미정제 석탄회를 혼합골재의 미립분 보충재로 활용하는 시멘트 모르타르의 공학적 특성 분석 Analyzing the Engineering Properties of Cement Mortar using Raw Coal Ash as a Microfines for the Mixed Aggregate원문보기
본 연구는 국내의 부족한 골재자원확보, 폐기물 재활용 및 콘크리트의 품질향상을 목적으로 시도되었다. 즉, 잔골재의 혼합은 굵은 입자를 많이 포함하여 표준입도범위를 벗어나는 석산B(CSb) 및 건설현장의 터파기한 발파석을 분쇄한 발파석(BS)과 미세한 입자를 많이 포함하여 표준입도범위를 벗어나는 해사(SS)를 혼합하는 것으로 한다. 또한, CSb+SS, BS+SS를 혼합골재로 제조할 경우, 전반적으로는 표준입도범위에 포함될지라도 0.15mm이상의 미립자가 부족하므로서 모르타르 및 콘크리트 품질에 결함으로 나타날 수 있다. 따라서 여기에 겨울철 초기강도에 기여하지 못하므로서 버려지는 화력발전소의 미정제 석탄회(Ra)를 0~10% 범위에서 치환하는 것을 검토하였다. 연구결과, CSb 혹은 BS와 SS를 6:4의 비율로 혼합하여 혼합골재로 제조하고, 여기에 Ra를 5% 치환할 경우 골재의 입도측면 및 시멘트 모르타르의 품질 측면에서 가장 양호한 결과가 얻어짐을 확인 할 수 있었다.
본 연구는 국내의 부족한 골재자원확보, 폐기물 재활용 및 콘크리트의 품질향상을 목적으로 시도되었다. 즉, 잔골재의 혼합은 굵은 입자를 많이 포함하여 표준입도범위를 벗어나는 석산B(CSb) 및 건설현장의 터파기한 발파석을 분쇄한 발파석(BS)과 미세한 입자를 많이 포함하여 표준입도범위를 벗어나는 해사(SS)를 혼합하는 것으로 한다. 또한, CSb+SS, BS+SS를 혼합골재로 제조할 경우, 전반적으로는 표준입도범위에 포함될지라도 0.15mm이상의 미립자가 부족하므로서 모르타르 및 콘크리트 품질에 결함으로 나타날 수 있다. 따라서 여기에 겨울철 초기강도에 기여하지 못하므로서 버려지는 화력발전소의 미정제 석탄회(Ra)를 0~10% 범위에서 치환하는 것을 검토하였다. 연구결과, CSb 혹은 BS와 SS를 6:4의 비율로 혼합하여 혼합골재로 제조하고, 여기에 Ra를 5% 치환할 경우 골재의 입도측면 및 시멘트 모르타르의 품질 측면에서 가장 양호한 결과가 얻어짐을 확인 할 수 있었다.
The aim of the research is improving the quality of concrete by using the alternative aggregate resources and recycling wastes. To make a combined aggregate fitted in standard particle size distribution curve, crushed sand from blasted rock debris was used as a base aggregate. Additionally, to incre...
The aim of the research is improving the quality of concrete by using the alternative aggregate resources and recycling wastes. To make a combined aggregate fitted in standard particle size distribution curve, crushed sand from blasted rock debris was used as a base aggregate. Additionally, to increase the portion of fine particles, sea sand was mixed. Although these aggregate combination fit the standard particle size distribution curve, in this research, raw coal ash was replaced as a microfine. According to the experiment, by replacing 5% raw coal ash, the most favorable results were achieved in aggregate gradation and cement mortar quality.
