콘크리트 같은 많은 건설 폐기물이 빠르게 늘어나고 있으며, 콘크리트에 재활용 골재의 사용이 심각하게 고려되고 있다. 그러나 순환골재의 사용은 품질이 낮기 때문에 매우 한정적으로 사용되고 있다. 그러므로 순환골재의 품질은 콘크리트의 제조에서 매우 중요하다. 본 연구는 지구 온난화의 원인이 되는 $CO_2$를 고정하여 $CO_2$배출 저하와 건설폐기물의 재자원화 및 고품질화를 목적으로 수행한 일련의 연구로, 촉매인 NaOH을 $CO_2$와 반응시켜 제조한 $Na_2CO_3$에 의한 순환잔골재의 $Ca(OH)_2$의 제거효과와 이에 따른 순환잔골재의 품질 특성을 고찰하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 순환잔골재를 사용하는데 있어 문제시 되는 알칼리 성분을 제거하고자 공정수를 탄산나트륨 용액으로 대체하여 수산화칼슘을 탄산칼슘으로 침출시키는 방법을 계획하였고, 순환잔골재의 알칼리성분 제거 후의 품질 특성에 대하여 검토하였다. 본 연구의 결과, 수산화칼슘이 탄산나트륨 용액에 의해 탄산칼슘으로 제거된다는 것을 확인할 수 있었고, 생성물에 대하여 열분석(DT-TGA)을 실시한 결과 탄산칼슘인 것을 확인하였다. 탄산처리한 순환잔골재의 밀도는 원골재 보다 높아졌고 흡수율은 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며, 탄산나트륨의 농도와 교반시간에 대해 결과치가 달랐는데 이것은 고정된 수산화칼슘의 양에 대한 탄산나트륨 용액의 반응 양에 의한 것으로 판단된다. 즉, 탄산 반응 후 순환잔골재의 밀도, 흡수율 및 입도 등의 물리적 성질은 전반적으로 개선되는 것을 확인할 수 있었다.
콘크리트 같은 많은 건설 폐기물이 빠르게 늘어나고 있으며, 콘크리트에 재활용 골재의 사용이 심각하게 고려되고 있다. 그러나 순환골재의 사용은 품질이 낮기 때문에 매우 한정적으로 사용되고 있다. 그러므로 순환골재의 품질은 콘크리트의 제조에서 매우 중요하다. 본 연구는 지구 온난화의 원인이 되는 $CO_2$를 고정하여 $CO_2$배출 저하와 건설폐기물의 재자원화 및 고품질화를 목적으로 수행한 일련의 연구로, 촉매인 NaOH을 $CO_2$와 반응시켜 제조한 $Na_2CO_3$에 의한 순환잔골재의 $Ca(OH)_2$의 제거효과와 이에 따른 순환잔골재의 품질 특성을 고찰하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 순환잔골재를 사용하는데 있어 문제시 되는 알칼리 성분을 제거하고자 공정수를 탄산나트륨 용액으로 대체하여 수산화칼슘을 탄산칼슘으로 침출시키는 방법을 계획하였고, 순환잔골재의 알칼리성분 제거 후의 품질 특성에 대하여 검토하였다. 본 연구의 결과, 수산화칼슘이 탄산나트륨 용액에 의해 탄산칼슘으로 제거된다는 것을 확인할 수 있었고, 생성물에 대하여 열분석(DT-TGA)을 실시한 결과 탄산칼슘인 것을 확인하였다. 탄산처리한 순환잔골재의 밀도는 원골재 보다 높아졌고 흡수율은 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며, 탄산나트륨의 농도와 교반시간에 대해 결과치가 달랐는데 이것은 고정된 수산화칼슘의 양에 대한 탄산나트륨 용액의 반응 양에 의한 것으로 판단된다. 즉, 탄산 반응 후 순환잔골재의 밀도, 흡수율 및 입도 등의 물리적 성질은 전반적으로 개선되는 것을 확인할 수 있었다.
Amount of disposed construction materials like waste concrete is growing fast and use of the recycled aggregate for concrete has been seriously considered. But the use of the recycled aggregate is very limited because recycled aggregate has very low quality. Therefore, quality of recycled aggregate ...
