전자폐기물의 발생량이 급증하고 있고, 전자폐기물로 인한 환경오염 혹은 자원낭비등과 같은 문제를 야기하고 있다. 따라서 전자 폐기물 안에 포함된 중금속을 재활용할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 한편, 채움재(콘크리트 혹은 모르타르)는 방사성폐기물의 차폐를 위해 사용되나, 방사성 차폐 성능을 확보한 재료를 적용하고 있지 않다. 따라서 채움재는 차폐성능에 관한 신뢰가 부족한 상황이다. 그러므로 본 연구에서는, 전자폐기물을 채움재의 잔골재로 적용하기 위하여 콘크리트의 역학적 특성을 평가하였다. 실험결과, 압축강도, 휨강도, 탄성계수 및 $1{\mu}m$ 영역의 공극이 상당히 영향을 받는 것으로 나타났으나, 광물질 혼화재를 결합재로 사용하면 성능이 개선되었다. 따라서 전자폐기물은 채움재의 잔골재로써 적용이 가능할 것으로 판단된다.
전자폐기물의 발생량이 급증하고 있고, 전자폐기물로 인한 환경오염 혹은 자원낭비등과 같은 문제를 야기하고 있다. 따라서 전자 폐기물 안에 포함된 중금속을 재활용할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 한편, 채움재(콘크리트 혹은 모르타르)는 방사성폐기물의 차폐를 위해 사용되나, 방사성 차폐 성능을 확보한 재료를 적용하고 있지 않다. 따라서 채움재는 차폐성능에 관한 신뢰가 부족한 상황이다. 그러므로 본 연구에서는, 전자폐기물을 채움재의 잔골재로 적용하기 위하여 콘크리트의 역학적 특성을 평가하였다. 실험결과, 압축강도, 휨강도, 탄성계수 및 $1{\mu}m$ 영역의 공극이 상당히 영향을 받는 것으로 나타났으나, 광물질 혼화재를 결합재로 사용하면 성능이 개선되었다. 따라서 전자폐기물은 채움재의 잔골재로써 적용이 가능할 것으로 판단된다.
The quantities of electronic waste have been increased rapidly, and was caused variety problems such as environmental pollution or dissipation of resource. So, it needed to development of recycling technology about heavy metal in the electronic waste. Meanwhile, filler material (concrete or mortar) ...
The quantities of electronic waste have been increased rapidly, and was caused variety problems such as environmental pollution or dissipation of resource. So, it needed to development of recycling technology about heavy metal in the electronic waste. Meanwhile, filler material (concrete or mortar) was used for shielding radioactive waste, however, it did not used materials that it is proved radiation shielding performance. So, there is a lack of confidence in the shielding performance. Therefore, in this paper, mechanical properties of concrete was evaluated for the applicability using electronic waste as fine aggregate of filler material. From the test results, compressive and flexural strength and elasticity modulus and the micro pore in the $1{\mu}m$ range was significantly affected by substitution of electronic waste, however, it could be improved the performance by using mineral admixture as binder. So, it is shown that the electronic waste could be applicable as fine aggregate of filler material.
The quantities of electronic waste have been increased rapidly, and was caused variety problems such as environmental pollution or dissipation of resource. So, it needed to development of recycling technology about heavy metal in the electronic waste. Meanwhile, filler material (concrete or mortar) was used for shielding radioactive waste, however, it did not used materials that it is proved radiation shielding performance. So, there is a lack of confidence in the shielding performance. Therefore, in this paper, mechanical properties of concrete was evaluated for the applicability using electronic waste as fine aggregate of filler material. From the test results, compressive and flexural strength and elasticity modulus and the micro pore in the $1{\mu}m$ range was significantly affected by substitution of electronic waste, however, it could be improved the performance by using mineral admixture as binder. So, it is shown that the electronic waste could be applicable as fine aggregate of filler material.
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문제 정의
그러나 채움재 제작에 사용되는 재료에 대한 직접적인 차폐성능 여부에 관한 기준이 없기 때문에 채움재의 차폐 성능에 대한 신뢰가 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 기존연구(Choi et al., 2015; Choi et al., 2017)를 통해 확인된 중금속을 함유하여 차폐성능 개선이 가능한 전자폐기물인 고밀도 폐유리를 적용하여 제작된 콘크리트를 방사성폐기물 차폐 채움재로서의 개발 가능성을 평가하기 위하여 고밀도 폐유리를 혼입한 콘크리트의 역학적 특성을 검토하고자 하였다. 이를 위해, 본 연구에서는 압축강도, 휨강도, 탄성계수와 공극분포 등 역학적 특성을 비교, 분석하였다.
본 연구에서는 전자폐기물의 일종인 고밀도 폐유리를 잔골재로 적용한 콘크리트의 역학적 특성을 평가하기 위하여 실험 변수로 물-결합재비 및 고밀도 폐유리의 잔골재 대체율을 결정하고, 시멘트 대체제로 사용되고 있는 광물질 혼화재료의 혼입 특성도 함께 고려하기 위하여 광물질 혼화재인 플라이애시와 고로슬래그 미분말도 함께 사용하였다. 본 연구에 사용된 실험 변수는 Table 1과 같다.
