At present research on mining backfill materials is being carried out to prevent ground subsidence and breaking by underground cavern of exhausted mines. However, backfill materials can cause secondary environmental issues such as ground pollution. To solve these issues, liner and cover materials ar...
At present research on mining backfill materials is being carried out to prevent ground subsidence and breaking by underground cavern of exhausted mines. However, backfill materials can cause secondary environmental issues such as ground pollution. To solve these issues, liner and cover materials are constructed before backfill materials constructed, to inhibit toxic substances form moving to the surroundings. Liner and cover materials, however, should have an accelerating performance after construction and when the accelerating performance is degraded, the work efficiency can be lowered, and the construction cost can be increased, by many rebound content. Therefore, this study develops mining liner and cover materials, and evaluates their accelerating performance and physical properties of liner and cover materials by types and content of accelerating agent. In case of aluminate accelerating agent, it is mixed with more than 5% of liner and cover materials(binder/ratio); thus an accelerating performance satisfying Korean Industrial Standards(KS) occurs, and in case of alkali-free accelerating agent, when it is mixed with more than 7%(binder/ratio), accelerating performance satisfying KS occurs. The more the accelerating agent capacity increases, the more compressive strength decreases. In addition, it is confirmed that compressive strength of aluminate accelerating agent is more degraded than compressive strength of the alkali-free accelerating agent. It is also confirmed that drying shrinkage stability of the alkali-free accelerating agent is better than the drying shrinkage stability of the aluminate accelerating agent.
At present research on mining backfill materials is being carried out to prevent ground subsidence and breaking by underground cavern of exhausted mines. However, backfill materials can cause secondary environmental issues such as ground pollution. To solve these issues, liner and cover materials are constructed before backfill materials constructed, to inhibit toxic substances form moving to the surroundings. Liner and cover materials, however, should have an accelerating performance after construction and when the accelerating performance is degraded, the work efficiency can be lowered, and the construction cost can be increased, by many rebound content. Therefore, this study develops mining liner and cover materials, and evaluates their accelerating performance and physical properties of liner and cover materials by types and content of accelerating agent. In case of aluminate accelerating agent, it is mixed with more than 5% of liner and cover materials(binder/ratio); thus an accelerating performance satisfying Korean Industrial Standards(KS) occurs, and in case of alkali-free accelerating agent, when it is mixed with more than 7%(binder/ratio), accelerating performance satisfying KS occurs. The more the accelerating agent capacity increases, the more compressive strength decreases. In addition, it is confirmed that compressive strength of aluminate accelerating agent is more degraded than compressive strength of the alkali-free accelerating agent. It is also confirmed that drying shrinkage stability of the alkali-free accelerating agent is better than the drying shrinkage stability of the aluminate accelerating agent.
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문제 정의
, 2005). 따라서 본 연구에서는 광산 차수재 배합을 설계하고 급결제의 종류 및 함량에 의한 차수재의 급결 성능과 물성에 대해 기초특성 평가를 실시하였다.
, 2005). 따라서 본 연구에서는 광산 차수재 배합을 설계하고 급결제의 종류 및 함량에 의한 차수재의 급결 성능과 물성에 대해 기초특성 평가를 실시하였다.
제안 방법
급결 성능을 확인하기 위해 자동응결측정기(EL38, UK)를 사용하였으며 분당 1회씩 측정하여 차수재의 초결(initial set), 종결(final set)을 확인하였다. 길이변화율은 제작된 시험체를 KSF2424 기준에 의거하여 콘택트 스트레인게이지(293-252, Japan)를 통해 탈형 후 3, 7, 14, 21, 28일 기준으로 측정하여 건조수축변화 및 팽창성을 확인하였다.