Amount of disposed construction materials like waste concrete is growing fast and use of the recycled aggregate for concrete has been seriously considered. But the use of the recycled aggregate is very limited because recycled aggregate has very low quality. Therefore, quality of recycled aggregate is very important in the manufacturing of recycled aggregate concrete. We have studied a series of research according to chemical processes and investigate the alkaline elimination effect of recycled aggregate and quality variation of recycled aggregate by sodium carbonate. Thereafter we have evaluated quality of recycled fine aggregate and experimented quality of this aggregate. As a results, we find that it is easy to eliminate the calcium hydroxide in recycled aggregate by sodium carbonate and the quality of recycled aggregate increase by elimination of alkaline.
Amount of disposed construction materials like waste concrete is growing fast and use of the recycled aggregate for concrete has been seriously considered. But the use of the recycled aggregate is very limited because recycled aggregate has very low quality. Therefore, quality of recycled aggregate is very important in the manufacturing of recycled aggregate concrete. We have studied a series of research according to chemical processes and investigate the alkaline elimination effect of recycled aggregate and quality variation of recycled aggregate by sodium carbonate. Thereafter we have evaluated quality of recycled fine aggregate and experimented quality of this aggregate. As a results, we find that it is easy to eliminate the calcium hydroxide in recycled aggregate by sodium carbonate and the quality of recycled aggregate increase by elimination of alkaline.
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문제 정의
즉, Na2CO3의 농도가 높아지면 반응속도가 빨라지고 교반시간이 늘어날수록 반응물의 생성이 잘되는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 Ca(OH)2의 농도 및 교반 시간을 실험변수로 하여 순환잔골재와 반응시켰으며, 반응된 순환잔골재의 알칼리 제거효과와 순환잔골재의 품질을 평가하기 위한 실험을 실시하였다.
따라서 본 연구에서는 지구 온난화의 원인이 되는 CO2를 고정하여 CO2배출 저하와 건설폐기물의 재자원화 및 고품질화를 목적으로 수행한 일련의 연구로, 촉매인 NaOH을 CO2와 반응시켜 제조한 Na2CO3에 의한 순환잔골재의 Ca(OH)2의 제거효과와 이에 따른 순환잔골재의 품질 특성을 고찰하기 위한 실험을 수행하였다.
순환잔골재의 알칼리 제거 효과를 측정하기 위하여 pH실험을 실시하였고, 수산화칼슘의 제거에 의한 순환잔골재의 품질변동을 평가하기 위하여 밀도, 흡수율 및 입도 시험을 실시하였다. 또한 XRD와 DT-TGA는 Na2CO3와 CO2의 반응물 생성으로 두 물질의 반응과 반응정도를 확인해 보기 위하여 측정하였다.
본 연구는 Na2CO3을 이용해 순환잔골재의 Ca(OH)2를 제거하고, Ca(OH)2를 제거한 순환잔골재의 물리적 특성을 검토하기 위한 일련의 실험을 실시하였다. 본 실험에 있어서 수차례의 예비 실험을 실시한 결과, 순환잔골재의 알칼리 제거에 영향을 주는 주요한 인자로는 Na2CO3의 농도와 교반시간인 것으로 나타났다.
가설 설정
콘크리트의 시멘트 제조 공정은 다량의 CO2를 배출하여 지구 온난화의 원인이 되고 있지만 장기적으로 콘크리트는 생산 중에 발생한 CO2를 일부 흡수하는 것으로 알려져 있다.5,6) 콘크리트가 시간이 많이 지났음에도 일부의 CO2를 흡수하는 이유는 콘크리트의 내부물질들이 CO2와 반응되지 않았기 때문이다. 대기와 맞닿는 표면적이 적어 안쪽까지 탄산화가 되지 않은 것이다.
