쓰레기 소각재(소각재)를 콘크리트용 재료로 재활용하기 위하여 소각재의 품질특성에 대하여 분석하였으며, 소각재를 사용한 콘크리트의 유동특성 및 강도특성에 대하여 검토하였다. 소각재의 화학성분은 CaO 성분이 50%이상을 차지하고 있었으며, 소각재의 누적입도분포 50%의 평균입경은 $25{\mu}m$ 정도를 나타내었다. 소각재 IA1의 입자형상은 미세입자가 뭉쳐져 구형상을 나타내고 있으며, 소각재 IA2의 입자형상은 미세입자가 판상 형상으로 겹쳐져 있는 구조로 제조공정에 따라 다르게 나타났다. 소각재를 사용하므로써 콘크리트의 품질특성에도 크게 영향을 미쳤으며, 소각재 IA2를 사용한 경우 슬럼프가 증가하고 고성능감 수제 사용량이 감소하였으나, 압축강도 발현은 저하하였다. 소각재 IA2와 규조분말을 병용하여 혼합하므로써 목표슬럼프를 얻기 위한 고성능감수제의 사용량은 증가하였으나, 재령 28일 압축강도는 향상되는 효과가 있었다. 또한, 압축강도와 인장강도와의 비는 CEB-FIP 코드의 85%~105% 범위내에 있었다.
쓰레기 소각재(소각재)를 콘크리트용 재료로 재활용하기 위하여 소각재의 품질특성에 대하여 분석하였으며, 소각재를 사용한 콘크리트의 유동특성 및 강도특성에 대하여 검토하였다. 소각재의 화학성분은 CaO 성분이 50%이상을 차지하고 있었으며, 소각재의 누적입도분포 50%의 평균입경은 $25{\mu}m$ 정도를 나타내었다. 소각재 IA1의 입자형상은 미세입자가 뭉쳐져 구형상을 나타내고 있으며, 소각재 IA2의 입자형상은 미세입자가 판상 형상으로 겹쳐져 있는 구조로 제조공정에 따라 다르게 나타났다. 소각재를 사용하므로써 콘크리트의 품질특성에도 크게 영향을 미쳤으며, 소각재 IA2를 사용한 경우 슬럼프가 증가하고 고성능감 수제 사용량이 감소하였으나, 압축강도 발현은 저하하였다. 소각재 IA2와 규조분말을 병용하여 혼합하므로써 목표슬럼프를 얻기 위한 고성능감수제의 사용량은 증가하였으나, 재령 28일 압축강도는 향상되는 효과가 있었다. 또한, 압축강도와 인장강도와의 비는 CEB-FIP 코드의 85%~105% 범위내에 있었다.
The Quality of municipal solid waste incineration ash (incineration ash) was analyzed for the purpose of the reusing for concrete material. The folwability and strength properties of concrete mixed with incinerator ash were investigated. CaO component was included more than 50% in chemical component...
The Quality of municipal solid waste incineration ash (incineration ash) was analyzed for the purpose of the reusing for concrete material. The folwability and strength properties of concrete mixed with incinerator ash were investigated. CaO component was included more than 50% in chemical component of incinerator ash, mean size of 50% accumulated particle distribution of incinerator ash was about $25{\mu}m$. Particle shape of incinerator ash ($IA_1$) was massed the round shape with fine particle, particle shape of incinerator ash ($IA_2$) was piled up the sheet shape according to manufacture procedure. The Quality of concrete was effected by use of incinerator ash. When the incinerator Ash ($IA_2$) was used, slum of concrete was increased and dosage of high range water reducing agent was reduced. However, strength development of concrete was decreased. Dosage of high range water reducing agent was increased by combined use of incinerator ash ($IA_2$) and diatomite powder, but strength development of concrete was improved. Ratio of compressive strength and tensile strength was in the range 85%~105% of CEB-FIP model code.
The Quality of municipal solid waste incineration ash (incineration ash) was analyzed for the purpose of the reusing for concrete material. The folwability and strength properties of concrete mixed with incinerator ash were investigated. CaO component was included more than 50% in chemical component of incinerator ash, mean size of 50% accumulated particle distribution of incinerator ash was about $25{\mu}m$. Particle shape of incinerator ash ($IA_1$) was massed the round shape with fine particle, particle shape of incinerator ash ($IA_2$) was piled up the sheet shape according to manufacture procedure. The Quality of concrete was effected by use of incinerator ash. When the incinerator Ash ($IA_2$) was used, slum of concrete was increased and dosage of high range water reducing agent was reduced. However, strength development of concrete was decreased. Dosage of high range water reducing agent was increased by combined use of incinerator ash ($IA_2$) and diatomite powder, but strength development of concrete was improved. Ratio of compressive strength and tensile strength was in the range 85%~105% of CEB-FIP model code.
