최근 국내에서는 원유 정제과정에서 많은 양의 부생황이 발생하고 있다. 유황콘크리트는 시멘트 풀을 유황개질 바인더로 대체한 콘크리트로서 시멘트 제조시에 대량으로 발생되는 $CO_2$의 저감 및 원유 정제산업에서 부생되는 황을 활용할 수 있는 이점이 있다. 또한 유황콘크리트는 반복해서 재활용할 수 있는 친환경적이고 지속가능한 재료이다. 이 연구에서는 개질유황 바인더를 사용한 유황콘크리트의 물리적 특성을 실험을 통하여 검토하였다. 실험 결과, 유황콘크리트는 대체적으로 50~80MPa 이상의 고강도 특성을 보였다. 단위질량, 탄성계수 및 인장강도는 포틀랜드 시멘트 콘크리트(PCC)와 유사하였다. 순환굵은골재를 유황콘크리트에 적용하는 경우 순환골재의 단점을 보완하는 동시에 고강도콘크리트 제조가 가능하다. 유황콘크리트의 열팽창계수는 PCC보다 다소 큰 값으로 나타내고 있으나, 채움재를 혼입하여 일반 콘크리트 수준의 열팽창계수를 보이는 것으로 나타났다.
최근 국내에서는 원유 정제과정에서 많은 양의 부생황이 발생하고 있다. 유황콘크리트는 시멘트 풀을 유황개질 바인더로 대체한 콘크리트로서 시멘트 제조시에 대량으로 발생되는 $CO_2$의 저감 및 원유 정제산업에서 부생되는 황을 활용할 수 있는 이점이 있다. 또한 유황콘크리트는 반복해서 재활용할 수 있는 친환경적이고 지속가능한 재료이다. 이 연구에서는 개질유황 바인더를 사용한 유황콘크리트의 물리적 특성을 실험을 통하여 검토하였다. 실험 결과, 유황콘크리트는 대체적으로 50~80MPa 이상의 고강도 특성을 보였다. 단위질량, 탄성계수 및 인장강도는 포틀랜드 시멘트 콘크리트(PCC)와 유사하였다. 순환굵은골재를 유황콘크리트에 적용하는 경우 순환골재의 단점을 보완하는 동시에 고강도콘크리트 제조가 가능하다. 유황콘크리트의 열팽창계수는 PCC보다 다소 큰 값으로 나타내고 있으나, 채움재를 혼입하여 일반 콘크리트 수준의 열팽창계수를 보이는 것으로 나타났다.
Recently, a huge amount of sulfur has been produced as a byproduct of petroleum refining processes in Korea. Sulfur concrete is made of modified sulfur binder instead of cement paste, which has advantages of reducing $CO_2$ emission from cement industry as well as utilizing surplus sulfur...
Recently, a huge amount of sulfur has been produced as a byproduct of petroleum refining processes in Korea. Sulfur concrete is made of modified sulfur binder instead of cement paste, which has advantages of reducing $CO_2$ emission from cement industry as well as utilizing surplus sulfur. Also, sulfur concrete is a sustainable material that can be repetitively recycled. In this study, the physical properties of sulfur concrete are experimentally investigated. From the test results, sulfur concrete showed compressive strengths higher than at least 50MPa. Also, the unit weight, modulus of elasticity and splitting tensile strength of sulfur concrete was similar to that of Portland cement concrete (PCC). The coefficient of thermal expansion of sulfur concrete was a little larger than that of Portland cement concrete and sulfur concrete with mineral filler is helpful to lower the coefficient of thermal expansion. recycled aggregate sulfur concrete resulted in a slight reduction in the compressive strength, but sulfur concrete with recycled aggregate can achieve the high strength characteristics.
Recently, a huge amount of sulfur has been produced as a byproduct of petroleum refining processes in Korea. Sulfur concrete is made of modified sulfur binder instead of cement paste, which has advantages of reducing $CO_2$ emission from cement industry as well as utilizing surplus sulfur. Also, sulfur concrete is a sustainable material that can be repetitively recycled. In this study, the physical properties of sulfur concrete are experimentally investigated. From the test results, sulfur concrete showed compressive strengths higher than at least 50MPa. Also, the unit weight, modulus of elasticity and splitting tensile strength of sulfur concrete was similar to that of Portland cement concrete (PCC). The coefficient of thermal expansion of sulfur concrete was a little larger than that of Portland cement concrete and sulfur concrete with mineral filler is helpful to lower the coefficient of thermal expansion. recycled aggregate sulfur concrete resulted in a slight reduction in the compressive strength, but sulfur concrete with recycled aggregate can achieve the high strength characteristics.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구는 유황개질 바인더(modified sulfur binder)를 결합재로 천연골재를 사용하는 유황 콘크리트의 물리적 특성을 실험을 통하여 검토하였으며, 순환굵은골재의 적용 가능성을 알아보았다. 이를 통하여 향후 유황콘크리트의 구조물 적용시 기초자료로 제시하고자 하였다.
