[논문]고화재 활용을 위한 베트남 CFBC 플라이애시의 물리적·화학적 특성 분석

민경남; 이재원; 이동원; 김진희; 정찬묵

doi:10.9720/kseg.2017.3.245

초록
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베트남 CFBC 플라이애시는 CaO 성분이 높아 연약지반 개량을 위한 고화재로 활용 가능하지만 대부분 매립이나 폐기물로 처리되고 있는 실정이다. 플라이애시를 지반 개량용 고화재로 활용하기 위해서는 플라이애시의 성상과 특성을 정확히 파악해야한다. 본 연구에서는 베트남 플라이애시의 연약지반 고화재로의 활용성을 평가하기 위하여 CFBC 발전소 4개소에서 채취한 플라이애시를 대상으로 물리적, 화학적 특성분석을 위한 실내시험을 실시하였다. 물리적 특성 분석결과 4개소 시료 모두 고화재의 원료로서 재료적 활성도 및 연약지반 개량공사에 적합한 입도를 가지는 것으로 분석되었다. 화학적 특성 분석결과 1개소의 플라이애시는 Free-CaO 함량이 높아 연약지반 개량용 고화재로 활용이 가능할 것으로 분석되었다. 나머지 3개소의 플라이애시는 Free-CaO 함량이 낮아 고화재로 활용하기에 적합하지 않았다. 하지만 국내 일반 플라이애시와 유사한 화학조성을 가지고 있어 다양한 형태로 재활용이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Vietnam CFBC fly ash has high CaO content and can be used as a solidification agent for soft ground improvement. However, most fly ash is treated as landfill or waste. In order to utilize fly ash as a solidification agent for soil improvement, the characteristics of fly ash must be accurately determ...

Vietnam CFBC fly ash has high CaO content and can be used as a solidification agent for soft ground improvement. However, most fly ash is treated as landfill or waste. In order to utilize fly ash as a solidification agent for soil improvement, the characteristics of fly ash must be accurately determined. In this study, laboratory tests were conducted on fly ash from four CFBC power plants to evaluate the utility of Vietnam fly ash as a solidification agent. As a result of analyzing the physical properties, it was analyzed that all four samples were suitable as material for solidification agent and have suitable particle size for the improvement of soft ground. As a result of analysis of chemical characteristics, it was analyzed that the fly ash of one place could be used as a solidification agent because of the high content of free-CaO. The remaining three fly ash was not suitable for use as a solidification agent due to low Free-CaO content. However, it has a chemical composition similar to that of general fly ash in Korea, so it can be recycled in various ways.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 베트남 CFBC 플라이애시의 물리적, 화학적 특성을 규명하기 위하여 베트남 석탄화력발전소 4개소에서 채취한 플라이애시를 대상으로 각종 실내시험을 실시하였다. 4개 시료의 결과를 국내산과 비교하여 물리적, 화학적 변화와 특성을 비교 분석한 결과는 다음과 같다.

제안 방법

베트남 CFBC 발전소에서 수급된 4종의 플라이애시의 화학적 특성을 분석하기 위해 pH, 강열감량, XRF, Free-CaO 함량 등의 실험을 수행하였다.
베트남 발전소에서 수급된 4종의 플라이애시의 물리적 특성을 분석하기 위해 분말도, 입도, 비중, SEM 등의 실험을 진행하였다.

대상 데이터

베트남 CFBC 발전소에서 수급된 4종의 플라이애시는 각각 Mao Khe 지역 발전소(이하 MK라 함), Cao Ngan지역(이하 CN), Dam Ha Bac(이하 DHB), Song Dong(이하SD)지역의 발전소에서 채취한 것이다(Fig. 1).

이론/모형

pH 분석은 pH meter를 이용하여 폐기물공정시험기준에 준해 측정하였고 플라이애시의 미연탄분의 함량을 예측하는 강열감량은 KS L 5405의 시험방법을 이용하여 측정하였다. XRF 분석은 각 성분 원소들을 파장에 따라 분리하는 파장분산형 X-선 형광분석기(WD-XRF)를 이용하여 Vacuum/Oxide mode에서 분석을 실시하였다.
02 µm~2,000 µm인 입도 분석기(Particle Size Analyser)를 이용하여 입자의 평균입도 및 입자크기 분포를 측정하였다. 비중분석은 KS L 5110에 의거하여 시멘트 비중 측정방법인 르샤틀리에 비중병을 이용하여 수행하였다. SEM은 일본 JEOL사의 전계방사주사 현미경(JSM-6701F)을 이용하여 표면 형상 및 입자의 형태를 분석하였다.
연약지반용 고화재의 초기반응성에 유리한 성분인 FreeCao 함량에 대한 분석은 공인시험기관인 한국세라믹기술원에 의뢰하여 ASTM C 114 방법으로 측정하였다.

