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문제 정의
- 따라서 본고에서는 슬러지 상태로 배출되는 레드머드의 재활용 및 건설산업분야의 대량 활용을 위한 방안으로서 레드머드 슬러지를 액상 안료로 제조하고 이를 적용한 칼라블록을 제작하여 산업부산물 레드머드의 콘크리트 안료용 재활용 기술에 대해 소개하고자 한다.
- 본고에서는 슬러지 상태로 배출되는 레드머드의 재활용 및 건설산업분야의 대량 활용을 위한 방안으로서 액상화 레드머드 안료를 제조하고 액상화 레드머드 안료에 대한 평가방법 및 적정 점도와 침전지수를 제시하였다. 또한 이를 보도 블록 안료로 적용하여 기존 블록과 비교평가를 해보았다.
제안 방법
- 레드머드를 분산시켜 액상화 레드머드로 제조하기 위하여 <그림 2>와 같은 국내 K사의 호모믹서를 사용하여 혼합 분산하였다. 혼합수와 레드머드 슬러지를 3분간 분산시킨 후 분산제, 증점제 및 소포제를 차례로 첨가하여 2분간 추가 분산시켰다.
- 액상화 레드머드를 제조하기 위한 혼합비는 혼합수와 레드머드의 비율을 W/R비로 표현하여 200 %, 100 %, 50 %, 25 % 로 설정한 후 분산제, 증점제를 적정 첨가하여 분산특성을 검토하였다. 또한 액상화 레드머드 혼합시 발생 하는 기포를 최소화하기 위하여 소포제를 레드머드 슬러지에 대하여 동일하게 첨가하였다.
- 액상화 레드머드를 제조하기 위한 혼합비는 혼합수와 레드머드의 비율을 W/R비로 표현하여 200 %, 100 %, 50 %, 25 % 로 설정한 후 분산제, 증점제를 적정 첨가하여 분산특성을 검토하였다. 또한 액상화 레드머드 혼합시 발생 하는 기포를 최소화하기 위하여 소포제를 레드머드 슬러지에 대하여 동일하게 첨가하였다. 액상화 레드머드의 분산특성을 검토하기 위하여 침전지수, 점도 및 입도를 비교 검토하였다.
- 또한 액상화 레드머드 혼합시 발생 하는 기포를 최소화하기 위하여 소포제를 레드머드 슬러지에 대하여 동일하게 첨가하였다. 액상화 레드머드의 분산특성을 검토하기 위하여 침전지수, 점도 및 입도를 비교 검토하였다.
- 본 논문에서는 액상화 레드머드의 분산 특성을 정량화하기 위하여 침전지수를 활용하였다. 경과일수에 따른 침전지수를 산출하기 위한 시료는 액상화 레드머드를 분산시킨 직후 500ml 메스실린더에 동일 양으로 담아 외부와의 공기를 차단된 상태로 상온에서 180일 동안 정치시켰다.
- 액상화 레드머드의 입자크기 및 입자분포 측정을 위하여 입도분석기로 입도를 측정하였다.
- 액상화 레드머드를 적용한 블록생산 공정은 와 같이 재료투입, 혼합, 진동고압성형, 양생 순으로 진행하였다.
- 제조된 액상화 레드머드를 콘크리트 2차제품 안료로 적용 하고자 블록을 생산하였다. 액상화 레드머드 블록은 (주)클레이맥스의 생산 설비를 활용하였으며, (주)클레이맥스는 자동화 생산 설비 공장을 갖추고 있는 다양한 비소성 흙 제품을 생산하는 업체이다.
- 본고에서는 슬러지 상태로 배출되는 레드머드의 재활용 및 건설산업분야의 대량 활용을 위한 방안으로서 액상화 레드머드 안료를 제조하고 액상화 레드머드 안료에 대한 평가방법 및 적정 점도와 침전지수를 제시하였다. 또한 이를 보도 블록 안료로 적용하여 기존 블록과 비교평가를 해보았다. 본 특집을 통해 레드머드의 액상화 기술은 건설 분야 재활용에 있어 성능확보가 가능하고 원가절감의 경쟁력을 확인 할 수 있었다.
- 레드머드를 분산시켜 액상화 레드머드로 제조하기 위하여 와 같은 국내 K사의 호모믹서를 사용하여 혼합 분산하였다.
- 점도는 액상화 레드머드를 제조 직후와 180일이 경과된 후침전된 의 C부분을 스포이트로 제거 후 B부분의 시료를 200 ml 동일량 채취하여 측정하였다.
- 최초 1주일은 24시간 간격, 이후 7주는 7일 간격, 이후 4개월은 한 달 간격으로 총 180일 동안 과 같이 침전 높이를 측정하였으며 이를 과 같이 계산하여 침전지수를 산출하였다.
- 혼합수만을 사용하여 분산시킨 플레인(Plain) 액상화 레드머드의 경과시간 180일 침전지수 관찰 결과를 에 나타내었으며 경과시간 1일 및 180일 시료의 침전상태를 [표 3]에 나타내었다.
