황의 대부분은 천연가스와 원유를 탈황시켜 얻게 되며, 국내 정유 플랜트에서는 120만톤 이상 발생하고 있으며, 50 % 정도만이 비료 및 황산등을 만드는 원료로 소모되고 있다. 이에 산업부산물로 얻어지는 황을 콘크리트에 적용하기 위해 개질유황이 제조되고 있어, 이를 활용한 콘크리트의 강도 및 내구성을 평가하였다. OPC에 비해 개질유황 폴리머를 사용할 경우 압축 및 휨강도는 동일 배합수 온도에서는 유사하였으며, 배합수 온도가 증가함에 따라 강도는 다소 증가하였다. 또한 동결융해에 따른 저항성은 개질유황 폴리머의 영향보다는 공기연행제의 사용으로 제어가 됨을 확인하였다. 그리고 5 % 황산 침지에 따른 압축강도 저하율은 개질유황 폴리머를 사용한 콘크리트가 OPC보다 4배 이상 우수하였다. 그리고 제빙염에 대한 표면박리 저항성도 개질유황을 사용한 경우는 표면박리가 발생되지 않은 1등급, OPC의 경우는 골재가 노출되어 4등급으로 평가되었다. 따라서 개질유황 폴리머를 콘크리트에 개질제로 사용할 경우 내구특성이 우수하여 교면포장 등에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
황의 대부분은 천연가스와 원유를 탈황시켜 얻게 되며, 국내 정유 플랜트에서는 120만톤 이상 발생하고 있으며, 50 % 정도만이 비료 및 황산등을 만드는 원료로 소모되고 있다. 이에 산업부산물로 얻어지는 황을 콘크리트에 적용하기 위해 개질유황이 제조되고 있어, 이를 활용한 콘크리트의 강도 및 내구성을 평가하였다. OPC에 비해 개질유황 폴리머를 사용할 경우 압축 및 휨강도는 동일 배합수 온도에서는 유사하였으며, 배합수 온도가 증가함에 따라 강도는 다소 증가하였다. 또한 동결융해에 따른 저항성은 개질유황 폴리머의 영향보다는 공기연행제의 사용으로 제어가 됨을 확인하였다. 그리고 5 % 황산 침지에 따른 압축강도 저하율은 개질유황 폴리머를 사용한 콘크리트가 OPC보다 4배 이상 우수하였다. 그리고 제빙염에 대한 표면박리 저항성도 개질유황을 사용한 경우는 표면박리가 발생되지 않은 1등급, OPC의 경우는 골재가 노출되어 4등급으로 평가되었다. 따라서 개질유황 폴리머를 콘크리트에 개질제로 사용할 경우 내구특성이 우수하여 교면포장 등에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
Most of the sulfur is obtained from desulfurization of natural gas and crude oil. In Korea, more than 120 tons of sulfur are produced by refinery, and about 50 % of the produced sulfur is used as a raw material for the production of fertilizer and sulfuric acid. Modified sulfur is manufactured from ...
Most of the sulfur is obtained from desulfurization of natural gas and crude oil. In Korea, more than 120 tons of sulfur are produced by refinery, and about 50 % of the produced sulfur is used as a raw material for the production of fertilizer and sulfuric acid. Modified sulfur is manufactured from excessive sulfur that could be used to improve concrete properties, and this study evaluated concrete strength and durability that contains modified sulfur. Flexural and compressive strengths of concrete with sulfur modified polymer were comparable to those of OPC concrete with mixing water at similar temperatures, while the strengths increased a little as mixing water temperature increased. It was also confirmed that the resistance to freeze-thaw damage was more dependent on entrained air characteristics obtained by a proper use of air entraining agent than on the use of sulfur modified polymer. When concrete was immersed in 5 % sulfuric acid, the rate of reduction in compressive strength of OPC concrete was less than 1/4 of the strength reduction of concrete with sulfur modified polymer. Also, the resistance of concrete with sulfur modified polymer to scaling due to the use of de-icing salt was evaluated as Class 1, while that of OPC concrete was evaluated as Class 4, as aggregates were exposed. Accordingly, it is believed that sulfur modified polymer could be effectively used for bridge deck concrete since sulfur modified polymer improves the durability of concrete.
