본 연구는 콘크리트 블록을 생산하는 공장에서 경제적이면서 환경 친화적인 블록을 생산하기 위해 산업부산물 자원을 효과적으로 이용하는 방안에 관한 것이다. 즉, BS 3종에 일라이트, 탈황석고 및 폐내화물울 치환하여 종전에 연구되었던 결과에서 양호한 것으로 밝혀진 몇 개 변수를 Mock-up 시험성격으로 실제 생산라인에서 호안블록을 생산하여 그 특성을 분석하므로써 최적 조합을 확정하고자 한다. 실험결과 압축강도, 흡수율, 내동해성 및 수질영향의 pH 관점에서 고려하면 BS 3종에 정제 탈황석고 5% 치환 및 여기에 골재로서 일라이트를 1% 치환한 배합이 최적인 것으로 분석되었다. 그러나 일라이트는 시멘트 보다 고가이므로 경제적인 측면까지도 고려하면 BS 3종에 5%의 정제 탈황석고를 결합재로 치환하는 배합이 최적 조합인 것으로 밝혀졌다.
본 연구는 콘크리트 블록을 생산하는 공장에서 경제적이면서 환경 친화적인 블록을 생산하기 위해 산업부산물 자원을 효과적으로 이용하는 방안에 관한 것이다. 즉, BS 3종에 일라이트, 탈황석고 및 폐내화물울 치환하여 종전에 연구되었던 결과에서 양호한 것으로 밝혀진 몇 개 변수를 Mock-up 시험성격으로 실제 생산라인에서 호안블록을 생산하여 그 특성을 분석하므로써 최적 조합을 확정하고자 한다. 실험결과 압축강도, 흡수율, 내동해성 및 수질영향의 pH 관점에서 고려하면 BS 3종에 정제 탈황석고 5% 치환 및 여기에 골재로서 일라이트를 1% 치환한 배합이 최적인 것으로 분석되었다. 그러나 일라이트는 시멘트 보다 고가이므로 경제적인 측면까지도 고려하면 BS 3종에 5%의 정제 탈황석고를 결합재로 치환하는 배합이 최적 조합인 것으로 밝혀졌다.
The aim of the research is providing the application method of recycled materials to manufacture the low costed eco-friend block at currently operated concrete block plant. In this research, based on the previous research results on three types of slag cement with illite, desulfurized gypsum, and wa...
The aim of the research is providing the application method of recycled materials to manufacture the low costed eco-friend block at currently operated concrete block plant. In this research, based on the previous research results on three types of slag cement with illite, desulfurized gypsum, and wasted refractory products, the actual block product was manufactured by the currently operated plant facility and evaluated their properties to suggest the optimal proportions. As an experimental results, in aspect of compressive strength, absorption ratio, freezing resistance, and pH, type III slag incorporating 5% desulfurized gypsum with 1% replaced illite as an aggregate could be suggested as am optimal proportion. In additionally, considering the high cost of the illite, it can be considered as an optimal proportion that type III slag incorporating 5% desulfurized gypsum for binder.
The aim of the research is providing the application method of recycled materials to manufacture the low costed eco-friend block at currently operated concrete block plant. In this research, based on the previous research results on three types of slag cement with illite, desulfurized gypsum, and wasted refractory products, the actual block product was manufactured by the currently operated plant facility and evaluated their properties to suggest the optimal proportions. As an experimental results, in aspect of compressive strength, absorption ratio, freezing resistance, and pH, type III slag incorporating 5% desulfurized gypsum with 1% replaced illite as an aggregate could be suggested as am optimal proportion. In additionally, considering the high cost of the illite, it can be considered as an optimal proportion that type III slag incorporating 5% desulfurized gypsum for binder.
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문제 정의
그러므로 본 연구에서는 콘크리트 블록의 일종인 호안블록을 생산하는 공장에 경제적이면서도 산업부산물 자원을 효과적으로 이용하는 방법을 Fig. 1과 같이 연구한 이전 결과를 실무에 적용하기에 앞서 양호한 것으로 밝혀진 몇 개 변수에 대하여 Mock-up 시험성격으로 실제 생산라인에서 호안블록을 시험 생산하여 그 특성을 분석하므로써 최적 조합을 확정하고자 한다.