이 연구에서는 유황개질 바인더를 결합재로 사용하는 유황 콘크리트의 물리적 특성을 실험을 통하여 검토하였다. 이 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같이 요약할 수 있다.
본 연구는 유황개질 바인더(modified sulfur binder)를 결합재로 천연골재를 사용하는 유황 콘크리트의 물리적 특성을 실험을 통하여 검토하였으며, 순환굵은골재의 적용 가능성을 알아보았다. 이를 통하여 향후 유황콘크리트의 구조물 적용시 기초자료로 제시하고자 하였다.
제안 방법
45%의 잔골재율 기본으로 하여 25m, 20mm, 13mm의 굵은골재 최대치수(Gmax) 및 유황개질 바인더와 플라이애시의 비를 변수로 하였다(Table 5). 3번 배합은 유황 콘크리트의 장기 압축강도 경향을 파악하기 위해 3일과 30일간의 양생기간을 두어 비교하였고, 5번 배합은 순환굵은골재를 적용하였다.
(2004)의 결과를 바탕으로 총 7개의 실험배합을 구성하였다. 45%의 잔골재율 기본으로 하여 25m, 20mm, 13mm의 굵은골재 최대치수(Gmax) 및 유황개질 바인더와 플라이애시의 비를 변수로 하였다(Table 5). 3번 배합은 유황 콘크리트의 장기 압축강도 경향을 파악하기 위해 3일과 30일간의 양생기간을 두어 비교하였고, 5번 배합은 순환굵은골재를 적용하였다.
미리 가열된 스틸몰드(Φ100×200)와 다짐봉을 이용하여 밀실하게 다지면서 공시체를 제작하였으며, 탈형 및 표면연마는 실내 온도(20~25°C) 및 습도에서 6시간 양생 후 실시하였다(Fig. 5).
2000년 초 윤재환 등이 개질된 유황 모르타르 및 콘크리트의 제조, 물리적 특성, 내구성에 관한 실험적 연구를 수행하였다. 이에 유황 콘크리트에 대한 기본적인 배합방법을 정립하고, PCC와 유황 콘크리트의 물리적 성질을 비교하여 강도의 조기발현성과 탄성계수, 변형능력 및 열팽창계수가 큼을 언급하였으며, 동일강도의 PCC와 유황 콘크리트를 제작하여 각종 내구성능을 비교한 결과 유황 콘크리트는 보통콘크리트에 비해 내산성능, 염소이온차단성및 동결융해저항성이 뛰어남을 밝혔다(Yoon and Heo, 2003; Yoon, 2004; Yoon, 2005; Yoon, 2006).
먼저 굵은 골재 및 잔골재를 180°C의 오븐에 6시간동안 가열하였고, 130°C이상 가열된 heating jacket이 입혀진 배합기에 넣고 1분간 건비빔을 실시하였다. 이후 유황개질 바인더 및 플라이애시를 투입하여 액체화된 유황개질 바인더로 인하여 유동성을 가지는 유황 콘크리트를 10분간 배합하였다. 미리 가열된 스틸몰드(Φ100×200)와 다짐봉을 이용하여 밀실하게 다지면서 공시체를 제작하였으며, 탈형 및 표면연마는 실내 온도(20~25°C) 및 습도에서 6시간 양생 후 실시하였다(Fig.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 유황개질 바인더(Fig. 1)는 DCPD로 개질된 것으로 그 성분 및 특징은 Table 1과 같으며, ACI 548(1998)과 비교하면 황의 함유량 및 밀도는 만족하지만 탄소와 수소의 함량이 낮다.
이론/모형
본 연구에서 유황 콘크리트 공시체의 제작은 ACI 548(1998)에 의하여 진행 하였으며 그 순서는 다음과 같다. 먼저 굵은 골재 및 잔골재를 180°C의 오븐에 6시간동안 가열하였고, 130°C이상 가열된 heating jacket이 입혀진 배합기에 넣고 1분간 건비빔을 실시하였다.
