[논문]칼슘계 제지애시의 전처리 방법 및 전처리 제지애시를 이용한 접착모르타르 개발

서성관; 추용식

doi:10.14190/mrcr.2019.14.4.040

칼슘계 제지애시의 전처리 방법 및 전처리 제지애시를 이용한 접착모르타르 개발
Pre-Treatment Method of Calcium-Based Paper Ash and Development of Tile Adhesive Mortar 원문보기

Magazine of RCR = 한국건설순환자원학회지, v.14 no.4, 2019년, pp.40 - 45

서성관 (한국세라믹기술원) , 추용식 (한국세라믹기술원)

초록이 없습니다.

표/그림 (11)

그림 그림 1. 제지애시 및 섬유 일례
그림 그림 2. 제지애시의 XRD 패턴
표 [표 1] 칼슘계 제지애시의 주요 화학성분
그림 그림 3. 수화수 혼합비율별 제지애시의 XRD 패턴
그림 그림 4. 무수석고 혼합 제지애시 수화물의 미세구조
그림 그림 5. 무수석고 혼합 제지애시 수화물의 양생일별 XRD 패턴
그림 그림 6. 무수석고 혼합비율별 제지애시 수화물의 TG-DSC 곡선(3일 양생)
그림 그림 7. 전처리 제지애시 혼합 모르타르의 물리특성
그림 그림 8. 전처리 제지애시 혼합시멘트의 재령일별 길이변화율
그림 그림 9. 파워접착몰탈 제품
그림 그림 10. 타일 접착 모르타르 현장 시공 일례

AI 본문요약
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문제 정의

또한 제지슬러지 소각시 발생하는 제지애시의 주요성분은 무기계 충전제의 종류에 따라 칼슘계 제지애시와 실리카계 제지애시로 대분할 수 있다. 본 기사에서는 국내 A社에서 발생하는 칼슘계 제지애시를 입수‧ 검토하였다.
본 기술기사에서는 제지애시를 시멘트 혼합재로 적용하기 위해 제지애시의 결정특성 및 수화특성 제어방법을 소개하고, 전처리 제지애시를 적용한 타일 접착 모르타르 제품에 대하여 기술하였다.

성능/효과

1) 제지 제조공정은 목질계 자원인 셀룰로오스 섬유를 주원료로 하고 다양한 유·무기계 충전제를 첨가하여 제품을 생산한다.
더불어 11 °부근의 C-A-H 피크 강도도 수화수 증가에 따라 지속적으로 높아지는 것을 확인할 수 있다. 그러나 수화수 함량이 15 %를 초과할 경우 제지애시가 다량의 수화수에 의해 입자들이 엉겨 붙어 덩어리지는 현상이 발생하게 되며, 따라서 제지애시의 급결성 제어를 위한 최적 수화수량은 12%가 적합한 것으로 판단할 수 있다.
⁸⁾ 즉, 전처리 제지애시 혼합시멘트의 경우 OPC 대비 양호한 건조수축 저항 특성을 발현할 것이라 추정할 수 있다. <그림 8>는 전처리 제지애시 혼합 모르타르의 재령일별 길이변화율을 나타낸 것이며, 모든 모르타르 시편에서 양생일 증가에 따라 수축률은 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한 수축률은 OPC 모르타르에서 가장 높게 나타나며, 전처리 제지애시를 혼합할 경우 OPC 대비 양호하게 나타나는 것을 알 수 있다.
더불어 11 °부근의 C-A-H 피크 강도도 수화수 증가에 따라 지속적으로 높아지는 것을 확인할 수 있다.
또한 150 ℃ 부근의 C-A-H 피크는 무수석고를 10% 치환한 경우부터 점차 감소하며, 15% 치환 조건에서는 에트링자이트 피크만 관찰된다. 따라서 C-A-H가 모두 에트링자이트로 변화되기 위해서는 제지애시 기준 10 % 이상의 무수석고를 치환하는 것이 적절한 것으로 판단할 수 있다.
전처리 제지애시 혼합 시멘트의 경우 OPC 대비 강도특성 및 작업성이 유사하게 발현되며, 특히 건조수축 저항성이 월등히 개선되는 것을 확인할 수 있다. 또한 건조수축 저항성이 주요 특성으로 강조되는 대면적 타일 부착용 타일시멘트 모르타르로 제품화할 경우 안정적인 시공이 가능한 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 제품‧ 현장 맞춤형 전처리 및 배합설계 기술개발을 통해 제지애시의 활용범위가 확장될 것으로 기대된다.
<그림 8>는 전처리 제지애시 혼합 모르타르의 재령일별 길이변화율을 나타낸 것이며, 모든 모르타르 시편에서 양생일 증가에 따라 수축률은 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한 수축률은 OPC 모르타르에서 가장 높게 나타나며, 전처리 제지애시를 혼합할 경우 OPC 대비 양호하게 나타나는 것을 알 수 있다. 이는 전처리 제지애시가 수화 반응함에 따라 에트링자이트가 더욱 많이 생성되며 건조수축 저항성이 개선된 것으로 분석된다.
<그림 5>는 무수석고 혼합 제지애시 수화물의 양생일별 XRD 패턴으로써, 9 °부근의 에트링자이트 피크는 무수석고 함량이 증가할수록 피크 강도가 증가하는 것을 알 수 있다. 또한 양생일 증가에 따라서도 에트링자이트 함량은 증가되는 것을 확인할 수 있다.
결정들의 수화특성을 나타낸 것이다. 수화수 처리된 제지애시의 주요 수화물로는 Ca(OH)₂와 C-A-H (CaO-Al₂O₃-H₂O)등이며 수화수 함량 증가에 따라 피크 강도는 더욱 커지는 것을 확인할 수 있다. 더불어 11 °부근의 C-A-H 피크 강도도 수화수 증가에 따라 지속적으로 높아지는 것을 확인할 수 있다.
아울러 제지애시 5∼10% 혼합조건에서 OPC 대비 동등 이상의 압축강도가 발현되었으나, 15 % 혼합 조건에서의 압축강도는 OPC 대비 91 % 수준으로 나타난 것을 확인할 수 있다.
<그림 4>는 무수석고를 혼합한 제지애시 수화물의 양생일별 미세구조 사진이다. 양생일별 제지애시 수화물의 미세구조 사진에서 침상 수화물인 에트링자이트를 관찰할 수 있으며, 양생일 증가에 따라 에트링자이트 생성량도 증가하는 것을 확인할 수 있다. 즉 제지애시는 무수석고와 수화반응이 가능하며, 충분히 에트링자이트를 생성할 수 있을 것으로 분석된다.
<그림 7>(b)는 전처리 제지애시 혼합시멘트의 모르타르 플로우를 나타낸 것이며, OPC의 플로우는 174 mm이다. 전처리 제지애시 혼합량 증가에 따라 모르타르 플로우는 소폭 감소하는 것을 확인할 수 있다. 특히 전처리 제지애시 15% 혼합조건에서의 모르타르 플로우는 165 mm이었으며, 이는 OPC 대비 95% 수준인 것으로 분석된다.