급결 성능을 확인하기 위해 자동응결측정기(EL38, UK)를 사용하였으며 분당 1회씩 측정하여 차수재의 초결(initial set), 종결(final set)을 확인하였다. 길이변화율은 제작된 시험체를 KSF2424 기준에 의거하여 콘택트 스트레인게이지(293-252, Japan)를 통해 탈형 후 3, 7, 14, 21, 28일 기준으로 측정하여 건조수축변화 및 팽창성을 확인하였다. 압축강도는 압축강도 측정기(X2000, Montauban, France)를 사용하였으며, 제작된 시험체를 KS L ISO 679에 의거하여 재령 1, 3, 7, 28일의 압축강도를 측정하였다.
길이변화율은 제작된 시험체를 KSF2424 기준에 의거하여 콘택트 스트레인게이지(293-252, Japan)를 통해 탈형 후 3, 7, 14, 21, 28일 기준으로 측정하여 건조수축변화 및 팽창성을 확인하였다. 압축강도는 압축강도 측정기(X2000, Montauban, France)를 사용하였으며, 제작된 시험체를 KS L ISO 679에 의거하여 재령 1, 3, 7, 28일의 압축강도를 측정하였다. 흡수율은 KSF2476에 의거하여 실시하였다.
시료의 혼합방법은 KS L ISO 670의 규정방법에 따라 모르타르 혼합기를 통해 1분 동안 혼합하였다. 제조된 차수 재는 Table 3에 나타내었듯이 바인더 함량 대비 0, 5, 6, 7, 8% 급결제를 종류별로 혼합하여 공시체를 제작하였다. 실리케이트계급결제는 환경적 문제와 인체에 유해성이 상대적으로 심해 사용이 제재되고 있어 제외하였다.
차수재의 경우 숏크리트 배합과 유사한 경향으로 인해 이를 바탕으로 Table 2와 같이 배합을 설계하였다. 차수재 현장 시공시 뿜칠장비에 막힘 현상을 차단하기 위해 flow는 200 mm를 기준으로 두고 물 비율을 확인하였으며, 적정 물비율로 18%(W/R)를 선정하였다. 유동화제는 흐름성을 용이하게 하기 위해 사용하였다.
대상 데이터
골재는 I지역의 건조 해안사를 이용하였으며, 강도 보강제로서 효율성을 발현하기 위해 입도사이즈별로 세사(0.15~0.71 mm), 중사(0.71~2.00 mm), 왕사(2.00~4.75 mm)로 분류하여 사용하였다. 포틀랜드시멘트와 CSA(Calcium Sulfo-Aluminate)는 H사의 것을 사용하였으며, Slag는 P지역의 Blast Furnace Slag를 사용하였다.
포틀랜드시멘트와 CSA(Calcium Sulfo-Aluminate)는 H사의 것을 사용하였으며, Slag는 P지역의 Blast Furnace Slag를 사용하였다. 차수재의 작업성 및 유동성을 향상시키기 위해 Polycarbonate (PC계) 유동화제(superplasticizer)를 C사의 것을 사용하였다. 급결제는 S사의 알루미네트계급결제와 알칼리프리계급결제를 사용였으며 급결제의 특성은 Table 1에 나타내었다.
75 mm)로 분류하여 사용하였다. 포틀랜드시멘트와 CSA(Calcium Sulfo-Aluminate)는 H사의 것을 사용하였으며, Slag는 P지역의 Blast Furnace Slag를 사용하였다. 차수재의 작업성 및 유동성을 향상시키기 위해 Polycarbonate (PC계) 유동화제(superplasticizer)를 C사의 것을 사용하였다.
이론/모형
유동화제 특성은 차수재의 입자들의 분산을 용이하게 만들기 때문에 유동성이 증가되지만 일정 함량 이상 첨가하게 될 경우 재료분리로 인해 물성저하를 가져 올 수 있기 때문에 정량 사용하였다. 시료의 혼합방법은 KS L ISO 670의 규정방법에 따라 모르타르 혼합기를 통해 1분 동안 혼합하였다. 제조된 차수 재는 Table 3에 나타내었듯이 바인더 함량 대비 0, 5, 6, 7, 8% 급결제를 종류별로 혼합하여 공시체를 제작하였다.