성능/효과
- 이는 혼합수 만으로 분산시킬 경우 직후에는 슬러지의 응집 입자가 분산되나 시간이 경과하면서 분산된 입자의 재응집 현상이 일어났기 때문으로 사료된다. 액상화 레드머드의 분산결과 혼합수만을 분산할 경우 점도가 높아지지만 분산제와 증점제를 혼합하여 분산할 경우 점도가 높아지지 않고 낮아지거나 유지하는 경향을 나타냈다.
- W/R비 200 %의 최종 경과시간 180일에서의 침전지수는 분산제 및 증점제를 사용한 시료의 경우 플레인과 비교하여 상대적으로 작게 나타났으며 W/R비 100 %의 경우 유사하게 W/R비 50 %의 경우 가장 큰 차이를 나타내며 W/R비 25 %의 최종 경과시간 180일에서의 침전지수는 분산제 및 증점제를 사용한 시료의 경우 플레인과 비교하여 상대적으로 크게 나타났다.
- W/R비에 따른 액상화 레드머드의 분산직후 및 최종 경과 시간 180일에서의 입자분포를 레드머드 슬러지와 비교하여 <그림 6>에 나타내었다. 레드머드 슬러지를 분산시킨 액상화 레드머드의 입자분포는 레드머드 슬러지의 입자분포와 비교하여 좌측으로 이동하고 있어 분산을 하게 되면 레드머드의 입자는 작아지는 것으로 나타났다. 또한 액상화 레드머드는 W/R비가 낮아질수록 전체적인 입자가 더욱 작아지는 경향을 보이고 있는데 이는 액상화 레드머드의 W/R비가 낮아질수록 점도가 증가되며 점도의 증가로 인하여 전단력이 높아졌기 때문으로 사료된다.
- 최종 경과시간 180일 침전지수에 미치는 점도의 영향은 점도가 낮을수록 침전지수가 높은 값을 나타내고 있다. 따라서 점도를 활용하여 최종 경과 시간 180일의 침전지수를 예측 가능할 것으로 사료된다. 특히 점도 2000 cP를 중심으로 침전지수 변화폭이 다르게 나타났으며 2000 cP 이하에서는 크게 변화하고 2000 cP 이상에서는 변화량이 크지 않는 것으로 나타났다.
- 점도 2000 cP 이상의 침전지수는 5.0∼18.7 %로 나타나며 W/R비는 50 %, 25 %로 침전지수 및 W/R비가 낮은 변화폭으로 나타나 액상화 레드머드가 안정화 되어있다고 판단 할 수 있다.
- 액상화 레드머드를 안료로 적용한 황토블록 시제품 생산결과 과 같이 기존 콘크리트 안료를 적용한 블록과 비교시 표층은 비슷한 색감을 나타내며 기층은 오히려 기존 안료적용 블록보다 더 부드러운 질감을 나타냈다.
- 따라서 본 액상화 레드머드 제조시 액상화 레드머드의 안정적인 분산을 위해서는 초기 점도를 2000 cP∼8000 cP를 적용하고 목표 침전지수를 20 % 이하로 설정하는 것이 적정할 것으로 사료된다.
- 액상화 레드머드를 적용한 블록생산 공정은 <그림 9>와 같이 재료투입, 혼합, 진동고압성형, 양생 순으로 진행하였다. 액상화 레드머드 안료를 사용하여 생산된 블록은 성형성이 좋고 치수도 안정적으로 제작되어 기존 콘크리트 블록과 유사한 품질을 나타냈다.
- 액상화 레드머드를 안료로 적용한 황토블록 시제품 생산결과 <그림 10>과 같이 기존 콘크리트 안료를 적용한 블록과 비교시 표층은 비슷한 색감을 나타내며 기층은 오히려 기존 안료적용 블록보다 더 부드러운 질감을 나타냈다. 액상화 레드머드를 안료로 적용한 황토블록은 경제성 평가에서도 기존 블록보다 우수한 결과를 나타내었다.
- 그러나 에 나타낸 것과 같이 유사한 색상의 블록을 생산할 경우 기존 산화철 안료와 비교하였을 때 기층은 약 28.6 %, 표층은 약 25.9 %의 제조원가를 절감시킬 수 있었다.
- 또한 이를 보도 블록 안료로 적용하여 기존 블록과 비교평가를 해보았다. 본 특집을 통해 레드머드의 액상화 기술은 건설 분야 재활용에 있어 성능확보가 가능하고 원가절감의 경쟁력을 확인 할 수 있었다. 앞으로 레드머드가 건설 분야에 다양하게 적용되어 건설 산업 분야의 환경적 경제적 부하를 감소시키며 순환자원사회를 구축할 수 있는 하나의 순환자원이 되기를 기대해본다.
후속연구
- 본 특집을 통해 레드머드의 액상화 기술은 건설 분야 재활용에 있어 성능확보가 가능하고 원가절감의 경쟁력을 확인 할 수 있었다. 앞으로 레드머드가 건설 분야에 다양하게 적용되어 건설 산업 분야의 환경적 경제적 부하를 감소시키며 순환자원사회를 구축할 수 있는 하나의 순환자원이 되기를 기대해본다.
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