[논문]커피찌꺼기를 활용한 콘크리트 혼화재의 개발

김성배; 이재원; 최윤석

doi:10.14190/jrcr.2022.10.3.185

커피찌꺼기를 활용한 콘크리트 혼화재의 개발
Development of Mineral Admixture for Concrete Using Spent Coffee Grounds 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.10 no.3, 2022년, pp.185 - 194

김성배 ((주)제이원산업) , 이재원 ((주)제이원산업) , 최윤석 ((재)한국건설생활환경시험연구원 건설기술연구센터)

초록
AI-Helper

커피는 세계에서 가장 많이 소비되는 음료 중 하나이며 석유에 이어 두 번째로 많이 거래되는 상품이다. 커피의 수요가 많은 만큼 커피 산업에서는 독성이 있고 심각한 환경문제를 일으키는 다량의 폐기물이 생성된다. 본 연구는 사용된 커피찌꺼기(SCG)를 재활용하여 콘크리트 제조 시 시멘트를 대체하는 혼화재로써의 활용가능성을 확인하는 것을 목표로 한다. 커피찌꺼기를 재활용하기 위해서 커피찌꺼기는 수분 제거를 위해 건조되고 850℃의 소성로에서 8시간 동안 소성하며, 탄화된 커피찌꺼기는 볼밀 분쇄를 통해 커피찌꺼기 애시(CGA)로 제조된다. 제조된 커피찌꺼기 애시의 화학성분 분석은 XRF로 수행하였으며, 화학성분 분석결과 커피찌꺼기 애시의 주요 성분은 K₂O(51.74 %), CaO(15.92 %), P₂O₅(14.39 %)이며 MgO(7.74 %), SO₃(6.89 %)의 부성분과 소량의 F₂O₃(0.66 %), SiO₂(0.59 %), Al₂O₃(0.31 %)가 함량되어 있다. 물리 역학적 특성을 평가하기 위해 커피찌꺼기 애시를 5 %, 10 %, 15 % 중량 치환하여 수행하였다. 품질 시험결과, 커피찌꺼기 애시가 5 % 치환된 CGA 5의 28일 활성지수는 80 %이며, 플로 값 비는 96 %로 플라이 애시 2종의 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다. 모르타르의 역학적 시험결과로부터 커피찌꺼기 5 %가 포함된 시편에서 최적의 결과를 확인할 수 있었으며, 우수한 기계적, 물리적 특성을 보여주었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Coffee is one of the most consumed beverages in the world and is the second largest traded commodity after petroleum. Due to the great demand of this product, large amounts of waste is generated in the coffee industry, which are toxic and represent serious environmental problems. This study aims to study the possibility of recycling spent coffee grounds (SCG) as a mineral admixture by replacing the cement in the manufacturing of concrete. To recycle the coffee g rounds, the SCG was dried to remove moisture and fired in a kiln at 850 ℃ for 8 hours. Carbonized coffee grounds are produced as coffee grounds ash (CGA) through ball mill grinding. The chemical composition of the prepared coffee grounds ash was investigated using X-ray fluorescence (XFR). According to the chemical composition analysis, the major elements of coffee grounds ash are K2O(51.74 %), CaO(15.92 %), P2O5(14.39 %), MgO(7.74 %) and SO3(6.89 %), with small amounts of F2O3(0.66 %), SiO2(0.59 %) and Al2O3(0.31 %) content. To evaluate quality and mechanical properties, substitutions of 5, 10, and 15 wt.% of coffee grounds ash (CGA) were tested. From the quality test results, the 28-day activity index of CGA5 reached 80 %, and the flow value ratio reached 96 %, which is comparable to the minimum requirement for second-grade FA. From the test results of the mortar, the optimal results have been found in specimens with 5 wt-% coffee grounds ash, showing good mechanical and physical properties.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. The manufacturing process of coffee grounds ash
그림 Fig. 2. Particle photos by process
표 Table 1. Chemical compositions of SCG (Mussatto et al. 2011)
그림 Fig. 3. Particle size distribution of CGA and SCG
표 Table 2. Material properties of CGA and SCG
표 Table 3. Mixture proportions of mortar
표 Table 5. Chemical compositions of cement and coffee grounds ash
표 Table 4. Moisture content and LOI for firing temperature
그림 Fig. 4. Flow value ratio
그림 Fig. 5. Activity index
표 Table 6. Results of flow value ratio and activity index
그림 Fig. 6. Comparison of SEM images on the surface of mortar specimens
그림 Fig. 7. Results of EDS analysis

참고문헌 (21)