Most of the sulfur is obtained from desulfurization of natural gas and crude oil. In Korea, more than 120 tons of sulfur are produced by refinery, and about 50 % of the produced sulfur is used as a raw material for the production of fertilizer and sulfuric acid. Modified sulfur is manufactured from excessive sulfur that could be used to improve concrete properties, and this study evaluated concrete strength and durability that contains modified sulfur. Flexural and compressive strengths of concrete with sulfur modified polymer were comparable to those of OPC concrete with mixing water at similar temperatures, while the strengths increased a little as mixing water temperature increased. It was also confirmed that the resistance to freeze-thaw damage was more dependent on entrained air characteristics obtained by a proper use of air entraining agent than on the use of sulfur modified polymer. When concrete was immersed in 5 % sulfuric acid, the rate of reduction in compressive strength of OPC concrete was less than 1/4 of the strength reduction of concrete with sulfur modified polymer. Also, the resistance of concrete with sulfur modified polymer to scaling due to the use of de-icing salt was evaluated as Class 1, while that of OPC concrete was evaluated as Class 4, as aggregates were exposed. Accordingly, it is believed that sulfur modified polymer could be effectively used for bridge deck concrete since sulfur modified polymer improves the durability of concrete.
그리고 개질유황 폴리머를 적용하지 않은 콘크리트(OPC)와, 배합수 온도를 20°C와 80°C 두가지로 제조된 콘크리트(SMPC)에 대해서 5% 황산에 대한 저항성, 동결융해 저항성, 제빙염에 대한 표면박리저항성에 대해서 분석하였다. 이와같은 강도 및 시간경과에 따른 슬럼프, 내구특성을 분석하여 재용융형 개질유황 폴리머를 사용한 콘크리트의 건설재료로서의 적용가능성을 평가하고자 하였다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 콘크리트 재료의 혼합 및 배합 방법과 배합수의 온도변화에 따른 작업성 및 압축강도, 휨강도의 특성을 분석하였다. 그리고 개질유황 폴리머를 적용하지 않은 콘크리트(OPC)와, 배합수 온도를 20°C와 80°C 두가지로 제조된 콘크리트(SMPC)에 대해서 5% 황산에 대한 저항성, 동결융해 저항성, 제빙염에 대한 표면박리저항성에 대해서 분석하였다.
대상 데이터
시멘트는 국내 S사 제품으로 비중 3.15, 분말도 3300cm2/g인 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 굵은 골재는 충북 A석산에서 생산된 최대치수 13 mm인 쇄석골재이며, 비중은 2.65, 흡수율 0.9 %, 조립률은 6.89 %이다. 그리고 잔골재는 경북지역 낙동강사를 사용하였으며, 비중은 2.
73 %이다. 콘크리트 개질재로 사용되는 개질유황 폴리머는 DCPD와 유황을 반응시킨 후 아민계 화합물과 중합반응시켜 제조된 국내 K사의 제품을 사용하였으며, 60°C 이상에서 재용융되며, 비중은 1.62이다. 계면활성제는 국내 C사의 pH6~7인 비이온계인 K-4500HQ이며, 콘크리트의 적정 공기량과 슬럼프를 위해 국내 H사의 폴리카본산계 고성능 AE감수제를 사용하였다.
이론/모형
3과 같으며, 50 싸이클까지 측정하였다. 그리고 ASTM C 672에서 제시한 Table 1에 따라 표면 박리 저항성에 대한 분석을 실시하였고, 표면박리 저항성의 정량적 해석을 위하여 시편에서 박리되는 양을 측정하여 분석하였다. 내화학 시험은 ASTM C 267에 의거해 28일간 수중양생 시킨 시험편에 대해서 재령 7,28, 56일 동안 5 % 황산(H2SO4)에 침지시켜 압축강도 및 중량변화율을 측정하였다.
압축 및 휨강도 시험은 재령 7, 28일에서 KS F 2405,KS F 2408에 의거해 시험을 실시하였다. 동결융해 시험은 KS F 2456의 기준에 따라 A-type인 수중 급속 동결융해방법으로 실험을 실시하였다. 그리고 동결융해 싸이클은 Fig.
성능/효과
또한 동결융해에 따른 저항성은 개질유황 폴리머의 영향보다는 공기연행제의 사용으로 제어가 됨을 확인하였다. 그리고 5 % 황산에 침지에 따른 내화학저항성은 개질유황 폴리머를 사용한 경우는 침지재령 56일에서 12 % 이내의 강도저하만을 보이나, OPC의 경우는 69 % 강도저하를 보여 개질유황 폴리머가 산에 대한 화학저항성이 매우 우수한 것으로 나타났다. 그리고 표면박리 저항성도 OPC의 경우는 골재가 노출되는 4등급을 보이나, SMPC의 경우는 1등급으로 나타나, 제빙염에 대한 표면박리저항성이 우수함을 확인하였다.