제안 방법
Table 1은 제조된 탄산나트륨을 이용하여 순환잔골재의 알칼리 제거 및 알칼리가 제거된 순환잔골재의 품질 특성을 실험하기 위한 계획을 나타낸 것이다. Na2CO3의 농도는 5, 10%의 2수준으로 하였고, 교반시간은 3, 6, 9분의 3 수준으로 설정하였다. 순환잔골재의 알칼리 제거 효과를 측정하기 위하여 pH실험을 실시하였고, 수산화칼슘의 제거에 의한 순환잔골재의 품질변동을 평가하기 위하여 밀도, 흡수율 및 입도 시험을 실시하였다.
Na2CO3의 농도는 5, 10%의 2수준으로 하였고, 교반시간은 3, 6, 9분의 3 수준으로 설정하였다. 순환잔골재의 알칼리 제거 효과를 측정하기 위하여 pH실험을 실시하였고, 수산화칼슘의 제거에 의한 순환잔골재의 품질변동을 평가하기 위하여 밀도, 흡수율 및 입도 시험을 실시하였다. 또한 XRD와 DT-TGA는 Na2CO3와 CO2의 반응물 생성으로 두 물질의 반응과 반응정도를 확인해 보기 위하여 측정하였다.
Table 3은 탄산나트륨 수용액 제조 및 제조된 탄산나트륨과 골재와의 반응과정을 나타낸 것이다. 탄산나트륨에 의한 순환잔골재의 알칼리 제거 효과 및 품질 변화를 평가하기 위하여, 탄산나트륨 반응 전․후의 순환잔골재 pH와 밀도, 흡수율, 입도를 측정하였다. 순환잔골재의 pH는 pH meter를 이용하여 측정하였고, 순환잔골재의 밀도와 흡수율은 KS F 2504, 입도는 KS F 2502에 준하여 측정하였다.
탄산나트륨을 이용하여 골재의 알칼리를 제거하고 골재의 품질을 평가한 결과, 본 연구의 범위에서는 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
Table 2는 본 실험에서 사용된 순환잔골재의 물리적 특성을 나타낸 것으로, 밀도 2.26g/㎤, 흡수율 6.59%, 단위용적 1.47t/㎥인 순환잔골재를 사용하였다. 또한 본 실험에서 사용된 탄산나트륨 수용액은 순도 98%의 수산화나트륨을 증류수에 희석하여 CO2와 반응시켜 농도 5, 10%를 맞추어 사용하였다.
47t/㎥인 순환잔골재를 사용하였다. 또한 본 실험에서 사용된 탄산나트륨 수용액은 순도 98%의 수산화나트륨을 증류수에 희석하여 CO2와 반응시켜 농도 5, 10%를 맞추어 사용하였다.
이론/모형
탄산나트륨에 의한 순환잔골재의 알칼리 제거 효과 및 품질 변화를 평가하기 위하여, 탄산나트륨 반응 전․후의 순환잔골재 pH와 밀도, 흡수율, 입도를 측정하였다. 순환잔골재의 pH는 pH meter를 이용하여 측정하였고, 순환잔골재의 밀도와 흡수율은 KS F 2504, 입도는 KS F 2502에 준하여 측정하였다.
성능/효과
1) 탄산나트륨과 순환골재가 반응하여 알칼리를 나타내는 수산화칼슘을 제거하는 것이 가능하였고, 탄산나트륨과 반응시킨 후의 순환잔골재의 품질은 전반적으로 향상되는 것으로 나타났다. 특히, 교반시간이 늘어 날수록 반응이 잘 일어나 순환잔골재의 품질이 향상되었고, 탄산나트륨 농도는 차이가 없는 것으로 나타났다.
1990년대에 연간 1천 6백만 톤 발생하던 건설폐기물은 2008년 연간 약 6천 4백만 톤으로 5배 이상 증가하였으며, 국내 폐기물 중 50%이상을 점유하게 되었다.1,2,3) 이에 따라 건설 폐기물 중 60% 이상을 차지하고 있는 폐콘크리트는 2000년 약 1,500 만 톤에서 2020년에는 약 1억 톤 이상으로 급격히 증가할 것으로 예상된다. 이에 건설교통부에서는 건설폐기물의 재활용촉진에 관한 법률 제35조의 규정에 의거 건설폐기물의 재활용을 촉진하기 위한 「순환골재 품질기준」을 2005년 8월에 재정하여 폐콘크리트의 다양하고 폭넓은 활용을 권장하고 있다.
