폐기물 콘크리트의 사용은 환경 오염과 자연 골재의 부족을 해결할 수 있으나, 이러한 재생 골재는 골재 표면에 붙어 있는 시멘트 페이스트 량이 많아서 천연골재보다 더 많은 기포를 함유하고 있어 역학적 저항능력이 감소된다. 이러한 이유로, 최근에 고품질의 재활용 재생골재의 새로운 제조 공법으로 가열 등의 해결방법이 제안되어지고 있다. 본 논문에서는 고품질의 재활용 골재의 생산을 위해, 재생골재의 현존 제조공정에 가열 및 분쇄 공정을 추가하는 방법을 제안하였다. 최적의 프로세스를 찾기 위해서 통계적 실험계획법을 사용하여 실험을 수행하였고 가열 온도(4단계 : 300, 450, 600 및 $750^{\circ}C$) 및 가열 시간(4단계 : 5, 20, 40, 60분)이 주요 실험 변수였다. 시험 결과에 의해, 굵은 골재의 재활용을 위한 최적의 제조 조건은 $600^{\circ}C$와 40분으로 나타났다.
폐기물 콘크리트의 사용은 환경 오염과 자연 골재의 부족을 해결할 수 있으나, 이러한 재생 골재는 골재 표면에 붙어 있는 시멘트 페이스트 량이 많아서 천연골재보다 더 많은 기포를 함유하고 있어 역학적 저항능력이 감소된다. 이러한 이유로, 최근에 고품질의 재활용 재생골재의 새로운 제조 공법으로 가열 등의 해결방법이 제안되어지고 있다. 본 논문에서는 고품질의 재활용 골재의 생산을 위해, 재생골재의 현존 제조공정에 가열 및 분쇄 공정을 추가하는 방법을 제안하였다. 최적의 프로세스를 찾기 위해서 통계적 실험계획법을 사용하여 실험을 수행하였고 가열 온도(4단계 : 300, 450, 600 및 $750^{\circ}C$) 및 가열 시간(4단계 : 5, 20, 40, 60분)이 주요 실험 변수였다. 시험 결과에 의해, 굵은 골재의 재활용을 위한 최적의 제조 조건은 $600^{\circ}C$와 40분으로 나타났다.
The use of wasted concrete can settle the environmental pollution and shortage of natural aggregate. However, recycled aggregate includes substantial amount of cement paste, so that these aggregates are more porous, and less resistant to mechanical actions than natural aggregates. Recently, the new ...
The use of wasted concrete can settle the environmental pollution and shortage of natural aggregate. However, recycled aggregate includes substantial amount of cement paste, so that these aggregates are more porous, and less resistant to mechanical actions than natural aggregates. Recently, the new manufacturing processes of high quality recycled aggregates were suggested such as heating. In this paper, for the purpose of manufacture of high quality recycled aggregates, the heating processes was considered to the existing process of recycled aggregates. To find the optimum process, the experiment was performed through the statistical design of experiment. The heating temperatures of 4 levels (300, 450, 600 and $750^{\circ}C$) and heating duration time (5, 20, 40, 60minute) were main experimental variables. Through the test results, it was found that the optimum manufacturing condition of coarse recycled aggregate was evaluated to be $600^{\circ}C$ and 40minute.
The use of wasted concrete can settle the environmental pollution and shortage of natural aggregate. However, recycled aggregate includes substantial amount of cement paste, so that these aggregates are more porous, and less resistant to mechanical actions than natural aggregates. Recently, the new manufacturing processes of high quality recycled aggregates were suggested such as heating. In this paper, for the purpose of manufacture of high quality recycled aggregates, the heating processes was considered to the existing process of recycled aggregates. To find the optimum process, the experiment was performed through the statistical design of experiment. The heating temperatures of 4 levels (300, 450, 600 and $750^{\circ}C$) and heating duration time (5, 20, 40, 60minute) were main experimental variables. Through the test results, it was found that the optimum manufacturing condition of coarse recycled aggregate was evaluated to be $600^{\circ}C$ and 40minute.
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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 평가하여 콘크리트용으로의 적용성을 평가하였다.
