선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 일반적으로 해양준설토의 경우 지반에 매립되는 성토와 같은 형태로의 재활용이 대부분이다. 그러므로 본 연구에서는 해양준설토의 기초적 물성을 확인하고 소성에 따 른 포졸란 반응성을 평가하여 포졸란재로써의 활용가능성에 관한 기초자료를 제시하였다. 결과에 따르면 XRF 분석을 통해 측정된 해양준설토의 주성분은 55% 이상이 SiO2 인 것으로 나타났다.
- 그러므로 일반적인 매립의 형태가 아닌 다른 재활용 방법의 제시가 요구된다[6]. 따라서 본 연구에서는 해양준설토의 기초적 물성을 확인하고 소성에 따른 포졸란 반응성을 평가하여 포졸란재로써의 활용가능성에 관한 기초자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
- XRD 분석을 통해 포졸란 반응성을 가지기 어렵다고 판단된 175㎛ 준설토는 열량변화 분석을 실시하지 않았다.
- 이를 종합적으로 고려해 볼 때, 이 구간에서 내부격자에서의 수분이 증발되어 점토광물의 구조변화가 발생한 것으로 예상된다. 따라서 포졸란 반응성 의 발현이 가능하다 사료되는 100㎛ 준설토만 소성처리를 하였으며, 소성온도가 600℃ 이상일 경우, 점토광물의 구조가 재결정화 될 것을 고려하여 준설토를 소성하는데 있어 온도 변화 구간을 500-650℃ 범위로 설정하였다.
- 실험은 준설토의 기초 적 물성을 확인하기 위해 XRF 및 XRD, 열분석측정 (TG/DTA)을 실시하였고, 이후 일정온도 및 시간에서 준 설토를 소성하여 XRD 분석을 통해 준설토의 결정구조의 변화를 측정하였다. 또한 소성된 준설토의 포졸란재로써 활용가능성을 확인하기 위해 시멘트의 일부로 대체하여 시멘트 모르터를 제작한 후, 압축강도를 측정하였다.
- 본 연구에서 채취한 해양준설토의 기초적 물성을 확인하고 소성 열처리에 따른 포졸란 반응성을 살펴본 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 준설토의 열적성능을 파악한 후, 반응성이 확인된 준설토를 선정하여 500-600℃ 온도 구간에서 30, 60, 90min 동안 소성하여 열처리를 진행하였다. 소성 처리된 준설토에 한해 XRD 분석을 다시 진행하였으며, 소성 처리된 준설토를 시멘트의 일부로 치환하여 시멘트 모르터를 제작하였다.
- 실험은 준설토의 기초 적 물성을 확인하기 위해 XRF 및 XRD, 열분석측정 (TG/DTA)을 실시하였고, 이후 일정온도 및 시간에서 준 설토를 소성하여 XRD 분석을 통해 준설토의 결정구조의 변화를 측정하였다.
- 압축강도를 측정하기 위해 시험체는 50mm×50mm× 50mm 크기의 큐브 몰드를 제작하여(25±1)℃의 온도에서 28일간 기건양생 하였다.
- 준설토의 TG/DTA 분석시 약 500℃의 온도 구간에서 미세하지만 작은 변화가 확인되었던 100㎛의 준설토를 선정하여 열처리과정을 거친 후 변화를 확인하였다. 앞서 언 급한 바와 같이 소성시 온도 변화 구간을 500-650℃ 범위로 설정하였으며, 소성시간은 30, 60, 90min으로 다양하게 적용하였다. 열처리된 100㎛ 준설토의 XRD 패턴을 분 석한 결과 Figure 6과 같은 결과를 얻었다.
- 온도에 따른 준설토의 열반응 특성을 파악하기 위해 시차열분석과 열중량분석 TG/DTA(Thermo gravimetric analyer/ Differential thermal analysis, Perkin, U.S.A) 를 진행하였다. 이를 통해 온도상승에 따른 중량 및 열량 변화를 파악하여 소성온도 및 소성시간을 결정하였다.
