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황산처리 굴패각을 이용한 유동성 뒷채움용 고화재 개발
Development of Sulfated Oyster Shell-Based Solidifying Agent for Flowable Backfill Material 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.24 no.4, 2018년, pp.315 - 322  

왕설 (경상대학교 화학공학과 및 공학연구원) ,  김성배 (경상대학교 화학공학과 및 공학연구원) ,  김창준 (경상대학교 화학공학과 및 공학연구원)

초록
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탄산칼슘($CaCO_3$) 형태의 천연 굴패각을 포졸란 반응 물질인 생석회(CaO)로 전환하기 위해서는 고온(> $800^{\circ}C$)의 소성 공정이 필요하다. 이로 인한 과도한 에너지 비용 투입이 굴패각의 산업적 이용에 큰 걸림돌로 작용하였다. 본 연구의 목적은 소성과정 없이 굴패각을 뒷채움용 고화재 소재로 개발하는 것이다. 본 연구팀은 굴패각을 황산칼슘 형태로 전환하고, 이를 수산화나트륨 및 황토와 혼합하여 고화물을 생성시키는 방법을 제안하였다. 굴패각을 황산칼슘으로 전환시키기 위한 황산용액과 황산칼슘을 소석회($Ca(OH)_2$)로 전환하는 데 필요한 수산화나트륨 용액의 최적 농도를 결정하였다. 신규 고화재, 천연 굴패각, 석탄회 비율을 변화시켜 뒷채움재를 제조하고 양생한 후 공시체의 일축압축강도를 비교하였다. 고화재 함량 비율이 증가할수록 공시체의 일축압축강도는 증가한 반면 동일한 고화재 함량에서 석탄회 대비 천연 굴패각 함량이 증가할수록 공시체의 일축압축강도가 증가하였다. 본 결과는 천연 굴패각과 석탄회를 이용한 뒷채움재 제조에 있어서 황산처리 굴패각, 황토, 수산화나트륨 용액으로 구성된 고화재가 효과적으로 사용될 수 있음을 보여준다. 황산처리 굴패각 기반 고화재는 기존에 개발된 바 없고, 굴패각을 활용한 경제성 있는 뒷채움용 소재 개발과 굴패각의 산업적 활용도를 높이는데 커다란 기여를 할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Industrial use of waste oyster shells is limited because of requiring excessive energy for converting natural oyster shells in the form of calcium carbonate ($CaCO_3$) into calcium oxide (CaO) for this purpose. This study aimed to develop energy-saving process for producing solidifying ag...

주제어

#황산처리 굴패각   #황토   #고화재   #석탄회   #뒷채움재  

표/그림 (9)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 높은 에너지를 요구하는 소성 공정과 시멘 트를 사용하지 않으며 굴패각을 뒷채움용 고화재 소재로 개발하는데 그 목적이 있다. 본 연구의 핵심아이디어는 굴패각의 일부를 황산칼슘(CaSO4)로 전환시킨 후, 이를 알칼리 조건 에서 황토 또는 석탄회와 포졸란 반응을 통해 고화물을 형성시키는 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
어떤 문제점 때문에 유동성 뒷채움재를 활용한 공법이 적용되고 있는가? 전통적인 뒷채움재 되메우기 방법은 굴착 시 발생하는 잔토를 폐기하고, 새로운 양질의 모래를 구입하여 사용하여왔다. 굴착 잔토의 폐기처분과 모래의 채취는 환경에 악영향을 미치며, 뒷채움재 다짐시 발생하는 소음과 진동 그리고 다짐효율이 떨어지는 문제점이 발생하였다[1]. 최근 들어, 이를 해결하기 위해 다짐작업이 필요 없어 소음 및 진동이 적은 유동성 뒷채움재를 활용한 공법이 적용되고 있다.
뒷채움재은 어디에 사용되는가? 뒷채움재는 건물하부의 빈 공간, 지중 매설관 주변, 도로 하부의 공동, 지하철 노반 아래를 충전하거나, 옹벽 배면 또는 도류벽 뒷채움용으로 사용될 수 있다. 전통적인 뒷채움재 되메우기 방법은 굴착 시 발생하는 잔토를 폐기하고, 새로운 양질의 모래를 구입하여 사용하여왔다.
유동성 뒷채움재가 공법에 적용하기 어려운 이유는 무엇인가? 대표적인 예가 건설현장 잔토, 물, 조성이 알려지지 않은 고화재로 구성된 뒷채움재[2], 사질토, 점토, 혼합토로 구성된 뒷채움재[1], 속경성 결합재가 첨가된 뒷채움재[3], 흙, 페로니켈 슬래그 미분말, 시멘트로 구성된 뒷채움재[4] 등이 있다. 유동성 뒷채움재의 시공비에서 고화재가 큰 비중(> 40%)을 차지하는데, 고화재로 쓰이는 시멘트 가격이 높고 모래는 점차 구하기 어려워 공법 적용에 어려움이 있다. 최근에는 D 건설사에서 모래를 사용하지 않는 유동성 뒷채움재를 개발하여 시공에 사용하고 있으나 여전히 고화재로 시멘트를 사용하고 있어 이를 대체할 수 있는 경제성 있는 저가의 고화재 개발이 필요하다.
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참고문헌 (17)

