부순골재 생산과정에서 발생하는 석분토와 화력발전소에서 발생하는 Bottom ash를 이용한 인공경량골재의 물리 화학적 특성을 분석하여 콘크리트용 인공경량골재의 사용여부를 검토하였는데, 그 결과는 다음과 같다. 석분토(이하 SD)와 Bottom ash(이하 BA)의 혼입비율에 따른 인공경량골재의 특성으로는 BA의 혼입비율이 커질수록 미연탄소와 $Fe_2O_3$의 함량 증가로 인해 소성 시 가스 발생량이 증가하여 밀도는 낮아지고 흡수율은 증가하는 것으로 나타났는데, 화학조성상 적절한 혼합비율은 SD : BA = 5:5 내외일 것으로 판단된다. Flux제 첨가에 따른 인공경량골재의 특성으로는 $Na_2SO_4$ 첨가율이 증가할수록 밀도는 낮아졌다. 이에 본 연구범위내에서는 SD: BA = 5:5, $Na_2SO_4$ 2%, $Fe_2O_3$ 1%, 소성 온도 $1,150^{\circ}C$, 소성시간 15분에서 밀도 $1.52g/cm^3$, 흡수율 7.3%의 인공경량골재를 개발할 수 있었다.
부순골재 생산과정에서 발생하는 석분토와 화력발전소에서 발생하는 Bottom ash를 이용한 인공경량골재의 물리 화학적 특성을 분석하여 콘크리트용 인공경량골재의 사용여부를 검토하였는데, 그 결과는 다음과 같다. 석분토(이하 SD)와 Bottom ash(이하 BA)의 혼입비율에 따른 인공경량골재의 특성으로는 BA의 혼입비율이 커질수록 미연탄소와 $Fe_2O_3$의 함량 증가로 인해 소성 시 가스 발생량이 증가하여 밀도는 낮아지고 흡수율은 증가하는 것으로 나타났는데, 화학조성상 적절한 혼합비율은 SD : BA = 5:5 내외일 것으로 판단된다. Flux제 첨가에 따른 인공경량골재의 특성으로는 $Na_2SO_4$ 첨가율이 증가할수록 밀도는 낮아졌다. 이에 본 연구범위내에서는 SD: BA = 5:5, $Na_2SO_4$ 2%, $Fe_2O_3$ 1%, 소성 온도 $1,150^{\circ}C$, 소성시간 15분에서 밀도 $1.52g/cm^3$, 흡수율 7.3%의 인공경량골재를 개발할 수 있었다.
The artificial lightweight aggregate was manufactured using stone-dust(SD) and bottom ash(BA) from crushed aggregate manufacture process and thermoelectric power plant respectively. The properties of artificial lightweight aggregate according to mixing ratio of SD and BA was that the density was dec...
The artificial lightweight aggregate was manufactured using stone-dust(SD) and bottom ash(BA) from crushed aggregate manufacture process and thermoelectric power plant respectively. The properties of artificial lightweight aggregate according to mixing ratio of SD and BA was that the density was decreased and the absorption was increased with increasing BA content, because bottom ash was contained many unburned carbon and $Fe_2O_3$ which generates gas by oxidation during a sintering process. The appropriate mixing ratio of SD and BA was estimated at about 5:5. The properties of artificial lightweight aggregate according to addition flux admixture was that it had lower density with increasing of $Na_2SO_4$ content. In this study, we could developed the artificial lightweight aggregate as the bulk density was $1.52g/cm^3$ and water absorption 7.3% under the condition that mixing ratio of SD:BA was 5:5, $Na_2SO_4$, $Fe_2O_3$ 1%, sintering temperature $1,150^{\circ}C$ and sintering time 15mins.
The artificial lightweight aggregate was manufactured using stone-dust(SD) and bottom ash(BA) from crushed aggregate manufacture process and thermoelectric power plant respectively. The properties of artificial lightweight aggregate according to mixing ratio of SD and BA was that the density was decreased and the absorption was increased with increasing BA content, because bottom ash was contained many unburned carbon and $Fe_2O_3$ which generates gas by oxidation during a sintering process. The appropriate mixing ratio of SD and BA was estimated at about 5:5. The properties of artificial lightweight aggregate according to addition flux admixture was that it had lower density with increasing of $Na_2SO_4$ content. In this study, we could developed the artificial lightweight aggregate as the bulk density was $1.52g/cm^3$ and water absorption 7.3% under the condition that mixing ratio of SD:BA was 5:5, $Na_2SO_4$, $Fe_2O_3$ 1%, sintering temperature $1,150^{\circ}C$ and sintering time 15mins.
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문제 정의
그러므로 본 연구에서는 화력발전소에서 발생하는 Bottom ash와 부순골재 생산시 발생하는 석분토를 주 원료로한 인공경량골재를 제조하기 위하여 Bottom ash와 석분토의 혼합비율 변화에 따른 화학 조성 및 소성특성을 분석한 후 최적 혼합비를 구한 다음, 그 혼합물에 Fe2O3와 Na2SO4 첨가율을 변화시켰을 때의 소성특성을 비교 분석하여 콘크리트 구조용 인공경량골재를 제조하고자 한다.