- 열처리된 100㎛ 준설토를 시멘트의 일부로 치환(시멘트와 준설토의 혼합비는 9:1임)하여 혼입한 물결합재비(W/B) 50%, Cement & Dredged Soil : Sand는 1 : 3인 시멘트 모르터 시험체의 28일 압축강도를 측정한 결과 Figure 8과 같은 결과를 얻었다. 이 때 소성 열처리 하지 않은 준설토 또한 포졸란 반응성을 가질 수 있으므로 압축강도의 변화를 파악하가 위해 준설토를 혼입하지 않은 Plain과 소성 열처리를 하지 않은 해양준설토를 혼입한 시멘트 모르터 또한 함께 제작하여 측정하였다.
- A) 를 진행하였다. 이를 통해 온도상승에 따른 중량 및 열량 변화를 파악하여 소성온도 및 소성시간을 결정하였다.
- 준설토는 발생되는 위치에 따라 항만(해양), 저수지, 하천준설토로 구분되는데 본 연구에서는 항만 및 해양에서 발생되는 준설토를 채취하여 실험하였다. 샘플의 채취지역은 부산광역시 영도구 남항의 국제선용품물류센터 앞 해상 준설현장((주)신대양 해양사업현장)이며, 이 때 채취한 준설토의 평균입경은 각각 100㎛, 130㎛, 175㎛로 3종류이다.
- 준설토의 TG/DTA 분석시 약 500℃의 온도 구간에서 미세하지만 작은 변화가 확인되었던 100㎛의 준설토를 선정하여 열처리과정을 거친 후 변화를 확인하였다. 앞서 언 급한 바와 같이 소성시 온도 변화 구간을 500-650℃ 범위로 설정하였으며, 소성시간은 30, 60, 90min으로 다양하게 적용하였다.
- 준설토의 열적성능을 파악한 후, 반응성이 확인된 준설토를 선정하여 500-600℃ 온도 구간에서 30, 60, 90min 동안 소성하여 열처리를 진행하였다. 소성 처리된 준설토에 한해 XRD 분석을 다시 진행하였으며, 소성 처리된 준설토를 시멘트의 일부로 치환하여 시멘트 모르터를 제작하였다.
- 채취한 준설토의 화학적 성분을 파악하기 위해 XRF (X-ray fluorescence spectrometer, Shimadzu, Japan, XRF -1700)을 진행하였고, 준설토의 광물학적 조성 및 열처리에 따른 결정구조의 변화를 관찰하기 위하여, XRD(X-ray diffractometer, Rigaku, Japan, Ultima Ⅳ) 분석을 진행하였다.
- 포졸란재로 활용이 가능한 Halloysite, Kaolinite 성분 등과 같은 결정구조를 확인하기 위해 XRD 분석을 실시하였다. 일반적으로 이러한 결정구조들은 소성을 통해 불안정한 상태로 변화하게 되고, 이로 인해 반응성이 증대되어 포졸란 반응을 하게 된다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 부산광역시 국제선용품물류센터 앞 해상 준설현장에서 채취한 100㎛, 130㎛, 175㎛의 준설토 샘플을 대상으로 실험을 실시하였다. 실험은 준설토의 기초 적 물성을 확인하기 위해 XRF 및 XRD, 열분석측정 (TG/DTA)을 실시하였고, 이후 일정온도 및 시간에서 준 설토를 소성하여 XRD 분석을 통해 준설토의 결정구조의 변화를 측정하였다.
- 시험체 제작에 사용된 시멘트는 H사의 1종 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 준설토는 100㎛, 130㎛, 175 ㎛의 평균 입경이 다른 3종류를 사용하였다. 준설토를 시 멘트의 일부로 치환하여 제작한 시멘트 모르터에 사용된 잔골재는 KS L ISO 679(Methods of testing ce- ments-Determination of strength) 기준에 준하는 주문진산 표준사(비중 2.