압축강도는 압축강도 측정기(X2000, Montauban, France)를 사용하였으며, 제작된 시험체를 KS L ISO 679에 의거하여 재령 1, 3, 7, 28일의 압축강도를 측정하였다. 흡수율은 KSF2476에 의거하여 실시하였다. 먼저 28일 동안 양생한 공시체를 건조기에서 80 의 온도조건에서 24시간 건조하였다.
성능/효과
1. 급결제의 성능 평가 결과 알칼리 자극제의 역할로 인해 급결성을 발현할 수 있었으며, 알루미네이트급결제의 경우 차수재에 5% 이상만 혼합하여도 KS기준을 만족하는 결과 값을 확보할 수 있었으나, 알칼리프리계의 경우 7% 이상 혼합하여야 KS기준을 만족하는 결과를 확보할 수 있었다.
2. 차수재의 압축강도 측정 결과 강도증진에 큰 기여를 하는 Calcium silicate (C2S, C3S) 수화반응 영향으로 인해 급결제 혼합량이 증가할수록 압축강도는 감소한 것을 확인하였다. 알루미네이트급결제를 혼합한 경우 혼합하지 않은 차수재 대비 41.
3. 차수재의 길이변화율 측정결과 급결제를 혼합한 배합의 경우 혼합하지 않은 동일한 배합의 시편보다 건조수축변화가 크게 발생하였다. 급결재를 혼합하지 않은 차수재의 경우 28일 기준으로 -0.
4. 본 연구 결과를 통해 알루미네이트 급결제의 경우 급결 성능은 우수하지만 물성 저하가 알칼리프리계 급결제 대비 크게 발생하는 것을 확인하였다. 따라서 차수재에 급결제를 혼합할 경우 급결 성능 확보와 물성 안정성을 위해서는 알칼리 프리계 급결제를 7% 혼합할 경우 적절한 함량이 될 것으로 판단된다.
5. 흡수율 측정결과 급결제를 혼합하지 않은 차수 재의 경우 3.4%인 것을 확인하였으며, 알루미네이트계급결제를 혼합한 차수재의 경우에는 흡수율이 최대 7.7% 로 기존 대비 차수성능이 저하되는 것을 확인하였다. 반면 알칼리프리계급결제를 혼합한 차수재의 경우에는 최대 흡수율이 최대 6.
1(B)는 차수재에 알칼리프리계 급결제를 혼합한 압축강도를 나타내었다. 급결제를 혼합한 배합 모두 혼합하지 않은 배합 대비 압축강도가 감소한 것을 확인하였으며, 급결제 혼합량이 증가할수록 압축강도는 감소한 것을 확인하였다. 알루미네이트 급결제를 혼합한 경우 혼합하지 않은 차수재 대비 41.
2(B)는 차수재에 알칼리프리계급결제를 혼합한 길이변화율을 나타내었다. 급결제를 혼합한 배합의 경우 혼합하지 않은 동일한 배합의 시편보다 건조수축변화가 크게 발생하였다. 급결제를 혼합하지 않은 차수재의 경우 28일 기준으로 -0.
본 연구 결과를 통해 알루미네이트 급결제의 경우 급결 성능은 우수하지만 물성 저하가 알칼리프리계 급결제 대비 크게 발생하는 것을 확인하였다. 따라서 차수재에 급결제를 혼합할 경우 급결 성능 확보와 물성 안정성을 위해서는 알칼리 프리계 급결제를 7% 혼합할 경우 적절한 함량이 될 것으로 판단된다.
, 2005) 하지만 알칼리프리계의 경우에는 알루미네트급결제 대비 자극제로서 C3A와 반응 속도가 상대적으로 저하되어 급결 성능이 저하되는 것으로 판단된다. 또한 알루미네이트급결제의 경우 6% 이상부터는 급결 시간 단축이 저하되고, 알칼리 프리계의 경우 7%부터 급결시간 단축이 저하되는 것을 확인할 수 있는데 이러한 이유는 차수재의 알칼리 자극제가 일정 함량 이상 증가할 경우 증가된 성분은 더 이상의 자극제로서 역할을 크게 하지 못하고 평형을 이뤄 생긴 결과로 판단된다.
