The use of waste concrete can resolve the environmental pollution and shortage of natural aggregate. However, recycled aggregate includes substantial amount of cement paste. So, these aggregates are more porous, and less resistant to mechanical actions than natural aggregates. So, recently, the new ...
The use of waste concrete can resolve the environmental pollution and shortage of natural aggregate. However, recycled aggregate includes substantial amount of cement paste. So, these aggregates are more porous, and less resistant to mechanical actions than natural aggregates. So, recently, the new manufacture processes of high quality recycled aggregates were suggested such as heating and solving to acid liquid. But the method of solving to acid liquid is not economical and produces additional environmental pollution. In this paper, for the purpose of manufacture of high quality recycled aggregates, the heating processes was added to the existing process of recycled aggregates. To find the optimum process, the experiment was performed by using the method of statistical experiment design, and the heating temperatures(4 levels : 300, 450, 600 and $750^{\circ}C$) and heating times(4 levels : 5, 20, 40, 60 minute) were main experimental variables. By the test results, the optimum manufacturing condition of coarse recycled aggregate was $600^{\circ}C$ and 40 minute, and for the fine recycled aggregate, a little heating made a satisfaction to the KS standard quality code.
The use of waste concrete can resolve the environmental pollution and shortage of natural aggregate. However, recycled aggregate includes substantial amount of cement paste. So, these aggregates are more porous, and less resistant to mechanical actions than natural aggregates. So, recently, the new manufacture processes of high quality recycled aggregates were suggested such as heating and solving to acid liquid. But the method of solving to acid liquid is not economical and produces additional environmental pollution. In this paper, for the purpose of manufacture of high quality recycled aggregates, the heating processes was added to the existing process of recycled aggregates. To find the optimum process, the experiment was performed by using the method of statistical experiment design, and the heating temperatures(4 levels : 300, 450, 600 and $750^{\circ}C$) and heating times(4 levels : 5, 20, 40, 60 minute) were main experimental variables. By the test results, the optimum manufacturing condition of coarse recycled aggregate was $600^{\circ}C$ and 40 minute, and for the fine recycled aggregate, a little heating made a satisfaction to the KS standard quality code.
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문제 정의
따라서 가열에 의한 고품질 순환 골재 제조 조건 설정을 위해서 본 연구에서는 적정 가열 온도, 가열 시간 및 적정 첨가제량 등에 대하여 통계적 이론에 근거하여 실험을 실시하였고, 적정 제조 조건 및 제조된 순환 골재의 품질을 평가하였다.
제안 방법
실험변수는 가열 온도, 가열 시간 및 벤토나이트 첨가율로 결정하였으며, 가열 온도는 300, 450, 600 및 750℃ 4수준(변수명 A), 가열 시간은 5, 20, 40, 60 분 4수준(변수명 B) 그리고 벤토나이트 첨가율은 중량비율로 0, 1, 2% 3수준(변수명 C)으로 정하여 굵은 골재 및 잔골재에 대하여 각각 48 경우, 총 96 경우(= 4 × 4 × 3 × 2)로 실험계획법 중 3원배치법을 이용하였다.
3,4) 따라서, 본 연구에서는 폐모래 및 폐자갈 등에 함유된 알칼리 성분과 반응하여 알칼리의 양을 감소시키고 재활용 시 모래 및 자갈의 강도를 강화시킬 수 있는 입자성 점토를 혼합하였다.
가열공정을 실시하지 않은 기존 생산 방식으로 제조된 순환골재를 생산공장에서 시료채취하여 흡수율, 절대건조 비중 실험을 실시하였으며,7) 그 결과는 다음 Table 2에 나타내었다. Table 2에서 알 수 있듯이 본 연구에서 사용된 시료의 경우, 기존 방식으로 제조된 순환골재의 물성은 잔골재의 경우 KS 규준을 겨우 만족하며, 굵은 골재의 경우에는 KS 규준을 만족하지 않는 것으로 나타났다
가열공정을 실시하지 않은 기존 생산 방식으로 제조, 채취된 순환굵은골재 시료에 대하여 전 절에서 기술한 실험변수들에 대하여 48 경우의 가열 실험을 수행하여 순환굵은골재의 흡수율을 구하였으며, 그 결과는 다음 Table 3에 나타내었으며 KS 규준을 만족하는 경우는 표 내부를 음영 처리하였다.
