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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 산업부산물인 함수율 50%의 레드머드 슬러지를 가열 공정 없이 적정 혼합수 및 첨가제를 사용하여 액상으로 제조하였으며, 제조된 액상화 레드머드를 시멘트 모르타르에 첨가하여 액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 모르타르의 강도 및 색차를 검토하고 향후 경제적으로 제조된 액상화 레드머드를 건설산업 현장에 대량 적용되기 위한 기초자료를 제시하고자 한다.
- 혼합수와 레드머드 슬러지를 3분간 분산시킨 후 분산제, 증점제 및 소포제를 차례로 첨가하여 2분간 추가 분산시켰다. 본 논문에서 레드머드 슬러지를 분산시키기 위한 장비로서 호모믹서는 회전하는 rotor와 고정되어 있는 stator 사이의 세밀한 간극으로 강력한 전단에너지를 만들어 내는 분산장비이다. 호모믹서는 회전자의 고속 회전으로 인해 약 20∼30m/s의 높은 전단력이 발생되고 주위의 진공에 의해 레드머드 슬러지가 아래에서 회전자 사이로 빨려 들어가며 입자가 분산되어 입경이 작아지게 된다(Kang and Kang 2017).
제안 방법
- 레드머드 슬러지를 분산시켜 액상화 레드머드로 제조하기 위하여 국내 K사의 호모믹서를 사용하여 혼합 분산하였다. 혼합수와 레드머드 슬러지를 3분간 분산시킨 후 분산제, 증점제 및 소포제를 차례로 첨가하여 2분간 추가 분산시켰다.
- 산업부산물 레드머드를 활용하기 위한 방안으로 적정 혼합수 및 첨가제를 사용하여 제조된 액상화 레드머드를 제조하고 이를 혼입한 시멘트 모르타르의 강도 및 색차 분석을 검토한 결과는 다음과 같다.
- 5%, 50%로 외할 첨가하였으며 액상화 레드머드의 함수율을 고려하여 배합별로 수량을 제외하고 W/C비를 계산하여 배합하였다. 액상화 레드머드 첨가량에 따른 시멘트 모르타르의 강도 및 색차 분석 검토를 위하여 플로우, 압축강도, 색차 분석을 실시하였다.
- 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트(C)와 고로 슬래그 시멘트(SC)를 사용하였으며 단위시멘트량은 400kg/m3, W/C비는 70%로 설정하였다. 액상화 레드머드는 시멘트 중량에 대하여 12.5%, 25%, 37.5%, 50%로 외할 첨가하였으며 액상화 레드머드의 함수율을 고려하여 배합별로 수량을 제외하고 W/C비를 계산하여 배합하였다. 액상화 레드머드 첨가량에 따른 시멘트 모르타르의 강도 및 색차 분석 검토를 위하여 플로우, 압축강도, 색차 분석을 실시하였다.
- 액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 모르타르의 색차 분석을 위한 측색방법은 일반적인 측색방법인 시감측색법과 기기에 의한 물리적인 측색의 두 가지 방법으로 진행하였다.
- 액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 모르타르의 압축강도를 측정하기 위하여 KS L ISO 679에 의거하여 공시체를 각 재령별로 3개씩 제작하여 양생온도 20±2℃ 및 상대습도 70%의 항온항습기에서 양생하였다.
- 일출 3시간 후부터 일몰 3시간 전 사이의 운량 30% 정도의 담천공 상태에서, 먼셀표색계에 의한 시감측색법으로 측색하는 시감측색법과 접물측정 방식의 색채휘도계(CD-200, Minolta)를 이용하여, CIE D65 광원을 기준광원으로 하여 측색하는 물리측색법을사용하였다.
- 레드머드 슬러지를 분산시켜 액상화 레드머드로 제조하기 위하여 국내 K사의 호모믹서를 사용하여 혼합 분산하였다. 혼합수와 레드머드 슬러지를 3분간 분산시킨 후 분산제, 증점제 및 소포제를 차례로 첨가하여 2분간 추가 분산시켰다. 본 논문에서 레드머드 슬러지를 분산시키기 위한 장비로서 호모믹서는 회전하는 rotor와 고정되어 있는 stator 사이의 세밀한 간극으로 강력한 전단에너지를 만들어 내는 분산장비이다.
