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
- 따라서, 본 연구에서는 현재 인조석재의 여러 가지 문제점인 환경오염과 자원고갈의 대책으로 천연골재 대체재인 폐유리 및 폐자기를 사용하여 마그네시아 인산염 복합체와 플라이애시를 혼입하여 그에 따른 인조석재의 특성을 알아보고자 한다.
- 따라서, 본 연구에서는 천연골재 대체재인 폐자기를 혼합하여 적용시켰다. 또한, 시멘트 대체재로써 마그네시아 인산염 복합체와 플라이애시를 혼입하여 그에 따른 인조석재의 특성을 알아보고자 한다. 실험결과, 폐유리 혼합비율 60% 및 폐자기 혼합비율 70%가 인조석재의 전반적인 실험에서 가장 우수한 것으로 판단되며, 인조석재의 기초적인 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 본 연구에서는 마그네시아 인산염 복합체와 플라이애시를 혼입하여 폐유리 및 폐자기를 적용시켜 그에 따른 인조석재의 물리적 특성을 알아본 결과는 다음과 같다.
제안 방법
- 지구온난화 현상으로 인해 환경 문제가 심각하며, 또한, 시멘트의 원료인 석회석과 골재의 무분별한 채취로 인한 환경파괴와 자원고갈의 심각성이 강조되고 있는 상황에서 문제점을 줄이려는 노력이 지속되고 있는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 천연골재 대체재인 폐자기를 혼합하여 적용시켰다. 또한, 시멘트 대체재로써 마그네시아 인산염 복합체와 플라이애시를 혼입하여 그에 따른 인조석재의 특성을 알아보고자 한다.
- 본 실험의 비빔방법은 Figure 1과 같이 마그네시아, 플라이애시, 제1인산칼륨 및 붕산을 스파이럴 믹서에 투입한 후 35rpm으로 120초간 건비빔한 후 배합수를 넣어 45rpm으로 60초, 폐유리 및 폐자기를 넣고 45rpm으로 60초 비벼 총 240초 일 때 토출하였다
- 본 실험의 요인 및 수준은 Table 2에 나타낸 바와 같이 전체 용적에 대한 폐유리(WG), 폐자기(WP)의 혼입 비율은 40, 50, 60, 70(%) 등으로 선정하였고, 결합재로써 마그네시아와 플라이애시를 사용하였으며, 마그네시아 1,000g을 기준으로 플라이애시를 10(wt.%) 치환하였다. 또한, 폐자기 및 폐유리의 최대치수는 15㎜이며, W/B는 49%로 고정하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 사용된 결합재는 마그네시아 및 플라이애시이며, 사용재료의 화학적 성질은 Table 1과 같다. 또한 폐유리, 폐자기, 제 1인산칼륨, 붕산 등을 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 마그네시아는 국내 A사에서 생산하는 것으로 사용하였다. 마그네시아는 MgO가 주성분이며, SiO2, CaO 및 Fe2O3가 함유하고 있다.
- 본 실험에 사용된 붕산은 국내 S사에서 생산하는 것을 사용하였으며, 파우더 형태로써 순도 및 밀도는 99.5%, 1.49g/㎤이다.
- 본 실험에 사용된 폐유리는 국내 S사에서 생산하는 것으로 사용하였으며, SiO2와 CaO가 주성분이고[6], Na2O 및 Al2O3가 함유하고 있으며, 밀도는 2.04g/㎤이다[7]. 또한 투명한 유리병을 대상으로 사용하였으며, 파쇄 후 입도조정 과정을 거쳤다.
- 본 실험에 사용된 폐자기는 국내 Y사에서 생산하는 것으로 사용하였으며, 폐자기는 SiO2가 주성분이고[8], Al2O3, K2O 및 CaO가 함유하고 있으며[9], 밀도 2.39g/㎤이다. 폐유리와 마찬가지로 파쇄과정을 거친 후 입도조정을 실시하여 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 플라이애시는 SiO2, Al2O3, CaO 및 Fe2O3가 주성분이며, 밀도와 분말도는 2.22g/㎤ 및 4,125㎠/g이다. 플라이애시는 폐자원 재활용으로 인한 자원의 절약 및 폐기처리 비용을 감소시키는 장점을 가지고 있다[5].
- 본 연구는 사용된 결합재는 마그네시아 및 플라이애시이며, 사용재료의 화학적 성질은 Table 1과 같다. 또한 폐유리, 폐자기, 제 1인산칼륨, 붕산 등을 사용하였다.
- 제 1인산칼륨은 국내 S사에서 생산하는 것을 사용하였다. 성상은 무색 또는 백색결정이고 순도는 98%이며, 밀도는 2.
데이터처리
- 출석률은 『 KS F 4035 기성 테라조 』에 의거하여 인조석재 300×300×45(㎜)의 표면에 2개의 대각선을 그어 그 직선이 폐유리 및 폐자기 위를 지나가는 부분의 치수를 계산하여 평균값을 나타내었다.
