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콘크리트 배합설계를 고려한 구조물의 전과정 CO2평가 모델
A Model for Lifecycle CO2 Assessment of Building Structures Considering the Mixture Proportions of Concrete 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.26 no.2, 2014년, pp.201 - 210  

양근혁 (경기대학교 플랜트.건축공학과) ,  서은아 (경기대학교 건축공학과)

초록
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이 연구는 콘크리트 구조물의 전과정 $CO_2$ 평가를 위한 단계적 모델을 제시하였다. 고려된 시스템 경계는 원료채취에서부터 재활용까지로서, 구성재료, 운송, 레미콘 공장에서의 계량 및 배합, 구조물의 사용 및 해체, 폐콘크리트의 파쇄 및 재활용까지를 포함한다. 구조물의 운영(40년) 및 재활용(20년) 단계에서 탄산화에 의한 $CO_2$ 포집양은 탄산화 깊이를 예측하기 위해 제시된 모델로부터 산정하였다. 제시된 $CO_2$ 평가모델에 기반하여 콘크리트 구조물의 전과정 $CO_2$양을 직접적으로 평가할 수 있는 성능평가표를 구체화하였다. 제시된 성능평가표를 이용한 사례분석 결과 보통포틀랜드 시멘트(OPC)가 콘크리트 구조물의 전과정 $CO_2$ 양에 미치는 기여비율은 약 85%이었다. 탄산화에 의한 $CO_2$ 포집양은 콘크리트 구조물의 전과정 $CO_2$ 양에 약 15~18%로 평가되었는데, 이는 OPC 생산으로부터 배출된 양의 약 19~22%에 해당된다. 결국, 제시된 $CO_2$ 성능평가표는 콘크리트 구조물의 각 단계에서 $CO_2$ 배출 또는 포집을 쉽게 결정할 수 있는 가이드라인으로서 설계 또는 시공 시 효율적으로 이용될 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The present study proposes a phased model to assess the lifecycle $CO_2$ amount of concrete structures. The considered system boundary is from cradle to recycling, which includes constituent material, transportation, batching and mixing in ready-mixed concrete plant, use and demolition of...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기후환경, LCI DB, 구조물 내구년수 및 구조물 해체 후의 재활용 시나리오는 2012년도의 국내 측정값을 이용하였다. 또한 구조물의 사용 및 해체 후 재활용단계에서 콘크리트 탄산화에 의한 CO2 포집양을 평가하기 위한 탄산화 모델을 제시하였다. 제시된 탄산화 깊이 모델은 마감재에 관계없이 실험 결과와 잘 일치함으로서 CO2 포집 평가를 위해 합리적으로 이용될 수 있음을 보였다.