본 연구에서는 콘크리트 블록을 생산하는 공장에서 경제적이면서도 환경 친화적인 제품을 생산하기 위한 것이다. 즉, 산업부산물 자원을 효과적으로 이용하는 종전의 연구 결과를 실무에 적용하기에 앞서 양호한 것으로 밝혀진 몇 개 변수에 대하여 Mock-up 시험 성격으로 실제 생산라인에서 호안블록을 제작하여 그 특성을 분석하므로써 최적 조합을 확정하고자 하였다.
본 연구에서는 콘크리트 블록을 생산하는 공장에서 경제적이면서도 환경 친화적인 제품을 생산하기 위한 것이다. 즉, 산업부산물 자원을 효과적으로 이용하는 종전의 연구 결과를 실무에 적용하기에 앞서 양호한 것으로 밝혀진 몇 개 변수에 대하여 Mock-up 시험 성격으로 실제 생산라인에서 호안블록을 제작하여 그 특성을 분석하므로써 최적 조합을 확정하고자 하였다.
제안 방법
결합재구성은 BSC 3종(BS 치환율 60∼70%)을 고려하여 단위 결합재량에 대한 질량비로 BS를 65% 치환 사용하는 것으로 게획하였다.
결합재구성은 BSC 3종(BS 치환율 60∼70%)을 고려하여 단위 결합재량에 대한 질량비로 BS를 65% 치환 사용하는 것으로 게획하였다. 기타재료의 실험 계획 비율은 이전 실험연구 결과를 참조하여 일라이트의 경우는 단위골재량에 대한 질량비로 0, 1%의 2수준으로 계획하였고, 정제된 탈황석고(이하 FGD)와 폐내화물 분말 (이하 WRP)은 결합재에 대한 질량비로 각각 0, 5%와 0, 2.5%의 2수준씩을 치환하는 것으로 계획하였다.
먼저 결합재와 골재의 배합비는 1:5로 실제 콘크리트 블록 공장에서 진행되는 배합비로 계획하였으며, W/B는 30%로 계획하였다. 결합재구성은 BSC 3종(BS 치환율 60∼70%)을 고려하여 단위 결합재량에 대한 질량비로 BS를 65% 치환 사용하는 것으로 게획하였다.
수질영향특성의 실험 방법은 3ℓ 플라스틱 용기에 100X100X100mm 시료 2개와 하천수 2ℓ를 넣고 밀봉한 뒤 온도 20±2℃에서 재령 14일 동안 침지한 후 침출 용액을 전문시험 기관에 의뢰하여 성분검사를 실시하였다.
본 연구의 실험방법으로 콘크리트의 혼합은 2차 제품 생산 공장의 생산 방식에 따라 진행하였다. 실험 진행을 위한 호안블록의 성형은 건식 진동성형으로 진행하였으며, 양생은 증기양생으로 진행하였다. 경화 콘크리트 실험 방법으로 공시체는 생산된 호안 블록에서 100X100X100mm 시편을 절단하여 제작 하였고, 압축강도, 흡수율 및 동결융해 시험은 KS I 3304에 의거하여 실시하였다.
실험사항으로는 경화 콘크리트에서 압축강도, 흡수율, 동결융해 후 압축강도(100cycle) 및 수질영향 실험을 실시하는 것으로 실험계획 하였다.
품질 특성치 간에 정량적으로 비교하긴 어려울지라도 Plain 대비 ±5%를 기준으로 분석하였다.
대상 데이터
단, 일라이트는 입자의 크기가 2∼4μm로 보통 건축 마감재로 사용되는 분말형을 사용하였으며, 탈황석고는 화력발전소 생산품에서 0.3mm 체가름으로 활성탄을 제거한 정제 탈황석고를 사용하였으며, 폐내화물은 미분말로 분쇄하여 사용하였다.