이론/모형
- 또한, 시험체의 제작은 마그네시아와 제 1인산칼륨의 비율은 2 : 1로 배합하였다. 재령 3h, 1일, 3일, 7일의 경화성상을 측정하기 위해서 압축강도는『 KS F 2519 석재의 압축 강도 시험 방법 』에 준용하여 시험을 진행하였다. 흡수율 및 비중을 알기 위하여 치수 5∼8(㎝)의 육면체를 가진 3개 이상의 시험체를 제작한 후에 재령 7일에 『 KS F 2518 석재의 흡수율 및 비중시험 방법 』에 따라 실시하였다.
- 흡수율 및 비중을 알기 위하여 치수 5∼8(㎝)의 육면체를 가진 3개 이상의 시험체를 제작한 후에 재령 7일에 『 KS F 2518 석재의 흡수율 및 비중시험 방법 』에 따라 실시하였다.
성능/효과
- 1) 폐유리 혼합비율에 따른 밀도는 전반적으로 폐유리 혼합비율이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났지만, 흡수율은 감소하는 곳으로 나타났다. 출석률은 WG 60, 70(%) 일 경우『KS F 4035 기성 테라조』의 규격기준치를 만족하였다.
- 2) 폐자기 혼합비율에 따른 흡수율 및 밀도의 경우 전반적으로 밀도는 폐자기 혼합비율이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났다. 그러나, 흡수율은 반대로 폐자기 혼합비율이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났다.
- 2%를 나타냈다. WG 50%는 43.8%가 나타났으며, WG 60%일 경우 50.2%이고, 또한, WG 70%에서는 55.1%로『 KS F 4035 기성 테라조 』의 규격기준치 50%를 만족하였다.
- 그러나, 흡수율은 반대로 폐자기 혼합비율이 증가할수록 흡수율은 감소하는 것으로 나타났다. WP 40%는 밀도 2.1g/㎤, 흡수율 9.7%으로 가장 높은 것으로 나타났으며, WP 50% 일 경우에 밀도 2.4g/㎤, 흡수율 8.7%이 나타났으며, WP 60%에서는 밀도 2.8g/㎤, 흡수율 8.3%이 나타났다. WP 70%는 밀도 3.
- WP 60%에서 WP 40%과 비교시 약 0.7MPa 정도 증가하는 것으로 가장 높게 나타났다.
- 폐유리 혼합비율에 따른 마그네시아 인산염 복합체의 휨강도를 측정한 결과를 Figure 5와 같이 나타내었다.『 KS F 4035 기성 테라조 』의 기준치 5MPa에 대한 휨강도비를 나타내었는데, 전체적으로 휨강도는 모두 KS 기준치 이상으로 나타났다. 재령 7일에서 혼합비율이 WG 60%일 때 즉, 마그네시아 인산염 복합체와 폐유리의 비율이 40 : 60인 경우 압축강도가 가장 높은 것으로 나타났다.
- 그러나, 흡수율은 반대로 폐자기 혼합비율이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 폐자기 혼합비율 변화에 따른 출석률은 WP 70%일 경우에만 50.7%로 KS 기준에 만족하는 것으로 나타났다. 휨강도는 폐자기의 혼합비율이 증가할수록 강도 또한 점점 증가하는 것을 알 수 있었으며, WP 70%일 때 재령 7일에서 미비하게 감소하는 것으로 나타났다.
- 폐자기 혼합비율에 따른 마그네시아 인산염 복합체의 휨강도를 측정한 결과를 Figure 10과 같이 나타내었다. 또한, 폐자기의 혼합비율이 증가할수록 강도 또한 점점 증가하는 것을 알 수 있다. 먼저, WP 40%의 휨강도는 재령 7일에서 4.
- 전반적으로 출석률은 WP 40%에 비해 폐자기 혼합비율이 증가할수록 육안으로도 점점 증가하는 것으로 나타났다. 먼저, WP 40%의 출석률은 33.7%, WP 50%의 경우 38.4%, WP 60%에서는 44.9%로『 KS F 4035 기성 테라조 』기준치인 50%를 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 폐자기 혼합비율 변화에 따른 출석률은 WP 70%일 경우에만 50.
- 또한, 폐자기의 혼합비율이 증가할수록 강도 또한 점점 증가하는 것을 알 수 있다. 먼저, WP 40%의 휨강도는 재령 7일에서 4.3MPa로 나타났고, WP 50%일때 4.6MPa, WP 60%에서는 5.0MPa, WP 70%일 경우는 4.3MPa로 나타났다. WP 60%에서 WP 40%과 비교시 약 0.
- 이와 같이, 폐유리의 혼합비율이 증가할수록 출석률은 약 6% 정도로 점점 증가하는 것으로 나타났다. 이는 전체적으로 폐유리의 양이 증가함에 따라 폐유리가 적절하게 분포되어 인조석재의 대각선 2개의 폐유리 위로 지나가는 부분의 치수가 커지기 때문에 출석률이 증가하는 것으로 사료된다.
- 『 KS F 4035 기성 테라조 』의 기준치 5MPa에 대한 휨강도비를 나타내었는데, 전체적으로 휨강도는 모두 KS 기준치 이상으로 나타났다. 재령 7일에서 혼합비율이 WG 60%일 때 즉, 마그네시아 인산염 복합체와 폐유리의 비율이 40 : 60인 경우 압축강도가 가장 높은 것으로 나타났다.