대상 데이터
- 액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 모르타르의 강도 및 색차 분석을 위한 실험계획을 Table 1에 나타내었다. 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트(C)와 고로 슬래그 시멘트(SC)를 사용하였으며 단위시멘트량은 400kg/m3, W/C비는 70%로 설정하였다. 액상화 레드머드는 시멘트 중량에 대하여 12.
- 본 연구에서 사용한 보통 포틀랜드 시멘트는 국내 S사의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 또한 고로슬래그 시멘트는 국내 H사에서 시판하고 있는 비표면적 3,959cm2/g, 밀도 3.06g/cm3의 1종 고로슬래그 시멘트를 사용하였다.
- 1(a)에 나타내었다. 물리적 특성은 함수율 50.2%의 슬러지 상태로 진밀도는 2.0g/cm3, 평균입경 4.31㎛이다. 현재 가장 많은 재활용 형태인 건조 레드머드는 Fig.
- 본 논문에서 사용한 골재는 KS L ISO 679의 주문진 표준사를 사용하였다.
- 본 연구에서 사용한 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 시멘트이며 물리⋅화학적 특성을 Table 3에 나타내었다.
- 본 연구에서 사용한 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 시멘트이며 물리⋅화학적 특성을 Table 3에 나타내었다. 본 연구에서 사용한 보통 포틀랜드 시멘트는 국내 S사의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 또한 고로슬래그 시멘트는 국내 H사에서 시판하고 있는 비표면적 3,959cm2/g, 밀도 3.
이론/모형
- 액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 모르타르의 압축강도를 측정하기 위하여 KS L ISO 679에 의거하여 공시체를 각 재령별로 3개씩 제작하여 양생온도 20±2℃ 및 상대습도 70%의 항온항습기에서 양생하였다. 7일, 28일이 경과한 후 KS F 5105 수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험 방법에 의해 압축강도를 측정하였다.
- 분석방법은 국제조명위원회(Commission Internationale del’Eclairage, 약칭 CIE)가 1976년에 권장한 지각적으로 거의 균등한 보도를 가진 색공간인 CIE L*a*b* 표색계를 기준으로 계산하였으며 색차계산은 KS M ISO 7724도료와 바니시 측색법에서 규정하고 있는 외장마감재의 색채측정방법 및 색차계산방법에 근거하여, L*a*b* 색차 계산식은 KS A 0063: 색차표시방법을 토대로 계산하였다.
- 액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 모르타르의 플로우 측정은 KS F 2594 굳지 않는 콘크리트의 슬럼프 플로우 시험방법에 의하여 측정하였다.
- 측색대상에 대하여 측색한 표색계는 Fig. 3에 나타낸 CIE 1976L*a*b*를 측정하였으며, 시감측색에 의한 측색은 Munsell 색채계를 기준으로 하였다.
성능/효과
- 1. 액상화 레드머드를 첨가한 시멘트 모르타르의 플로우는 결합재를 보통 포틀랜트 시멘트로 사용한 경우 90~126mm, 슬래그 시멘트로 사용한 경우 104~146mm를 나타내며 결합재를 슬래그 시멘트로 사용한 경우가 더 유동성이 좋은 것으로 나타났다.
- 2. 액상화 레드머드를 첨가한 시멘트 모르타르의 28일 압축강도는 결합재를 보통 포틀랜트 시멘트로 사용한 경우 29.1~4.1MPa를 나타내며 액상화 레드머드를 첨가할수록 압축강도는 낮아지는 것으로 나타났다. 결합재를 슬래그 시멘트로 사용한 시멘트 모르타르의 28일 압축강도는 22.
- 3. 액상화 레드머드를 첨가한 시멘트 모르타르의 색차 분석 결과 시멘트 모르타르에 액상화 레드머드를 첨가하게 되면 색채는 YR 계열의 범위에 분포하는 것으로 나타나며 액상화 레드머드 첨가량이 증가할수록 색차값이 증가하며 색채가 뚜렷해지는 경향을 나타내었다.
- 7에 나타내었다. 결합재 종류와 관계없이 액상화 레드머드 첨가할수록 빨간색 방향에 해당하는 a*값은 증가하는 것으로 나타났다. a*와 마찬가지로 노란색 방향에 해당하는 b*값은 액상화 레드머드를 첨가할수록 증가하는 것으로 나타났다.