본 실험에 사용된 시멘트, 일라이트, FGD, WRP 및 골재는 모두국내산으로 콘크리트 블록 생산업체에서 이용하는 것을 사용하였는데, 그 모양은 Fig. 2와 같고, 그 물리·화학적 성질은 Table 3∼ 8과 같다.
이론/모형
실험 진행을 위한 호안블록의 성형은 건식 진동성형으로 진행하였으며, 양생은 증기양생으로 진행하였다. 경화 콘크리트 실험 방법으로 공시체는 생산된 호안 블록에서 100X100X100mm 시편을 절단하여 제작 하였고, 압축강도, 흡수율 및 동결융해 시험은 KS I 3304에 의거하여 실시하였다. 수질영향특성의 실험 방법은 3ℓ 플라스틱 용기에 100X100X100mm 시료 2개와 하천수 2ℓ를 넣고 밀봉한 뒤 온도 20±2℃에서 재령 14일 동안 침지한 후 침출 용액을 전문시험 기관에 의뢰하여 성분검사를 실시하였다.
본 연구의 실험방법으로 콘크리트의 혼합은 2차 제품 생산 공장의 생산 방식에 따라 진행하였다. 실험 진행을 위한 호안블록의 성형은 건식 진동성형으로 진행하였으며, 양생은 증기양생으로 진행하였다.
성능/효과
1. 압축강도 특성으로 먼저, Plain의 경우는 재령 28일에서는 약 24MPa 정도의 강도를 발현한 반면에, BS 3종을 이용할 경우는 20MPa로 가장 낮은 압축강도를 나타내었으나, 여기에 탈황석고만을 5% 치환 사용할 경우 여타의 배합 중 가장 높은 26MPa 의 강도치를 나타내었다. 일라이트 1%에 탈황석고 5%를 치환한 배합도 비교적 높은 강도치를 나타내었으나, 여기에 폐내화물을 2.
2. 흡수율 특성으로 전반적으로는 모든 배합에서 10% 이하의 값을 나타내어 KS 표준을 만족하였지만, 특히 Plain과 일라이트를 치환한 배합은 여타의 배합에 비해 약 0.5%p 정도 낮은 흡수율을 나타내었다.
3. 내동해성 특성으로 100cycle 동결융해 후 압축강도는 동결융해를 거치지 않은 것과 유사한 경향을 나타내었다. 특히, BS 3종에 탈황석고를 5% 치환 사용한 배합의 경우 여타의 배합보다 가장 높은 강도치를 나타내었다.
4. 수질정화성능 특성으로 pH의 경우는 OPC만을 이용한 Plain의 경우 12.4로 제일 큰 값을 나타내었고, BS 3종 단독인 경우와 BS 3종에 탈황석고 5% 및 여기에 일라이트 1%를 치환한 경우에 가장 낮은 pH를 나타내었다. 기타의 수질영향특성으로 BOD, COD, T-N, T-P의 경우는 각종 변수에 따른 특별한 영향은 없는 것으로 분석되었다.
반면, 탈황석고를 치환 사용한 배합의 경우는 Plain에 비해 약 39% 높은 압축강도를 나타내었는데, 이는 전술한 바와 같이 탈황석고가 BS의 잠재수경성 반응을 촉진시킨 결과 강도가 증진된 것으로 판단된다. 단, BS 3종에 5% 의 탈황석고, 1%의 일라이트를 치환한 경우 및 여기에 추가적으로 폐내화물을 결합재로 2.5% 치환한 경우는 탈황석고만 5% 치환한 배합 보다 약 6% 및 5% 저하하는 것으로 나타냈다. 그 원인은 압축강도에서 분석한 것과 동일하게 일라이트의 점토광물영향, 폐내화물의 복합적인 MgO 팽창작용에 기인한 것으로 분석된다.
