최근, 산업부산물의 재활용과 이산화탄소 저감은 사회적으로 매우 중요한 이슈이다. 이러한 측면에서 화력발전소에서 발생되는 석탄회는 콘크리트의 혼합재로 사용되는 것이 재활용 방안 중 최선으로 알려져 있다. 석탄회를 콘크리트에 사용하기 위하여 KS에서는 $SiO_2$, 분말도, 비중, 강열감량 및 활성도 지수 등의 품질 항목을 선정하여 관리하고 있다. 특히, 활성도 지수의 경우는 석탄회가 콘크리트에 사용될 때의 강도 발현성을 판정할 수 있는 가장 주요한 판정기준인데 반해서 실험소요 기간이 최소 28일 혹은 91일이 요구되는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점에 착안하여 본 연구에서는 기존 활성도 지수를 대체하여 석탄회의 포졸란 반응성을 신속하게 측정할 수 있는 API 시험법을 적용하여, API 시험결과와 활성도지수 및 K-value와의 비교 분석을 통하여 API 시험법의 적용 가능성을 검토하고, 신속 측정방법인 API 시험법에 의한 국내 석탄회의 품질을 평가하고자 하였다. 실험 결과, 국내 석탄회는 수분 및 비중을 제외하고는 KS 품질기준을 대부분 만족하지 못하는 것으로 나타났으며, 특히 유동층 보일러 애시는 고유의 특성을 가지는 것으로 나타났다. API와 활성도지수 및 K-value의 경우, 각각의 상관성이 상당히 좋은 것으로 나타났다. 특히, 재령이 증가할수록 API와의 상관성은 점점 증가하는 것으로 나타나 장기 재령의 실험을 요구하는 활성도 지수 대신에 2일 내에 결과를 알 수 있는 API시험이 석탄회의 포졸란 반응성 평가에 매우 유용한 시험방법인 것으로 판단된다.
최근, 산업부산물의 재활용과 이산화탄소 저감은 사회적으로 매우 중요한 이슈이다. 이러한 측면에서 화력발전소에서 발생되는 석탄회는 콘크리트의 혼합재로 사용되는 것이 재활용 방안 중 최선으로 알려져 있다. 석탄회를 콘크리트에 사용하기 위하여 KS에서는 $SiO_2$, 분말도, 비중, 강열감량 및 활성도 지수 등의 품질 항목을 선정하여 관리하고 있다. 특히, 활성도 지수의 경우는 석탄회가 콘크리트에 사용될 때의 강도 발현성을 판정할 수 있는 가장 주요한 판정기준인데 반해서 실험소요 기간이 최소 28일 혹은 91일이 요구되는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점에 착안하여 본 연구에서는 기존 활성도 지수를 대체하여 석탄회의 포졸란 반응성을 신속하게 측정할 수 있는 API 시험법을 적용하여, API 시험결과와 활성도지수 및 K-value와의 비교 분석을 통하여 API 시험법의 적용 가능성을 검토하고, 신속 측정방법인 API 시험법에 의한 국내 석탄회의 품질을 평가하고자 하였다. 실험 결과, 국내 석탄회는 수분 및 비중을 제외하고는 KS 품질기준을 대부분 만족하지 못하는 것으로 나타났으며, 특히 유동층 보일러 애시는 고유의 특성을 가지는 것으로 나타났다. API와 활성도지수 및 K-value의 경우, 각각의 상관성이 상당히 좋은 것으로 나타났다. 특히, 재령이 증가할수록 API와의 상관성은 점점 증가하는 것으로 나타나 장기 재령의 실험을 요구하는 활성도 지수 대신에 2일 내에 결과를 알 수 있는 API시험이 석탄회의 포졸란 반응성 평가에 매우 유용한 시험방법인 것으로 판단된다.
Recently, recycling of industrial by-products and CO2 reduction have been important issues in the world. In this reason, applications and reuse of Fly ash as a binder for concrete, which is generated in thermoelectric power plant, have been one of the effective recycle methods. In order for Fly ash ...