2) DT-TGA 열분석을 실시한 결과, 탄산나트륨과 수산화칼슘의 반응 침전물이 탄산칼슘인 것을 확인할 수 있었고, 수산화칼슘은 나타나지 않았으므로 탄산반응으로 수산화칼슘을 제거할 수 있다는 것을 확인하였다.
수산화칼슘의 탈수 온도인 450℃에서는 중량의 변화가 거의 없어 수산화칼슘이 극소량이라는 것을 알 수 있다. 또한, 탄산칼슘의 탈 탄산 온도인 600 ~ 700℃ 사 이에서 중량의 변화가 가장 심한 것으로 나타나 탄산칼슘이 다량 함유되어 있다는 것을 알 수 있었다.
를 제거한 순환잔골재의 물리적 특성을 검토하기 위한 일련의 실험을 실시하였다. 본 실험에 있어서 수차례의 예비 실험을 실시한 결과, 순환잔골재의 알칼리 제거에 영향을 주는 주요한 인자로는 Na2CO3의 농도와 교반시간인 것으로 나타났다. 즉, Na2CO3의 농도가 높아지면 반응속도가 빨라지고 교반시간이 늘어날수록 반응물의 생성이 잘되는 것을 확인하였다.
탄산나트륨에 반응하기 전에 비하여 탄산나트륨에 반응시킨 순환잔골재의 밀도는 모든 수준에서 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 즉 반응 전 순환골재의 밀도보다 탄산나트륨 반응 후 순환골재의 밀도가 약 5 ~ 10% 향상되었고 탄산반응 후 교반시간이 늘어나도 일정 수준 밀도가 변한 후 더 이상 변화는 없는 것으로 나타났다. 특히, 탄산나트륨 5% 농도 수용액과 탄산나트륨 10% 농도 수용액 모두 밀도를 향상시키지만 농도에 따른 차이는 거의 없었다.
본 실험에 있어서 수차례의 예비 실험을 실시한 결과, 순환잔골재의 알칼리 제거에 영향을 주는 주요한 인자로는 Na2CO3의 농도와 교반시간인 것으로 나타났다. 즉, Na2CO3의 농도가 높아지면 반응속도가 빨라지고 교반시간이 늘어날수록 반응물의 생성이 잘되는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 Ca(OH)2의 농도 및 교반 시간을 실험변수로 하여 순환잔골재와 반응시켰으며, 반응된 순환잔골재의 알칼리 제거효과와 순환잔골재의 품질을 평가하기 위한 실험을 실시하였다.
탄산나트륨과 반응 전·후의 순환잔골재의 입도곡선은 반응전보다 반응후의 입도가 더 미세해진 것으로 나타났으며, 특히, 순환잔골재의 입경 2.5mm와 1.2mm 사이에서 변화가 가장 크게 나타났고 Base와 비교하여 입자의 크기가 작아졌다.
5는 탄산나트륨 농도 및 반응시간에 따른 순환잔골재의 흡수율을 나타낸 것이다. 탄산나트륨에 반응시키지 않은 순환잔골재의 흡수율과 농도 5%로 3분 교반한 순환잔골재의 흡수율은 비슷한 값을 나타내었으며, 나머지 수준에서는 흡수율이 낮아지는 것을 확인하였다. 즉, 농도 5%로 3분, 6분 교반한 순환잔골재의 경우, 순환잔골재의 수산화칼슘이 수용액에 잘 용해되지 않았기 때문인 것으로 사료되며 9분 교반의 경우는 수산화칼슘이 반응할 수 있는 충분한 시간이 있어 흡수율이 많이 낮아졌다.
1) 탄산나트륨과 순환골재가 반응하여 알칼리를 나타내는 수산화칼슘을 제거하는 것이 가능하였고, 탄산나트륨과 반응시킨 후의 순환잔골재의 품질은 전반적으로 향상되는 것으로 나타났다. 특히, 교반시간이 늘어 날수록 반응이 잘 일어나 순환잔골재의 품질이 향상되었고, 탄산나트륨 농도는 차이가 없는 것으로 나타났다.