The aim of the research is improving the quality of concrete by using the alternative aggregate resources and recycling wastes. To make a combined aggregate fitted in standard particle size distribution curve, crushed sand from blasted rock debris was used as a base aggregate. Additionally, to increase the portion of fine particles, sea sand was mixed. Although these aggregate combination fit the standard particle size distribution curve, in this research, raw coal ash was replaced as a microfine. According to the experiment, by replacing 5% raw coal ash, the most favorable results were achieved in aggregate gradation and cement mortar quality.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
그러므로 본 연구에서는 부족한 골재 자원확보 및 저품질골재의 품질향상 대책으로, 서로 다른 입도 및 품질의 골재를 Figure 1과 같이 현행에서는 허용되고 있지 않은 혼합골재를 골재제조공장에서 혼합하여 제조 및 활용하고자 함에 있어 Ra와 같은 폐기물 재료를 미립분 보충재로 사전혼합하여 고품질 잔골재로 재탄생시키고자 하는 것이 목적이다.
본 연구는 국내의 부족한 골재자원확보, 폐기물 재활용 및 콘크리트의 품질향상을 목적으로 시도되었다. 즉, 잔골재의 혼합은 굵은 입자를 많이 포함하여 표준입도범위를 벗어나는 석산B(CSb) 및 건설현장의 터파기한 발파석을 분쇄한 발파석(BS)과 미세한 입자를 많이 포함하여 표준입도범위를 벗어나는 해사(SS)를 혼합하는 것으로 한다.
즉, 저품질 부순골재 혹은 발파석과 해사를 혼합하는 것과 같은 혼합골재에 화력발전소 부산물 중 겨울철 폐기처리되는 Ra를 추가적으로 혼합한 3종 혼합골재를 제조하여 단일골재와 같이 납품하는 방식으로 재활용 할 수 있는지에 대하여 시멘트 모르타르 상태에서의 가능성을 검토하고자 한다.
제안 방법
이때 결합재는 OPC만을 사용하는 것으로 계획하였다. 골재 변수로는 단일골재로 양호한 품질의 석산 A(CSa), 불량 입도의 석산B(CSb), 발파석(BS), 해사(SS)의 4수준, 혼합골재로는 CSb+SS, BS+SS의 2수준에 Ra의 치환율을 0, 2.5, 5, 7.5, 10%의 5수준씩으로 총 14배치를 실험계획하였다.
15mm이상의 미립자가 부족하므로서 모르타르 및 콘크리트 품질에 결함으로 나타날 수 있다. 따라서 여기에 겨울철 초기강도에 기여하지 못하므로서 버려지는 화력발전소의 미정제 석탄회(Ra)를 0∼10% 범위에서 치환하는 것을 검토하였다. 연구결과, CSb 혹은 BS와 SS를 6:4의 비율로 혼합하여 혼합골재로 제조하고, 여기에 Ra를 5% 치환할 경우 골재의 입도측면 및 시멘트 모르타르의 품질 측면에서 가장 양호한 결과가 얻어짐을 확인 할 수 있었다.
먼저, 양호한 입도 및 품질의 석산A(이하 CSa)를 대조군으로 하여 굵은 입자가 많이 포함되어 입도가 불량한 석산B(이하 CSb) 및 건축물 터파기 공사 중 발생하는 암석을 분쇄한 발파석(BS)에 입도가 가는 입자로 불량한 EEZ에서 채취한 해사(SS)를 혼합하는 것으로 계획하였다. 이때, CSb와 SS, BS와 SS 간의 혼합비율은 10:0에서 SS의 치환율을 1씩 증가시켜 도상에서 혼합비율을 표시하면 Figure 3 및 4와 같다.
본 연구는 서로 다른 입도의 골재를 혼합한 혼합골재에 Ra의 치환율을 변화시켜 골재의 입도 및 시멘트 모르타르의 기초적 특성을 분석함으로써 3성분계 혼합골재의 가능성을 분석하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
실험사항으로는 굳지 않은 모르타르에서는 플로, 공기량, 경화 모르타르에서는 3, 7, 28일의 압축강도를 측정하는 것으로 하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용하는 잔골재는 실제적으로 국내에서 유통되는 서울 근교 A레미콘 사의 것을 이용하였다. 이때 각 골재의 물리적 성질 및 입도곡선은 Table 1 및 Figure 2와 같다.
