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문제 정의
- 본 연구에서는 전량 폐기되어 환경에 악영향을 미치는 미분말을 재활용하기 위한 방안으로 콘크리트용 혼화재로서 사용성을 검토한다. 미분말에 대해 6가 크롬 분석과 세포독성 실험을 통하여 유해성 분석을 실시하였으며, 미분말을 콘크리트용 혼화재료로 재활용할 수 있는지를 평가하기 위해 미분말을 시멘트 대신 일부 치환한 여러 종류 배합의 콘크리트에 대해 실험을 통하여 작업성 및 역학적 특성을 평가하였다.
- 본 연구에서는 미분말의 유해성 분석과 미분말을 시멘트 대신 콘크리트에 혼입하여 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
제안 방법
- 본 연구에서는 전량 폐기되어 환경에 악영향을 미치는 미분말을 재활용하기 위한 방안으로 콘크리트용 혼화재로서 사용성을 검토한다. 미분말에 대해 6가 크롬 분석과 세포독성 실험을 통하여 유해성 분석을 실시하였으며, 미분말을 콘크리트용 혼화재료로 재활용할 수 있는지를 평가하기 위해 미분말을 시멘트 대신 일부 치환한 여러 종류 배합의 콘크리트에 대해 실험을 통하여 작업성 및 역학적 특성을 평가하였다. 또한 고강도 및 초고강도 콘크리트에 대한 평가도 실시하였다.
- 미분말에 대해 6가 크롬 분석과 세포독성 실험을 통하여 유해성 분석을 실시하였으며, 미분말을 콘크리트용 혼화재료로 재활용할 수 있는지를 평가하기 위해 미분말을 시멘트 대신 일부 치환한 여러 종류 배합의 콘크리트에 대해 실험을 통하여 작업성 및 역학적 특성을 평가하였다. 또한 고강도 및 초고강도 콘크리트에 대한 평가도 실시하였다.
- 미분말의 유해성 평가를 위하여 시멘트와 미분말에 대해 6가 크롬 분석과 세포독성 실험을 실시하였으며, 두 가지 시료에 대해 다음과 같은 추출. 농축을 실시하였다.
- 농축을 실시하였다. 시멘트와 미 분말 10g을 곱게 분쇄한 후 여기에 methanol 30mL을 넣어 잘 섞고, 소니케이트(초음파 세척기)에서 10분 동안 혼합시키는 작업을 2회 반복하고, 여기에 Dichloromethane 30mL을 첨가하여 10분 동안 교반 후 Dichlorornethane 층만 취하여 본 실험을 진행하였다.
- stirer를 꺼내서 세척하고 세척수까지 포함한 전체용량을 100ml 로 한 후, 잘 교반시켜 교반 시료액을 흡광광도기로 측 정하였다.
- 25% Trypsin을 가하여 세포를 분리하였다. 분리한 세포의 수를 측정하여 여기에 10% FBS(feral bovine serum)이 첨가된 배지를 가하여 IxlWcell/well 이 되도록 조정하였다. 그 후 96well-plate에 각 well당 100㎕의 세포액(1><:104cell/well)을 주입 후 5% CO2, 37C 배양기에서 24시간 배양 후 각각에 들어 있는 배지를 제거하였다.
- 그 후 96well-plate에 각 well당 100㎕의 세포액(1><:104cell/well)을 주입 후 5% CO2, 37C 배양기에서 24시간 배양 후 각각에 들어 있는 배지를 제거하였다. 여기에 10% FBS가 첨가된 RPMI 1640배지를 각 well당 180㎕씩 주입하고 각 컬럼에서 추출·농축한 시멘트와 미분말 시료를 각 농도별로 20㎕씩 well에 첨가하여 실험을 진행하였다.
- 미분말을 콘크리트용 혼화재료로써 사용성을 평가하기 위해, Table 2에 나타낸 것처럼 5그룹의 총 24종류의 배합설계를 실시하였다. Table 2의 5그룹은 CP, WCP, PCP, HCP 및 UCP이며, <Hain>, <H-Plain>, <U-Plain> 미분말을 혼입하지 않는 배합이다.