단, BS 3종에 5%의 탈황석고를 치환한 배합을 기준으로 여기에 일라이트를 골재로 1% 치환하는 경우 및 여기에 추가적으로 폐내화물을 결합재로 2.5% 치환한 경우는 7일의 경우 약 17% 및 18%, 28일에 경우는 약 13% 및 16% 저하하는 것으로 나타났다.
7은 하천수와 일라이트, 탈황석고 및 폐내화물 치환율 변화에 따른 콘크리트 블록의 pH를 나타낸 것이다. 먼저, pH의 경우 하천수는 8.5를 나타내었고, 여기에 OPC만을 이용한 Plain을 침지한 경우는 12.4로 제일 큰 값을 나타내었다. 반면, BS 3종 단독인 경우, BS 3종에 탈황석고 5%를 결합재로 치환한 경우 및 여기에 일라이트를 골재로 1% 치환한 경우는 11.
4로 제일 큰 값을 나타내었다. 반면, BS 3종 단독인 경우, BS 3종에 탈황석고 5%를 결합재로 치환한 경우 및 여기에 일라이트를 골재로 1% 치환한 경우는 11.6, 11.8, 11.7로 OPC에 대한 BS의 치환율이 높음에 기인하여 낮은 값을 나타내어 수질오염이 적은 양호한 특성을 나타내었다. 단, 일라이트에 탈황석고 및 폐내화물을 치환한 경우는 폐내화물의 알칼리 영향으로 Plain과 유사한 12.
먼저, Plain의 경우 동결융해 후 16MPa의 압축강도를 나타내었고, BS 65% 치환 배합의 경우는 약 17MPa의 강도로 규정치를 만족하지 못하는 값을 나타내었다. 반면, 탈황석고를 치환 사용한 배합의 경우는 Plain에 비해 약 39% 높은 압축강도를 나타내었는데, 이는 전술한 바와 같이 탈황석고가 BS의 잠재수경성 반응을 촉진시킨 결과 강도가 증진된 것으로 판단된다. 단, BS 3종에 5% 의 탈황석고, 1%의 일라이트를 치환한 경우 및 여기에 추가적으로 폐내화물을 결합재로 2.
품질 특성치 간에 정량적으로 비교하긴 어려울지라도 Plain 대비 ±5%를 기준으로 분석하였다. 분석결과, BS 3종 시멘트에 정제한 탈황석고를 5% 치환한 경우 및 이에 골재로서 일라이트를 1% 치환한 경우에서 가장 우수해지는 것을 알 수 있었다. 그러나 이 중 일라이트의 경우는 시멘트 보다 고가이므로 경제성까지도 고려하여 판단하면 BS 3종에 탈황석고를 5% 치환한 경우가 최적이 됨을 알 수 있었다.
이상을 종합하여 볼 때 압축강도, 흡수율, 내동해성 및 수질영향의 pH 관점에서 고려하면 BS 3종에 정제 탈황석고 5% 치환 및 여기에 골재로서 일라이트를 1% 치환한 배합이 최적인 것으로 분석되었다. 그러나 일라이트는 시멘트보다 고가이므로 경제적인 측면까지도 고려하면 BS 3종에 5%의 정제 탈황석고를 결합재로 치환하는 배합이 최적 조합인 것으로 밝혀졌다.
압축강도 특성으로 먼저, Plain의 경우는 재령 28일에서는 약 24MPa 정도의 강도를 발현한 반면에, BS 3종을 이용할 경우는 20MPa로 가장 낮은 압축강도를 나타내었으나, 여기에 탈황석고만을 5% 치환 사용할 경우 여타의 배합 중 가장 높은 26MPa 의 강도치를 나타내었다. 일라이트 1%에 탈황석고 5%를 치환한 배합도 비교적 높은 강도치를 나타내었으나, 여기에 폐내화물을 2.5% 추가 치환할 경우는 복합된 MgO 팽창작용으로 강도가 저하하였다.