가설 설정

  • (2)Mean size of recycled aggregates is obtained from particle distribution curve of each da_max.
  • 콘크리트 탄산화에 의한 CO2 포집 평가방법은 3장에 자세히 나타내었다. 구조물 사용수명은 법인세법 시행규칙9)의 건축물 기준내용연수에 따라 40년으로 가정한다.
  • 사용단계에서는 콘크리트 기능단위에 대하여 부재의 노출면적(D열)을 계산하고, 흡수가능한 CO2양(E열)은 식 (3)에 의해, 탄산화깊이 (F열)는 식 (9)를 이용하여 산정한다. 구조물 해체 후 파쇄단계에서는 구조물 현장에서부터 파쇄 공장까지의 거리를 50 km(D열)로 가정하였다. 재활용단계에서 재활용 시나리오(B열) 및 그에 따른 적용비율(C열)과 재생골재 직경(D열)은 Table 1에 따라 결정하였다.
  • 각 재료의 운송거리는 재료 출구(시멘트는 전남담양, 굵은골재와 잔골재는 각각 경기도 광주와 인천, 혼화제는 평택)에서부터 레미콘공장(인천 남동구)까지의 거리이다. 생산된 콘크리트의 운반거리는 1시간 이내의 운반시간을 고려하여 50 km로 가정하였다. 타설단계에서 콘크리트 투입은 붐 길이가 52 m인 콘크리트 펌프차 이용을 가정하였다.
  • 2012년 국내에서 철거된 폐콘크리트의 재활용 상세를 Table 1에 나타내었다. 콘크리트 구조물의 철거 후 콘크리트 2차 제품 또는 새 콘크리트 생산을 위한 순환골재로 재활용되는 경우 탄산화 기간은 2개월(일반적인 야적기간)로 가정하였다. 재활용 수명은 법인세법 시행규칙9) 의 토조 및 블록조 기준내용연수에 따라 20년으로 한다.
  • 생산된 콘크리트의 운반거리는 1시간 이내의 운반시간을 고려하여 50 km로 가정하였다. 타설단계에서 콘크리트 투입은 붐 길이가 52 m인 콘크리트 펌프차 이용을 가정하였다. 사용단계에서는 콘크리트 기능단위에 대하여 부재의 노출면적(D열)을 계산하고, 흡수가능한 CO2양(E열)은 식 (3)에 의해, 탄산화깊이 (F열)는 식 (9)를 이용하여 산정한다.
  • 재활용단계에서 재활용 시나리오(B열) 및 그에 따른 적용비율(C열)과 재생골재 직경(D열)은 Table 1에 따라 결정하였다. 파쇄공장에서 재활용처까지의 거리는 재활용시나리오에 관계없이 모두 50 km(I열)로 가정하였으며, 운송 시 무게(H열)는 재료단계에서 나타낸 배합표로부터 산정된 콘크리트 단위용적 질량을 재활용 비율에 따라 산정하였다. 운송단계에서 이용되는 수단들은 2.
  • 해체된 콘크리트 구조물은 중간처리업체에서 크러셔를 이용하여 파쇄 됨을 가정하였다. 중간처리업체에서의 고정식 크러셔는 시간당 200톤의 폐콘크리트를 파쇄하며, 이때의 전력소모량을 고려하여 산정된 CO2 배출양(CB)은 11.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
콘크리트 구성요소들은 무엇인가? 콘크리트 구성요소들(시멘트계 재료, 골재, 물 및 혼화제)에 의한 CO2 배출양(CM)은 다음 식으로 산정된다.
콘크리트 운송단계에서의 CO2 배출양에 대한 시스템 경계를 어떻게 나눌 수 있는가? 운송단계에서의 CO2 배출양에 대한 시스템 경계는 다음과 같이 고려될 수 있다. 콘크리트 구성재료들의 출구에서부터 레미콘공장까지; 생산된 콘크리트의 레미콘 공장에서부터 현장까지; 구조물 해체 후 폐콘크리트의 현장에서부터 파쇄공장까지; 재생골재들의 파쇄공장에서부터 각 재활용처까지이다. 따라서 운송단계에서의 CO2 배출양(CT)은 다음 식으로부터 산정된다.
ISO14040에 따라 건축물의 전과정 CO2 배출량 평가를 하는 것에 어떤 어려움이 있는가? 1) 이에 따라 IgCC2)와 같이 환경을 고려한 기준들에서도 ISO140401)에 따라 건축물의 전과정 CO2 배출량 평가를 요구하고 있다. 하지만 건축물의 전과정 CO2 배출량 평가를 위해서는 방대한 전과정 목록(lifecycle inventory, LCI) 데이터베이스(DB)가 필요하며, 특히 시공 및 해체 과정에서 사용장비들의 다양성도 고려해야만 하는 어려움이 있다. 이에 따라 콘크리트 구조물에서 CO2 평가는 주로 원료채취에서부터 콘크리트 생산단계까지의 시스템 경계에서 고려되고 있다.
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참고문헌 (21)

  1. ISO, Environmental Management-Life Cycle Assessment-Principles and Framework, ISO 14040, International Standardisation Organisation (ISO), 2006, 28 pp. 