본 연구는 Bottom ash와 석분토를 이용한 인공경량골재의 물리·화학적 특성을 분석하여 콘크리트용 인공경량골재의 사용여부를 검토하였는데, 그 결과는 아래와 같다.
제안 방법
먼저, 시리즈 Ⅰ에서는 SD, BA의 혼입비율 및 소성온도에 따른 경량골재의 물성변화에 대하여 실험하였다. SD와 BA의 혼입비율은 2:8, 4:6, 6:4, 8:2의 4수준으로 변화시키고, 소성온도는 1,000, 1,050, 1,100, 1,150, 1,200의 5수준으로 변화시켜 실험계획 하였는데, 이때 소성시간은 15분으로 하였다. 측정 항목으로는 절건밀도, 흡수율을 실험방법에 따라서 측정하도록 하였다.
첨가율별 소성온도 변화에 따른 인공경량골재의 소성특성을 나타낸 것이다. 먼저, SD와 BA만으로 혼합할 경우 가스 발생 온도와 용융온도가 일치하지 않아 인공경량골재 표면이 치밀화되지 못하여 흡수율이 13%이상으로 나타내었으므로, 골재의 가스 발생 온도와 연화점(액상 생성온도)을 낮추고 그 범위를 넓혀주기 위하여 Na2SO4 첨가율을 변화시켰다. 그 결과, Na2SO4 첨가율이 증가할수록 인공경량골재의 연화점이 낮아져 2%에서는 1150℃까지 인공경량골재의 융착이 발생하지 않으나, 4%에서는 1125℃ 이상에서 융착이 발생하였다.
먼저, 시리즈 Ⅰ에서는 SD, BA의 혼입비율 및 소성온도에 따른 경량골재의 물성변화에 대하여 실험하였다. SD와 BA의 혼입비율은 2:8, 4:6, 6:4, 8:2의 4수준으로 변화시키고, 소성온도는 1,000, 1,050, 1,100, 1,150, 1,200의 5수준으로 변화시켜 실험계획 하였는데, 이때 소성시간은 15분으로 하였다.
측정 항목으로는 절건밀도, 흡수율을 실험방법에 따라서 측정하도록 하였다. 시리즈 Ⅱ는 경량골재 제조 시 소성온도를 낮추고 발포성능 향상과 표면 조직을 치밀화 시켜 밀도와 흡수율을 낮추기 위한 실험으로써, 융제 성격이 강한 Na2SO4를 실험계획과 같이 첨가율을 2, 3, 4%의 3수준으로 변화시키고 발포제 성격이 강한 Fe2O3를 첨가율 1%의 1수준으로 고정시켰다. 이때 소성온도는 1,050, 1,075, 1,100, 1,125, 1,150의 5수준으로 변화시켜 실험계획 하였는데, 모든 배치에서 소성시간은 15분으로 고정시켰다.
시리즈 Ⅱ는 경량골재 제조 시 소성온도를 낮추고 발포성능 향상과 표면 조직을 치밀화 시켜 밀도와 흡수율을 낮추기 위한 실험으로써, 융제 성격이 강한 Na2SO4를 실험계획과 같이 첨가율을 2, 3, 4%의 3수준으로 변화시키고 발포제 성격이 강한 Fe2O3를 첨가율 1%의 1수준으로 고정시켰다. 이때 소성온도는 1,050, 1,075, 1,100, 1,125, 1,150의 5수준으로 변화시켜 실험계획 하였는데, 모든 배치에서 소성시간은 15분으로 고정시켰다. 측정 항목은 절건밀도, 흡수율을 측정하였다.
SD과 BA는 발생과정에서 습윤상태이기 때문에 각각의 재료를 건조로에서 약 24시간 이상 완전 건조를 시킨 다음 볼밀을 이용하여 100㎛ 이하로 분쇄하였다. 이렇게 분쇄한 원료를 표 1의 비율로 개량한 후 균일하게 혼합하고 원통형 펠레타이져로 성형체를 제조하였다. 제조된 성형체는 다시 건조로에서 105℃ 24hr 이상 건조 후 소성하였다.
SD와 BA의 혼입비율은 2:8, 4:6, 6:4, 8:2의 4수준으로 변화시키고, 소성온도는 1,000, 1,050, 1,100, 1,150, 1,200의 5수준으로 변화시켜 실험계획 하였는데, 이때 소성시간은 15분으로 하였다. 측정 항목으로는 절건밀도, 흡수율을 실험방법에 따라서 측정하도록 하였다. 시리즈 Ⅱ는 경량골재 제조 시 소성온도를 낮추고 발포성능 향상과 표면 조직을 치밀화 시켜 밀도와 흡수율을 낮추기 위한 실험으로써, 융제 성격이 강한 Na2SO4를 실험계획과 같이 첨가율을 2, 3, 4%의 3수준으로 변화시키고 발포제 성격이 강한 Fe2O3를 첨가율 1%의 1수준으로 고정시켰다.