7%로 기존대비 흡수율이 증가하여 차수성능이 저하되는 것을 확인하였다. 반면 알칼리프리계급결제를 혼합한 차수재의 경우에는 최대 흡수율이 최대 6.2%로 알루미네이트계 급결제 대비 상대적으로 차수성능이 우수한 것을 확인하였다. 이러한 결과는 길이변화특성 결과 분석에서도 언급하였듯이 급결제가 급결 성능을 발현하기 위해 차수재의 수분 증발이 빠르게 일어나고 이로 인해 공극률이 증가함에 따라 흡수율이 급결제를 혼입할수록 높아진 것으로 판단된다.
급결제를 혼합한 배합 모두 혼합하지 않은 배합 대비 압축강도가 감소한 것을 확인하였으며, 급결제 혼합량이 증가할수록 압축강도는 감소한 것을 확인하였다. 알루미네이트 급결제를 혼합한 경우 혼합하지 않은 차수재 대비 41.6~ 48.9% 감소한 결과를 확인하였으며, 알칼리프리계 급결제를 혼합한 경우에는 20.6~37.2% 감소한 결과를 확인하였다. 이러한 결과는 급결제가 강도 증진에 큰 기여를 하는 Calcium silicate(C2S, C3S)의 수화 반응에 영향을 미치기 때문으로 판단된다.
알루미네트계급결제와 알칼리프리계급결제의 성능을 비교한 결과 알루미네이트계급결제의 급결 성능이 더 우수한 것을 확인하였다. 알루미네이트계 급결제의 경우 5% 이상만 사용하여도 KS기준을 충족하는 결과를 확보할 수 있었으나, 알칼리 프리계급결제의 경우 7% 이상 사용하여야 KS기준을 충족할 수 있는 결과를 확보할 수 있었다. 알루미네이트계급결제의 경우 Na2O와 Al2O3가 약 1.
4%인 것을 확인하였다. 알루미네이트계급결제를 혼합한 차수재의 경우에는 최대 7.7%로 기존대비 흡수율이 증가하여 차수성능이 저하되는 것을 확인하였다. 반면 알칼리프리계급결제를 혼합한 차수재의 경우에는 최대 흡수율이 최대 6.
급결제를 혼합한 배합 모두 혼합하지 않은 배합 대비 압축강도가 감소한 것을 확인하였으며, 급결제 혼합량이 증가할수록 압축강도는 감소한 것을 확인하였다. 알루미네이트 급결제를 혼합한 경우 혼합하지 않은 차수재 대비 41.6~ 48.9% 감소한 결과를 확인하였으며, 알칼리프리계 급결제를 혼합한 경우에는 20.6~37.2% 감소한 결과를 확인하였다. 이러한 결과는 급결제가 강도 증진에 큰 기여를 하는 Calcium silicate(C2S, C3S)의 수화 반응에 영향을 미치기 때문으로 판단된다.
따라서 급결제 함량 및 종류에 따른 성능평가를 Table 4에 나타내었다. 알루미네트계급결제와 알칼리프리계급결제의 성능을 비교한 결과 알루미네이트계급결제의 급결 성능이 더 우수한 것을 확인하였다. 알루미네이트계 급결제의 경우 5% 이상만 사용하여도 KS기준을 충족하는 결과를 확보할 수 있었으나, 알칼리 프리계급결제의 경우 7% 이상 사용하여야 KS기준을 충족할 수 있는 결과를 확보할 수 있었다.