Almeida, A.C., Silva, M.A.L., Abreu, Q,C., Martins, A.L.S., Ribeiro, S.P., Pereira, S.S. (2019). Evaluation of partial sand replacement by coffee husks in concrete production, Journal of Environmental Science and Engineering B, 129-133.
Andreola, F., Borghi, A., Pedrazzi, S., Allesina, G., Tartarini, P., Lancelloti, I., Barbieri, L. (2019). Spent coffee grounds in the production of lightweight clay ceramic aggregates in view of urban and agricultural sustainable development, Materials, 12(21), 1-11.
Arulrajah, A., Maghoolpilehrood, F., Disfani, M.M., Horpibulsuk, S. (2014). Spent coffee grounds as a on-structural embankment fill material: engineering and environmental considerations, Journal of Cleaner Production, 72(11), 181-186.
Arulrajah, A., Kua, T.A., Phetchuay, C., Horpibulsuk, S. (2016). Spent coffee grounds-fly ash geopolymer used as an embankment structural fill material, Journal of Materials in Civil Engineering, 28(5), 1-8.
Blinova, L., Sirotiale, M., Bartosova, A., Soldan, M. (2017). Utilization of waste from coffee production, Research Papers, Slovak University of Technology, Bratislava, 25(40), 91-101.
Campos-Vega, R., Pina, G.L., Castaneda, H.V., Oomah, B.D. (2015). Spent coffee grounds: A review on current research and future prospects, Trends in Food Science & Technology, 45(1), 24-36.

상세보기
Eom, T,H., Kim, W.S., Kim, C.B., Jeon, B.Y., Lee, J.R. (2007). The influence of P 2 O 5 on the clinker mineral composition and cement quality, Journal of the Korean Ceramic Society, 44(9), 483-488 [in Korean].
Eliche-Quesada, D., Perez-Villarejo, L., Iglesias-Godino, F.J., Martinez-Garcia, C., Corpas-Iglesias, F.A. (2011). Incorporation of coffee grounds into clay brick production, Advances in Applied Ceramics, 110(4), 225-232.

상세보기
Hardgrove, S.J., Livesley, S.J. (2016). Applying spent coffee grounds directly to urban agriculture soils greatly reduces plant growth, Urban Forestry & Urban Greening, 18(1), 1-8.
Kim, C.M., Cha, W.H., Kim, S.S., Lee, M.H. (2002). The influence of P 2 O 5 on clinker mineralization and cement quality, Cement Symposium, 29, 69-76 [in Korean].
Kim, J.A., Kim, H.C., Baek, G.H., Lee, C.S. (2017). Anaerobic co-digestion of spent coffee grounds with different waste feedstocks for biogas production, Waste Management, 60, 322-328.
Kim, M.J., Choi, S.W., Kim, H.W., Mun, S.G., Lee, K.B. (2020). Simple synthesis of spent coffee ground based microporous carbons using K 2 CO 3 as an activation agent and their application to CO 2 capture, Chemical Engineering Journal, 397, 1-11.
Kua, T.A., Imteaz, M.A., Arulrajah, A., Horpibulsuk, S. (2019). Environmental and economic viability of alkali activated material(AAM) comprising slag, fly ash and spent coffee ground, International Journal of Sustainable Engineering, 12(4), 223-232.

상세보기
Mussatto, S.I., Machado, E.M,. Martins, S., Teixeira, J.A. (2011). Production, composition, and application of coffee and its industrial residues, Food and Bioprocess Technology, 4(5), 661-672.

상세보기
Nam, G., Kim, M.S., Ahn, J.W. (2017). Analyses for current research status for the coffee by-product and for status of coffee wastes in Seoul, Journal of Energy Engineering, 26(4), 14-22 [in Korean].
Namane, A., Mekarzia, A., Benrachedi, K., Bensemraa. N.B, Hellala, A. (2005). Determination of the adsorption capacity of activated carbon made from coffee grounds by chemical activation with ZnCl 2 and H 3 PO 4 , Journal of Hazardous Materials, 119(1-3), 189-194.
Neves, L., Oliveira, R., Alves, M.M. (2006). Anaerobic co-digestion of coffee waste and sewage sludge, Waste Management, 26(2), 176-181.
Prihadi, A.R., Maimulyanti, A. (2020). Chemical compounds of coffee ground and spent coffee ground for pharmaceutical products, Pharmaceutical and Biomedical Sciences Journal, 2(2), 1-4.
Ros, M., Pascual, J.A., Garcia, C., Hernandez, M.T., Insam, H. (2006). Hydrolase activities, microbial biomass and bacterial community in a soil after long-term amendment with different composts, Soil Biology and Biochemistry, 38(12), 3443-3452.

상세보기
Santos, E.M., Macedo, L.M., Tundisi, L.L., Ataide, J.A., Camargo, G.A., Alves, R.C., Oliveira, M.B., Mazzola, P.G. (2021). Coffee by-products in topical formulations: A review, Trends in Food Science & Technology, 111, 280-291.

상세보기
Shin, J.H., Park, S.H., Kim, A.L., Son, Y.H., Joo, S.H. (2020). Changes in physical, chemical, and biological traits during composting of spent coffee grounds, Korean Journal of Environmental Agriculture, 39(3), 178-187 [in Korean].

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증