콘크리트의 응력- 변형률 관계는 구조물의 설계 또는 해석에 있어 반드시 필요한 재료적 특성(Kang and Ryu, 2011)이므로 본 연구에서는 고밀도 폐유리를 혼입한 콘크리트 최대응력까지의 응력-변형률 곡선을 비교, 분석하고자 하였다. Fig.
제안 방법
본 연구에서 사용된 고밀도 폐유리의 잔골재 대체율은 부피비로 각각 0, 50, 100%이며, 물-결합재비는 35, 45, 55%로 결정하였다. 또한, 광물질 혼화재가 미치는 영향을 함께 검토하기 위하여 물-결합재비 45% 경우에 대하여 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 시멘트 질량의 각각 20%, 50%로 치환하여 함께 평가하였으며, 본 연구에 사용된 배합표는 Table 5 에 나타내었다.
, 2017)를 통해 확인된 중금속을 함유하여 차폐성능 개선이 가능한 전자폐기물인 고밀도 폐유리를 적용하여 제작된 콘크리트를 방사성폐기물 차폐 채움재로서의 개발 가능성을 평가하기 위하여 고밀도 폐유리를 혼입한 콘크리트의 역학적 특성을 검토하고자 하였다. 이를 위해, 본 연구에서는 압축강도, 휨강도, 탄성계수와 공극분포 등 역학적 특성을 비교, 분석하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 잔골재는 하천모래를 사용하였으며 굵은 골재는 쇄석을 사용하였다. 굵은 골재의 최대치수는 19 mm이며, 배합에 사용된 골재의 특성은 Table 3과 같다.
본 연구에서는 결합재로 시멘트와 광물질 혼화재인 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 사용하였다. 본 연구에서 사용된 결합재의 물리적, 화학적 특성은 Table 2에 나타내었다.
이론/모형
콘크리트의 압축강도 및 탄성계수 측정은 Fig. 1에 나타낸 것과 같이 KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험방법)에 따라 실시하였다. 공시체는 ∅100×200 mm 크기인 것을 사용하였으며, 만능재료시험기(UTM)를 이용하여 하중제어 방식으로 실시하였다.
고밀도 폐유리를 혼입한 콘크리트의 휨강도 측정방법은 KS F 2408(콘크리트의 휨 강도 시험방법)를 이용하여 4점 재하방식으로 실시하였다.
본 연구에서는 강도와 공극분포의 상관관계를 규명하기 위하여 내부 미세 공극 분포(Micropore-size-distribution)를 ASTMD 4284에 의거하여 수은압입법(Mercury Intrusion Porosimetry)으로 분석하였다.
성능/효과
1) 고밀도 폐유리를 잔골재로 사용한 콘크리트의 경우, 고밀도 폐유리 대체율이 증가함에 따라 골재와 시멘트 수화물 사이의 부착력 감소로 인해 압축강도 및 휨강도가 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 시멘트페이스트와 골재계면의 공극 영역인 1 μm 영역이 고밀도 폐유리 대체에 따라 증가한 것에 영향을 받은 것으로 판단된다.
4) 고밀도 폐유리를 혼입한 콘크리트의 공극분포는 고밀도 폐유리를 사용하지 않은 콘크리트와 마찬가지로 압축강도에 직접적으로 영향을 주는 50~200 nm 영역이 유사한 것으로 나타났다.
일반적으로, 콘크리트의 탄성계수에 큰 영향을 미치는 재료는 굵은 골재인 것으로 보고되고 있다(Mehta and Monteiro, 2014). 따라서 본 연구에서는 동일한 굵은 골재를 사용하였으며, 고밀도 폐유리 대체에 따른 추가적인 탄성계수의 감소는 발생하지 않으므로 고밀도 폐유리 대체에 따른 탄성계수 특성은 일반적인 콘크리트의 특성과 유사한 것으로 판단된다. 한편 Fig.
2) 고밀도 폐유리 대체에 따른 압축-휨 관계, 압축강도-탄성계수 관계를 평가한 결과, 고밀도 폐유리를 대체하지 않은 콘크리트의 특성과 유사하게 나타났으며, 응력-변형률 곡선 역시 고밀도 폐유리 대체에 따른 특이점이 발생하지 않았다. 따라서, 고밀도 폐유리를 잔골재로 대체하여도 고밀도 폐유리를 잔골재로 대체하지 않은 콘크리트와 유사한 역학적 특성을 갖는 것으로 판단된다.
7에는 실험을 통해 얻어진 탄성계수와 각 예측모델을 통하여 비교한 탄성계수 분포를 함께 나타내었다. 분석 결과, KCI 예측모델이 CEB-FIP 및 EC 2 예측모델에 비하여 동일한 압축강도에 대한 탄성계수를 작게 예측하는 것으로 나타났다. 또한, 실험결과와 예측모델을 비교하여 보면, 배합 조건에 관계없이 모두 CEB-FIP모델보다 작게 측정된 것으로 나타났다.
