[논문]알칼리 활성화 슬래그-레드머드 시멘트(ASRC)의 건설분야 활용기술

김재환; 김병기; 강혜주; 김석표; 정영남

문제 정의

본 기사에서는 보크사이트 원광석으로부터 수산화알루미늄(AKOH)) 및 산화알루미늄(抱。)을 제조하는 공정에서 발생하는 산업부산물인 레드머드와 이를 활용한 ASRC의 특성을 소개하고, 흙 포장재, 지반 개량재 등 건설산업 분야에서 활용 가능성이 높은 사례를 소개하고자 한다.
노선별 스토리 텔링을 바탕으로 가치와 감성을 부여하여 감동적인 이야기를 전달하는 감성 고속도로 예와 같이 국내에서도 건설산업 분야에서도 감성을 활용한 기술이 점차 증가하고 있다. 이에 이 기사에서는 보크 사이트로부터 수산화알루미늄과 알루미나 (A1(OH)3/A12O₃)제조 과정에서 발생하는 부산물 레드머드를 재활용하여 개발한 ASRC 의 특성과 고감성 건설재료로써 활용한 사례를 소개하였다. 이와 같은 국내에서 연간 30 만 톤이 발생하고 이 중 10% 내외만이 재활용되는 실정에 있는 산업부산물인 레드머드를 재활용한 ASRC는 단순히 재활용하는 차원을 넘어 천연 황토와 같은 고감성 질감을 부여하고 건설 산업 분야에 새로운 가치를 창출하는 고부가가치 업싸이클링(Up-Cycling) 기술로써 건설 산업에서의 활용이 더욱더 기대된다.

제안 방법

ASRC 흙 포장재를 제작하였다. 건식 흙 포장재의 압축강도 시험체 제작은 흙 콘크리트 단체표준규격(SPS-KSCICO-001:2013)에 준하여 010x20 cm 몰드에[그림 11]에서 보는 바와 같은 래머를 사용하여 제작하였다. 레드머드 대체율에 따른 ASRC 흙 포장재의 압축강도는[그림 11]에 나타낸 바와 같이 레드머드의대체율이 높아질수록 강도는 저하되지만 레드머드 대체율이 가장 큰 30 %에서도 흙 콘크리트 단체표준규격에서 규정하고 있는 최고 강도 수준인 주차장용 18 MPa 이상을 만족하는 것으로 나타냈다.

대상 데이터

ASRC 지반 개량재의 현장 활용성을 평가하기 위하여 [그림 13]에서 보는 바와 같이 전라북도 남원의 붕괴 사면에 시험 시공하였다. ASRC 지반 개량재의 시험 시공 결과 사면 안정화뿐만 아니라 자연 친화적으로 뿌리가 착생할 수 있는 고감성 환경조건이 만들어져 주변 환경과 차이가 없는 것으로 나타났다.
ASRC 흙 포장재의 현장 적용성을 평가하기 위하여 천안에 소재하고 있는 건설폐기물 중간처리업체 상온 아스팔트 생산 설비를 이용하여 제조한 후 사업장으로부터 약 10 km에 떨어져 있는 150 m2 면적의 수목원에[그림 12]와 같이 시험시공 하였다. 시험 시공 완료 후 ASRC 흙 포장재 육안관찰 결과 주변 환경과 잘 어우러지며, 기존 천연 흙 포장과 유사한 고감성 질감을 나타내면서 균열이 발생하지 않고 있어 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

이론/모형

천연 황토와 같은 흙의 질감을 향상하기 위하여 건식시공법으로 ASRC 흙 포장재를 제작하였다. 건식 흙 포장재의 압축강도 시험체 제작은 흙 콘크리트 단체표준규격(SPS-KSCICO-001:2013)에 준하여 010x20 cm 몰드에[그림 11]에서 보는 바와 같은 래머를 사용하여 제작하였다.