가열공정을 실시하지 않은 기존 생산 방식으로 제조, 채취된 순환잔골재 시료에 대하여 전 절에서 기술한 실험변수들에 대하여 48 경우의 가열 실험을 수행하여 순환잔골재의 흡수율을 구하였으며, 그 결과는 다음 Table 7에 나타내었으며 KS 규준을 만족하는 경우는 표 내부를 음영 처리하였다.
가열공정을 실시하지 않은 기존 생산 방식으로 제조, 채취된 순환굵은골재 시료에 대하여 본 연구의 실험변수들에 대하여 48 경우의 가열 실험을 수행하여 순환굵은골재의 절대건조 비중을 구하였으며, 그 결과는 다음 Table 11에 나타내었으며 KS 규준을 만족하는 경우는 표 내부를 음영 처리하였다.
가열공정을 실시하지 않은 기존 생산 방식으로 제조, 채취된 순환잔골재 시료에 대하여 본 연구의 실험변수들에 대하여 48 경우의 가열 실험을 수행하여 순환잔골재의 절대건조 비중을 구하였으며, 그 결과는 다음 Table 15에 나타내었으며 KS 규준을 만족하는 경우는 표 내부를 음영 처리하였다. Table 15에서 알 수 있듯이 가열을 실시하면 처리 전보다 우수한 물성을 가짐을 알 수 있다.
본 논문에서는 최근 시도되고 있는 가열에 의한 새로운 순환골재 제조에 대한 연구는 현재까지 국내에서는 수행된 적이 없어, 적정 가열 온도, 가열 시간 및 적정 첨가제량 등에 대하여 통계적 이론에 근거하여 실험을 실시하였고, 적정 제조 조건 및 제조된 순환 골재의 품질을 평가하였다. 이러한 일련의 과정에서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
대상 데이터
입자성 점토는 순환골재의 입자크기보다 작은 것이 바람직하므로 약 1 mm 내외가 바람직하고 이러한 입자성 점토는 벤토나이트, 고령토, 스멕타이트 등이 적당하여 본 연구에서는 벤토나이트 분말을 사용하였다. 이러한 벤토나이트 분말의 첨가 비율은 중량대비 0.
이론/모형
실험 항목은 순환골재의 물성 중 가장 중요한 흡수율 및 절대건조 비중으로 결정하였고, 실험방법은 KS F 2573-2006 “콘크리트용 순환골재” 규정에 준하여 수행하였다.
성능/효과
최근에는 단순 파쇄 기술로는 고품질의 순환골재를 제조할 수 없다는 인식이 확산되어 가열, 용해 등의 기술이 제안되기 시작하고 있는 실정이다.2) 이론적으로 가장 확실한 시멘트 패이스트 제거 방법은 염산 등의 산용액에 순환골재를 침지시켜 시멘트 패이스트를 제거하는 방법이 가장 확실할 것으로 추정되나, 생산기간의 장기화, 경제성 결여 및 산용액에 의한 환경오염 부담 증가 등의 이유로 비현실적인 제조 방법으로 알려져 있다.3)
그 결과는 다음 Table 2에 나타내었다. Table 2에서 알 수 있듯이 본 연구에서 사용된 시료의 경우, 기존 방식으로 제조된 순환골재의 물성은 잔골재의 경우 KS 규준을 겨우 만족하며, 굵은 골재의 경우에는 KS 규준을 만족하지 않는 것으로 나타났다
Table 3에서 알 수 있듯이 가열을 실시하면 처리 전보다 우수한 물성을 가짐을 알 수 있으며, 가열온도가 300℃(A1)인 경우는 KS 규준을 어느 경우에도 만족하지 못하는 것으로 나타났으며, 가열 시간도 최소 20분(B2) 이상이어야 함을 알 수 있었다. 이러한 결과를 통계적으로 처리한 내용이 다음 Table 4~6이다.
즉, 가열온도와 가열시간만이 매우 유의한 인자임을 알 수 있다. 또한 벤토나이트 첨가효과는 기존 문헌과는 달리 중요 인자가 아닌 것으로 나타났다. 이는 본 연구에서 실시한 실험에서의 가열온도가 벤토나이트 효과가 나타나는 600~750℃ 이하인 이유로 판단 된다.
3에 나타내었다. Table 6에서 알 수 있듯이 현행 KS 규준을 만족하는 순환굵은골재의 흡수율은 최소 600℃, 20분 이상 가열 또는 450℃, 40분 이상 가열을 실시하여야 KS의 흡수율 규준을 만족하는 순환굵은골재를 제조할 수 있는 것으로 나타났다.