Recently, recycling of industrial by-products and CO2 reduction have been important issues in the world. In this reason, applications and reuse of Fly ash as a binder for concrete, which is generated in thermoelectric power plant, have been one of the effective recycle methods. In order for Fly ash to be applied to concrete, Korean Standard(KS) has selected and managed quality such as $SiO_2$, fineness, specific gravity, ignition loss and activity index. However, there is a limits for activity index, whose test period required is at least 28 days or 91 days. Activity index is the critical indication standard to determine mechanical strength of concrete that contained Fly ash. To complement the disadvantage of test method, this research provided "API test method", which quickly measure Pozzolanic reaction of Fly ash can be considered as a alternative of activity index. Then, the adaptable API test method need to be investigated through comparative analysis with the test result of API, activity index and K-value. The test method can make evaluation of Fly ash quality faster and more accurate. As a result, most Fly ash produced in Korea has not been satisfied in the KS quality standard except water content and specific gravity, and especially fluidized bed boiler ash has its characteristics. Also, API, activity index and K-value have superior interrelationship. The interrelationship between API and activity index and K-value gets increased as the material age gets higher, so API test can be considered as very useful test method for Pozzolanic reaction evaluation of Fly ash.
Recently, recycling of industrial by-products and CO2 reduction have been important issues in the world. In this reason, applications and reuse of Fly ash as a binder for concrete, which is generated in thermoelectric power plant, have been one of the effective recycle methods. In order for Fly ash to be applied to concrete, Korean Standard(KS) has selected and managed quality such as $SiO_2$, fineness, specific gravity, ignition loss and activity index. However, there is a limits for activity index, whose test period required is at least 28 days or 91 days. Activity index is the critical indication standard to determine mechanical strength of concrete that contained Fly ash. To complement the disadvantage of test method, this research provided "API test method", which quickly measure Pozzolanic reaction of Fly ash can be considered as a alternative of activity index. Then, the adaptable API test method need to be investigated through comparative analysis with the test result of API, activity index and K-value. The test method can make evaluation of Fly ash quality faster and more accurate. As a result, most Fly ash produced in Korea has not been satisfied in the KS quality standard except water content and specific gravity, and especially fluidized bed boiler ash has its characteristics. Also, API, activity index and K-value have superior interrelationship. The interrelationship between API and activity index and K-value gets increased as the material age gets higher, so API test can be considered as very useful test method for Pozzolanic reaction evaluation of Fly ash.
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제안 방법
API 시험 결과 역시 Table 4에 나타내었다. API 시험법은 플라이 애시의 활성도 지수를 대체할 수 있는 품질 지표로서 API의 적용 가능성을 검토하기 위하여 활성도지수(7, 28, 91일) 및 K-Value와의 관계를 고찰하였다.
본 연구에서는 2012년 4월 ~ 2012년 10월까지의 국내의 YH 및 YS 화력발전소에서 배출되는 석탄회 51종에 대하여 KS L 5405 품질 항목 및 활성도지수, K-Value와 API 결과의 상관성 분석을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 2012년 4월~2012년 10월까지의 국내의 YH 및 YS 화력발전소에서 생산되는 석탄회 51종에 대하여 1주일 간격으로 KS L 5405에 따라 SiO2(화학분석), 분말도, 비중, 강열 감량, 활성도지수(7, 28일 및 91일), K-Value 및 API 등을 실험하였다. 특히 화학분석, 강열감량, 수분, 분말도 및 비중 등은 국내 공인 전문시험기관에 의뢰하여 측정을 수행하였다.
석탄회 51종에 대한 KS L 5405의 품질시험 항목에 대한 결과는 Table 3 ~ 4에 나타내었으며, KS L 5405 규격 중 type 1, 2 기준 모두를 만족하지 못하는 결과에는 진한 음영을, type 2만을 만족하지 못하는 결과에는 연한 음영을 처리하여 구분하였다. 한편 일부 시료에서 화학분석, 강열감량), 수분 및 분말도 등을 측정하지 못하여 이 경우는 Table 3 ~ 4에 “-”로 표기하였으며 누락된 데이터는 분석에서 제외하였다.
이러한 문제점에 착안하여 본 연구에서는 기존 활성도 지수 실험법을 대체할 수 있으며, 실험 소요 기간도 2일 이내인 실험법인 API(Assessed Pozzolanic-activity Index) 시험법을 적용하여 활성도 지수 시험법 및 K-value와의 상관성 비교 분석을 통하여 API 시험법의 적용 가능성을 검토하고 API 시험법에 의한 국내 석탄회의 품질을 평가하였다.
