혼합물 실험계획법에 의한 경량기포 충전재 제조를 위한 산업부산물의 최적 배합 검토 Study on Optimum Mixture of Industrial By-Products for Lightweight Foamed Filler Production by Mixture Experimental Design원문보기
본 연구에서는 각종 산업부산물(플라이애시 2종, 페트로 코크스 연소 유동층 보일러 애시 및 고로 슬래그 미분말)을 활용한 싱크홀 복구용 경량 충전재 제조에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 혼합물 실험계획법을 적용하여 산업부산물의 배합비에 따른 혼합 원료 물성(압축강도) 거동을 검토하였고, 상용프로그램인 MINITAB을 사용하여 통계적 분석을 하였다. 산업부산물의 배합조건별 압축강도는 고로 슬래그 미분말에 강한 의존성을 나타냈으며, 압축강도(3일 재령)는 고로 슬래그 미분말 사용량에 3~11MPa 수준이며, 유동층 보일러 플라이애시의 사용은 압축강도 발현에 미치는 영향이 가장 적은 것으로 평가되었다. 그리고 혼합물 실험계획에 따른 원료 배치 1조건에 대해서 기포 콘크리트를 제조하여 압축강도와 투수계수를 측정하였으며, 이때 부피비중 0.9~1.0, 겉보기 기공률은 30~50% 수준, 압축강도(3일 재령)는 1~2MPa 수준, 투수계수는 $10^{-2}{\sim}10^{-3}cm/sec$ 수준이다.
본 연구에서는 각종 산업부산물(플라이애시 2종, 페트로 코크스 연소 유동층 보일러 애시 및 고로 슬래그 미분말)을 활용한 싱크홀 복구용 경량 충전재 제조에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 혼합물 실험계획법을 적용하여 산업부산물의 배합비에 따른 혼합 원료 물성(압축강도) 거동을 검토하였고, 상용프로그램인 MINITAB을 사용하여 통계적 분석을 하였다. 산업부산물의 배합조건별 압축강도는 고로 슬래그 미분말에 강한 의존성을 나타냈으며, 압축강도(3일 재령)는 고로 슬래그 미분말 사용량에 3~11MPa 수준이며, 유동층 보일러 플라이애시의 사용은 압축강도 발현에 미치는 영향이 가장 적은 것으로 평가되었다. 그리고 혼합물 실험계획에 따른 원료 배치 1조건에 대해서 기포 콘크리트를 제조하여 압축강도와 투수계수를 측정하였으며, 이때 부피비중 0.9~1.0, 겉보기 기공률은 30~50% 수준, 압축강도(3일 재령)는 1~2MPa 수준, 투수계수는 $10^{-2}{\sim}10^{-3}cm/sec$ 수준이다.
This research studied production of lightweight filling production for sink hole restoration utilizing various industrial by-products(2kinds of fly ash, petro-cokes CFBC ash, blast furnace slag fine particle). For this purpose, the mixed raw material properties(compressive strength) behaviors accord...
This research studied production of lightweight filling production for sink hole restoration utilizing various industrial by-products(2kinds of fly ash, petro-cokes CFBC ash, blast furnace slag fine particle). For this purpose, the mixed raw material properties(compressive strength) behaviors according to the blending ratio of industrial by-products were examined by applying the experimental design method and statistical analysis was performed using the commercial program MINITAB. Compressive strengths of industrial by-products were strongly dependent on blast furnace slag powder. Compressive strength(3days aging) was 3~11MPa depending on the amount of blast furnace slag powder used. The use of CFBC fly ash was evaluated to have the least effect on compressive strength. In addition, the compressive strength and the coefficient of permeability were measured by preparing foamed concrete for the experimental batch 1 condition in the mixture experimental design. In this case, the bulk density is 0.9 to 1.0, the apparent porosity is 30 to 50%, the compressive strength(3days old) is 1 to 2MPa, and the permeability coefficient is $10^{-2}$ to $10^{-3}cm/sec$.