제안 방법
기존 생산 방식으로 제조, 채취된 순환굵은골재 시료에 대하여 2.2절에서 기술한 실험변수들에 대한 가열 실험을 수행하여 순환굵은골재의 흡수율을 구하였다.
기존 생산 방식으로 제조, 채취된 순환굵은골재 시료에 대하여 본 연구의 실험변수들에 대한 가열 실험을 수행하여 순환굵은골재의 절대건조 비중을 구하였으며, 그 결과는 다음 Table 7에 나타내었으며 KS 품질 기준을 만족하는 경우는 표 내부를 음영 처리하였다.
또한 실험결과로부터 적정 제조 조건 및 제조된 순환골재의 품질을 평가하였다. 이러한 일련의 과정에서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
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 실시하였다.
실험변수는 가열 온도, 가열 시간 및 벤토나이트 첨가율로 결정하였으며, 가열 온도는 300, 450, 600 및 750℃ 4수준(변수명 A), 가열 시간은 5, 20, 40, 60분 4수준(변수명 B) 그리고 벤토나이트 첨가율은 중량비율로 0, 1, 2% 3수준(변수명 C)으로 정하였으며, 순환굵은골재에 대하여 총 48 경우이다. 실험은 통계적 의미를 갖도록 하기 위하여 실험계획법을 이용하였으며, 주 변수가 3 가지이므로 3원 배치법을 이용하였다.
이론/모형
본 실험에서 도출된 적정 조건(600℃, 40분 가열)의 가열방식에 의해 제조된 고품질 순환굵은골재의 “콘크리트용”으로의 적용성을 평가하기 위하여 KS F 2573-2006 "콘크리트용 순환골재" 규정에 준하여 Table 1과 같은 실험을 수행하여 그 결과를 Table 11에 나타내었다.
실험 항목은 순환골재의 물성 중 가장 중요한 흡수율 및 절대건조 비중으로 결정하였고, 실험방법은 KS F 2573-2006 "콘크리트용 순환골재" 규정에 준하여 수행하였다.
실험변수는 가열 온도, 가열 시간 및 벤토나이트 첨가율로 결정하였으며, 가열 온도는 300, 450, 600 및 750℃ 4수준(변수명 A), 가열 시간은 5, 20, 40, 60분 4수준(변수명 B) 그리고 벤토나이트 첨가율은 중량비율로 0, 1, 2% 3수준(변수명 C)으로 정하였으며, 순환굵은골재에 대하여 총 48 경우이다. 실험은 통계적 의미를 갖도록 하기 위하여 실험계획법을 이용하였으며, 주 변수가 3 가지이므로 3원 배치법을 이용하였다.4)
성능/효과
1) 기존 방식으로 제조된 순환굵은골재의 물성은 일부 항목에서 KS 품질기준을 만족하나, 일부에서는 KS 품질기준을 만족하지 않는 것으로 나타났다
2) 따라서, 고품질의 순환골재의 제조기술에서 가장 중요한 기술은 순환골재 표면에 부착되어 있는 기존 시멘트 페이스트의 제거 기술이라고 할 수 있다.
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
4) 벤토나이트 첨가율의 경우, 통계적 처리 결과, 본 연구에서 제시한 적정 생산 조건에서는 유의한 인자가 아닌 것으로 나타났다. 다만, 실제 생산의 경우에는 이론적으로 나타난 일정한 첨가율이 필요할 수도 있을 것으로 추정된다.
5) 본 연구에서 제시된 적정 조건(600℃, 40분 가열)의 가열방식에 의해 제조된 고품질 순환굵은 골재는 전 항목에서 KS 품질기준을 만족하는 것으로 나타나, 구조용 콘크리트에 안정적으로 사용할 수 있을 것으로 예상된다.
9) 이론적으로 가장 확실한 시멘트 페이스트 제거 방법은 염산 등의 산용액에 순환골재를 침지시켜 시멘트 페이스트를 제거하는 방법이 가장 확실할 것으로 추정되나, 생산기간의 장기화, 경제성 결여 및 산용액에 의한 환경오염 부담 증가 등의 이유로 비현실적인 제조 방법으로 알려져 있다.10)
4에 나타내었다. Table 10에서 알 수 있듯이 현행 KS 품질 기준을 만족하는 순환굵은골재의 절대건조 비중은 최소 600℃, 40분이상 가열을 실시하여야 KS의 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다
Table 3에서 알 수 있듯이 가열온도가 300℃(A1)인 경우는 KS 품질 기준을 항상 만족하지 못하는 것으로 나타났으며, 가열시간도 최소 20분(B2) 이상이어야 함을 알 수 있었다.