후속연구
기타의 수질영향특성으로 BOD, COD, T-N, T-P의 경우는 일라이트 치환 시 약간 적어지는 경향도 있기는 하지만 그렇지 않은 경우도 존재하여 각 종 변수에 따른 특별한 영향은 없는 것으로 분석된다. 단, 본 연구에서는 실험하지 못하였지만 순환자원을 다량 치환하게 됨에 따라 중금속 함유량 혹은 중금속 용출시험도 검토할 필요가 있는 것으로 사료된다.
2011) 혼화재 다량치환 콘크리트의 활용은 환경적인 측면에서도 콘크리트의 중성화가 문제시 되지 않기 때문에 생태계에 주었던 알칼리 피해를 최소화 할 수 있으며, 이산화탄소 저감 및 경제성 성취에도 큰 도움이 될 수 있다. 또한 환경친화형 콘크리트 블록은 호안에 설치되는 것으로, 다공질 점토광물로 골재의 필러 겸 수질정화의 기능이 있는 것으로 알려진 일라이트(illite) 광물이 공장 인근에서 출토되어 생산되고 있음에, 이전 연구에서 콘크리트 제품에 피해가 없는 범위가 1% 전후로 밝혀짐도 참조하여 실제 블록 제작에 도입하여 확인할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콘크리트 2차제품의 특징은?
그러나 콘크리트 2차제품의 특징으로는 일반 철근 콘크리트 공사와 달리 철근이 배근되지 않아 중성화가 문제시되지 않으며, 양생방법은 증기양생으로 반응 촉진을 이용할 수 있으므로 단기간 내에 목표 강도를 발휘할 수 있다. 따라서 기존의 이론에 따르면 (Yang et al.
혼화재의 치환율이 일반 철근 콘크리트 구조물인 경우 얼마인가?
그런데 일반 철근 콘크리트 구조물인 경우는 혼화재의 치환율이 지나치게 많아지게 되면 응결시간이 지연되어 공기에 영향을 미치게 되고, 중성화를 촉진시켜 건설물의 수명을 단축시킬 수 있다. 따라서 Choi(2015)의 이론에 따르면 혼화재 치환율은 특별한 경우는 예외일 수도 있지만 대체적으로 플라이애시 10~20%, 고로슬래그 미분말(이하 BS)은 20~50% 정도를 일반적인 범위로 하여 활용되고 있는 것이 현실이다.
다공질 점토광물로 골재의 필러 겸 수질정화의 기능이 있는 것으로 알려진 광물은?
2011) 혼화재 다량치환 콘크리트의 활용은 환경적인 측면에서도 콘크리트의 중성화가 문제시 되지 않기 때문에 생태계에 주었던 알칼리 피해를 최소화 할 수 있으며, 이산화탄소 저감 및 경제성 성취에도 큰 도움이 될 수 있다. 또한 환경친화형 콘크리트 블록은 호안에 설치되는 것으로, 다공질 점토광물로 골재의 필러 겸 수질정화의 기능이 있는 것으로 알려진 일라이트(illite) 광물이 공장 인근에서 출토되어 생산되고 있음에, 이전 연구에서 콘크리트 제품에 피해가 없는 범위가 1% 전후로 밝혀짐도 참조하여 실제 블록 제작에 도입하여 확인할 필요가 있다.
참고문헌 (4)
Choi, H.B. (2015). "Application of waste refractory aggregate asaggregate for concrete," Proceedings of the Korean RecycledConstruction Resources Institute, 10(2), 295-296 [in Korean]
Yang, K.H., Sim, J.I., Song, J.G., Lee, J.H. (2011). Materialproperties of slag-based alkali-activated concrete brickmasonry, Journal of Architecture Institute of Korea, 27(1),119-126 [in Korean].
Han, C.G. (2013). Properties of high volume blast furnace slagconcrete using recycled aggregate with incineration wasteash, Journal of the Korean Recycled Construction ResourcesInstitute, 1(2), 107-113 [in Korean].
Han, C.G., Lee, D.Y. (2016). Quality of high volume blast furnaceslag mortar depending on desulfurization gypsum treatingmethods and fine aggregate type, Journal of the KoreanRecycled Construction Resources Institute, 4(2), 157-165 [inKorean].
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