분석결과, 고밀도 폐유리 혼입률 및 광물질 혼화재 사용 유무에 관계없이 휨강도는 압축강도의 12.5~20% 수준인 것으로 나타나, 사용재료에 따른 압축-휨 상관관계에 별다른 차이점은 존재하지 않는 것으로 보인다. 한편, 휨강도 예측모델 실험결과(Fig.
8에는 고밀도 폐유리 대체율에 따른 콘크리트의 미세공극 분포를 나타내었다. 우선, 고밀도 폐유리 대체에 관계없이 재령이 증가함에 따라 각 공극의 피크점이 감소하는 일반적인 콘크리트의 특성이 나타났다. 또한, 고밀도 폐유리의 혼입에 관계없이 고로슬래그 미분말을 사용하면 미세공극의 피크점이 발생하지 않으므로 고로슬래그 사용에 따른 공극구조 개선 효과가 고밀도 폐유리를 잔골재로 대체하여도 나타났다.
6(a)에는 고밀도 폐유리를 대체하지 않은 일반 콘크리트의 탄성계수 측정결과를 나타내었다. 측정결과, 압축강도 측정결과와 마찬가지로 물-결합재비가 감소하고 재령이 증가함에 따라 탄성계수가 증가하는 콘크리트의 일반적인 특성이 나타났다. 또한 동일한 물-결합재비에서 광물질 혼화재를 대체하게 되면 FA20는 45OPC와 동등하지만, BFS50의 경우에는 재령 28일 이후에 크게 증가하는 것으로 나타났다.
후속연구
3) 고밀도 폐유리를 잔골재로 사용한 경우, 광물질 혼화재를 사용하면 포졸란반응및 공극 채움 효과에 따른 공극분포를 개선할 수 있으므로 강도 개선이 가능 할 것으로 판단된다.
4)를 비교하면, 30 MPa 이상의 압축강도를 확보한 경우(35OPC, BFS50)에는 ACI 363 예측모델보다 크게 측정되었으나, 30 MPa 미만인 경우에는 ACI 363 모델과 KCI 2012 모델 사이 수준을 확보한 것으로 나타났다. 따라서 추후 고밀도 폐유리를 혼입한 콘크리트의 압축-휨 강도 상관관계에 적용 가능한 예측모델의 수정이 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내 전자폐기물에 대한 규정의 문제는 무엇인가?
, 2005)을 마련함은 물론, 전자폐기물에 포함된 중금속을 유용한 자원으로 활용할 수 있는 재활용기술 개발이 필요한 실정이다. 이에 우리나라에서도 EPR 제도를 실시하여 전자폐기물을 분리수거하고 있으나, 전자폐기물에 포함된 중금속 처리 기술의 한계로 환경오염문제가 발생하고 있어 이를 해결할 수 있는 기술 개발이 시급한 상황이다(Choi et al., 2015).
방사성폐기물을 구분하는 기준은 무엇인가?
그러나 원자력에너지원은 풍력, 수력등 친환경 에너지원과 달리, 원자력 생산이후 발생되는 방사성폐기물의 안전관리가 필요하다. 원자력 생산에 의해 발생하는 폐기물을 에너지 준위에 따라 고준위, 중준위, 저준위로 구분하여 고준위 폐기물의 경우에는 원전에 별도 보관을 실시하고 중·저준위 방사성폐기물의 경우에는 방사성폐기물처분장을 통해 별도의 처분을 실시하고 있다. 이때의 처분방식은 방사성폐기물을 인간생활권에서 격리하기 위해 폐기물 드럼에 방사성폐기물과 채움재인 콘크리트(혹은 모르타르)를 함께 타설하여 폐기물드럼을 적치한 사일로를 폐쇄하는 방식을 채택하고 있으며, 많은 양의 채움재는 방사성물질을 차폐하기 위해 사용되고 있다.
원자력에너지원과 친환경 에너지원의 차이는 무엇인가?
이에, 1990년부터 자국의 에너지 생산에 대한 경쟁력 확보를 위하여 자체 생산이 가능한 원자력 에너지 발전량을 점차 증가시켜왔으며, 원자력 에너지는 총 생산에너지의 70%에 도달하기에 이르렀다. 그러나 원자력에너지원은 풍력, 수력등 친환경 에너지원과 달리, 원자력 생산이후 발생되는 방사성폐기물의 안전관리가 필요하다. 원자력 생산에 의해 발생하는 폐기물을 에너지 준위에 따라 고준위, 중준위, 저준위로 구분하여 고준위 폐기물의 경우에는 원전에 별도 보관을 실시하고 중·저준위 방사성폐기물의 경우에는 방사성폐기물처분장을 통해 별도의 처분을 실시하고 있다.
참고문헌 (14)
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