[논문]야자수 폐기물(FOFA)을 활용한 포졸란계 혼화재의 대체재료 개발

장종민; 장현오

doi:10.14190/mrcr.2020.15.3.052

야자수 폐기물(FOFA)을 활용한 포졸란계 혼화재의 대체재료 개발
Development of Alternative Materials for Pozzolanic Admixtures Using FOFA 원문보기

Magazine of RCR = 한국건설순환자원학회지, v.15 no.3, 2020년, pp.52 - 59

장종민 (건설구조물 내구성혁신 연구센터) , 장현오 ((재)한국건설생활환경시험연구원 산업융합센터)

초록이 없습니다.

표/그림 (15)

그림 그림 1. Cement(a), POFA(b), Fly Ash(c) SEM 이미지
표 [표 1] 사용 재료의 화학 조성비 (%)
표 [표 2] 모르타르 배합표 ( g / L )
표 [표 3] 페이스트 배합표 ( g / L )
그림 그림 2. 모르타르의 압축 강도
그림 그림 3. 재령일에 따른 활성도 지수
그림 그림 4. OPC 기준, 각 모르타르의 압축강도 발현율
그림 그림 5. PA10P의 XRD
그림 그림 6. PA20P의 XRD
그림 그림 7. FA10P의 XRD
그림 그림 8. FA20P의 XRD
그림 그림 9. 혼입률에 따른 공극율 그래프 (재령일 3일)
그림 그림 10. 혼입률에 따른 공극율 그래프 (재령일 28일)
그림 그림 11. PA10 PA20, FA10, FA20의 SEM 사진 (재령일 3일, x5,000)
그림 그림 12. PA10 PA20, FA10, FA20의 SEM 사진 (재령일 28일, x5,000)

AI 본문요약
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문제 정의

본 논단에서는 POFA를 혼입한 경우의 강도 발현에 따른 물성을 평가하고, 포졸란계 혼화재로의 대체재료의 가능성을 확인하고자 한다. 이를 위해 POFA와 Fly Ash의 혼입률을 각각 0%, 10%, 20%로 시멘트 비중에 대해 치환한 모르타르 및 페이스트 실험체를 제작하여 28일까지의 강도를 측정하고, 수은압입법(Mercury Intrusion Porosimetry)을 통해 강도와 공극을 측정하여 물리적 특성을 관찰하였다.

제안 방법

본 논단에서는 POFA를 혼입한 경우의 강도 발현에 따른 물성을 평가하고, 포졸란계 혼화재로의 대체재료의 가능성을 확인하고자 한다. 이를 위해 POFA와 Fly Ash의 혼입률을 각각 0%, 10%, 20%로 시멘트 비중에 대해 치환한 모르타르 및 페이스트 실험체를 제작하여 28일까지의 강도를 측정하고, 수은압입법(Mercury Intrusion Porosimetry)을 통해 강도와 공극을 측정하여 물리적 특성을 관찰하였다. 페이스트 실힘체로는 XRD(X-ray Diffraction)를 통해서 수화 과정에서 생성되는 Ca(OH)₂, SiO₂, 수화생성물물의 변화를 관찰하고, 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscope)을 통해서 화학적인 특성을 정성적, 시각적으로 관찰하였다.
이를 위해 POFA와 Fly Ash의 혼입률을 각각 0%, 10%, 20%로 시멘트 비중에 대해 치환한 모르타르 및 페이스트 실험체를 제작하여 28일까지의 강도를 측정하고, 수은압입법(Mercury Intrusion Porosimetry)을 통해 강도와 공극을 측정하여 물리적 특성을 관찰하였다. 페이스트 실힘체로는 XRD(X-ray Diffraction)를 통해서 수화 과정에서 생성되는 Ca(OH)₂, SiO₂, 수화생성물물의 변화를 관찰하고, 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscope)을 통해서 화학적인 특성을 정성적, 시각적으로 관찰하였다.

대상 데이터

실험에 사용한 시멘트는 S사의 1종 보통 포틀란드 시멘트를 사용하였으며 잔골재는 세척사를 사용하였다. Fly Ash의 경우 보령에서 제작되어 ‘KS L 5405’에 따라 2종을 사용하였다. XRF를 통한 OPC, Fly Ash와 POFA의 화학적 구성성분은 [표 1]과 같다.
실험에 사용한 시멘트는 S사의 1종 보통 포틀란드 시멘트를 사용하였으며 잔골재는 세척사를 사용하였다. Fly Ash의 경우 보령에서 제작되어 ‘KS L 5405’에 따라 2종을 사용하였다.