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문제 정의
본 연구에서는 도시쓰레기에서 발생되는 소각재(이하 소각재로 약함)를 콘크리트용 혼화재로 재활용하기 위한 일환으로 국내 소각장에서 발생하는 소각재의 특성을 비교, 고찰하였다. 또한, 소각재를 사용한 콘크리트의 유동특성과 강도특성에 대하여 실험을 통하여 검토하였다.
제안 방법
Φ100×200mm의 공시체를 제작한 후, 압축강도는 KS F 2405에 준하여 7일, 28일 및 90일 동안 수중양생을 실시하여 측정하였으며, 인장강도는 재령 28일 공시체를 KS F 2423에 준하여 측정하였다.
본 연구에서는 도시쓰레기에서 발생되는 소각재(이하 소각재로 약함)를 콘크리트용 혼화재로 재활용하기 위한 일환으로 국내 소각장에서 발생하는 소각재의 특성을 비교, 고찰하였다. 또한, 소각재를 사용한 콘크리트의 유동특성과 강도특성에 대하여 실험을 통하여 검토하였다.
보통강도용 콘크리트를 제조하기 위하여 물-시멘트비를 50%로 결정하고 단위수량 190kg/m3로 고려하여 배합설계를 실시하였다. 소각재 2종류를 사용하였으며, 단위시멘트 중량에 10%, 규조분말은 5% 혼합하였다.
소각재 및 규조분말을 혼합한 모르타르의 품질분석 결과를 토대로 소각재 2종류와 규조분말 DP를 사용한 콘크리트의 유동특성을 평가하기 위하여 공기량 및 슬럼프 시험을 실시하였으며, 공기량 및 슬럼프 시험결과를 표로 정리한 것이 Table 8이다.
소각재 및 규조분말을 혼합한 콘크리트를 제조한 후, 베이스슬럼프 값을 측정하였으며, 목표 슬럼프 90±20mm를 얻기 위하여 고성능감수제를 첨가하였다.
소각재 및 규조분말의 화학성분 및 입자형상을 조사하기 위하여 X선 회절분석(XRD) 및 SEM 촬영을 실시하였다.
이때 목표슬럼프를 90±20mm 범위내로 조절하기 위하여 베이스콘크리트를 제조후 고성능감수제(SP)는 시멘트량에 0.8~2.5%를 각각 첨가하였다.
콘크리트 강도시험은 재령 7일 및 재령 28일 압축강도와 재령28일에서의 인장강도를 측정하기 위하여 콘크리트 공시체를 제작한 후, 소요 재령까지 수중 양생하여 강도시험을 실시하였다.
콘크리트의 목표슬럼프 90±20mm를 얻기 위하여 베이스 콘크리트를 제조한 후 고성능감수제를 첨가하였다.
대상 데이터
보통강도용 콘크리트를 제조하기 위하여 물-시멘트비를 50%로 결정하고 단위수량 190kg/m3로 고려하여 배합설계를 실시하였다. 소각재 2종류를 사용하였으며, 단위시멘트 중량에 10%, 규조분말은 5% 혼합하였다. 콘크리트 시편(∅100mm×H200mm)을 제작하였다.
시멘트와 규조분말의 화학적 성분은 Table 4와 같다. 소각재(Incinerator Ash, IA)는 국내 소각장에서 수집한 것으로 2종류를 사용하였다. 그 화학성분은 Table 5와 같다.
시멘트는 밀도가 3.15g/cm3이고 비표면적이 3,539cm2/g인 보통포틀랜드시멘트(Ordinary Portland Cement, OPC)를 사용하였으며, 규조분말(Diatomite Powder, DP)은 소성한 제품을 사용하였다. 시멘트와 규조분말의 화학적 성분은 Table 4와 같다.
잔골재는 밀도 2.61g/cm3인 강모래를 사용하였으며, 굵은 골재는 최대치수가 25mm이고, 밀도 2.65g/cm3인 부순자갈을 사용하였다. 화학 혼화제는 폴리카본산계 고성능감수제(이하 SP)를 사용하였으며, 밀도는 1.
콘크리트 시편(∅100mm×H200mm)을 제작하였다.