- 폐유리 혼합비율에 따른 마그네시아 인산염 복합체의 흡수율을 측정한 결과를 Figure 2와 같이 나타내었다. 전반적으로 밀도는 폐유리 혼합비율이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났으며, 흡수율은 감소하는 것으로 나타났다. WG 40%는 밀도는 1.
- 폐자기 혼합비율에 따른 마그네시아 인산염 복합체의 흡수율을 측정한 결과를 Figure 7과 같이 나타내었다. 전반적으로 밀도는 폐자기 혼합비율이 증가할수록 밀도는 증가하는 것으로 나타났다. 그러나, 흡수율은 반대로 폐자기 혼합비율이 증가할수록 흡수율은 감소하는 것으로 나타났다.
- 폐자기 혼합비율에 따른 마그네시아 인산염 복합체의 압축강도를 측정한 결과를 Figure 11과 같이 나타내었다. 전반적으로 압축강도는 WP 40%와 비교할 경우 WP 60%까지는 점점 증가하는 것으로 나타났고, WP 70%에서는 감소하였다.
- 폐자기 혼합비율에 따른 마그네시아 인산염 복합체의 출석률을 측정한 결과를 Figure 8과 같이 나타내었으며, 또한 폐자기 인조석재의 출석률 표면변화는 Figure 9와 같다. 전반적으로 출석률은 WP 40%에 비해 폐자기 혼합비율이 증가할수록 육안으로도 점점 증가하는 것으로 나타났다. 먼저, WP 40%의 출석률은 33.
- 전체적으로『KS L 1001 도자기질』의 흡수율 규격기준 5∼18(%)에 포함되어 적정한 것으로 나타났다.
- 『 KS F 4035 기성 테라조 』의 기준치 5MPa에 대한 휨강도비를 나타내었는데, 전체적으로 휨강도는 모두 KS 기준치 이상으로 나타났다. 재령 7일에서 혼합비율이 WG 60%일 때 즉, 마그네시아 인산염 복합체와 폐유리의 비율이 40 : 60인 경우 압축강도가 가장 높은 것으로 나타났다.
- 폐유리와 마찬가지로 전체적으로 『 KS L 1001 도자기질』 의 흡수율 규격기준 5∼18(%)에 포함되어 KS 규격기준에 적정한 것으로 분석되었다.
- 또한, 가장 낮은 강도를 나타낸 시험체는 WG 40%이다. 폐유리의 혼합비율이 증가할수록 강도값은 WG 60%까지 점점 증가하다가 WG 70%일 때 감소하는 경향이 나타났다. 이는 폐유리의 혼합비율의 적정 혼합비율이 초과하여 강도값이 저하된 것으로 판단된다.
- 또한, 가장 낮은 강도값을 나타낸 것은 WG 40%이다. 폐유리의 혼합비율이 증가할수록 강도값은 점점 증가하다가 감소하는 경향이 나타났다. 이는 폐유리의 혼합비율이 감소할수록 마그네시아 인산염 복합체의 기초물성이 저하되고, 폐유리의 매끄러운 표면으로 인해 마그네시아 인산염 복합체와 폐유리의 접착성도 떨어지기 때문에 강도값이 감소하는 것으로 판단된다.
- 9%로『 KS F 4035 기성 테라조 』기준치인 50%를 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 폐자기 혼합비율 변화에 따른 출석률은 WP 70%일 경우에만 50.7%로 KS 기준에 만족하는 것으로 나타났으며, WP 70%의 출석률이 WP 40%에 비해 약 17%정도 증가하여 가장 높게 나타났다. 이는 WP 70%까지의 출석률은 골재의 입도가 연속입자분포로 적절하게 분포되어 인조석재의 공극을 밀실하게 충전시켜 출석률이 증가함과 동시에 인조석재 단면에 폐자기의 노출이 증가하는 것으로 판단된다.
- 출석률은 WG 60, 70(%) 일 경우『KS F 4035 기성 테라조』의 규격기준치를 만족하였다. 휨강도는 기준치 5MPa에 대한 휨강도비를 나타내었는데, 전체적으로 휨강도는 모두 KS 기준치 이상으로 나타났다. 압축강도는 재령 7일에서 가장 높은 강도를 나타낸 것은 WG 60% 시험체 이다.
- 7%로 KS 기준에 만족하는 것으로 나타났다. 휨강도는 폐자기의 혼합비율이 증가할수록 강도 또한 점점 증가하는 것을 알 수 있었으며, WP 70%일 때 재령 7일에서 미비하게 감소하는 것으로 나타났다. 전반적으로 압축강도는 WP 40%와 비교할 경우 WP 60%까지는 점점 증가하는 것으로 나타났고, WP 70%에서는 감소하였다.
후속연구
- 실험결과, 폐유리 혼합비율 60% 및 폐자기 혼합비율 70%가 인조석재의 전반적인 실험에서 가장 우수한 것으로 판단되며, 인조석재의 기초적인 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.