성능/효과

본 논단에서 야자수 폐기물(FOFA)을 활용한 포졸란계 혼화재의 대체재료 개발에 관한 실험을 수행한 결과, 포졸란계혼화재 혼입률이 증가할수록, 28일까지의 압축강도 발현이 OPC 대비 감소 하는 것으로 나타났으나, POFA를 10% 치환한 경우 모든 재령일에서 강도가 가장 높게 나타났다. 이는 XRD 분석 결과, POFA를 10% 혼입하였을 때, Fly Ash를 혼입한 경우보다 포졸란 물질의 수화반응이 더 빠르게 진행되는 것을 확인할 수 있었다.
FA10P의 경우에 PA10P와 비교해서 각 피크점 변화가 크지 않은 것을 확인할 수 있었다. 이 결과에서 동일한 시멘트의 양, POFA와 Fly Ash의 비슷한 SiO₂ 화학함량을 고려하면 POFA가 Fly Ash보다 강도 발현을 위한 화학 반응이 더 빠르게 진행 되었다고 판단된다. 특히 산화알류미늄 함량이 Fly Ash가 POFA를 혼입한 경우보다 높지만, C-A-H 의 피크점이 POFA를 혼입한 경우 Fly Ash보다 더 높은 것을 확인할 수 있다.

후속연구

1 μm 이하의 공극 분포를 갖게 되어 우수한 압축 강도 특성을 보였으며, SEM 이미지 상에서 관찰된 내부 미세 구조에서 수화생성물들이 더 많이 생성됨을 확인할 수 있었다. 따라서, POFA를 시멘트 무게 대비 적정량 치환할 경우 우수한 역학적특성을 지닌 혼화재로 사용이 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	포졸란계 혼화재로 대표적인 것은?	포졸란계 혼화재로는 Fly ash, 고로슬래그와 같은 산업 폐기물에서 생산한 것들이 대표적이다. 이런 대체재는 시멘트와 비교하여 경제적이고, 환경 부하가 적어 환경문제 및 에너지 절감 차원에서 지속가능한 건축을 가능케 한다.
	POFA은 무엇인가?	POFA는 야자수 열매에서 기름을 추출하고 남은 가지, 껍질 등을 소각하고 남은 최종 폐기물이다. 야자산업이 발달한 말레이시아에서만 연간 야자산업에서 3천 1백만 톤의 폐기물이 발생하고 있으며, 이 중에 약 5 %가 POFA로 생산되는 것으로 추정된다.
	포졸란 대체재로 활용하기 위해 시멘트에 POFA를 혼입할 경우 강도 발현이 어떻게 나타나는가?	현재 대부분의 야자 폐기물들은 땅에 매립하여왔으나, 기존의 매립지의 한계로 인하여 이를 포졸란 대체재로 활용하기 위한 연구들이 진행되고 있다. 기존 연구에 따르면 포졸란 혼화재를 시멘트에 대체하여 혼입하면, 특히 Fly Ash를 혼입한 경우에 초기 재령일에 강도 발현이 낮지만, POFA를 혼입하였을 때에 초기 재령일에서 Fly Ash와 OPC보다 높은 강도 발현을 보인다고 알려져있다.

참고문헌 (9)

RAJKUMAR. R, AKKINENI SURYA TEJA, PANDIA RAJAN R, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 'Experimental Investigation on the Mechanical and Durability Properties of concrete using Metakaolin and Copper slag.' -pp.678-685, 2015년
최희용, 김무한, 김문한, 황혜주, 최성우, 콘크리트학회 논문집, 13권, 2호, '혼화재 종류 및 활성황토 대체율별 콘크리트의 공학적 특성에 관한 실험연구,' -pp.123-129, 2001년
Weerachart Tangchirapat, Tirasit Saeting, Chai Jaturapitakkul, Kraiwood Kiattikomol, Anek Siripanichgon, Waste Management, volume 27, issue 1, 'Use of waste ash from palm oil industry in concrete' -pp.81-88, 2007년

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오병환, 고재군, 콘크리트학회지, volume 3, no.2, '플라이애쉬 콘크리트의 강도 및 역학적 특성에 관한 연구' -pp.87-95, 1991년

원문보기 상세보기
Vanchai Sata, Chai Jaturapitakkul, Kraiwood kiattikomol, Journal of Materials in civil engineering, volume 16, issue 6, 'Utilization of Palm Oil Fuel Ash in High-Strength Concrete' -pp.623-628, 2014년
한국콘크리트학회, 개정증보판 1쇄, '최신 콘크리트공학', 2011년 10월
이승헌, 시멘트, No158, '포졸란 반응(Pozzolanic Reaction)에 대하여' pp.40-44, 2003년
황광률, 콘크리트학회지, 14권, 5호, '플라이 애쉬를 사용한 콘크리트의 기술 현황' pp.96-103, 2002년 9월
Weerachart Tangchirapat, Chai Jaturapitakkul, Cement Concrete Composites, 32, 'Strength, drying shrinkage, and water permeability of concrete incorporating ground palm oil fuel ash' pp.767-774, 2010년

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