초록 ▼

1차년도, 화력발전소에서 배출되는 석탄 바닥재의 기초물성 분석결과 입도가 불균일하고 미연탄소가 많이 존재하였다. 석탄바닥재의 건설재 적용을 위하여 150μm이하로 미분쇄하여 점토질계열의 준설토와 혼합 시 미연탄소의 연소를 통한 가스발생 및 포집에 의한 비중 2 이하의 경량 건설재 제조가 가능하였다.
경량 건설재 제조를 위하여 frit rule을 이용한 원료의 액상 형성(알카리/알카리토류 산화물 함량) 및 소성범위(1100~1200℃)예측을 위한 조성 배합설계를 수행하였으며, 공정조건 확립 연구을 통해 가소성이 높은 배합비의 경

1차년도, 화력발전소에서 배출되는 석탄 바닥재의 기초물성 분석결과 입도가 불균일하고 미연탄소가 많이 존재하였다. 석탄바닥재의 건설재 적용을 위하여 150μm이하로 미분쇄하여 점토질계열의 준설토와 혼합 시 미연탄소의 연소를 통한 가스발생 및 포집에 의한 비중 2 이하의 경량 건설재 제조가 가능하였다.
경량 건설재 제조를 위하여 frit rule을 이용한 원료의 액상 형성(알카리/알카리토류 산화물 함량) 및 소성범위(1100~1200℃)예측을 위한 조성 배합설계를 수행하였으며, 공정조건 확립 연구을 통해 가소성이 높은 배합비의 경우 습식공정을 통한 압출성형법, 가소성이 낮은 배합비의 경우 건식공정을 통한 조립 성형법을 적용하였다.
성형된 건설재는 길이 5m에 내경이 30cm의 로터리 킬른(Rotary kiln)를 이용하여 균일한 물성의 건설재를 대량생산 하였다. 특히 회전로의 기울기(3/100)와 회전속도(8rpm) 및 소성온도(1100~1175℃)의 공정조건을 조절하여 다양한 비중(1.3~1.4) 및 흡수율(21~33%), 겉보기 기공률(30~42%)를 갖는 건설재의 제조가 가능하였다.
2차년도, 성형된 건설재를 1050~1250℃의 온도 직접 투입하여 급속 소성하는 방법을 적용하여 표면에 순간적으로 액상을 형성함으로서 내부에 형성된 가스의 포집 및 급격한 팽창을 통한 고기능성 초경량 건설재를 제조하였다. 제조된 건설재는 석탄바닥재와 준설토 7:3(무게비)에 적니 함유량 0~20wt% 범위
내에서 1150~1250℃로 소성된 경우로서 대부분 부피비중 1.0~1.2 값을 갖는 경량 건설재의 특성을 나타내었으며, 일부 적니 첨가량과 소성온도에서는 부피비중 1.0 이하의 초경량 특성이 얻어졌다.
석탄 바닥재를 이용한 고기능성 2차 제품을 제조하기 위하여 유리를 첨가하여 결정화 유리를 제조하였다. 유리시편의 열처리 시 내부결정화보다 표면 결정화가 우세할 것으로 예측되어, 표면결정화가 우세 하다고 예상되는 석탄바닥재-Li₂O계 유리의 결정화도를 증진시키기 위하여 2단계 열처리 공정을 수행하였으며, 2차 열처리 유지시간 변화에 따른 미세구조 및 압축강도 측정결과 유지시간 5~7시간 범위에서 우수한 물성을 갖는 결정화 유리 제조가 가능하였다.
석탄 바닥재의 대량으로 재활용하기 위하여 재료공학적으로 가공 후 가공 전/후 바닥재의 토질역학적 특성을 분석하였다. 다짐시험 결과 가공 전/후 바닥재의 최적함수비는 18%로 나타났으며 그때의 최대 건조단위중량은 각각 1.57과 1.58tf/m³로 거의 유사하였다. 투수시험결과 가공 전/후 바닥재의 투수계수가 각각 5.77×10^-5 과 8.33×10-5cm/sec로 뒷채움재로는 적합하지만 차수층에 사용하기는 부적합한 것으로 나타났다. 또한 일축압축시험 결과 가공 전/후 바닥재는 5~6tf/m³ 의 압축 강도값을 나타내 보조기층재 사용을 위한 기준강도의 1/4에 불과하였으며, 직접전단시험 결과 도로성토재로 사용되는 화강암보다 낮은 점착력과 높은 내부마찰각을 나타내었다. 압밀실험결과 가공 전/후의 압축지수는 각각 0.113과 0.115로 비슷하였으며, 압밀계수의 경우 가공 후 저회가 약간 높은 값을 나타내었다. 연구결과 가공 전/후 바닥재는 기존점토나 모래에 비해 경량의 특성을 나타내고 있지만, 단독으로 뒷채움재나 보조기층재, 성토재의 원료로 재활용 하는 것보다 다른 원료와 혼합하여 투수계수 및 일축압축강도 그리고 전단특성의 제어를 통한 활용이 적절할 것으로 판단된다.
3차년도, 석탄 바닥재의 토목공학적 특성을 향상시키기 위하여 제조공정의 여러 인자 간 상호연관성을 분석하였으며, 얻어진 데이터는 다시 제조공정에 feed back 됨으로서 제조 공정 및 특성을 최적화하였다. 초경량 건자재의 대량 생산을 위한 성형 및 소성공정의 최적인자 도출결과 조립 성형기 디스크의 각도는 60~65°범위에서는 10mm 성형체, 70~75°범위에서는 5mm 성형체가 제조되었다. 그러나 디스크의 회전 속도는 건자재 성형체의 크기에 큰 영향을 미치지는 않았다. 성형된 건자재는 열풍건조기에서 48시간/120℃의 조건으로 건조 후 로터리 킬른에 투입하여 소성하였다. 로터리 킬른에 10mm의 구형 성형체를 투입하여 최고회전속도 및 기울기에서 약 10분 동안 로내에서 체류시켜 초경량 건자재를 제조하였다.
석탄바닥재의 고부가가치 기능성 건설재 적용을 위하여 석탄바닥재로 제조된 경량 건자재를 이용한 포러스 콘크리트 제조를 통한 흡음재 적용 가능성을 연구하였다. 석탄 바닥재를 이용한 기능성 건설재 제조 및 토목공학적 특성 평가 연구 수행결과, 석탄 바닥재의 단독 사용을 위해서는 충분한 전처리공정이 요구되며, 다른 원료와 혼합을 통한 고부가가치 2차 기능성 건설재로의 적용이 좀 더 용이할 것으로 판단된다.