- 5에 나타내었다. 결합재를 보통 포틀랜트 시멘트로 사용한 시멘트 모르타르의 28일 압축강도는 C0에서 29.1MPa, C50에서 22.0MPa, C100에서 14.8MPa, C150에서 5.1MPa, C200에서 4.1MPa를 나타내며 액상화 레드머드를 첨가할수록 압축강도는 낮아지는 것으로 나타났다.
- 결합재를 보통 포틀랜트 시멘트로 사용한 시멘트 모르타르의 명도에 해당하는 L*값은 52.85~54.87로 나타났으며 슬래그 시멘트로 사용한 시멘트 모르타르의 L*값은 52.66~62.98을 나타내며 슬래그 시멘트를 결합재로 사용하는 것이 더 높은 명도값을 타내는 것으로 측정되었다.
- 2%로 급격한 감소를 나타내었다. 결합재를 슬래그 시멘트로 사용한 시멘트 모르타르의 28일 상대 압축강도 비는 SC0 100%에 대하여 SC50에서 85.7%, SC100에서 52.7%, SC150에서 49.0%, SC200에서 34.2%를 나타내었다. 액상화 레드머드를 첨가량에 따른 시멘트 모르타르의 압축강도 영향정도는 슬래그 시멘트보다 보통 포틀랜트 시멘트가 큰 것으로 나타났으며 첨가량에 따른 강도 감소폭이 큰 것으로 나타났다.
- 1MPa를 나타내며 액상화 레드머드를 첨가할수록 압축강도는 낮아지는 것으로 나타났다. 결합재를 슬래그 시멘트로 사용한 시멘트 모르타르의 28일 압축강도는 22.3~7.6 MPa를 나타내며 보통 포틀랜트 시멘트와 마찬가지로 액상화 레드머드를 첨가할수록 압축강도는 낮아지는 것으로 나타났다.
- 결합재를 슬래그 시멘트로 사용한 시멘트 모르타르의 28일 압축강도는 SC0에서 22.3MPa, SC50에서 19.1MPa, SC100에서 11.7MPa, SC150에서 10.9MPa, SC200에서 7.6MPa를 나타내며 보통 포틀랜트 시멘트와 마찬가지로 액상화 레드머드를 첨가할수록 압축강도는 낮아지는 것으로 나타났다. 본 논문에서는 배합에서 액상화 레드머드의 함수율을 고려하여 혼합수량을 제외하였기 때문에 물비의 영향보다는 기존 분말 레드머드를 사용한 시멘트 모르타르의 연구 결과와 마찬가지로 레드머드의 첨가로 직경10~1,000nm의 모세관 공극이 증가(Kang and Kwon 2017)하는 것과 더불어 레드머드의 첨가량이 증가할수록 실질적인 결합재의 손실량이 증가하기 때문에 수화반응에 의한 수화생성물의 감소로 강도 발현 정도가 미미한 것으로 판단된다.
- 결합재를 슬래그 시멘트로 사용한 시멘트 모르타르의 경우 ΔE*ab값은 SC0에서 28.15, SC50에서 5.32, SC100에서 7.09, SC150에서 11.85, SC200에서 9.32를 나타내며 보통 포틀랜트 시멘트와 마찬가지로 액상화 레드머드를 첨가할수록 색차값은 증가하는 것으로 나타났다.
- 결합재를 슬래그 시멘트로 사용한 시멘트 모르타르의 플로우측정 결과 액상화 레드머드를 첨가하지 않은 SC0에서 104mm, 액상화 레드머드를 결합재에 대하여 12.5% 첨가한 SC50에서 138mm, 25% 첨가한 SC100에서 142mm, 37.5% 첨가한 SC150에서 145mm, 50% 첨가한 SC200에서 146mm를 나타내었다. 액상화 레드머드를 슬래그 시멘트 모르타르에 첨가하게 되면 플로우는 증가하는 것으로 나타났으며 액상화 레드머드를 첨가하지 않은 시험체와 비교하여 첨가량 50의 경우에서 급격히 플로우가 증가하였다.
- 32를 나타내며 보통 포틀랜트 시멘트와 마찬가지로 액상화 레드머드를 첨가할수록 색차값은 증가하는 것으로 나타났다. 그러므로 색강도(color strength)를 고려한다면 본 논문에서의 효율적인 첨가량은 보통 포틀랜트 시멘트의 경우 증가폭이 큰 C150, 슬래그 시멘트의 경우 가장 높은 값을 나타내는 SC150이 적정할 것으로 판단된다.