압축강도 시험은 KS F 2405에 의해 실시하였고, 쪼갬인장강도는 KS F 2423에 의하여 실시하였으며(Fig. 7), 2개의 공시체를 평균한 유황 콘크리트의 역학적 특성은 Table 6과 같다.
성능/효과
(1) 유황개질 바인더를 사용한 유황 콘크리트는 50MPa 이상의 고강도를 얻을 수 있었고, 유황 콘크리트의 강도는 유황개질 바인더와 채움재의 비가 가장 중요한 것으로 생각된다.
(2) 유황 콘크리트의 단위질량은 PCC와 유사하고, 유황 콘크리트의 탄성계수 회귀식은 콘크리트구조기준의 탄성계수식과 유사하며, 인장강도 회귀식은 ACI 363에서 제시한 식과 유사한 수준이다.
(4) 유황 콘크리트의 열팽창계수는 13.8~17.2×10-6/°C으로 PCC 보다 다소 큰 값을 가지고 있으나, 채움재를 사용한 배합의 경우 열팽창계수를 낮추는 방법으로 사용될 수 있을 것이다.
일반골재에 유황개질 바인더, 채움재인 플라이애시를 혼입한 F배합이 가장 큰 압축강도를 보였다. 동일 배합에 순환굵은골재를 사용한 R배합은 F보다 11.4MPa만큼 낮은 압축강도를 보였으며 순환굵은골재를 사용시 압축강도가 다소 저감됨을 알 수 있다. S배합은 채움재인 플라이애시를 혼입하지 않은 경우이며 F배합보다 24.
ACI 548(1998)에 의하면 배합에 관하여 높은 산 및 염 용액의 저항성, 낮은 흡수율, PCC와 동일한 강도, 워커빌리티, 최소 경화수축의 충족을 요구하였다. 또한 각 굵은 골재 최대치수별 유황개질 바인더의 중량비를 제시하였으며(Table 4), PCC와 유사하게 굵은 골재 최대치수가 작아지면 결합재의 중량 요구량이 증가한다.
Table 4에서와 같이 Gmax가 20mm일 경우 ACI 548(1998)에서 제시한 유황개질 바인더의 중량비는 13~16%이고, 배합 4의 유황개질 바인더의 중량비와 유사하므로 적절한 배합이며, 배합 3, 6은 유황개질 바인더의 비율이 낮거나 높은 것으로 생각된다. 본 연구결과 골재량이 중량비의 70%정도이고 Gmax 20mm가 적용된 유황 콘크리트 최적 유황개질 바인더의 혼입량은 중량비의 15~20%인 것으로 판단된다(Fig. 8).
3MPa만큼 압축강도가 낮다. 유황 콘크리트의 강도는 골재의 특성 보다는 채움재의 유무에 따라 콘크리트의 강도가 좌우될 가능성이 높음을 확인하였고 채움재의 함유, 순환굵은골재 적용에 상관없이 유황 콘크리트의 역학적 특성은 PCC와 유사하다(Table 9).
일반골재에 유황개질 바인더, 채움재인 플라이애시를 혼입한 F배합이 가장 큰 압축강도를 보였다. 동일 배합에 순환굵은골재를 사용한 R배합은 F보다 11.
일반콘크리트와 다르게 채움재(플라이애시)가 골재에 포함되기 때문에 채움재의 함량에 따라 표준 입도를 벗어날 수 있다. 플라이애시가 전체질량의 5.4%인 1, 2, 3배합의 골재는 표준 입도를 만족하였으며, 국내기준에 만족하지 못한 Gmax 13mm 골재도 잔골재와 플라이애시를 통합한 ACI 표준 입도에 만족하였다. 플라이애시의 함량이 전체질량의 10%이상인 4, 5, 6배합의 골재는 표준 입도를 벗어난다.
후속연구
(3) 순환골재를 사용한 콘크리트의 취약한 역학적 특성을 유황개질 바인더가 보완할 수 있고 이와 동시에 고강도 순환골재 콘크리트를 제조하는데 이용될 수 있다고 판단된다.
이러한 유황 콘크리트는 130°C이상에서 용융되어 강도를 상실하므로 내화성이 요구되는 구조물에는 사용이 어려우나 높은 압축강도, 강도의 조기발현성, 내산성 및 낮은 흡수율과 같은 특징으로 TTP와 같은 해양 구조물, 보차도 경계석, 지중파이프 등 프리캐스트 구조물에 적용이 가능할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유황콘크리트의 이점은?