- 압축강도 측정은 KS L 5105 규정 에 따라 실시하였으며, 재령 28일 강도를 측정하였다. 압축강도를 측정하기 위한 실험장비는 Shimadzu사(Japan)의 Universal Testing Machine(UTM, UH-F100A)을 사용하였으며, UTM stroke 변위재하속도는 1mm/min 으로 하였다.
- 시험체 제작에 사용된 시멘트는 H사의 1종 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 준설토는 100㎛, 130㎛, 175 ㎛의 평균 입경이 다른 3종류를 사용하였다. 준설토를 시 멘트의 일부로 치환하여 제작한 시멘트 모르터에 사용된 잔골재는 KS L ISO 679(Methods of testing ce- ments-Determination of strength) 기준에 준하는 주문진산 표준사(비중 2.6g/cm3)를 사용하였다.
이론/모형
- 압축강도를 측정하기 위해 시험체는 50mm×50mm× 50mm 크기의 큐브 몰드를 제작하여(25±1)℃의 온도에서 28일간 기건양생 하였다. 압축강도 측정은 KS L 5105 규정 에 따라 실시하였으며, 재령 28일 강도를 측정하였다. 압축강도를 측정하기 위한 실험장비는 Shimadzu사(Japan)의 Universal Testing Machine(UTM, UH-F100A)을 사용하였으며, UTM stroke 변위재하속도는 1mm/min 으로 하였다.
성능/효과
- 1) XRF 분석을 통해 측정된 해양준설토의 주성분은 55% 이상이 SiO2인 것으로 나타났으며, 그 외 Al2O3 및 SO3가 미량 함유되어 있는 것으로 나타났다.
- 175㎛ 준설토의 경우 이것이 미약하여 확인 할 수는 없었지만, 100㎛, 130㎛ 준설토의 경우 미약하지만 12-13°영역에서 Kaolinite hump를 보이는 것으로 나타났다.
- 2) XRD 및 TG/DTA 분석결과 100㎛ 준설토의 경우, 명확하지는 않으나 결정구조의 변화가 발생하여 포졸란재로써 적용 가능성이 일부 확인되어. 이를 소성 처리 하였고, 소성 열처리된 100㎛ 준설토를 시멘트 모르터에 혼입하여 압축강도를 측정한 결과, 550℃에서 90min 열처리한 준설토의 압축강도가 Plain과 가장 유사하게 나타났다.
- Figure 5에 따르면, 100㎛ 준설토의 경우 온도 변화에 따른 약간의 변화가 관찰되었다. DTA에서 명확한 Peak로 나타나지는 않았지만 약 500℃의 소성온도에서 미세하지만 작은 Hump가 확인되었으며, 500-600℃ 구간에서 무게변화 또한 나타났다. 이를 종합적으로 고려해 볼 때, 이 구간에서 내부격자에서의 수분이 증발되어 점토광물의 구조변화가 발생한 것으로 예상된다.
- XRD 및 TG/DTA 분석결과 100㎛ 준설토의 경우 결정구조의 변화가 발생하여 포졸란재로써 적용 가능성이 일부 확인되었다.
- 그러므로 본 연구에서는 해양준설토의 기초적 물성을 확인하고 소성에 따 른 포졸란 반응성을 평가하여 포졸란재로써의 활용가능성에 관한 기초자료를 제시하였다. 결과에 따르면 XRF 분석을 통해 측정된 해양준설토의 주성분은 55% 이상이 SiO2 인 것으로 나타났다. XRD 및 TG/DTA 분석결과 100㎛ 준설토의 경우 결정구조의 변화가 발생하여 포졸란재로써 적용 가능성이 일부 확인되었다.
- 성분인 것으로 나타났다. 그 외 Al2O3 및 SO3가 미량 함유 되어 있는 것으로 나타났으며, Cl 성분도 1.8~1.9% 정도 함유되어 있는 것으로 측정되었다.