This research studied production of lightweight filling production for sink hole restoration utilizing various industrial by-products(2kinds of fly ash, petro-cokes CFBC ash, blast furnace slag fine particle). For this purpose, the mixed raw material properties(compressive strength) behaviors according to the blending ratio of industrial by-products were examined by applying the experimental design method and statistical analysis was performed using the commercial program MINITAB. Compressive strengths of industrial by-products were strongly dependent on blast furnace slag powder. Compressive strength(3days aging) was 3~11MPa depending on the amount of blast furnace slag powder used. The use of CFBC fly ash was evaluated to have the least effect on compressive strength. In addition, the compressive strength and the coefficient of permeability were measured by preparing foamed concrete for the experimental batch 1 condition in the mixture experimental design. In this case, the bulk density is 0.9 to 1.0, the apparent porosity is 30 to 50%, the compressive strength(3days old) is 1 to 2MPa, and the permeability coefficient is $10^{-2}$ to $10^{-3}cm/sec$.
본 연구에서는 지반함몰이 발생하였거나, 지하에 생성된 동공의 충전재로서 산업부산물을 주원료로 하여 토양과 유사한 투수계수를 가지는 경량 기포 충전재를 제조하고자 하였다. 이를 위해 산업 부산물의 최적 배합비를 검토하고, 실험배치 중에서 1수준의 배합 조건에 대해서 기포 콘크리트를 제조한 후 특성을 평가하였다.
제안 방법
본 연구에서는 산업부산물을 주원료로 하여 기포 콘크리트를 제조하고자 산업부산물의 배합조건에 따른 압축강도 변화를 검토하고, 검토 결과에 따라 기포 콘크리트용 원료 조성을 선정하고, 기포 콘크리트를 제조한 후 특성을 검토하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용한 시멘트는 S사의 보통 포틀랜드 시멘트 1종을 사용하였으며, 플라이애시는 B 화력발전소의 미분탄 보일러 플라이애시(PCC Ash)와 H사의 석탄 열병합발전소에서 발생하는 유동층 보일러 플라이애시(C-CFBC Ash) 및 H사의 페트로 코크스 유동층 연소로에서 발생되는 플라이애시(P-CFBC Ash)와 S사의 고로 슬래그 미분말(BFS)을 사용하였으며, 각 원료의 화학조성과 입도 분포는 Table 2와 Fig. 1에 나타냈으며, 각 산업부산물의 미세구조는 Fig. 2와 같다.
데이터처리
3은 제작된 압축 강도용 공시체와 압축강도 시험을 나타낸 것이다. MINITAB을 활용하여 압축강도에 대해서 회귀분석, 분산분석을 하고, 최적 조건 추정을 하였다.
이론/모형
산업부산물을 주원료로 하는 배합비 선정실험은 혼합물 실험계획법을 적용하여 실험배치를 하였으며, 산업부산물은 미분탄 보일러 플라이애시(PCC Ash), 석탄 유동층 보일러 애시(C-CFBC Ash), 페트로 코크스 연소 유동층 보일러 플라이애시(P-CFBC Ash)와 고로 슬래그 미분말(BFS)로 구성되며, 초기 강도 발현을 위해 보통 포틀랜드시멘트(OPC)를 모든 실험수준에 대해서 원료의 10wt.%를 첨가하였다.
성능/효과
1) 보통 포틀랜드 시멘트 사용을 최소화하고, 플라이애시(미분탄 보일러 애시, 유동층 보일러 애시), 페트로 코크스 연소 유동층 보일러 애시 및 고로 슬래그 미분말을 사용한 결합재 제조 시 재료 특성(압축강도)는 고로 슬래그 미분말의 양에 비례하며, 고로 슬래그 미분말 혼합비율이 60% 이상일 경우, 3일 압축강도가 7MPa 이상을 나타낸다.
