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카제인으로 고결된 모래의 강도 및 내구성 평가
Evaluation of Strength and Durability of Casein-cemented Sand 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.35 no.1, 2019년, pp.31 - 42  

박성식 (경북대학교 공과대학 토목공학과) ,  우승욱 (경북대학교 공과대학 건설환경에너지공학부)

초록
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카제인은 우유 속에 약 3% 함유되어 있으면서, 우유에 함유된 전체 단백질의 약 80%를 차지한다. 카제인에 수산화칼슘수산화나트륨 수용액을 섞으면 고결력이 발생하며, 이러한 고결방식은 목재나 건조한 환경에 적용하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 지하수위가 존재하는 토사의 고결을 위해 물에 약한 카제인 고결제의 구성성분을 조절하거나 새로운 성분을 추가하여 내수성을 향상시키고자 하였다. 이를 위해 낙동강모래에 고결제로 가장 많이 사용되는 시멘트뿐 아니라 위스콘신대학에서 제시한 표준 카제인 고결제를 비롯한 다양한 카제인 고결모래 공시체를 제작하였다. 6 종류의 카제인 고결모래 중에서 표준 카제인 고결제에 수산화칼슘을 30% 증가시키고 수산화나트륨을 50% 감소시킨 것이 가장 우수한 강도와 내구성을 나타내었다. 이렇게 개선된 카제인 고결제를 1-4% 혼합하여 만든 공시체의 일축압축강도와 반복건습으로 인한 내구성지수를 시멘트 고결모래 공시체와 비교하였다. 그 결과, 카제인비 4%인 고결모래 공시체의 입축압축강도와 내구성지수는 6,253kPa 및 92%로 일축압축강도 1,500kPa 및 내구성지수 62%인 시멘트비 8%인 고결모래 공시체보다 우수한 것으로 나타났다. 또한, 카제인이 3% 이상 함유된 고결모래 공시체는 반복적인 건습 작용에도 80% 이상의 양호한 내구성을 유지하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

About 3% of Casein is included in milk and it accounts for 80% of milk's protein. It has an adhesive property when mixed with calcium hydroxide and sodium hydroxide solutions. It has been usually used to bond woods under dry condition but becomes weak when exposed to moisture. Such weakness is very ...

주제어

표/그림 (22)

AI 본문요약
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문제 정의

  • (1993)은 콘크리트 코팅제로 아마유를 사용해 성능을 시험하였으며, 끓인 아마유가 가장 효과적인 것을 확인하였다. 따라서, 본 연구에서도 끓인 아마유를 사용하여 코팅 성능을 확인하고자 하였다. 각 첨가제는 바인더 재료 총중량의 약 10%(40g) 첨가하였다.
  • 한편, Seo (2016)는 칼사이트 고결모래의 내구성을 향상시키기 위해 요소를 사용하기도 하였다. 따라서, 요소 단일 성분이 카제인 고결모래의 내구성 향상에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. (v) 점토(kaolinite)를 추가하였다(C-5 방법).
  • , 2004). 따라서, 표준 카제인 고결제 구성성분의 기능을 분석한 다음, 이들 함유량을 조절하거나 새로운 성분을 추가하여 내구성을 개선시키고자 하였다.
  • 본 연구에서는 다양한 산업 분야에서 수행한 카제인 고결제 연구를 바탕으로 깨끗한 모래를 고결시킨 다음 고결모래 공시체의 강도 및 내구성을 향상시키기 위해 개선된 카제인 고결제를 개발하고자 하였다. 또한 카제인 고결모래 공시체의 강도와 내구성을 평가하기 위해 현장에서 많이 사용되는 시멘트 혼합토도 동일한 방식으로 제작하여 비교 분석하였다.
  • 하지만, 친환경적인 측면이나 자원 재활용을 위해 칼사이트 석출이나 미생물 고결제, 바이오폴리며, 고로슬래그와 같은 다양한 고결제가 개발 또는 적용되고 있다. 본 연구에서는 우유에서 추출한 카제인 단백질을 활용한 기존 접착제를 흙의 고결에 적용하기 위한 연구를 수행하였다. 특히, 물에 쉽게 용해되어 내수성이 약한 카제인 고결제를 개선시키기 위해 함유량을 조절하거나 새로운 성분을 추가하여 고결모래 공시체를 제작하고 일축압축시험과 내구성시험을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
카제인 고결제란 무엇인가? 카제인 고결제는 우유에서 얻을 수 있는 카제인과 생 석회와 물이 만나 생성되는 소석회 수용액이 주재료이 며, 내수성이 부족하여 1900년대부터 주로 목재용 접착 제로 사용 및 연구되어 왔다(Butterman, 1920; Walther, 1937; Forest products laboratory, 1967). Chang et al.
카제인 개선을 위해 불용성 금속을 혼합하는 방법은 환경적 측면에서 어떠한가? 앞서 언급한 것처럼 표준 카제인 고결모래 공시체의 내구성을 개선하기 위해 기존 연구사례들을 조사 분석 하였다. 먼저, 표준 카제인 고결제에 구리나 아연과 같 은 불용성 금속을 첨가할 경우 수용성은 개선되지만(Ma, 1996), 토양 및 주변 환경에 영향을 미치는 지반 고결제 에 불용성 금속을 혼합하는 것은 바람직하지 않다고 판 단된다(Lee et al., 2004).
환경적인 고결공법 개발 현황은 어떠한가? 해안에 퇴적된 점토나 느슨한 사질토와 같은 연약지 반의 강도 증진이나 침하량 저감을 위해 일반적으로 시 멘트를 혼합한 고결공법이 일본을 비롯한 국내외 현장 에서 많이 적용되고 있다(Park and Hwang, 2014). 하지 만, 1990년대부터 환경훼손을 최소화하거나 자원 재활 용을 위해 시멘트 사용량을 줄이면서 석고나 고로슬래 그 등과 같은 산업 부산물을 활용하는 다양한 고결방법 이 개발 및 적용되고 있다(Park et al., 2014). 또한, 미생 물이나 식물추출액, 바이오폴리머 등을 이용한 친환경 고결방법도 활발히 연구되고 있다(Chang et al., 2016, 2018; Ham et al.
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참고문헌 (28)

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  21. Park, S. S., Choi, S. G., and Nam, I. H. (2014), "Effect of Plant-induced Calcite Precipitation on the Strength of Sand", Journal of Materials in Civil Engineering, Vol.26, No.8, pp.06014017. 

  22. Park, S. S., Kim, K. Y., Choi, H. S., and Kim, C. W. (2009), "Effect of Different Curing Methods on the Unconfined Compressive Strength of Cemented Sand", Journal of The Korean Society of Civil Engineers, Vol.29, No.5, pp.207-215. 

  23. Pizzi, A. and Mittal, K. L. (2017), "Handbook of Adhesive Technology", CRC press. 

  24. Prestholdt, H. L. (1926), "Casein glue", US patent, No.1,604,310. 

  25. Raval, D. K., Narola, B. N., and Patel, A. J. (2005), "Synthesis, Characterization and Composites from Resorcinol-urea-formaldehydecasein Resin", Iranian Polymer Journal, Vol.14, No.9, pp.775-784. 

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  27. Walther, L. (1937), "Production of Casein Glue and Casein Glue Preparation", US patent, No.2,091,325. 

  28. Wright, J., Shen, Z., and Rizkalla, S. (1993), "Three-year Field and Laboratory Evaluation of Linseed Oil as a Concrete Sealer", Canadian Journal of Civil Engineering, Vol.20 No.5, pp.844-854. 

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