

본 실험은 석분을 콘크리트의 혼화재료로서 혼합하여 얻을 수 있는 강도효과를 고찰하기 위해 표 6과 같은 배합설계(초기 W/C는 40.3%로, 잔골재율 S/a는 48.5%, 슬럼프는 120mm)를 하였으며, 콘크리트 강도에 주요 요인인 물-시멘트비를 변화시키기 위해 표 5와 같이 5종류의 시멘트량 (330kg, 315kg, 300kg, 285kg, 270kg)으로 변화시켜가며 각각의 용적에 석분사용량을 각각 15kg씩 변화시켜 25종류의 배합조건을 달리하여 실험을 실시하였다.
따라서 본 연구에서는 폐기물공정시험법에 의해 석분슬러지의 용출시험을 실시하였다. 석분 100g을 용매하여 “에 혼합하고 상온, 상압 하에서 진탕 회 수 분당 200회, 진폭 4~5 cm의 진탕 기를 이용하여 6시간 연속 진탕한 다음 의 유리섬유지로 여과하고 여과액을 용출시험 용으로 분석하였다. 분석 결과는 표 4와 같다.
석재가공산업에서 폐기물로 인식되었던 석분슬러 지를 콘크리트의 혼합재료로서의 활용성을 도모하기 위해 석분슬러지의 광물특성, 유해성에 대한 분석, 물리적 성질 그리고 압축강도 실험 등을 수행하였다. 이상의 연구를 바탕으로 결과를 요약하면 다음과 같다.
석분의 다짐시험은 표준다짐(A다짐)시험으로 수행하였으며 절대건조밀도일 때의 함수비를 나타내는 최적함수비 (Optimum Moisture Content; OMC)는 22%로서 일반석분의 12%보다 크다. 시험재료의 소성(PI)특성을 파악하기 위해 액성한계(LL) 및 소성한계시험(PL)을 실시하였으며, 그 결과 석분재료는 점성토의 성분이 거의 포함되지 않은 비소성(Non Plastic; NP)으로 분류되었다.
압축강도 실험에 사용된 장비는 150Ton 용량의 U.T.M (Universal Testing Machine)을 이용하였으며 공시체의 단면응력 증가율을 1.5~3.5kgf/cm²/sec 이내의 일정한 속도로 하중을 가하여 압축강도를 구하였으며 실험 유형별로 각각 3개씩의 공시체를 시험하여 그 평균값을 압축강도로 하였다.

대상 데이터

재령 7일과 28일로 양생하였다. 공시체는 시험 유형별로 모두 150개의 공시체를 제작하였으며, KS F 2402(콘크리트의 슬럼프 시험방법)에 의해 시험을 실시하였다.
수행하였다. 시료는 익산시 황등면에 있는 석재 가공공장에서 슬러리 상태로 채취하여 이를 자연건조한 후 시험을 수행하였다. 표 1은 일반적인 석분슬러지의 물리적 성질을 나타낸 표로서 절대건조밀도는 1.

데이터처리

이는 석분이 콘크리트의 재령에 따른 강도증진에 기여하고 있음을 확인할 수 있었다. 그리고 조기강도를 기본으로 재령 28일 강도를 추정할 수 있도록 선형 회귀분석으로 추정식을 구하였다.
콘크리트의 강도는 보통 재령 28일을 표준으로 하지만 경우에 따라 조기강도를 기본으로 28일 강도를 추정할 수 있다. 본 연구에서는 25종류의 실험결과부터 7일 강도와 28 일 강도를 이용하여 선형 회귀분석분석으로 추정식을 구하였으며 그 결과를 그림 5에 나타내었다.

이론/모형

본 연구에서 사용된 석재 가공 시 발생한 익산시 황등면 일대의 석분슬러지의 주성분 및 화학분석은 한국기초과학지원연구원에서 X-선 형광분석법(X-ray Fluorescence Spe- strometer;XRF)으로 분석하였으며 그 결과를 표 3으로 나타내었다. 석분슬러지는 SiO₂₇> 55.
석재 가공 시 발생하는 석분슬러지를 콘크리트의 혼화 재료로서 혼입하여 얻을 수 있는 강도효과를 고찰하기 위하여 KS F 2405기준에 따른 압축강도 실험을 통한 연구를 수행하였다. 압축강도 실험에 사용된 장비는 150Ton 용량의 U.