그리고 5 % 황산에 침지에 따른 내화학저항성은 개질유황 폴리머를 사용한 경우는 침지재령 56일에서 12 % 이내의 강도저하만을 보이나, OPC의 경우는 69 % 강도저하를 보여 개질유황 폴리머가 산에 대한 화학저항성이 매우 우수한 것으로 나타났다. 그리고 표면박리 저항성도 OPC의 경우는 골재가 노출되는 4등급을 보이나, SMPC의 경우는 1등급으로 나타나, 제빙염에 대한 표면박리저항성이 우수함을 확인하였다. 따라서 개질유황 폴리머를 콘크리트에 개질제로 사용할 경우 작업성 등만 확보된다면 강도 및 내구특성이 우수하여 교면포장 등에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
그리고 표면박리 저항성도 OPC의 경우는 골재가 노출되는 4등급을 보이나, SMPC의 경우는 1등급으로 나타나, 제빙염에 대한 표면박리저항성이 우수함을 확인하였다. 따라서 개질유황 폴리머를 콘크리트에 개질제로 사용할 경우 작업성 등만 확보된다면 강도 및 내구특성이 우수하여 교면포장 등에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
개질유황 폴리머를 콘크리트의 개질제로 사용하기 위해서 어떻게 해야 하는가?
이와 같은 장점을 활용하여 건설재료로서 활용하기 위해서는 개질유황의 특성과 콘크리트의 개질제로서의 사용특성이 선행되어야 한다. 개질유황 폴리머를 콘크리트의 개질제로 사용하기 위해서는 60oC 이상에서 재용융해야 하며, 온도가 저하되면 흐름성이 저하되는 단점을 갖고 있어, 콘크리트 재료 생산의 용이성과 분산성이 문제점으로 대두되고 있다[10].
국내 정유 플랜트에서 황이 얼마나 발생하는가?
황의 대부분은 천연가스와 원유를 탈황시켜 얻게 되며, 국내 정유 플랜트에서는 120만톤 이상 발생하고 있으며, 50 % 정도만이 비료 및 황산등을 만드는 원료로 소모되고 있다. 이에 산업부산물로 얻어지는 황을 콘크리트에 적용하기 위해 개질유황이 제조되고 있어, 이를 활용한 콘크리트의 강도 및 내구성을 평가하였다.
정유산업에서의 탈황시설이 의무화됨에 따라 유황 발생량은 늘어났지만, 유황은 어떻게 사용되고 있는가?
정유산업에서의 탈황시설이 의무화되면서 산업부산물로서 유황의 발생량은 매년 증가하고 있는 실정이다. 하지만 부산된 유황은 50 % 정도만이 비료 및 황산 등을 만드는 원료로 소비되며, 일부 화장품 및 제약 관련 분야도 소규모로 소모되고 있어 새로운 소비처를 필요로 하고 있다[1, 12]. 국내에서는 황의 생산량은 2009년 기준 120만톤이 생산되었으며, 세계적으로도 2007년 기준으로 1,000억톤에 이르고 있다.
참고문헌 (12)
B.Y. Jung, S.S. Lee and H.Y. Song, "Modified sulfur distribution and compressive strength characteristics of modified sulfur mortar based on the mixing method and curing condition", J. Korea Ins. Build. Const. 14 (2014) 61.
A.H. Vroom and D.W. Whitmore, "Sulfur concrete for high corrosion resistance", Canadian Soc. Civ. Eng. 2 (1994) 435.
S.W. Cha, K.S. Kim and H.S. Park, "Manufacture of modified sulfur polymer binder and characteristics of sulfur concrete", J. Con. Ins. 23 (2011) 40.
J.H. Hyun, J.W. Bang, U.C. Seo, Y.H. Kim, J.M. Park and Y.Y. Kim, "The experimental study on the strength properties of concrete using sulfur polymer", J. Korean Soc. Civ. Eng. 10 (2012) 2437.
A.M.O. Mohamed and M.E. Gamal, "Hydro-mechanical behavior of a newly developed sulfur polymer concrete", Cement and Con. Compo. 31 (2009) 186.
E.S. Lee, B.J. Lee, J.W. Bang, J.H. Noh and Y.Y. Kim, "Evaluation of the bond property between sulfur polymer surface protection and concrete according surface condition", P. Korea Ins. Stru. Main. (2014) 361.
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K.M. Kim and H.J. Son, "Fundamental characteristics of high early strength low heat concrete according to mineral binder and high early strength material combination", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 24 (2014) 27.
S.G. Yu, H.J. Choi, H. Kwon, N.K. Park and G.D. Kim, "Properties of portland cement concrete with the addition of a modified sulfur polymer", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 20 (2010) 192.
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