2%로 알루미네이트계 급결제 대비 상대적으로 차수성능이 우수한 것을 확인하였다. 이러한 결과는 길이변화특성 결과 분석에서도 언급하였듯이 급결제가 급결 성능을 발현하기 위해 차수재의 수분 증발이 빠르게 일어나고 이로 인해 공극률이 증가함에 따라 흡수율이 급결제를 혼입할수록 높아진 것으로 판단된다. 따라서 급결 성능이 우수한 알루미네이트계급결제의 경우 수분 증발이 알칼리프리계 대비 빠르게 일어나고 이로 인해 공극률 또한 알칼리프리계급결제 대비 증가하여 흡수율이 높은 것으로 판단된다.
3(B)는 알칼리프리계급결제를 혼합한 차수재의 흡수율을 나타낸 것이다. 측정결과 급결제를 혼합하지 않은 차수재의 흡수율은 3.4%인 것을 확인하였다. 알루미네이트계급결제를 혼합한 차수재의 경우에는 최대 7.
413%의 건조수축변화가 발생하였다. 하지만 알칼리프리계급결제의 경우 5% 혼합할 경우 -0.113% 건조수축변화가 발생하였으며, 8% 혼합한 경우에도 -0.145%의 건조수축변화가 발생하여 알루미네이트급결제 대비 건조수축안정성이 우수한 것을 확인하였다. 이러한 결과는 급결성능평가에서 언급한바와 같이 급결제가 자극제로서 차수재의 C3A와 반응을 촉진시켜 수화반응으로 인한 건조수축변화가 발생된 것으로 판단된다.
413%의 건조수축변화가 발생하였다. 한편 알칼리프리계 급결재의 경우 5% 혼합할 경우 -0.113% 건조수축변화가 발생하였으며, 8% 혼합한 경우에도 -0.145%의 건조수축변화가 발생하여 알루미네이트급결제 대비 건조수축안정성이 우수한 것을 확인하였다.
후속연구
2%로 알루미네이트계 급결제 대비 상대적으로 차수성능이 우수한 것을 확인하였다. 이러한 결과는 급결제 적용한 차수재 및 모르타르 배합 설계 및 표준화하는데 있어 기초 연구자료로서 활용 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
급결제 선정에 있어 환경을 고려했을 때 좋은 것은?
하지만 실리케이트 급결제는 낮은 초기 강도와 장기강도의 저하, 인체에 대한 유해성을 가지고 있으며, 알루미네이트계 급결제의 경우에도 피부 자극 및 화상의 위험성을 가지고 있지만 현재 터널, 상하수도 등의 시공 현장에서 많이 활용되고 있다. 반면 알칼리프리계급결제의 경우 황산알루미늄을 주성분으로 하는 급결제로서 장기강도 저하가 크지 않고 인체의 자극성이 적어 친환경 제품으로 각광 받고 있다. 이러한 급결제 사용은 점차 증가하는 추세이나 급결제를 사용한 제품의 표준화에 대한 연구는 열악한 상태이다(Shin et al.
갱내충전법이란?
폐광산을 안정화시키기 위한 방법으로는 갱내충전법이 있다. 갱내충전법으로는 단순하게 폐석을 단독으로 충전하거나 폐석과 함께 시멘트, 플라이애쉬 등 첨가제를 혼합하여 충전하는 방법으로 구분되고 있으며, 현재 다양한 충전재에 관한 연구가 진행 중에 있다(Han et al.,2016).
충전재로 인해 발생할 수 있는 문제는?
,2016). 그러나 충전재의 경우 토양오염 등 2차적인 환경문제를 일으킬 가능성이 있으며 이러한 문제를 해결하기 위해 충전층에 차수층을 설치하여 유해물질이 주변 환경으로 이동하는 것을 차수층의 두께와 투수속도로 예측되는 기간 동안 지연시키는 역할을 하여 환경적인 문제를 해결하고 있다. 또한 유출된 유해물질을 인위적으로 처리함으로써 주변 환경에 미치는 영향을 최소화하고 차수층 재료가 갖는 유해 금속 및 유기물질의 이동 억제능을 이용하여 2차 방어 효과를 발현하는 역할을 한다(Chang et al.
참고문헌 (13)
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