2) 보통 포틀랜드 시멘트 사용량을 최소화하였을 때, 특성(압축 강도) 향상에 기여하는 재료는 고로 슬래그 미분말≫페트로 코크스 연소 플라이애시>플라이애시(미분탄 보일러 애시)> 석탄 유동층 보일러 애시 순서이며, 각 부산자원이 상호 미치는 영향은 미분탄 보일러 플라이애시(PCC Ash)와 페트로 코크스 연소 유동층 보일러 애시의 상호작용은 압축강도 향상에 기여한다.
3) 기포 콘크리트를 제조할 때 기포 첨가량이 110vol.% 이상에 서는 장기 압축강도(28일) 증가폭이 현저하게 감소하며, 이는 수화에 필요한 수분 증발 속도 증가, 결합재 입자 간 거리 이격으로 수화 반응성이 감소하기 때문으로 판단된다.
후속연구
기포 콘크리트의 압축강도는 3일 경과 시 모두 0.5MPa 이상이고, 최대 겉보기 기공률이 59%이며, 투수계수가 10-3㎝/sec 이상으로 사질토와 유사한 투수특성을 나타내고 있으며, 부피 비중이 0.6~1.0 수준으로서 경량성 재료로써 사용하기 위해서는 부피 비 중 0.5 이하로 낮추고 압축강도 0.5MPa 이상이 되도록 개선할 필요할 필요가 있는 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
압축강도 발현에 미치는 영향이 가장 적은것은?
이를 위해 혼합물 실험계획법을 적용하여 산업부산물의 배합비에 따른 혼합 원료 물성(압축강도) 거동을 검토하였고, 상용프로그램인 MINITAB을 사용하여 통계적 분석을 하였다. 산업부산물의 배합조건별 압축강도는 고로 슬래그 미분말에 강한 의존성을 나타냈으며, 압축강도(3일 재령)는 고로 슬래그 미분말 사용량에 3~11MPa 수준이며, 유동층 보일러 플라이애시의 사용은 압축강도 발현에 미치는 영향이 가장 적은 것으로 평가되었다. 그리고 혼합물 실험계획에 따른 원료 배치 1조건에 대해서 기포 콘크리트를 제조하여 압축강도와 투수계수를 측정하였으며, 이때 부피비중 0.
싱크홀의 발생 원인은 무엇인가?
Park(2015)은 “싱크홀 현황과 그 대책”에서 인공적인 지반함몰 발생 원인으로서, Life Line 중 상하수도 지하 매설관로 노후로 인한 누수 발생 후 주변 지반의 동공화, 조립토 지반 내에 대규모 건축물 기초 터파기 공사 시 차수벽 시공부실 및 양수를 목적으로 하는 무분별한 지하수 방출과 더불어 기초주변 토사의 급격한 유실로 인한 지반함몰 발생, 지반 내에 개착공법으로 시공된 지하차도 하부의 지하수 이동에 의한 국부적인 동공화로 인한 지표면 싱크홀 발생, 지반 내에 지하구조물 건설비 막장면 관리 부실로 다량의 지하수 유입으로 인한 상부 지표면 동공 발생 등을 원인으 로 들고 있으며, 대부분의 원인이 지하수, 또는 지하 매설 상하수도관 등의 누수에 의하여 발생한다. 현재 지반함몰이 발생하였을 경우 신속한 복구를 위해 모래, 또는 모래와 시멘트를 혼합하여 동공에 투입하고 다짐한 후, 상부 포장을 하여 복구를 마무리하고 있어, 불완전 다짐, 장기간에 걸친 침하, 복구 충전재의 하중에 의한 침하 등으로 지반함몰의 재발 우려가 있다.
혼합물 실험계획은 무엇이 있는가?
혼합물 실험계획에서 실험 인자와 실험수준의 배치를 위한 실험계획으로는, 심플렉스 격자형 배열법, 심플렉스 중심배열법, Lambrakis 실험계획법, 심플렉스 선별계획법 등이 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.