성능/효과

ASRC 모르타르에 레드머드의 대체율이 증가할수록 백화 발생 면적은 증가하는 것으로 나타났고, 레드머드 대체율 30%의 경우 5%에 비해 백화 발생 면적이 약 4배 정도높은 것을 알수 있다.
시험 시공하였다. ASRC 지반 개량재의 시험 시공 결과 사면 안정화뿐만 아니라 자연 친화적으로 뿌리가 착생할 수 있는 고감성 환경조건이 만들어져 주변 환경과 차이가 없는 것으로 나타났다.
ASRC를 콘크리트 2차 제품으로 활용하기 위하여 칼라 보강토 옹벽 블록 시제품을 제작하였다[그림 16], ASRC 칼라 보강토 옹벽 블록에 대하여 시험 생산을 진행한 결과 역학적으로는 호안 및 옹벽 블록에 관한 단체표준(SPS-KCIC0001-0703)에서 규정하고 있는 압축강도 21 MPa 이상과 흡수율 7% 이하를 모두 만족하고 있었으며, 기존 시멘트계 제품과 비교하여 자연스러운 황토색이 표현되어 친근한느낌을 주고 있다.
국내 레드머드 발생량이 가장 많은 K사에서 2014년 분기별 야적되고 있는 슬러지 상태 레드머드의 물리 화학적 특성을 분석한 연구결과 발생시점에 따른 품질 편차의 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 슬러지 화학조성의 경우 대부분 SiO₂, A12O₃, FeA가 약 80%를 차지하고 있으며, 레드머드가 황토색으로 나타나게 하는 Fe©는 21.
또한, 건조 레드머드의 비표면적은 23.53m2/g, 평균 입경은 2.75 四로 레드머드의 입도분포를 나타낸[그림 4]에서 알 수 있는 바와 같이 시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 미분말 등의 평균 입경 20 ~ 30;皿와 비교하여 약 1/10에 해당되며 마이크로 시멘트 평균 입경 4〜6(加보다도 작은 것으로 나타났다.
레드머드를 대체한 ASRC 지반 개량재의 일축 압축강도 측정 결과[그림 11]에 나타낸 바와 같이 레드머드 대체율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내고 있지만 28일 16M頂a 이상이었다. 또한, 최종 선정된 ASRC 지반개량재 최적 배합을 적용한 식생 평가에서도[그림 12]와 같이 기존 시멘트 및 석회계 지반 개량재와 비교하여 상대적으로 우수한 결과를 얻을 수 있었다.
건식 흙 포장재의 압축강도 시험체 제작은 흙 콘크리트 단체표준규격(SPS-KSCICO-001:2013)에 준하여 010x20 cm 몰드에[그림 11]에서 보는 바와 같은 래머를 사용하여 제작하였다. 레드머드 대체율에 따른 ASRC 흙 포장재의 압축강도는[그림 11]에 나타낸 바와 같이 레드머드의대체율이 높아질수록 강도는 저하되지만 레드머드 대체율이 가장 큰 30 %에서도 흙 콘크리트 단체표준규격에서 규정하고 있는 최고 강도 수준인 주차장용 18 MPa 이상을 만족하는 것으로 나타냈다.
같이 시험시공 하였다. 시험 시공 완료 후 ASRC 흙 포장재 육안관찰 결과 주변 환경과 잘 어우러지며, 기존 천연 흙 포장과 유사한 고감성 질감을 나타내면서 균열이 발생하지 않고 있어 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

후속연구

ASRC는 황토와 같은 천연 토질과 색상이 흡사하여 감성 부여가 가능하고, 기존의 시멘트 및 석회계 지반 개량재와 달리 친환경적인 이미지를 강조할 수 있어 사면 붕괴에 대한 지반 안정화 재료로써 활용이 기대된다.
레드머드는 FqQ가 약 20% 차지하고 있어 천연 황토 포장길과 색상 및 질감 구현이 가능하므로 ASRC를 흙 포장재로써 활용하는 것이 기대된다.

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