본 실험에 사용한 재료로써, 먼저 OPC는 국내산 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였고, Ra는 국내 A 화력발전소에서 발생하는 석탄회를 사용하였다. 각각의 물리·화학적 성질은 Table 4, 5와 같다.
이론/모형
본 연구의 실험방법으로 먼저 모르타르의 혼합은 KS L5109에 의거하여 진행하였다. 굳지 않은 모르타르의 특성실험으로 플로는 KS L 5111, 공기량은 KS F 2421에 의거하였고, 경화 모르타르의 실험으로 각 재령별 압축강도는 KS F 2326에 의거하여 측정하였다.
본 연구의 실험방법으로 먼저 모르타르의 혼합은 KS L5109에 의거하여 진행하였다. 굳지 않은 모르타르의 특성실험으로 플로는 KS L 5111, 공기량은 KS F 2421에 의거하였고, 경화 모르타르의 실험으로 각 재령별 압축강도는 KS F 2326에 의거하여 측정하였다.
성능/효과
1) 본 연구범위 내에서 굵은 입자가 많아 표준입도를 벗어난 CSb 및 BS와 가는 입자가 많아 표준입도를 벗어난 SS를 6:4의 비율로 혼합하면 양호하게 표준입도범위를 만족하는 것을 알 수 있었고, Ra 치환율 5%까지는 표준입도범위에 속하였지만 그 이상에서는 벗어나는 결과이었다.
2) 모르타르 실험에서 플로치는 입도가 불량한 CSb, BS 및 SS를 단일로 사용하였을 경우에 비해 CSb+SS, BS+SS와 같이 혼합하여 사용할 경우 증가하는 것으로 나타났다. 또한 CSb+SS, BS+SS 혼합골재에 Ra를 치환할 경우에는 모두 플로치에 큰 변동이 없는 것으로 나타났다.
3) 공기량은 CSb 및 BS에 SS 골재를 혼합하여 사용할 경우 단일로 사용할 경우에 비해 증가하는 것으로 나타났다. 단, 혼합골재에 Ra를 치환할 경우는 그 치환율이 증가할수록 급격히 감소하는 것으로 나타났다.
4) 압축강도는 CSb, BS 및 SS를 단일로 사용할 경우에 비해 CSb+SS와 BS+SS와 같이 혼합하여 사용할 경우가 높은 압축강도를 보였다. 더욱이 2종 혼합골재에 Ra치환율이 증가함에 따라서는 S커브 모양으로 증가하는 것으로 나타났는데, 특히 Ra치환율 5% 이상부터는 양호한 골재인 CSa보다 높은 압축강도를 발휘하는 것으로 나타났다.
Table 8은 CSa를 사용하는 경우를 100%로 하여 혼합골재의 종류별 Ra치환율 변화에 따른 품질 변화율을 종합적으로 분석하여 나타낸 것이다. CSB+SS와 BS+SS는 비슷한 경향으로 2종 혼합골재의 경우는 약간의 품질 저하가 확인되었으나, Ra치환율이 증가할수록 품질이 향상되는 것으로 분석되었다. 단, Ra 7.
Figure 11은 재령 28일의 압축강도를 나타낸 그래프이다. 단일골재의 경우 재령 3, 7일과 유사하게 양호한 골재인 CSa가 가장 높은 압축강도를 발휘하였고, CSb, BS, SS의 순이었으며, 혼합골재의 경우도 재령 3, 7일과 비슷한 경향으로 단일골재의 평균보다 증가하는 것으로 나타났다. 또한 Ra치환율이 증가함에 따라 압축강도는 증가하는 경향으로 나타났는데, CSb+SS의 경우가 BS+SS인 경우에 비해 높은 압축강도를 발휘하는 것이 확인되었다.