(화학분석), 분말도, 비중, 강열 감량, 활성도지수(7, 28일 및 91일), K-Value 및 API 등을 실험하였다. 특히 화학분석, 강열감량, 수분, 분말도 및 비중 등은 국내 공인 전문시험기관에 의뢰하여 측정을 수행하였다. 또한 실험에 사용된 석탄회의 종류로는 플라이 애시(fly ash : FA) 및 정제회(refined ash : RFA) 등이다.
대상 데이터
특히 화학분석, 강열감량, 수분, 분말도 및 비중 등은 국내 공인 전문시험기관에 의뢰하여 측정을 수행하였다. 또한 실험에 사용된 석탄회의 종류로는 플라이 애시(fly ash : FA) 및 정제회(refined ash : RFA) 등이다.
이론/모형
즉, K-value는 모르타르 중 반응성 재료의 기여분이 반영된 모르타르의 압축강도를 의미한다. 한편 K-value 계산에 사용된 모르타르의 배합은 KS L 5405에 결정하였으며, 그 내용은 Table 2에 나타내었다.
성능/효과
1. KS 품질항목 중 SiO2의 경우, 유동층 보일러 애시를 발생시키는 YS 화력발전소의 플라이 애시는 거의 대부분이 45% 이하로 나타나 품질기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났으며, 강열감량의 경우에는 SiO2와는 반대의 결과로 나타났다.
2. 활성도지수의 경우, YH, YS 화력발전소에서 배출되는 석탄회시료 모두 KS type 1 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타나고 있다. 다만, YH 화력발전소의 정제회는 플라이 애시보다는 좀 더 양호한 결과를 나타나고 있다.
3. API와 활성도지수 및 K-value의 경우, 각각의 상관성이 상당히 좋은 것으로 나타났다. 특히, 재령이 증가할수록 API와의 상관성은 점점 증가하는 것으로 나타나 API 시험결과와 압축강도가 매우 좋은 상관성을 갖고 있음을 확인하였다.
4. 각각의 화력발전소별로 분류된 석탄회의 경우에는 API - 활성도지수 관계와 API - K-value의 관계 모두 상관성이 훨씬 크게 나타났다. 즉, 화력발전소(보일러 형식) 차이가 클 것으로 예상되는 경우에는 각각으로 구분하면 API값을 이용하여 빠른 시간 내에 좀 더 정확한 결과를 예측할 수 있을 것으로 예상된다.
5. 이러한 API 시험 결과와 플라이애시를 혼합재로 첨가한 모르타르의 강도와의 상관관계를 바탕으로 플라이애시의 반응성을 평가하는 방법으로서 활성도지수 대신에 2일 내에 결과를 알 수 있는 API시험이 석탄회의 활성도를 평가하는데 매우 유용한 시험방법인 것으로 판단된다.
Fig. 11 ~ 14에서 알 수 있듯이 API와 활성도지수 관계 및 K-value와 화력발전소별(보일러 형식별) 차이를 확인한 결과, 각각의 화력발전소별로 구분하면 API - 활성도지수 관계와 API - K-value의 관계 모두 상관성이 훨씬 상승하는 것으로 나타났다.
8 ~ 10에 나타내었다. K-value 역시, API와의 상관성이 좋은 것으로 나타났으며, 재령이 증가할수록 API와의 그 상관성이 증가하는 것으로 나타났다.
이는 앞서 기술한 바와 같이 YS 화력발전소의 보일러가 유동층 보일러인 이유로 판단된다. 반면에 YH 화력발전소의 플라이 애시는 일부에서만 KS 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 국내 미정제 플라이 애시의 품질관리가 강열감량 중심인 현실을 반영하고 있는 것으로 판단된다.
API 시험의 주목적은 플라이 애시의 포졸란 반응성을 신속하게 평가하는 것이다. 즉, 기존의 활성도지수 시험방법은 7, 28 및 91일의 시간이 경과해야만 그 결과를 알 수 있으나, API 시험은 불과 2일 만에 그 결과를 얻을 수 있다.
2 ~ 3에 나타낸 K-value와 분말도 및 강열감량의 관계를 고찰해보면, K-value와 분말도는 어느 정도 선형 비례관계로 추정된다. 특히 YH 화력 발전소의 K-value와 분말도 상관성이 YS 화력발전소의 K-value와 분말도 상관성도보다 큰 것으로 나타났다. 이러한 결과는 형식이 다른 보일러에서 만들어지는 애시의 분말도 수준이 다르기 때문인 것으로 추정된다.