성능/효과

1) 석분슬러지의 주성분 및 화학분석은 SiO₂가 55.68%, AL2O₃ 19.63%, FeO가 2.38% 이고 기타 미량의 광물질로 구성되었으며, 입경은 매우 균등하고 미세하며 200번체 통과량이 98.7%로 Silt질이고, 소성이 낮은 ML로 분류된다.
2) 폐기물공정시험(KOEP)에 의해 용출시험을 실시한 결과, 납, 구리, 카드뮴이 검출되었으나 기준치 이하로 미량 용출되었을 뿐 다른 기타 유해물질은 나타나지 않았다.
3) 재령 28일에서 배합강도는 21MPa 정도 나타나며 이는 표준배합설계에 제시한 호칭강도 21MPa과도 부합한다. 또한 전제적인 콘크리트 압축강도 분포는 21~31MPa 정도로 레디믹스드 콘크리트의 종류 관한 호칭 강도 18~30MPa 사이에 포함된다.
4) 강도발현증가율은 석분 혼합율에 대한 압축강도 분포가 재령 28일에서 시멘트 330kg에 석분 60kg, 즉, 시멘트질량에 대한 혼합재료의 비가 18.2%에서 31.2MPa 까지 증가하다 점차 감소하는 경향을 보였다. 이는 석분이 콘크리트의 재령에 따른 강도증진에 기여하고 있음을 확인할 수 있었다.
나타내고 있다. 강도발현증가율은 석분 혼합율에 대한 압축강도 분포가 재령 28일에서 시멘트 330kg에 석분 60kg, 즉, 시멘트질량에 대한 혼합재료의 비가 18.2%에서 31.2MPa까지 증가하다 점차 감소하는 경향을 보였다. 이는 석분이 콘크리트의 재령에 따른 강도증진에 기여하고 있음을 확인할 수있었다.
실험결과 나타난 배합강도는 재령 28일에서 21MPa 정도 나타나며 이는 레미콘 회사의 표준배합설계 표 5에 제시한 호칭강도 21MPa과도 부합한다. 또한 본 실험 결과는 그림 4에 보인 바와 같이 재령 28일에서의 전체적인 콘크리트 압축강도는 21~31MPa 정도로 분포하고 있으며 레디믹스드 콘크리트의 종류 관한 표 8(KS F 4009)의 호칭강도 18~30MPa 사이에 포함된다. 이와 같이 콘크리트의 강도증가의 원인으로는 규소와 알루미늄이 주성분인 석분슬러지가 가용성 성분인 SiG와 AL2O₃가 칼슘실리케이트 수화반응시 생성되는 Ca(OH)2와의 포졸란 활성반응으로 강도증진에 기여하는 불용성 수화물의 생성을 촉진시켜 강도가 증가 되는 것으로 판단된다.
분류 되었다. 석분의 다짐시험은 표준다짐(A다짐)시험으로 수행하였으며 절대건조밀도일 때의 함수비를 나타내는 최적함수비 (Optimum Moisture Content; OMC)는 22%로서 일반석분의 12%보다 크다. 시험재료의 소성(PI)특성을 파악하기 위해 액성한계(LL) 및 소성한계시험(PL)을 실시하였으며, 그 결과 석분재료는 점성토의 성분이 거의 포함되지 않은 비소성(Non Plastic; NP)으로 분류되었다.
된다. 실험결과 나타난 배합강도는 재령 28일에서 21MPa 정도 나타나며 이는 레미콘 회사의 표준배합설계 표 5에 제시한 호칭강도 21MPa과도 부합한다. 또한 본 실험 결과는 그림 4에 보인 바와 같이 재령 28일에서의 전체적인 콘크리트 압축강도는 21~31MPa 정도로 분포하고 있으며 레디믹스드 콘크리트의 종류 관한 표 8(KS F 4009)의 호칭강도 18~30MPa 사이에 포함된다.

후속연구

5) 이상의 결론을 바탕으로 석재가공시 발생한 석분슬러지를 구조물의 중요도에 따라 선택적으로 콘크리트의 혼화 재료로서 활용 가능할 것으로 판단되며 이는 경제적인 측면과 폐자원의 활용이라는 환경적인 측면에도 기여하게 될 것으로 사료된다.
38% 이며 기타 미량의 광물질로 구성되었다. 규소와 알루미늄이 주성분인 석분슬러지는 가용성 성분인 SiQ와 AL2O₃가 칼슘실리케이트 수화반응시 생성되는 Ca(0H)2 와의 포졸란 활성반응으로 강도증진에 기여하는 불용성 수화물(C- S-H)의 생성을 촉진시켜 재령 증가와 함께 지속적으로 강도가 증가할 것으로 예상된다.室)
이미 인공골재 콘크리트 생산과정에서는 자갈 또는암석을 분쇄한 미세 석분이 함유되고 있다°, 그러나 석분 생산을 위해서는 많은 양의 자갈 또는 암석이 필요하며 별도의 분쇄공정을 거쳐야 하는데 이는 추가적인 비용이 수반되어 생산단가를 증가시키는 요인이 된다. 이러한 추가적인 공정을 거치지 않고 대리석이나 화강암을 가공하는 석재 관련 산업에서 원석을 가공하는 과정 중에 발생하는 상당량의 석분슬러지를 활용한다면 콘크리트의 생산단가 절감과 더불어 상당한 비용을 들여 위탁처리하고 있는 석분의 폐자원 재활용 측면에서매우 의미 있는 기술이 될 것이다

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