따라서 여기에 겨울철 초기강도에 기여하지 못하므로서 버려지는 화력발전소의 미정제 석탄회(Ra)를 0∼10% 범위에서 치환하는 것을 검토하였다. 연구결과, CSb 혹은 BS와 SS를 6:4의 비율로 혼합하여 혼합골재로 제조하고, 여기에 Ra를 5% 치환할 경우 골재의 입도측면 및 시멘트 모르타르의 품질 측면에서 가장 양호한 결과가 얻어짐을 확인 할 수 있었다.
이상을 종합하면 입도가 불량한 골재를 혼합하여 사용하면 유동성 확보 및 강도증진에 긍정적이며, 추가적으로 Ra를 5%정도 치환할 경우에는 유동성, 적정 공기량 확보 및 강도증진에 효과적으로 기여하게 됨을 확인할 수 있다. 또한, 미립분이 적은 CSb+SS의 경우가 미립분이 다소 많은 BS+SS의 경우보다 효과적인 것을 확인할 수 있었다.
종합적으로 혼합골재인 CSb+SS, BS+SS에 Ra를 5% 치환할 경우는 양호한 골재를 사용한 경우의 시멘트 모르타르품질과 동등이상이 되는 것을 확인할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
미립분의 역할은 무엇인가?
15mm 이하의 미립분이 제거되어, 이들을 혼합하여 골재로 활용하더라도 미립분이 부족한 상태의 골재가 된다. 이와 같은 미립분은 특히 빈배합에서는 점성을 발휘하는 중요한 요소로써 미립분을 적절히 확보할 수 있는 방안 모색이 필요한 실정이다.
현재 레미콘 생산 공장에서 천연골재의 고갈을 어떤 식으로 해결하고 있는가?
최근 레미콘 생산 공장에서는 양호한 품질의 천연골재가 고갈됨에 따라 골재 수급 문제가 심각하게 대두되고 있다. 이를 해결하기 위해서는 대체자원인 석산의 부순 잔골재, 발파석 부순 잔골재, 해사 등을 주로 사용하고는 있지만, 단독으로 사용하기에는 콘크리트의 품질에 악영향을 미치게 되어 실무에서는 서로 다른 입도의 골재를 혼합하여 사용하고 있다.
부순 잔골재 및 해사의 생산공정에서 발생하는 단점은 무엇인가?
그러나 부순 잔골재 및 해사의 생산공정에서는 세척공정을 통해 제조되므로 0.15mm 이하의 미립분이 제거되어, 이들을 혼합하여 골재로 활용하더라도 미립분이 부족한 상태의 골재가 된다. 이와 같은 미립분은 특히 빈배합에서는 점성을 발휘하는 중요한 요소로써 미립분을 적절히 확보할 수 있는 방안 모색이 필요한 실정이다.
참고문헌 (4)
Kim SW, Jang YJ, Park YH, Park CW. Strength development of fiber reinforced lean concrete using fly ash and reject ash under different compaction methods including small scale roller vibrator. Journal of the Korea Concrete Institute. 2012 Oct;24(5):543-51.
Moon BY, Lee JH, Kim MS, Song HH, Han MC, Han CG. Effect of a change in the quality of fly ash on the engineering characteristics of mortar. Proceedings of Architectural Institute of Korea; 2016 Apr; Architectural Institute of Korea, Seoul, Korea. Seoul(Korea): Architectural Institute of Korea; 2016. p. 359-60.
Oh SH, Seo CH. An experimental study on the properties of concrete with replacement of fine aggregate by reject-ash. Proceedings of Architectural Institute of Korea; 2016 Apr; Architectural Institute of Korea, Ulsan, Korea. Seoul(Korea): Architectural Institute of Korea; 1997. p. 1311-5.
Han CG, Park BM. Analyzing the engineering properties of cement mortar using mixed aggregate with reject ash. Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute. 2017 Sept;5(3):247-52.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.