- 소성 열처리된 준설토의 포졸란 반응성을 살펴본 결과 포졸란재로서 사용 가능성은 확인할 수 있었다. 그러나 메타카올린과 같은 반응성 포졸란으로서의 활용은 어렵다는 것을 확인하였으며, 포졸란 반응성을 발현하는 명확한 메커니즘은 규명할 수 없었다. 따라서 향후의 연구를 통해 메커니즘을 규명하고, 반응성을 올릴 수 있는 방법을 확보 할 수 있다면, 준설토의 재활용에 많은 도움이 될 것으로 사료된다.
- 이는 약 25%정도의 강도 감소에 해당되며, 열처리 되지 않은 준설토의 경우 포졸란 반응을 거의 일으키지 못했기 때문인 것으로 사료된 다. 마찬가지로 500℃에서 90min 열처리한 준설토의 경 우 평균압축강도가 27.36MPa로 Plain 모르터에 비해 낮게 나타났으며, 따라서 소성처리를 하지 않은 준설토와 500℃에서 90min 열처리한 준설토의 경우에는 포졸란재로 활용하기는 다소 미흡할 것으로 판단된다.
- 소성 열처리된 준설토의 포졸란 반응성을 살펴본 결과 포졸란재로서 사용 가능성은 확인할 수 있었다. 그러나 메타카올린과 같은 반응성 포졸란으로서의 활용은 어렵다는 것을 확인하였으며, 포졸란 반응성을 발현하는 명확한 메커니즘은 규명할 수 없었다.
- 2) XRD 및 TG/DTA 분석결과 100㎛ 준설토의 경우, 명확하지는 않으나 결정구조의 변화가 발생하여 포졸란재로써 적용 가능성이 일부 확인되어. 이를 소성 처리 하였고, 소성 열처리된 100㎛ 준설토를 시멘트 모르터에 혼입하여 압축강도를 측정한 결과, 550℃에서 90min 열처리한 준설토의 압축강도가 Plain과 가장 유사하게 나타났다.
- XRD 및 TG/DTA 분석결과 100㎛ 준설토의 경우 결정구조의 변화가 발생하여 포졸란재로써 적용 가능성이 일부 확인되었다. 추가로 압축강도를 측정한 결과 550℃에서 90min 열처리한 준설토의 경우 평균 압축강도가 35.55MPa로 Plain과 유사하게 측정되었다. 따라서 550℃ 온도에서 90min 동안 소성과정을 거친 100 ㎛ 준설토의 경우, 포졸란 반응성이 가장 높은 것으로 사료된다.
후속연구
- Figure 7의 결과에 따르면, 포졸란 반응성이 발현되었다고 볼만한 증거를 XRD 분석만으로는 확인하기는 어려웠으므로, 소성 준설토를 포졸란 반응을 명확하게 확인하기 위해서는 압축강도실험을 통한 추가 고찰이 필요할 것으로 사료된다.
- 그러나 메타카올린과 같은 반응성 포졸란으로서의 활용은 어렵다는 것을 확인하였으며, 포졸란 반응성을 발현하는 명확한 메커니즘은 규명할 수 없었다. 따라서 향후의 연구를 통해 메커니즘을 규명하고, 반응성을 올릴 수 있는 방법을 확보 할 수 있다면, 준설토의 재활용에 많은 도움이 될 것으로 사료된다.
- 그러나 600℃에서 60min 소성된 준설토의 경우 압축강도에 Plain 모르터에 비해 낮게 나타나 소성온도의 상승이 강도발현 특성에 나쁘게 작용한 것으로 나타났다. 본 연구의 결과에 따르면, 준설토의 소성 열처리를 위한 온도 및 시간은 550℃, 90min이 적정할 것으로 판단되나, 향후 소성시간의 적절한 조절을 통해 가장 최적화된 성능을 발휘할 수 있는 방법을 확인할 필요가 존재한다.
- 또한 Quartz peak이 너무 커서 상대적으로 결정성이 적은 점토 광물상들의 관찰이 어려웠다. 이는 Quartz를 별도로 선별하는 과정을 거친다면 해결할 수 있는 문제이나, 비용 대비한 효과가 적을 수 있어, 이에 대한 연구는 추후 진행할 필요가 있을 것으로 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.