Table 11에서 알 수 있듯이 가열을 실시하면 처리 전보다 우수한 물성을 가짐을 알 수 있으며, 가열온도 600℃, 가열시간 40분 이상이어야 KS 규준을 만족함을 알 수 있었다. 이러한 결과를 통계적으로 처리한 내용이 다음 Table 12~14이다.
1) 기존 방식으로 제조된 순환골재의 물성은 KS 규준을 만족하거나, 일부에서는 KS 규준을 만족하지 않는 것으로 나타났다.
2) 순환굵은골재의 흡수율 측면에서 보면, 최소 600℃, 20분 이상 가열 또는 450℃, 40분 이상 가열을 실시하여야 KS의 흡수율 규준을 만족하는 순환굵은골재를 제조할 수 있는 것으로 나타났다.
3) 순환굵은골재의 절대건조 비중 측면에서 보면, 최소 600℃, 40분 이상 가열을 실시하여야 KS의 흡수율 규준을 만족하는 순환굵은골재를 제조할 수 있는 것으로 나타났다.
후속연구
4) 본 연구에서 사용된 순환잔골재의 경우, 가열 공정을 거치지 않아도 어느 정도 KS 규준을 만족하므로 추가적인 공정이 불필요하나, 안정적인 고품질 확보가 필요한 경우에는 가열을 실시하는 방안을 고려할 수 도 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고품질의 순환골재의 제조기술에서 가장 중요한 기술은?
이러한 순환골재는 일반적으로 파쇄되어 생산되므로 형상, 입형 등은 쇄석, 쇄사 골재와 유사하지만, 순환골재 표면에 부착되어 있는 기존 시멘트 패이스트에 의해서 비중, 흡수율, 씻기손실량 및 불순물 함유량 등에서 상대적으로 불리하다.1) 따라서, 고품질의 순환골재의 제조기술에서 가장 중요한 기술은 순환골재 표면에 부착되어 있는 기존 시멘트패이스트의 제거 기술이라고 할 수 있다. 종래의 기술을 보면, 대체적으로 파쇄하고, 크기별로 분류하며, 세척하는 정도의 범위 에서 한정되는 것이 대다수이다.
최근 단순 파쇄 기술의 한계에 따른 실정은?
종래의 기술을 보면, 대체적으로 파쇄하고, 크기별로 분류하며, 세척하는 정도의 범위 에서 한정되는 것이 대다수이다. 최근에는 단순 파쇄 기술로는 고품질의 순환골재를 제조할 수 없다는 인식이 확산되어 가열, 용해 등의 기술이 제안되기 시작하고 있는 실정이다.2) 이론적으로 가장 확실한 시멘트 패이스트 제거 방법은 염산 등의 산용액에 순환골재를 침지시켜 시멘트 패이스트를 제거하는 방법이 가장 확실할 것으로 추정되나, 생산기간의 장기화, 경제성 결여 및 산용액에 의한 환경오염 부담 증가 등의 이유로 비현실적인 제조 방법으로 알려져 있다.
폐콘크리트를 분쇄하여 콘크리트용 골재로 재활용하는 것이 중요한 사항으로 떠오른 배경은?
최근 국내의 경우, 천연골재의 고갈 현상이 심각하게 발생되어지고 있다. 이러한 이유로 폐콘크리트를 분쇄하여 콘크리트용 골재로 재활용하는 것은 고갈된 천연 골재의 대체, 자원 및 에너지 절약, 폐콘크리트의 불법 매립 또는 폐기에 따른 건설 공해 방지 측면에서 매우 중요한 사항이다.
참고문헌 (7)
김규용 외 4인, "폐기콘크리트를 활용한 재생골재의 각종 물성에 관한 실험적 연구", 한국폐기물학회지, 15권 3호, pp. 203-209, 1998.
建設省建築硏究所, "廢棄物の建設事業への再利用技術に關する硏究", pp. 117-167, 1987.
(財)國土開發技術硏究セソタ-, "再生コソヨリ-トの利用技術の開發", pp. 351-369, 1994.
윤병원, "건축폐기물을 이용한 고순도 강화 재생모래 및 자갈 제조방법 및 장치", 대한민국특허청, 10-383569, 2003.
박성현, "현대실험계획법", 대영사, pp. 195-206, 1990.
한국표준협회, "한국공업표준규격 F 2573", 2006.
문한영외 1인, "토목재료학", 구미서관, pp. 366-371, 2006.
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