API와 활성도지수 및 K-value의 경우, 각각의 상관성이 상당히 좋은 것으로 나타났다. 특히, 재령이 증가할수록 API와의 상관성은 점점 증가하는 것으로 나타나 API 시험결과와 압축강도가 매우 좋은 상관성을 갖고 있음을 확인하였다.
활성도지수의 경우, API와의 상관성이 상당히 좋은 것으로 나타났다. 특히, 재령이 증가할수록 API와의 상관성은 점점 증가하는 것으로 나타나 장기 재령의 실험을 요구하는 활성도지수 대신에 2일 내에 결과를 알 수 있는 API시험이 석탄회의 포졸란 반응성 유무 확인에 매우 유용한 시험방법인 것으로 판단된다.
5~7에 나타내었다. 활성도지수의 경우, API와의 상관성이 상당히 좋은 것으로 나타났다. 특히, 재령이 증가할수록 API와의 상관성은 점점 증가하는 것으로 나타나 장기 재령의 실험을 요구하는 활성도지수 대신에 2일 내에 결과를 알 수 있는 API시험이 석탄회의 포졸란 반응성 유무 확인에 매우 유용한 시험방법인 것으로 판단된다.
후속연구
즉, 화력발전소(보일러 형식), 석탄의 종류 등에 따라 품질 차이가 클 것으로 예상되는 경우에도 API값을 이용하여 빠른 시간 내에 좀 더 정확한 결과를 예측할 수 있을 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
석탄회의 최선의 재활용 방안은?
최근, 산업부산물의 재활용과 이산화탄소 저감은 사회적으로 매우 중요한 이슈이다. 이러한 측면에서 화력발전소에서 발생되는 석탄회(Coal Combustion products : CCPs)는 콘크리트의 혼합재로 사용되는 것이 석탄회 재활용 방안 중 최선으로 알려져 있다. 이러한 석탄회를 콘크리트에 사용하기 위하여 KS L 5405 표준의 경우, SiO2 함량, 분말도, 비중, 수분, 강열감량, 플로우비 및 활성도 지수 등의 품질 항목을 선정하여 관리하고 있다(Korean standard association, Korean Standard L 5405 (fly ash), 2009).
석탄회를 콘크리트에 사용하기 위해 관리하는 표준은 무엇인가?
이러한 측면에서 화력발전소에서 발생되는 석탄회(Coal Combustion products : CCPs)는 콘크리트의 혼합재로 사용되는 것이 석탄회 재활용 방안 중 최선으로 알려져 있다. 이러한 석탄회를 콘크리트에 사용하기 위하여 KS L 5405 표준의 경우, SiO2 함량, 분말도, 비중, 수분, 강열감량, 플로우비 및 활성도 지수 등의 품질 항목을 선정하여 관리하고 있다(Korean standard association, Korean Standard L 5405 (fly ash), 2009). 이러한 KS 품질 항목 중에서 강열감량 및 활성도 지수 등은 콘크리트의 첨가재로의 활용 여부를 결정할 수 있는 가장 중요한 항목으로 평가된다.
참고문헌 (7)
D. Hall, P.K. Mehta (1984). Testing and correlation of fly ash properties with respect to pozzolanic behavior. EPRI CS-3314 Project 1260-26 Final Report.
Korean standard association, Korean Standard L 5405 (fly ash), 2009.
P.K. Mehta (1985). Influence of fly ash characteristics on the strength of Portland-fly ash mixtures. Cem Concr Res, 669-674.
R.V. Ranganath, R.C. Sharmw, S. Krishnamoorthy (1995). Influence of fineness and soluble silica content of fly ash on their strength development with respect to age. In:Malhotra VM, editor. Proceedings of the fifth international conference on fly ash, silica fume, slag, and natural pozzolans in concrete, 355-366.
T. Yamamoto, T. Kanazu (1999). Accelerated chemical assessing method for pozzolanic activity of fly ash. CRIEPI Abiko Research Laboratory Rep. No. U98047.[in Japanese]
T. Yamamoto (2006). Pozzolanic reactivity of fly ash - API method and K-value, Fuel 85, 2345-2351.
Xiuping Feng, Boyd Clark (2011). Evaluation of the physical and chemical properties of fly ash products for use in portland cement concrete, 2011 World of Coal Ash(WOCA), conference, Denver, USA, 1-6.
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