- WCP와 P* CI CP의 실험결과를 토대로 작업성을 개선하기 위해, WCP, PCP는 각각 물과 혼화제를 사용하여 표준배 합 조건인 슬럼프(15±lcm), 공기량(4.5±1.5%)에 맞도록 하기 위한 배합 설계한 것이다. 실험 변수는 미분말의 혼입률과 이에 따른 물과 혼화제의 사용량이다.
- HCP는 설계강도 80MPa인 고강도 콘크리트에 미분말를 적용한 것이며, slump flow(65±5cm), 공기량 2.5%이하가 되도록 배합설계를 하였다. UCP는설계강도 120MPa인 초고강도 콘크리트에 미분말을 적용한 것이며, slump flow (65±5cm), 공기량 2.
- 5%이하가 되도록 배합설계를 하였다. UCP는설계강도 120MPa인 초고강도 콘크리트에 미분말을 적용한 것이며, slump flow (65±5cm), 공기량 2.5%이하가 되도록 배합설계를 하였다.
- 콘크리트 강도 시험용 공시체 제작은 rKS F 2403j에 따라 하였고, 슬럼프&플로우와 공기량 시험은 rKS F 2402, 2421dj에 의해 실시하였다. 콘크리트의 압축강도는 rKS F 2405j에 준해 재령 7일, 14일, 28일, 56일, 91일 강도 실험을 하였으며, 휨강도 및 인장 실험은 rKS F 2423, 2407』에 따라 재령 28일에 실시하였다.
- 양생방법은 rKS F 2403j에 준하여 수분 증발을 방지하기 위하여 온도 20±3t, 습도 90% 이상의 항온.항습실에서 CP, WCP 및 PCP는 24시간, HCP 및 UCP는 48시간 존치 후 탈형을 하였으며, 그 후 온도는 20±3P의 수중양생을 하였다.
- 일반강도(24MPa) 콘크리트(CP)에서 미분말 혼입량에 따른 역학적 특성 및 작업성을 평가하기 미분말의 치환율을 5%씩 증가시킨 5 종류의 배합과 미분말을 혼입하지 않은 콘크리트 (P1ain)에 대해 실험을 실시하였다. 굳지 않은 콘크리트에서 slump 및 공기량을 측정하고, 양생 후에 압축강도, 인장강도 및 휨강도 시험을 하였다.
- 일반강도(24MPa) 콘크리트(CP)에서 미분말 혼입량에 따른 역학적 특성 및 작업성을 평가하기 미분말의 치환율을 5%씩 증가시킨 5 종류의 배합과 미분말을 혼입하지 않은 콘크리트 (P1ain)에 대해 실험을 실시하였다. 굳지 않은 콘크리트에서 slump 및 공기량을 측정하고, 양생 후에 압축강도, 인장강도 및 휨강도 시험을 하였다.
- CP의 실험결과에서 미분말의 치환율 증가에 따라 작업성이 저하되는 결과를 얻었으며, 작업성을 향상시키기 위해 WCP는 단위수량을 중가시킨 4종류의 배합에 대해실험을 실시하였다. Fig.
- HCP는 압축설계강도 80 MPa인 고강도 콘크리트에 미분말을 적용하였으며, 단위수량을 감소시키고 혼화제를 첨가하여 유동성을 확보하였다.
대상 데이터
- 국립수산과학원 신물질 개발실로부터 분양 받은 중국 햄스터의 피하지질 조직의 섬유모세포인 L929세포를 일정시간 배양한 후 배양 flask내의 배지(RPMI 1640X 제거 후 PBS (phosphate buffered saline) buffer로 1회 세척한 후 0.25% Trypsin을 가하여 세포를 분리하였다. 분리한 세포의 수를 측정하여 여기에 10% FBS(feral bovine serum)이 첨가된 배지를 가하여 IxlWcell/well 이 되도록 조정하였다.
- 실험에서는 Table 1에 나타낸 화학성분 및 물리적 성질을 갖는 KS L 5201에 규정된 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 잔골재는 충남 태안산이며, 굵은 골재는 전남 해남 산 쇄석으로 규격은 25mm, 19mm으로, 입도분포는 KS F 2526의 기준에 적합한 것을 사용하였다. 사용 골재의 물리적 성질(비중, 흡수율, 조립율)은 각각 잔골재(2.