후속연구

또한 건조수축 저항성이 주요 특성으로 강조되는 대면적 타일 부착용 타일시멘트 모르타르로 제품화할 경우 안정적인 시공이 가능한 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 제품‧ 현장 맞춤형 전처리 및 배합설계 기술개발을 통해 제지애시의 활용범위가 확장될 것으로 기대된다.
상기의 문제점들을 보완하여 석탄회의 재활용 촉진을 위한 사회·정책적 기반 마련을 통해 발전소 부산물이 순환 자원으로서 건설 산업에 기여하는 바를 점차 확대해야 할 것이다.
이에 따라, 발전소 부산물의 활용용도 및 품질, 적정한 가격 형성으로 인한 품질·경제성이 확보되어야 재활용이 활성화 될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	제지애시의 사용에 있어서 겪는 어려움은 무엇인가?	따라서 제지관련 업체들은 경제적이고 효과적인 제지애시 처리 및 재활용 기술에 관심을 기울이고 있으며, 이의 일환으로 제지애시를 시멘트 혼합재로 재활용하는 연구가 진행되었다.4),5) 하지만 제지애시는 초지방식에 따라 무기물질에 차이가 발생하고, 애시에 함유된 일부 미연 섬유 및 급결성 광물로 인하 여 시멘트의 작업성과 강도특성을 확보하는데 어려움이 존재한다.
	제지 제조공정은 무엇인가?	국내의 제지산업은 종이·판지 생산량 세계 5위 규모로써 고도의 성장을 지속하고 있다.1) 제지 제조공정은 목질계 자원인 셀룰로오스 섬유를 주원료로 하고 다양한 유·무기계 충전제를 첨가하여 제품을 생산한다. 아울러 제지 제조공정은 초지공정, 완정공정, 폐수처리공정으로 분류할 수 있으며, 각 단위공정에서 다양한 고형분 폐기물이 발생한다.
	제지애시를 시멘트 혼합재로 재활용하는 연구가 진행된 배경은 무엇인가?	국내 제지슬러지 발생량은 연간 160만 톤 수준으로써, 제지슬러지를 소각한 후 발생하는 제지애시는 충전제 등의 무기물질 종류에 따라 일부 고화재로 사용되고 있으나, 대부분 취급이 어려워 매립되고 있는 실정이다. 따라서 제지관련 업체들은 경제적이고 효과적인 제지애시 처리 및 재활용 기술에 관심을 기울이고 있으며, 이의 일환으로 제지애시를 시멘트 혼합재로 재활용하는 연구가 진행되었다.

참고문헌 (8)

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H.G.Choi, H.S.Choi, M.K.Lim, T.Noguchi, R.Kitagaki, "Modeling of volume changes of concrete mixed with expansive additives", Construction and Build ing Materials, 75, pp.266-274, 2015.

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