  1. Cheon, S., Jeong, S., Lee, D., and Kim, D., "Mechanical Characteristics of Accelerated Flowable Backfill Materials Using Surplus Soil for Underground Power Utilities," J. Korean Soc. Civil Eng., 26(5C), 303-312 (2006). 

  2. Kim, S. S., Park, Y. D., Chung, S. Y., and Han, S. J., "Making method of fluid soil," Korean Patent No. 10-0805676 (2008). 

  3. Ryu, Y.-S., Han, J.-G., Chae, W.-R., Koo, J.-S., and Lee, D.-Y., "Development of Rapid Hardening Backfill Material for Reducing Ground Subsidence," J. Geosynth. Soc., 14(3), 13-20 (2015). 

  4. Lee, K.-H., "Characterization of Flowable Fill with Ferro-Nickel Slag Dust," J. Korean Academia-Industrial, 18(5), 16-21 (2017). 

  5. Lee, G. S., Cho, G. H., Kim, D. Y., and Hwang, G. H., "Strategies for Eco-friendly Utilization and Industrialization of Fishery By-products," Korea Maritime Institute (2013). 

  6. Kong, J.-Y., Jung, H.-S., Cho, S.-D., Kim, J.-H., Hyun, J.-H., and Chun, B.- S., "Evaluation on field Application of Controlled Low-Strength Materials Made of Coal Ash in Reclamation Site," J. Korean Geotechnol. Soc., 28(12), 27-39 (2012). 

  7. Kuo, W.-T., Wang, H.-Y., Shu, C.-Y., and Su, D.-S., "Engineering Properties of Controlled Low-strength Materials Containing Waste Oyster Shells," Constr. Build. Mater., 46, 128-133 (2013). 

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  8. Liang, C.-F., and Wang, H.-Y., "Feasibility of Pulverized Oyster Shell as a Cementing Material," Adv. Mater. Sci. Eng., 2013, Article ID 8092473 (2013). 

  9. Kim, M.-J., Wang, X., Lee, J. J., Lee, S. H., Kim, S. B., and Kim, C.-J., "Development of Flowable Backfill Material Using Waste Oyster Shell, Coal Ash, and Surplus Soil," Clean Technol., 19(4), 423-429 (2013). 

  10. Yoon, H., Park, S., Lee, K., and Park, J., "Oyster Shell as Substitute for Aggregate in Mortar," Waste Manage Res., 22, 158-170 (2004). 

    상세보기

  11. Do, T. M., Kim, Y.-S., and Dang, M. Q.., "Influence of Curing Conditions on Engineering Properties of Controlled Low Strength Material with Cementless Binder," J. Civ. Eng., 21, 1774-1782 (2017). 

  12. Oh, S.-H., Hwang, M.-H., and Shon, B.-H.., "Recovery of Calcium Sulfate Hydrates from SDA Waste Sludge and Bag Filter Ashes," Int. J. Emerging Technol. Adv. Eng., 7(2), 55-62 (2017). 

  13. Abdullah, A., Jaafar, M. S., Taufiq-Yap, Y. H., Alhozaimy, A., Al-Negheimish, A., and Noorzaei, J., "The Effect of Various Chemical Activators on Pozzolanic Reactivity: A Review," Sci. Res. Essays., 7(7), 719-729 (2012). 

  14. Peng, X.-Y., Wang, Y.-Y., Chai, L.-Y., Shu, Y.-D., "Thermodynamic Equilibrium of $CaSO_4-Ca(OH)_2-H_2O$ System," Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 19, 249-252 (2009). 

  15. Lopez-Delgado, A., Lopez-Andres, S., Padilla, I., Alvarez, M., Galindo, R., Vazquez, A. J., "Dehydration of Gypsum Rock by Solar Energy: Preliminary Study," Geomaterials, 4, 82-91 (2014). 

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  16. Kim, K. D., "Evaluation of Gypsum in Terms of Major and Toxic Trace Elements by ICP/OES and XRF Analysis," J. Korean. Soc. Environ. Anal., 12, 1-5 (2009). 

  17. Heisig, A., Urbonas L., Beddoe, R. E., and Heinz, D., "Ingress of NaCl in Concrete with Alkali Reactive Aggregate: Effect on Silicon Solubility," Mater. Struct., 49, 4291-4303 (2016). 

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