  2. IGCC Public Comment Hearing Committee, International Green Construction Code, International Code Council, INC, 2010, pp. 1-95. 

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  4. Pade, C. and Guimaraes, M., "The $CO_2$ Uptake of Concrete in a 100 Year Perspective," Cement and Concrete Research, Vol. 37, No. 9, 2007, pp. 1348-1356. 

  5. Yang, K. H., Seo, E. A., and Tae, S. H., "Carbonation and $CO_2$ Uptake of Concrete," Environmental Impact Assessment Review, Accepted for Publication, Vol. 46, No. 1, 2014, pp. 43-52. 

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  7. Kim, T, H. and Tea, S, H., "A Study on the Development of an Evaluation System of $CO_2$ Emission in the Production of Concrete," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 22, No. 6, 2010, pp. 787-796. 

  8. Han, S, W., "A Study on Carbon Dioxide Emission of Input Resources according to Construction Method in Construction Phase," MSc Dissertation, University of Seoul, 2011, 73 pp. 

  9. Ministry of Strategy and Finance, Implementing Regulations in Corporate Tax Act, 2013. 

  10. Korea Concrete Institute, Estimation of Carbon Dioxide Assessment and Environment Impact of Concrete Structure, Kimoondang Publishing Company, 2013, pp. 141-153. 

  11. Korea LCI Database Information Network, www.edp.or.kr. (Access on December 31, 2013) 

  12. European reference Life-Cycle Database Information Network, http://elcd.jrc.ec.europa.eu/ELCD3/. (Access on December 31, 2013) 

  13. Papadakis, V. G., Vayenas, C. G., and Fardis, M. N., "Physical and Chemical Characteristics Affecting the Durability of Concrete," ACI Materials Journal, Vol. 88, No. 2, 1991, pp. 186-196. 

  14. Yang, K. H. and Moon, J. H., "Design of Supplementary Cementitious Materials and Unit Content of Binder for Reducing $CO_2$ Emission of Concrete," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 24, No. 5, 2012, pp. 597-604. 

  15. Cha, S. W., "Modeling of Hydration Process and Analysis of Thermal and Hygral Stresses in Hardening Concrete," PhD Dissertation, Seoul National University, South Korea, 1999, pp. 30-36. 

  16. Pommer, K. and Pade, C., "Guidelines-Uptake of Carbon Dioxide in the Lifecycle Inventory of Concrete," Nordic Innovation Centre Project, Danish Technological Institute, 2005, 45 pp. 

  17. Oshida, F., Izumi, I., and Kasami, H., "Effects of Cement Type, Mixture Proportion and Curing Condition on Carbonation of Concrete," Summary of Technical Paper, Architectural Institute of Japan, 1985, pp. 111-114. 

  18. Jung, S. H., "Diffusivity of Carbon Dioxide and Carbonation in Concrete through Development of Gas Diffusion Measuring System," PhD Dissertation, Seoul National University, South Korea, 2003, pp. 7-19. 

  19. Lee, D. H., "USN-Based Measurement of Greenhouse Environment and Prediction of $CO_2$ Emission from Soil," PhD Dissertation, Sungkyunkwan University, South Korea, 2009, pp. 78-84. 

  20. Kwon, S. J., Park, S. S., and Nam, S. H., "A Suggestion for Carbonation Prediction Using Domestic Field Survey Data of Carbonation," Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, Vol. 11, No. 5, 2007, pp. 81-87. 

  21. Lee, S. H., Park, W. J., and Lee, H. S., "Lifecycle $CO_2$ Assessment Method for Concrete Using $CO_2$ Balance and Suggestion to Decrease $LCCO_2$ of Concrete in South-Korean Apartment," Energy and Buildings, Vol. 58, 2013, pp. 93-102. 

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