- a*와 마찬가지로 노란색 방향에 해당하는 b*값은 액상화 레드머드를 첨가할수록 증가하는 것으로 나타났다. 기존 황토색을 나타내는 무기안료 제조 시 산화철 안료를 비율에 따라 red와 yellow를 혼합하여 제조하는 것과 같이 사용하는 것과 같이 액상화 레드머드의 첨가량에 따른 색도 값으로 기존 산화철안료의 비율에 따른 색채값을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- 6MPa를 나타내며 보통 포틀랜트 시멘트와 마찬가지로 액상화 레드머드를 첨가할수록 압축강도는 낮아지는 것으로 나타났다. 본 논문에서는 배합에서 액상화 레드머드의 함수율을 고려하여 혼합수량을 제외하였기 때문에 물비의 영향보다는 기존 분말 레드머드를 사용한 시멘트 모르타르의 연구 결과와 마찬가지로 레드머드의 첨가로 직경10~1,000nm의 모세관 공극이 증가(Kang and Kwon 2017)하는 것과 더불어 레드머드의 첨가량이 증가할수록 실질적인 결합재의 손실량이 증가하기 때문에 수화반응에 의한 수화생성물의 감소로 강도 발현 정도가 미미한 것으로 판단된다.
- 8에 나타내었다. 시멘트 모르타르에 액상화 레드머드를 첨가하게 되면 모든 시험체에서 색채는 YR 계열의 범위에 분포하는 것으로 나타나며 액상화 레드머드 첨가량이 증가할수록 색채는 뚜렷해지는 경향을 나타내었다.
- 액상화 레드머드를 보통 포틀랜드 시멘트 모르타르에 첨가하게 되면 플로우는 증가하는 것으로 나타났으며 액상화 레드머드를 첨가하지 않은 시험체와 비교하여 첨가량 50의 경우에서 급격히 플로우가 증가하였다. 액상화 레드머드 첨가량에 따른 변화는 121~126mm로 나타나 첨가량에 따른 영향 정도는 미미한 것으로 나타났다.
- 액상화 레드머드를 슬래그 시멘트 모르타르에 첨가하게 되면 플로우는 증가하는 것으로 나타났으며 액상화 레드머드를 첨가하지 않은 시험체와 비교하여 첨가량 50의 경우에서 급격히 플로우가 증가하였다. 액상화 레드머드 첨가량에 따른 변화는 138~146mm로 나타나 첨가량에 따른 영향 정도는 보통 포틀랜트 시멘트를 결합재로 사용한 경우보다 큰 것으로 나타났다. 액상화 레드머드를 첨가할수록 결합재를 보통 포틀랜트 시멘트를 사용한 경우보다 슬래그시멘트를 사용한 경우가 더 좋은 유동성을 나타냈다.
- 5% 첨가한 C150에서 124mm, 50% 첨가한 C200에서 126mm를 나타내었다. 액상화 레드머드를 보통 포틀랜드 시멘트 모르타르에 첨가하게 되면 플로우는 증가하는 것으로 나타났으며 액상화 레드머드를 첨가하지 않은 시험체와 비교하여 첨가량 50의 경우에서 급격히 플로우가 증가하였다. 액상화 레드머드 첨가량에 따른 변화는 121~126mm로 나타나 첨가량에 따른 영향 정도는 미미한 것으로 나타났다.
- 5% 첨가한 SC150에서 145mm, 50% 첨가한 SC200에서 146mm를 나타내었다. 액상화 레드머드를 슬래그 시멘트 모르타르에 첨가하게 되면 플로우는 증가하는 것으로 나타났으며 액상화 레드머드를 첨가하지 않은 시험체와 비교하여 첨가량 50의 경우에서 급격히 플로우가 증가하였다. 액상화 레드머드 첨가량에 따른 변화는 138~146mm로 나타나 첨가량에 따른 영향 정도는 보통 포틀랜트 시멘트를 결합재로 사용한 경우보다 큰 것으로 나타났다.
- 2%를 나타내었다. 액상화 레드머드를 첨가량에 따른 시멘트 모르타르의 압축강도 영향정도는 슬래그 시멘트보다 보통 포틀랜트 시멘트가 큰 것으로 나타났으며 첨가량에 따른 강도 감소폭이 큰 것으로 나타났다.
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