화학 혼화제는 폴리카본산계 고성능감수제(이하 SP)를 사용하였으며, 밀도는 1.10±0.02g/cm3이었다.
이론/모형
콘크리트의 슬럼프시험은 KS F 2402, 공기량 시험은 KS F 2421에 준하여 실시하였다.
성능/효과
1. 소각재의 누적입도분포 50%의 평균입경은 27.8μm 및 26.0μm를 나타내었으며, 소각재 IA1의 입자형상은 미세입자가 뭉쳐져 구형상을 나타내고 있으며, 소각재 IA2의 입자형상은 미세입자가 판상형상으로 겹쳐져 있었다.
2. 소각재 종류에 따라 콘크리트의 유동특성에 크게 영향을 미치며, 소각재를 사용하지 않은 콘크리트에 비하여 소각재 IA2을사용한 경우 베이스 슬럼프는 40mm로 큰 값을 나타내었으며, 목표슬럼프 90±20mm를 얻기 위한 고성능감수제의 사용량은0.8%로 작게 소요되었다.
3. 소각재와 규조분말을 동시에 혼합한 콘크리트는 규조분말의 입자크기와 다공성의 영향으로 보통 포틀랜드시멘트만을 사용한 콘크리트에 비하여 목표슬럼프 90±20mm를 얻기 위한 고성능감수제의 사용량이 2배 이상 증가하였다.
4. 소각재 IA1 및 IA2를 혼합한 콘크리트의 재령 28일 압축강도는35.8MPa 및 36.1MPa로 보통 포틀랜드시멘트만을 사용한 콘크리트와 비교하여 약 4.5% 및 3.7% 정도 작게 나타났으며, 인장강도는 20.6% 및 7% 작게 나타났다.
5. 소각재와 규조분말을 혼합한 콘크리트의 강도발현은 규조분말의 포졸란반응 효과에 의하여 IA2DPC의 재령 28일 압축강도및 인장강도가 약 2.1% 및 5.5% 증가하였다. 소각재와 규조분말을 혼합한 콘크리트의 압축강도와 인장강도의 관계는CEB-FIP 코드에서 제시한 기준값의 85%~105% 범위 내에 나타났다.
CaO 성분은 시멘트 조성광물 C2S, C3S, C3A, C4AF 및 시멘트수화물인 C-S-H, Ca(OH)2를 형성하는 주성분으로 시멘트는 약61.40%를 나타내었으나, IA1은 56.23%로 시멘트와 비슷한 값이었으며, IA2는 시멘트보다 작은 값으로 47.95%를 나타내었다. 이들 성분은 이러한 염기성 성분 CaO의 산성성분(SiO2+Al2O3+Fe2O3)에 대한 비율을 수경률(H.
또한, 소각재 IA2와 규조분말을 혼합한 콘크리트의 베이스 슬럼프는 20mm였으며, 목표슬럼프 90±20mm를 얻기 위한 고성능감수제의 사용량은 2.0%로 보통포틀랜드시멘트만을 사용한 콘크리트에 비하여 2배 증가하였다.
소각재의 화학성분을 조사하여 측정한 결과(Table 5)에서 알 수 있듯이 시멘트의 화학성분과 유사하며 그 성분비율에 차이가 있다. 또한, 소각재의 종류에 따라서도 화학성분의 비율이 차이가 있음을 알 수 있었다.
소각재 IA2와 규조분말을 혼합한 콘크리트의 인장강도와 압축강도와의 비(σt/σc)는 7.49%로 나타났다.
소각재와 규조분말만을 혼합한 콘크리트의 인장강도 시험 결과, 소각재와 규조분말을 혼합한 콘크리트 IA1DPC, IA2DPC의 재령 28일 인장강도는 2.41MPa 및 2.87MPa로 보통포틀랜드시멘트만을 사용한 콘크리트에 비하여 약 88.6% 및 105.5%를 나타내었다.
49%로 나타났다. 소각재와 규조분말을 혼합한 콘크리트의 압축강도와 인장강도의 관계는 CEBFIP 코드에서 제시한 콘크리트의 압축강도와 인장강도 관계에서85%~105% 범위 내에 나타남을 알 수 있다.
소각재의 누적입자량은 소각재의 종류에 큰 차이가 없이 비슷한 값을 나타내었으며, 누적 입자량이 50%에 해당하는 소각재의평균입경은 IA1 27.8μm, IA2 26μm로 나타났다.