이때 소성온도는 1,050, 1,075, 1,100, 1,125, 1,150의 5수준으로 변화시켜 실험계획 하였는데, 모든 배치에서 소성시간은 15분으로 고정시켰다. 측정 항목은 절건밀도, 흡수율을 측정하였다.
표 1은 석분토(이하 SD)와 Bottom ash(이하 BA) 혼입비율 및 첨가체(Na2SO4, Fe2O3)를 이용한 인공 경량골재의 소성특성에 관한 실험계획으로써, 시리즈 Ⅰ과 Ⅱ로 나누어 실험하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 SD는 경기도 양주의 부순골재 생산업체에서 발생되는 것이고, BA는 충남 당진군에 위치한 화력발전소의 것을 사용하였는데, 그 화학조성은 표 2와 같다.
성능/효과
(1) SD와 BA의 혼입비율에 따른 인공경량골재의 특성으로는 BA의 혼입비율이 커질수록 미연탄소와 Fe2O3의 함량 증가로 인해 소성 시 가스 발생량이 증가하여 밀도는 낮아지고 흡수율은 증가하는 것으로 나타났는데, 화학조성상 적절한 혼합비율은 SD : BA = 5:5 내외일 것으로 판단된다.
(2) Flux제 첨가에 따른 인공경량골재의 특성으로는 Na2SO4 첨가율이 증가할수록 밀도는 낮아졌으나, 골재의 연화점과 융착점의 폭이 좁아져서 경량화에 불리하므로 Na2SO4 2%가 적정 첨가량인 것으로 판단된다. 이에 본 연구범위내에서는 SD: BA = 5:5, Na2SO4 2%, Fe2O3 1%, 소성온도 1,150℃, 소성시간 15분에서 밀도 1.
SD, BA의 혼합비율에 따라서는 BA의 혼합비율이 높아질수록 밀도는 낮아지는 것으로 나타났다. 이는 BA의 혼합비율이 높아질수록 Fe2O3의 조성비율이 높아져 소성시 O2 가스 발생량을 증가시켜 골재 내부에 미소한 기포를 분포시키기 때문인 것으로 판단된다.
SD와 BA의 혼입비율에 따른 화학조성은 BA의 혼입비율이 커질수록 Fe2O3의 조성비율은 적어지고 미연탄소의 조성비율은 커지는 것으로 나타났다. 또한 K2O와 Na2O의 조성비율도 커지는 것으로 나타났다.
먼저, SD와 BA만으로 혼합할 경우 가스 발생 온도와 용융온도가 일치하지 않아 인공경량골재 표면이 치밀화되지 못하여 흡수율이 13%이상으로 나타내었으므로, 골재의 가스 발생 온도와 연화점(액상 생성온도)을 낮추고 그 범위를 넓혀주기 위하여 Na2SO4 첨가율을 변화시켰다. 그 결과, Na2SO4 첨가율이 증가할수록 인공경량골재의 연화점이 낮아져 2%에서는 1150℃까지 인공경량골재의 융착이 발생하지 않으나, 4%에서는 1125℃ 이상에서 융착이 발생하였다. 이는 Na2SO4 첨가율이 증가할수록 연화점은 낮아지나 연화점과 융착점의 폭이 좁아져서 경량화가 용이하지 못한 것으로 보이므로 Na2SO4의 적정 사용량은 2%인 것으로 판단된다.
그림 1은 SD와 BA의 혼합비율별 소성온도에 따른 경량골재의 소성특성을 나타낸 것이다. 먼저, 소성온도에 따른 특성으로는 소성온도가 높아질수록 인공경량골재내의 블랙코아 부분의 증가로 인해 밀도는 높아지고 흡수율은 낮아졌는데, 특히 1,200℃에서 융착이 발생되었다.
표 3은 SD와 BA의 혼합 비율에 따른 화학조성을 나타낸 것이다. 먼저, 표 2에 나타낸 SD의 주성분이 SiO2와 Al2O3로 각각 60.5%와 16.2% 존재하고 Fe2O3는 3.27%로 인공경량골재를 제조하기에 약간 적은 것을 알 수 있었다. 한편 BA도 주성분이 SiO2와 Al2O3로 각각 47.
2%가 적정 첨가량인 것으로 판단된다. 이에 본 연구범위내에서는 SD: BA = 5:5, Na2SO4 2%, Fe2O3 1%, 소성온도 1,150℃, 소성시간 15분에서 밀도 1.52g/cm3 , 흡수율 7.3%의 인공경량골재를 개발할 수 있었다.
이는 Na2SO4 첨가율이 증가할수록 연화점은 낮아지나 연화점과 융착점의 폭이 좁아져서 경량화가 용이하지 못한 것으로 보이므로 Na2SO4의 적정 사용량은 2%인 것으로 판단된다. 이에 본 연구범위에서는 SD: BA = 5:5, Na2SO4 2%, Fe2O3 1%, 소성온도 1,150℃, 소성시간 15분에서 밀도 1.52g/cm3, 흡수율 7.3%의 인공경량골재를 개발할 수 있었다.
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