최근 국내에서는 원유 정제과정에서 많은 양의 부생황이 발생하고 있다. 유황콘크리트는 시멘트 풀을 유황개질 바인더로 대체한 콘크리트로서 시멘트 제조시에 대량으로 발생되는 $CO_2$의 저감 및 원유 정제산업에서 부생되는 황을 활용할 수 있는 이점이 있다. 또한 유황콘크리트는 반복해서 재활용할 수 있는 친환경적이고 지속가능한 재료이다. 이 연구에서는 개질유황 바인더를 사용한 유황콘크리트의 물리적 특성을 실험을 통하여 검토하였다.
2011년 기준 세계 유황 총 생산량은?
이러한 석유제품의 생산을 위해 정유 플랜트에서는 정제과정을 거치게 되고, 이러한 과정중 대기환경을 고려하여 공정별로 탈황과정을 통해 산업부산물의 하나인 황(sulfer)이 발생하고 있다. 2011년을 기준으로 세계 유황 총 생산량은 약 6900만 톤이다. 국내에서는 2009년부터 매년 지속적으로약 120만 톤의 유황이 생산되고 있으며, 이 중 90%는 원유정제 과정 중 탈황공정에서 발생한다.
유황 콘크리트의 단점은?
그리고 PCC는 28일에 최종강도의 90%정도를 달성하지만 유황 콘크리트는 1일에 최종강도의 70~80%이상을 달성하기 때문에 양생기간이 짧은 이점이 있다. 하지만 130°C이상의 온도에서 개질 유황 바인더가 용융되어 강성을 잃어버린다(Mohamed and Gamal, 2010).
참고문헌 (17)
ACI Committe 363 (2010). State-of-the-art report on high-strength concrete, America Concrete Institute, Detroit.
ACI Committe 548 (1998). Guide for mixing and placing sulfur concrete in construction, America Concrete Institute, Detroit.
Bae, S. H. (1992). "Characteristics of sulfur mortar and concrete." Magazine of the Korea Concrete Institute, Vol. 4, No 1, pp. 58-61 (in Korean).
Cha, S. W., Kim, K. S. and Park, H. S. (2011). "Manufacture of modified sulfur polymer binder and characteristics of sulfur concrete." Magazine of the Korea Concrete Institute, Vol. 23, No. 6, pp. 40-42 (in Korean).
Choi, D. W. (2011). "Suggestions for sustainable development of concrete industry." Magazine of the Korea Concrete Institute, Vol. 23, No. 2, pp. 12-14 (in Korean).
KCI (2009). Standard concrete construction specification, Korea Concrete Institute, Seoul (in Korean).
KCI (2012). Concrete structure design code, Korea Concrete Institute, Seoul (in Korean).
Lee, H. S., Shin, S. W. and Tae, S. H. (2009). "The development status and the future research trend of sustainable concrete." Magazine of the Korea Concrete Institute, Vol. 21, No. 2, pp. 34-40 (in Korean).
Mindess, S., Young, J. F. and Darwin, D. (2003). Concrete, Pearson Education, London.
Mohamed, A. M. O. and El Gamal, M. (2010). Sulfur concrete for the construction industury: A Sustainable Development Approach, J. Ross Publishing, Inc, USA, 2010.
Sheen, D. H., Joo, C. W., Choi, J. Y. and Choi, J. C. (2004). "Preparation of modified sulfur concrete pipe using centrifugal force." Proceeding of 2004 Annual Conference, KSCE, pp. 513-520 (in Korean).
Sheen, D. H., Kang, S. H., Roh, J. H. and Ryu, Y. S. (2002). "Properties and usages of sulfur concrete as construction material." Korean Society of Civil Engineers Magazine, Vol. 50, No. 6, pp. 39-45 (in Korean).
Vroom, A. H. (1998). "Sulfur concrete goes global." Concrete International, Vol. 20, No. 1, pp. 68-71.
Yoon, J. H. (2004). "An experimental study on the manufacturing of sulfur concrete." Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, Vol. 20, No. 9, pp. 143-148 (in Korean).
Yoon, J. H. (2005). "An experimental study on physical properties of sulfur concrete." Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, Vol. 21, No. 11, pp. 143-150 (in Korean).
Yoon, J. H. (2006). "An experimental study on durability of sulfur concrete." Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, Vol. 22, No. 6, pp. 95-102 (in Korean).
Yoon, J. H. and Heo, H. S. (2003). "An experimental study on the manufacturing of sulfur mortar." Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, Vol. 19, No. 11, pp. 93-99 (in Korean).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.