이 그림에서 알 수 있듯이 소각재 IA1 및 IA2를 혼합한 콘크리트의 재령 28일 인장강도는 2.16MPa 및 2.53MPa로 보통포틀랜드시멘트만을 사용한 콘크리트와 비교하여 79.4% 및 93.0%를 나타내었다.
즉, 소각재 IA1과 규조분말을 혼합한 콘크리트의 베이스 슬럼프는0mm로 슬럼프 값이 “zero”로 나타났으며, 목표슬럼프 90±20mm를 얻기 위한 고성능감수제의 사용량은 2.5%로 보통포틀랜드시멘트만을 사용한 콘크리트에 비하여 2.5배 증가하였다.
즉, 소각재 혼합 콘크리트의 강도저감 보상을 위하여 규조분말을 사용할 경우 규조분말 혼합 콘크리트의 인장강도 발현에 효과가 있는 소각재는 IA2가 유효하다고 평가되었다.
이와 같이 규조분말을 혼합하므로 써 포졸란 반응효과에 의하여 재령 28일 압축강도가 증가하는 효과가 나타났다(Neville 2000). 즉, 소각재를 사용한 콘크리트의 강도저감 보상을 위하여 규조분말의 혼합이 유효하다는 것으로 평가된다.
2012년도에는 약간 상승하는 경향을 보이고 있다. 총 폐기물 중 생활폐기물의 점유율은 12.8%로 전년도 13.1%에 비해 약간 감소하였으며, 2012년도 1인당 1일 생활폐기물 발생량은 0.95kg으로 2011년도 0.95kg과 동일한 수준으로 외국에 비하여 적은 양이다.
한편, 소각재 IA1만을 혼합한 콘크리트의 베이스 슬럼프는20mm를 나타내었으나, 목표슬럼프 90±20mm를 얻기 위하여 고성능 감수제 사용량은 보통포틀랜드시멘트만을 사용한 콘크리트와 동일한 양으로 1%만을 사용한 데 비하여 소각재와 규조분말을 동시에 혼합할 경우 소각재만을 사용한 콘크리트에 비하여 유동특성이 저하되는 현상이 나타났다.
후속연구
그러나, 소각재를 사용하여 제조한 콘크리트의 공시체는 탈형후 적색의 녹성분이 표면에 발생되어 있는 현상을 볼 수 있다. 이는 소각재 중에 포함되어 있는 화학성분이 산화되어 표면에 나타나는 현상으로 콘크리트용 건설재료로 사용시 이와 같은 현상을 충분히 검토한 후 적용해야 할 것으로 평가된다.
이상의 실험결과와 같이 소각재 종류에 따라 콘크리트의 유동특성 및 강도특성에 큰 영향을 미치고 있으며, 소각재를 사용한 콘크리트의 공시체 표면상태는 적색의 녹성분이 표면에 발생되어있는 현상을 볼 수 있으므로 콘크리트용 건설재료로 사용하기 위해서는 이와 같은 현상을 충분히 검토한 후 적용해야 할 것으로 평가된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
매립은 어떠한 문제를 초래할 수 있는가?
재활용은 분리수거 하여 다시 사용할 수 있는 것으로 종이, 알루미늄, 유리 및 플라스틱 같은 제품 등이 있다. 매립은 쓰레기를 땅에 묻는 방법으로 토양오염 및 수질환경오염을 유발시키고, 매립지 부족 등 사회, 환경적 문제를 발생시키므로 현실적으로 바람직하지 않은 방법이다.
폐기물을 처리하는 방법은 어떻게 분류할 수 있는가?
폐기물을 처리하는 방법으로는 크게 다음 Table 2와 같이 소각,매립 및 재활용과 같이 3가지로 분류할 수 있다.재활용은 분리수거 하여 다시 사용할 수 있는 것으로 종이, 알루미늄, 유리 및 플라스틱 같은 제품 등이 있다.
재활용을 이용한 폐기물을 처리가 가능한 것에는 무엇이 있는가?
폐기물을 처리하는 방법으로는 크게 다음 Table 2와 같이 소각,매립 및 재활용과 같이 3가지로 분류할 수 있다.재활용은 분리수거 하여 다시 사용할 수 있는 것으로 종이, 알루미늄, 유리 및 플라스틱 같은 제품 등이 있다. 매립은 쓰레기를 땅에 묻는 방법으로 토양오염 및 수질환경오염을 유발시키고, 매립지 부족 등 사회, 환경적 문제를 발생시키므로 현실적으로 바람직하지 않은 방법이다.
참고문헌 (10)
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