성능/효과

1. 베트남 플라이애시 각각의 평균 입경은 MK 23.24 µm,DHB 30.14 µm, SD 35.52 µm, CN은 31.19 µm로, 전체 베트남 플라이애시의 물리적 특성 분석 결과 4가지 모두 고화재의 원료로서 재료적 활성도 및 연약지반 개량공사 적용시 장비 이송 등을 고려한 작업성 부분에서는 적합한 입도를 가진 것으로 판단되었다.
2. 베트남 플라이애시의 화학조성 분석결과 CN을 제외한 3개 지역의 플라이애시는 주성분이 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃로 국내 일반 플라이애시와 비슷한 화학조성을 가지고 있는 것으로 나타났다.
3. 3종의 베트남 플라이애시는 고칼슘 플라이애시라기보다는 일반 플라이애시에 가까우며 높은 강열감량(LOI)으로시멘트, 콘크리트 혼화재 외의 용도로 사용되는 저급 플라이애시로 분류할 수 있을 것으로 판단되었다.
4. CN의 경우 국내 열병합 발전소 플라이애시와 화학적 특성이 유사하였으며, 풍화 후의 Free-CaO 함량도 2.7%인 것을 고려하면 플라이애시 발생직후 Free-CaO 함량은 더욱 높을 것으로 예측되므로 연약지반 개량용 고화재의 원료인 고칼슘 플라이애시로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

후속연구

5. CN을 제외한 3종의 플라이애시는 일반 플라이애시의 활성도나, 유동성을 해치지 않는 범위에서 일반 플라이애시로의 활용이나 시멘트 소성 원료, 채움재 등으로 활용이 가능할 것으로 판단되므로 향후 산업폐기물의 재활용 방안으로 검토될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	석탄화력발전소의 연소방식의 분류 두 가지는?	석탄화력발전소의 연소방식은 크게 미분탄형과 유동층형으로 나뉘며 유동층형 방식으로 연소하는 경우 미분탄형 방식보다 CaO 함량이 높은 플라이애시(fly ash)가 발생하며 발생되는 양도 훨씬 많다(Lim et al., 2016).
	플라이애시를 고화재로 활용하기 위해 선행되어야 하는 것은?	또한 산업폐기물의 매립에 따르는 환경적, 경제적 부하를 감소시키는 등 많은 장점이 있다. 플라이애시를 고화재로 활용하기 위해서는 습윤함량, 분말도, 화학적 조성 등에 있어 엄격한 품질관리가 선행되어야 한다. 하지만 베트남 플라이애시는 CFBC 발전소의 운영과 운전기술에 따라 이러한 특성들이 달라지는 경우가 많이 발생하여 실제 활용에 있어 제약점이 많다.
	최근 베트남 정부는 원자력 발전을 포기하고 석탄화력발전의 용량을 늘려가기로 결정한 이유는?	최근 베트남 정부는 원자력 발전을 포기하고 석탄화력발전의 용량을 늘려가기로 결정했다. 그 이유는 자국내 자원을 활용하고 석탄내수경제를 활성화하기 위해서인데 이 때문에 저렴하고 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 순환유동층형 석탄화력발전소가 재조명되고 있다.

참고문헌 (10)

Cha. W. H., Byeon. D. G., 2004, Status and characteristics of cementitious solidifying agent, Magazine of Korean Recycled Construction Resources Institute, 5(2), Technical Articles, 53-62.
Gong. J. Y., Kang. H. N., Chun. B. S., 2010, Characteristics of Unconfined Compressive Strength and Flow in Controlled Low Strength Materials Made with Coal Ash, Journal of the Korean Geotechnical Society, 26(1), 75-83 (in Korean with English abstract).
Jang. B. K., 1998, Cement material chemistry, Chonnam National University Press, 324p.
Keshawarz, M.S., Dutta, U., 1993, Stabilization of south Texas soils with fly ash, Fly ash for soil improvement (GSP 36), ASCE, New York, 30-42.
Lim. S. H., Chu. H. U., Lee. U. J, Lee. C. H., 2016, The Characterization of Controlled Low Strength Material (CLSM) Using High CaO Fly Ash without Chemical Alkaline Activator, Journal of the Korean Geo-Environmental Society, 17(12), 17-26 (in Korean with English abstract).
Mun. K. J. and Kwon. S. J., 2014, Construction Materials Utilizing Byproduct from Circulating Fluidized Bed Boiler, Magazine of Korean Recycled Construction Resources Institute, 9(3), 8-12.
Oh. S. H., 2011, Evaluation of Field Application of Surface Reinforcement Method using Stabilized Soil and Rotary, Master thesis, Incheon National University, 53p (in Korean with English abstract).
Shenbaga, R. K. and Vasant, G. H., 1999, Compressive strength of cement stabilized fly ash-soil mixtures, Cement and Concrete Research, Volume 29, Issue 5, May 1999, 673-677.

상세보기
Song, Y., Qian, J., Wang, Z., Wang, Z., 2008, Self- cementing mechanism of CFBC coal ashes at early age, Journal of Wuhan University of Technology-Master Sci. Ed., 23(3), 338-341.

상세보기
Woo. Y. I., Kang. S. M, Lee. S. H., Song. M. S., Yu. Y. G., Kim. H., 2013, Synthesis of Calcium Sulfoaluminate Using a Fluidized Bed Boiler Fly Ash, Korea Cement Association Symposium, No. 40, 55-63 (in Korean).

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