3에 나타내었다. Table 6에서 알 수 있듯이 현행 KS 품질 기준을 만족하는 순환굵은골재의 흡수율은 최소 600℃, 20분이상 가열 또는 450℃, 40분이상 가열을 실시하여야 KS의 흡수율 기준을 만족하는 순환굵은골재를 제조할 수 있는 것으로 나타났다.
기존 생산 방식으로 제조된 순환골재를 생산공장에서 시료를 채취하여 흡수율, 절대건조 비중 실험을 실시하여, 그 결과를 Table 2에 나타내었으며, 실험결과는 본 연구에서 사용된 시료의 경우, 기존 방식으로 제조된 순환굵은골재의 물성은 KS 품질 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다.
실험 결과를 통계적으로 처리한 결과, 3원배치법에 의한 분산분석표(ANOVA Table)4)를 Table 4에 나타내었으며, 이 내용을 고찰해 보면 신뢰도 95%수준에서는 A, B 및 A×C(교호작용)이 유의한 영향인자이며, 신뢰도 99%에서는 A, B만이 유의한 영향인자인 것으로 나타나, 유의하지 않은 인자를 제거한 수정된 분산분석표4)를 Table 5에 나타내었으며, 그 결과 A, B인자만이 매우 유의한 것으로 나타나고 있다.
후속연구
반면에 앞서 도출된 적정 조건(600℃, 40분 가열)의 가열방식에 의해 제조된 고품질 순환굵은 골재는 전 항목에서 KS 품질기준을 만족하는 것으로 나타나, KS F 2573-2006 "콘크리트용 순환골재"를 만족하므로 구조용 콘크리트에 안정적으로 사용할 수 있을 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고품질의 재활용 재생골재의 새로운 제조 공법으로 가열 등의 해결방법이 제안되는 이유는?
폐기물 콘크리트의 사용은 환경 오염과 자연 골재의 부족을 해결할 수 있으나, 이러한 재생 골재는 골재 표면에 붙어 있는 시멘트 페이스트 량이 많아서 천연골재보다 더 많은 기포를 함유하고 있어 역학적 저항능력이 감소된다. 이러한 이유로, 최근에 고품질의 재활용 재생골재의 새로운 제조 공법으로 가열 등의 해결방법이 제안되어지고 있다.
2006년 환경부 통계에 따른 총 폐기물 발생량과 세부 내용은?
최근 세계 선진국들은 인간의 사회․경제활동에 의한 필연적 산물인 폐기물의 처리 및 활용 방안에 대해서 관심이 고조되고 있으며, 폐기물 정책도 관리 측면에서 재활용 측면으로 급격하게 변화하고 있는 실정이다. 2006년 환경부 통계에 따르면 총 폐기물 발생량(지정폐기물 제외)은 318,670톤/일로, 생활폐기물 15.3%, 사업장배출시설계폐기물 31.7%, 건설계기물 53%로 가장 큰 구성비율을 차지하고 있으며 그 성상을 살펴보면 폐콘크리트가 전체 건설폐자재류중 65.3%로서, 골재 채취에 따른 환경파괴 및 부존 자원 고갈 방지 차원에서 대체골재의 개발이 절실히 요구되어지고 있는 현실에서 폐콘크리트에 대한 재활용의 필요성은 시대적 당면과제이다.
폐기물 콘크리트의 사용은 무엇을 해결해 줄 수 있는가?
폐기물 콘크리트의 사용은 환경 오염과 자연 골재의 부족을 해결할 수 있으나, 이러한 재생 골재는 골재 표면에 붙어 있는 시멘트 페이스트 량이 많아서 천연골재보다 더 많은 기포를 함유하고 있어 역학적 저항능력이 감소된다. 이러한 이유로, 최근에 고품질의 재활용 재생골재의 새로운 제조 공법으로 가열 등의 해결방법이 제안되어지고 있다.
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