- 실험에서는 Table 1에 나타낸 화학성분 및 물리적 성질을 갖는 KS L 5201에 규정된 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 잔골재는 충남 태안산이며, 굵은 골재는 전남 해남 산 쇄석으로 규격은 25mm, 19mm으로, 입도분포는 KS F 2526의 기준에 적합한 것을 사용하였다. 사용 골재의 물리적 성질(비중, 흡수율, 조립율)은 각각 잔골재(2.61, 1.39, 2.54), 굵 은골재 (2.62, 0.64, 6.79) 이다.
- 혼화제는 고성능 혼화제(폴리카본산계 고성능AE감수제)로 K와 D사의 것이며, CP, WCP, PCP, HCP에서는 K사의 폴리카본산계 제품을 사용하였으며, 형태는 액상, 색상은 연갈색, 비중은 1.10-1.20, pH는 4.0-7.5 점도는(25℃ lOOOcPs이하 이다. UCP에서는 D사의 폴리카본산계 제품을 이용하였으며, 형태는 액상, 색상은 암갈색, 비중은 L06, pH는 7±1, 점도는 (25t) 14&&Ps이다.
- 5 점도는(25℃ lOOOcPs이하 이다. UCP에서는 D사의 폴리카본산계 제품을 이용하였으며, 형태는 액상, 색상은 암갈색, 비중은 L06, pH는 7±1, 점도는 (25t) 14&&Ps이다. 또한 혼화재는 고로슬래그(S/P)와 실리카 흄(S/F)을 사용하였다.
- UCP에서는 D사의 폴리카본산계 제품을 이용하였으며, 형태는 액상, 색상은 암갈색, 비중은 L06, pH는 7±1, 점도는 (25t) 14&&Ps이다. 또한 혼화재는 고로슬래그(S/P)와 실리카 흄(S/F)을 사용하였다.
- 미분말(r/P)은 고품질의 잔골재를 생산하는 중간처리업체인 N사에서 습식공정으로 생산한 0.15mm이하 크기의 입자인 것을 건조 분쇄하여 이용하였다.
- 5%)에 맞도록 하기 위한 배합 설계한 것이다. 실험 변수는 미분말의 혼입률과 이에 따른 물과 혼화제의 사용량이다.
- 콘크리트 강도 시험용 공시체 제작은 rKS F 2403j에 따라 하였고, 슬럼프&플로우와 공기량 시험은 rKS F 2402, 2421dj에 의해 실시하였다. 콘크리트의 압축강도는 rKS F 2405j에 준해 재령 7일, 14일, 28일, 56일, 91일 강도 실험을 하였으며, 휨강도 및 인장 실험은 rKS F 2423, 2407』에 따라 재령 28일에 실시하였다.
- 설계강도 120MPa인 초고강 콘크리트에 미분말을 적용하였다. Fig.
이론/모형
-
2.1 6가 크롬 분석 실험
실험방법은 EPA3060에 의한 6가크롬 분석법(미국환경보호 국, 2002)의해 실행하였다
. 0.
성능/효과
- 5%)는 그것보다 높게 나타나 미분말에 강한 독성인자가 함유되어 있을 것으로 판단된다. 이러한 결과로부터 미분말에서의 강한 세포독성도는 6가 크롬 등 중금속류의 영향보다는 미분말에 포함된 다양한 난분해성 유기오염 물질에 기인되는 것으로 사료된다.
- 1) 시멘트와 미분말의 6가 크롬 분석에서 시멘트에서는 6가 크롬이 검출되었으나, 미분말에서는 검출되지 않았다.
- 2) 세포독성 실험결과, 미분말에서 75.5%의 강한 세포독성이 나타났으며, 이러한 결과는 농도의존적으로 증가하였다.
- 3) 혼화제를 적절히 사용하면 일반강도뿐만 아니라 고강도 콘크리트에서도 미분말을 시멘트 대신 20% 이하 치환하는 경우 콘크리트용 혼화재로써 충분히 사용 가능할 것으로 판단된다.
후속연구
- PCP의 실험결과로부터 미분말의 치환률 20% 이하로는 고강도콘크리트에도 적용 가능할 것으로 판단된다.
- UCP의 실험결과로부터 미분말의 치환률 20% 이하로는 초고강도콘크리트에도 적용 가능할 것으로 판단된다.
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