Abstract ▼

The purpose of this study was to build an application base of excellent functional constructing materials using by a coal bottom ash produced 1.2 million tons annually from the thermal power plant in Korea. The constructing materials were fabricated with coal bottom ash and clay by two methods, sint

The purpose of this study was to build an application base of excellent functional constructing materials using by a coal bottom ash produced 1.2 million tons annually from the thermal power plant in Korea. The constructing materials were fabricated with coal bottom ash and clay by two methods, sintering and fusing, and evaluated in terms of civil engineering properties to apply to a road foundation bed, filling materials, reinforcement for weak ground, sporting ground, and seedbed. Also a glass-ceramics made from bottom ash to apply to a building materials were tried.
At the first research year, the basic properties of coal bottom ash produced from a thermal power plant were evaluated and be used in the compositional mix and processing designs. The basicity of batch mix was calculated to control the sintering temperature and time, and estimate a reduction behavior in the samples. The rotary kiln was used to fabricate a functional constructing materials and its optimum operation conditions such as sintering temperature, time, input amount, rotating speed and slope angle were obtained, and basic study on glass-ceramics from melts of bottom ash were performed.
In the second research year, the horizontal and/or vertical furnace specially designed and manufactured was used to form liquid on a surface of functional construction materials with light and drainage properties. Also civil engineering properties such as optimum water ratio, dry unit weight, compressive strength, permeability, internal friction angle, shear stress, compression index, coefficient of consolidation was evaluated, and the materials engineering properties such as heavy metal ion leaching concentration, pore distribution, water absorption, volume density, microstructure were obtained too. Also by heat-treating a glass melts to apply to a building materials a glass-ceramics were fabricated and its mechanical properties and crystal growth behavior was evaluated.
In the third research year, the mutual relation nature between the various factors in the fabrication process to improve the civil engineering properties of functional construction materials were analyzed. And optimum factor for glass-ceramics process were analyzed. The data obtained go feed back to the initial step in the process to optimize the process and properties of functional construction materials. Finally, the base for the technology of functional construction and building materials to apply to civil engineering fields by using coal bottom ash recycling were established.
Various results of this study obtained can raise the recycling rate by various forming and sintering methods and glass-ceramics process of coal bottom ash which is irregular in shape and composition, so similar inorganic waste dust could be recycled with this study results. Also the shortage of natural aggregates, 100 million m3 in Korea which induce illegal digging, could be solved partially by this study. The results obtained from this study can be appled to various cilvil works such as road foundation bed, filling materials, reinforcement for weak ground, interior and outside materials for building.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• 영문 요약 ... 5
• II. 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 10
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 11
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 11
• III. 연구성과 ... 12