후속연구
3) 본 연구 결과에서 얻은 것처럼 탄산나트륨과 순환골재의 반응으로 수산화칼슘이 제거되어 공정수가 알칼리로 변하는 것은 확인할 수 있었지만, 탄산나트륨에 의한 순환잔골재의 정확한 품질변화를 평가하기 위해서는 골재의 알칼리도가 어떻게 변화하는가에 대한 추가적인 실험이 필요할 것으로 판단된다. 또한 탄산나트륨의 농도와 교반 시간에 따른 침전물 성분 변화에 대하여도 계속적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
3) 본 연구 결과에서 얻은 것처럼 탄산나트륨과 순환골재의 반응으로 수산화칼슘이 제거되어 공정수가 알칼리로 변하는 것은 확인할 수 있었지만, 탄산나트륨에 의한 순환잔골재의 정확한 품질변화를 평가하기 위해서는 골재의 알칼리도가 어떻게 변화하는가에 대한 추가적인 실험이 필요할 것으로 판단된다. 또한 탄산나트륨의 농도와 교반 시간에 따른 침전물 성분 변화에 대하여도 계속적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
건설폐기물의 재활용을 촉진하기 위해서 재정한 것은?
1,2,3) 이에 따라 건설 폐기물 중 60% 이상을 차지하고 있는 폐콘크리트는 2000년 약 1,500 만 톤에서 2020년에는 약 1억 톤 이상으로 급격히 증가할 것으로 예상된다. 이에 건설교통부에서는 건설폐기물의 재활용촉진에 관한 법률 제35조의 규정에 의거 건설폐기물의 재활용을 촉진하기 위한 「순환골재 품질기준」을 2005년 8월에 재정하여 폐콘크리트의 다양하고 폭넓은 활용을 권장하고 있다. 하지만 국내에서 폐콘크리트를 이용하여 생산되고 있는 순환 골재의 경우 높은 흡수율과 낮은 밀도로 인해 순환골재 품질 기준안에 제시되어 있는 구조용 콘크리트 골재로서 사용하지 못하고 부가가치가 낮은 성토, 복토용 등으로 대부분 사용되어 지고 있다.
건설 폐기물의 가장 많은 비율을 차지하는 것은?
1990년대에 연간 1천 6백만 톤 발생하던 건설폐기물은 2008년 연간 약 6천 4백만 톤으로 5배 이상 증가하였으며, 국내 폐기물 중 50%이상을 점유하게 되었다.1,2,3) 이에 따라 건설 폐기물 중 60% 이상을 차지하고 있는 폐콘크리트는 2000년 약 1,500 만 톤에서 2020년에는 약 1억 톤 이상으로 급격히 증가할 것으로 예상된다. 이에 건설교통부에서는 건설폐기물의 재활용촉진에 관한 법률 제35조의 규정에 의거 건설폐기물의 재활용을 촉진하기 위한 「순환골재 품질기준」을 2005년 8월에 재정하여 폐콘크리트의 다양하고 폭넓은 활용을 권장하고 있다.
폐콘크리트를 이용하여 생산되고 있는 순환 골재의 품질이 낮은 이유는?
하지만 국내에서 폐콘크리트를 이용하여 생산되고 있는 순환 골재의 경우 높은 흡수율과 낮은 밀도로 인해 순환골재 품질 기준안에 제시되어 있는 구조용 콘크리트 골재로서 사용하지 못하고 부가가치가 낮은 성토, 복토용 등으로 대부분 사용되어 지고 있다. 일반적으로 순환골재의 품질이 저조한 이유는 시멘트가 수화한 후 생성된 고형 물질들과 공극으로 이루어져 있는 시멘트 페이스트가 원골재에 부착되어 있기 때문이다. 또한 시멘트 페이스트에 10 ~ 15% 정도 함유된 수산화칼슘(Ca(OH)2)은 골재의 pH를 12 이상으로 만들어 이러한 골재를 사용할 경우 지하수나 빗물에 의해 수산화칼슘(Ca(OH)2) 이 지속적으로 용출되어 토양, 수자원을 알칼리화 시켜 생태계를 파괴시키는 비점오염원의 문제점이 된다.
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